JP2007051715A - 円錐ころ軸受、円錐ころ軸受装置及びこれを用いた車両用ピニオン軸支持装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 円錐ころの大径側端面と内輪の大径鍔部の端面との間の潤滑性を向上させ、前記大径側端面又は大径鍔部の端面に焼付きが発生するのを抑制することができる円錐ころ軸受を提供する。
【解決手段】 外輪20と、内輪10と、これらの間に介在する複数の円錐ころ30と、当該円錐ころ30の保持器40とを備えた円錐ころ軸受。前記円錐ころ30の大径側端面33の曲率半径をRaとし、前記内輪10の大径鍔部の端面の曲率半径をRbとしたときに、Ra<Rbである。
【選択図】 図1
Description
かかる円錐ころ軸受においては、従来より、円錐ころの大径側端面と内輪の大径鍔部の端面のすべり摩擦を低減して回転トルクを小さくするために、当該円錐ころの大径側端面を凸曲面状に形成していた。その際、円錐ころの大径側端面と内輪の大径鍔部の端面の潤滑性を向上させるため、通常、前記大径側端面の曲率半径が内輪の大径鍔部の端面の曲率半径と同程度になるようにしていた。そして、円錐ころの加工においては、前記大径側端面の曲率半径の公差を+/−(プラス/マイナス)としていた(例えば、大径側端面の曲率半径をRaとすると、プラス側公差としてRa×0.04、マイナス側公差としてRa×0.1としていた)。
前記円錐ころの大径側端面の曲率半径をRaとし、前記内輪の大径側鍔部の端面の曲率半径をRbとしたときに、Ra<Rbであることを特徴としている。
全クラウニング量(=外輪クラウニング量+内輪クラウニング量+ころクラウニング量×2)が50μm以上、
外輪クラウニング率(=外輪クラウニング量/全クラウニング量)が40%以上、
ころクラウニング率(=(ころクラウニング量×2)/全クラウニング量)が20%以下とすることができる。このようにクラウニング量を設定することによって、転がり粘性抵抗が低減される。
この場合、軸受内部への油の流入が抑制され、転がり粘性抵抗や油の攪拌抵抗が低減される。これにより、回転トルクが低減される。
この場合、ポンプ作用が増大し、油の排出が促進されるので、油の攪拌抵抗が低減される。これにより、回転トルクが低減される。
この場合、内輪軌道面と転動面との接触面における軸方向両端部付近の接触荷重を減少させることができる。これにより、いわゆるエッジロードが作用した場合にもその作用を低減し、当該軸受寿命の低下を防止することができる。
このような車両用ピニオン軸支持装置においては、油が流入しやすいヘッド側の円錐ころ軸受における油の流入を油流入抑制手段(例えばラビリンスシール)によって抑制し、回転トルクを低減することができる。
図1は、本発明の一実施の形態に係る円錐ころ軸受の軸方向断面図である。この円錐ころ軸受は、車両用ピニオン軸支持装置としての自動車のディファレンシァルギヤ装置のピニオンギヤ側において用いられ、外周に円錐面からなる内輪軌道面11が形成された内輪10と、内周に円錐面からなる外輪軌道面21が形成された外輪20と、内外輪間に介在し、外周に円錐面からなる転動面31が形成された転動自在の複数の円錐ころ30と、これらの円錐ころ30を周方向に所定間隔で保持する保持器40とを備えている。また、内輪10の大径側(図の右方)及び小径側(図の左方)にはそれぞれ、円錐ころ30の軸方向への移動を規制する大径鍔部12及び小径鍔部13が形成されている。さらに、前記内輪軌道面11の大径鍔部12側及び小径鍔部13側の各端部には、断面円弧状の切欠きからなる逃げ部50、51が形成されている。
すなわち、円錐ころ軸受における回転トルク(損失)が大きいという欠点を克服するために、内外輪の軌道面や円錐ころの転動面にクラウニングを施して転がり摩擦を低減することが提案されているが、従来より提案されている円錐ころ軸受では、軌道面又は転動面のクラウニングの形状を規定することで円錐ころ軸受の性能向上が図られていた。しかしながら、クラウニングを量として着目し、そのクラウニング量等を規定することで円錐ころ軸受の回転トルクを低減するという試みはなされていなかった。他方、ディファレンシャルギヤ装置等における円錐ころ軸受の回転トルクの主たる要因は、円錐ころの転がり粘性抵抗及び油の攪拌抵抗であるが、これらを如何にして低減するかの指針は明確になっていなかった。
ここで、一般的なクラウニングの考え方について、内輪を例に説明する。
LRI=SK/cosβ−(L1+L2) ・・・(1)
ここで、LRI’=0.6LRIとなる長さLRI’を、軌道長さLRIの中間点から図示のようにとり、LRI’の寸法両端に対応する内輪軌道面11上の点を、A’及びB’とする。なお、この場合A’、B’は円弧の端点Ae、Beより内側にあるが、A’、B’がそれぞれ円弧の端点Ae、Beと一致してもよい。
また、前記クラウニングの考え方やクラウニング量の定義は、ころや外輪に対しても同様に適用することができる。
なお、軌道長さ(転動面長さ)の範囲において複数の形状を組み合わせてなるクラウニングを複合クラウニングといい、軌道長さの範囲において単一の円弧形状からなるクラウニングをフルクラウニングという。
図4は、内輪軌道面11にフルクラウニングを施した内輪10の軸方向の断面における輪郭を、クラウニングを誇張して示した図である。図において、軌道長さLRIは、図2の場合における式(1)と同様であり、
LRI=SK/cosβ−(L1+L2)
である。
本明細書では、このクラウニング円弧中心点C1と中点C2との距離を内輪クラウニング量CRIとしている。すなわち、図示のようにクラウニング円弧の半径をRCIとすると、内輪クラウニング量CRIは、下記式(2)により求められる。
CRI=RCI−{RCI2−(LRI/2)2}1/2 ・・・(2)
本明細書では、円錐ころ30のクラウニング量(以下、ころクラウニング量ともいう。)を、転動面31のころ有効長さLWRより定まるクラウニングの円弧中心点とその弦との距離と規定している。以下、ころクラウニング量の算出方法について説明する。
LWR=L/cos(γ/2)−(S1+S2) ・・・(3)
前記式(3)におけるS1,S2は、軸受のサイズによって一定の幅が定められる。
図7において、ころ有効長さLWRにおけるクラウニングの弦Gの中点C2とクラウニングの円弧中心Oとを通過する直線Mは、弦Gと直交し、かつ、ころ有効長さLWRにおけるクラウニング円弧中心点C1を通過する。
本明細書では、このクラウニング円弧中心点C1と中点C2との距離を、ころクラウニング量CRとしている。すなわち、図示のようにクラウニング円弧の半径をRCとすると、ころクラウニング量CRは、下記式(4)により求められる。
CR=RC−{RC2−(LWR/2)2}1/2 ・・・(4)
本明細書では、外輪20のクラウニング量(以下、外輪クラウニング量ともいう。)を、外輪軌道面21の軌道長さLROより定まるクラウニングの円弧中心点とその弦との距離であるCROと規定している。以下、外輪クラウニング量CROの算出方法について説明する。
LRO=SB/cosα−(C7+CL0) ・・・(5)
なお、上式(5)においてC7,CL0は、軸受のサイズによって一定の値が定められる。
本明細書では、このクラウニング円弧中心点C1と中点C2との距離を、外輪クラウニング量CROとしている。すなわち、図示のようにクラウニング円弧の半径をRCOとすると、外輪クラウニング量CROは、下記式(6)により求められる。
CRO=RCO−{RCO2−(LRO/2)2}1/2 ・・・(6)
以上のようにして、フルクラウニングを施した場合の円錐ころ及び内外輪のクラウニング量を求めることができる。
そして、本明細書では、前記のころクラウニング量、内輪クラウニング量、外輪クラウニング量から、下記式(7),(8),(9),(10)に基づいて全クラウニング量、外輪クラウニング率、ころクラウニング率、内輪クラウニング率を算出している。
全クラウニング量=外輪クラウニング量+内輪クラウニング量+ころクラウニング量×2 ・・・(7)
外輪クラウニング率=外輪クラウニング量/全クラウニング量 ・・・(8)
ころクラウニング率=(ころクラウニング量×2)/全クラウニング量 ・・・(9)
内輪クラウニング率=内輪クラウニング量/全クラウニング量 ・・・(10)
まず、円錐ころ軸受の回転トルクの測定方法としては、例えば軸受試験装置を用い、円錐ころ軸受を試験装置に設置した後、内外輪の一方を回転させ、内外輪の他方に作用する回転トルクを測定した。試験条件として、前記実施の形態で示した構成の円錐ころ軸受(JIS30306相当品)を用い、潤滑油にはディファレンシャルギヤ装置用ギヤオイルを用い、擬似的な予圧負荷としてアキシャル荷重4kNを与え、回転速度300[r/min],2000[r/min]の2種類の回転速度で行った。
さらに、ころ長さ/ころ径(LWR/DW)は、1.1〜1.7とするのが好ましいことが分かった。下限を1.1としたのは、これより小さくなると、ころ径が大きくなり転がり粘性抵抗が大きくなるからである。上限を1.7としたのは、これより大きくなると、ころ径が小さくなり、負荷容量が小さくなるからである。
また、外輪軌道角度αは、25度〜30度の範囲で回転トルクの低減に効果があることが判明した。
24mmであった。アキシアル荷重は1000kgfであり、最初にオイルを塗布したままで給油をせずに実験をした。
図14より明らかなように、本発明の円錐ころ軸受によれば、給油遅れや潤滑不良といった条件下においても焼付寿命を大幅に長くすることができる。
11内輪軌道面
12大径鍔部
13小径鍔部
14円筒状部
20外輪
21外輪軌道面
30円錐ころ
31転動面
32小径側端面
33大径側端面
40保持器
50逃げ部
Sラビリンスシール
Claims (10)
- 外輪と、内輪と、これらの間に介在する複数の円錐ころと、当該円錐ころの保持器とを備えた円錐ころ軸受において、
前記円錐ころの大径側端面の曲率半径をRaとし、前記内輪の大径側鍔部の端面の曲率半径をRbとしたときに、Ra<Rbであることを特徴とする円錐ころ軸受。 - ころ有効長さをLWR、ころ平均径をDWとするとき、LWR/DWで表されるころ径に対するころ長さの比が1.1〜1.7の範囲にある請求項1に記載の円錐ころ軸受。
- 前記外輪のクラウニング半径をRCO、軌道長さをLRO、前記内輪のクラウニング半径をRCI、軌道長さをLRIとするとき、外輪クラウニングパラメータ(=RCO/LRO)が30〜150であるとともに、内輪クラウニングパラメータ(=RCI/LRI)が50〜260である請求項2に記載の円錐ころ軸受。
- 前記外輪及び内輪の各軌道面並びに前記円錐ころの転動面にはクラウニングが施され、
全クラウニング量(=外輪クラウニング量+内輪クラウニング量+ころクラウニング量×2)が50μm以上、
外輪クラウニング率(=外輪クラウニング量/全クラウニング量)が40%以上、
ころクラウニング率(=(ころクラウニング量×2)/全クラウニング量)が20%以下である請求項2に記載の円錐ころ軸受。 - 前記内輪の内径をd、前記外輪の外径をDとするとき、ころ径パラメータ(2DW/(D−d))が0.44〜0.52の範囲にある請求項3又は4に記載の円錐ころ軸受。
- 請求項3又は4に記載の円錐ころ軸受の内外輪間の軸方向一端側に、油の流入を抑制する油流入抑制手段を設けた円錐ころ軸受装置。
- 前記油流入抑制手段は、前記保持器の小径側端部に、前記外輪に近接した位置から径方向内方に延びる環状部を形成し、その内周側端部を前記内輪に近接させることにより当該内輪との間にラビリンスシールを構成してなるものである請求項6に記載の円錐ころ軸受装置。
- 外輪軌道角度αが25度〜30度の範囲である請求項3又は4に記載の円錐ころ軸受。
- 内輪クラウニング率(=内輪クラウニング量/全クラウニング量)が10%以上である請求項3又は4に記載の円錐ころ軸受。
- ピニオン軸のピニオンギヤ側及びその逆側にそれぞれ円錐ころ軸受が配置され、ピニオンギヤ側には請求項6又は7に記載の円錐ころ軸受装置が設けられている車両用ピニオン軸支持装置。
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