JP2007139019A - 円すいころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 自動車のデファレンシャルや各種産業機械、工作機械に使用される正面組合せの円すいころ軸受において、ミスアライメントが生じても均一な接触面圧が得られるクラウニング形状とすることにより、軸受の寿命延長を図る。
【解決手段】 一対の円すいころ軸受１を正面合わせで使用する。円すいころ軸受１の内輪軌道面２ａ、外輪軌道面３ａ、およびころ転動面４ａのいずれかがクラウニングを有し、そのクラウニング形状は、内輪軌道面２ａ、外輪軌道面３ａ、およびころ転動面４ａにおけるころ４の小径側のクラウニングのドロップ量が、ころ４の大径側のクラウニングのドロップ量よりも小さい。
【選択図】 図３

Description

この発明は、自動車のデファレンシャルや各種産業機械、建設機械あるいは工作機械に用いられる円すいころ軸受に関し、特に円すいころ軸受の軌道輪軌道面あるいはころ転動面のクラウニングの形状に関する。

円すいころ軸受の転動疲労寿命を延長するためには、内外輪の軌道面ところの転動面の接触面圧を小さくする必要がある。一定荷重下で接触面圧を小さくするには軸方向の面圧分布を均一にすることが重要であり、その手法として、円すいころ軸受の内輪あるいは外輪の軌道面、あるいはころの転動面を曲面に形成するクラウニング加工が知られている。

クラウニングに関しては、過去に多くの提案がなされている。代表的なものとして、例えば特許文献１〜１０が挙げられる。中でも特許文献３は、鉄道車両用複列ころ軸受において、ころと内外輪との接触部におけるクラウニングによるドロップ量を軸受中央側が大きいようにするか、あるいはころの大径側に対して小径側のクラウニングによるドロップ量を大きくして、応力分布の均一化を図った発明であり、背面組合せで使用される円すいころ軸受において適用されるものである。
実登０２５５４８８２号公報（実開平５−２２８４５号公報） 実開平５−８９９４３号公報 特開平８−２３２９６０号公報 特開２０００−２５７６３７号公報 特開２０００−３４６０７８号公報 特開２００１−６５５７４号公報（ＵＳ６３９０６８５Ｂ１） 特開２００１−８２１１４号公報（ＵＳ６３１１６６０Ｂ１） 特開２００１−１２４０８９号公報 特開２００１−２４１４４６号公報 特開２００２−２３５７４９号公報

鉄道車両用複列ころ軸受は背面組合せで使用されるが、自動車のデファレンシャルをはじめ、その他各種産業機械、建設機械あるいは工作機械に用いられている支持軸受において、図１に示すように、２個の円すいころ軸受１が正面組合せで使用される場合がある。

円すいころ軸受では、一般的に、内輪鍔部からころに作用する力によって、ころの大径側においてころが内輪軌道面を押圧するように作用するモーメントが生じ、このモーメントにより、ころの大径側の接触部で応力が大きくなり、転動疲労寿命が短くなるという現象が発生する。特に、長寿命化を達成するためには、ころと軌道輪の接触部におけるエッジ応力を生じることなく、かつ均一な接触面圧分布が作用するようにクラウニング加工を施して、疲労寿命の延長を図る必要がある。

また、円すいころ軸受が正面組合せで使用されているユニットでは、図２に示すように、歯車等からのラジアル荷重Ｗによって、軸１０のたわみやハウジング１１の変形が生じることがある。その場合、円すいころ軸受１の内輪２と外輪３のそれぞれの中心線が平行にならず、ある傾斜角が生じる。このような軸受の変形は、ミスアライメントと呼ばれる。ミスアライメントが生じると、内輪２および外輪３の軌道面ところ４の転動面との接触部に偏荷重が作用して、図１１においてＢで示されるように、接触面圧分布が不均一となる。接触面圧分布が不均一であると、最大接触面圧が上昇するため、軸受の疲労寿命が低下する。特に、自動車のデファレンシャルをはじめ、その他各種産業機械、建設機械、あるいは工作機械において、正面組合せで円すいころ軸受１が使用される場合は、ころ４の大径側で内輪２および外輪３ところ４との干渉量が増大して、接触面圧はころ４の大径側で大きくなる。
このような、軸のたわみやハウジングの変形によるミスアライメントに対しても、均一な接触面圧分布となるようにクラウニング加工を施す必要がある。

この発明の目的は、正面組合せの円すいころ軸受において、ミスアライメントが生じても均一な接触面圧が得られるクラウニング形状とし、軸受の寿命延長を図ることである。

この発明の円すいころ軸受は、一対が正面合わせで使用される円すいころ軸受であって、内輪軌道面、外輪軌道面、およびころ転動面のいずれかがクラウニングを有し、そのクラウニング形状は、内輪軌道面、外輪軌道面、およびころ転動面におけるころの小径側のクラウニングのドロップ量が、ころの大径側のクラウニングのドロップ量よりも小さいことを特徴とする。
この発明の構成とすると、前記干渉量がころの大径側で大きくならず、ミスアライメント発生時において、ほぼ均一な接触面圧分布にして疲労寿命を延長することができる。

上記発明において、内輪軌道面においては小鍔側に、外輪軌道面においてはころの小径側に、ころ転動面においてはころの小径側にクラウニング頂点が存在するのが良い。
この構成とすれば、前記干渉量がころの大径側で大きくなることをより一層効果的に防止することができ、疲労寿命を延長することができる。

また、この発明の円すいころ軸受は、一対が正面合わせで使用される円すいころ軸受であって、内輪軌道面、外輪軌道面、およびころ転動面のいずれか、またはすべてにおいて、中央部が直線で形成され、その両端にクラウニングを有し、そのクラウニング形状は、内輪軌道面においては小鍔側のクラウニングのドロップ量が、外輪軌道面においてはころの小径側のクラウニングのドロップ量が、ころ転動面においてはころの小径側のクラウニングのドロップ量が、他方のクラウニングのドロップ量より小さいことを特徴とする。
この発明の構成の場合も、前記同様、前記干渉量がころの大径側で大きくならず、ミスアライメント発生時において、ほぼ均一な接触面圧分布にして疲労寿命を延長することができる。

クラウニングの形状は、単一の曲率を有する円弧形状か、複数の円弧で形成される連続した円弧形状か、対数曲線で表現される形状か、または一般的な関数で表現できる形状を有するものとしてもよい。軸受の使用される状況や加工上の都合等に合わせて、適当なクラウニング形状を選択することができる。

この発明の円すいころ軸受は、一対が正面合わせで使用される円すいころ軸受であって、
内輪軌道面、外輪軌道面、およびころ転動面のいずれかがクラウニングを有し、そのクラウニング形状は、内輪軌道面、外輪軌道面、およびころ転動面におけるころの小径側のクラウニングのドロップ量が、ころの大径側のクラウニングのドロップ量よりも小さいものとするか、あるいは内輪軌道面、外輪軌道面、およびころ転動面のいずれか、あるいはすべてにおいて、中央部が直線で形成され、その両端にクラウニングを有し、そのクラウニング形状は、内輪軌道面においては小鍔側のクラウニングのドロップ量が、外輪軌道面においてはころの小径側のクラウニングのドロップ量が、ころ転動面においてはころの小径側のクラウニングのドロップ量が、他方のクラウニングのドロップ量より小さいものとしたため、ミスアライメント発生時において、内輪ところ、および外輪ところの接触面圧をほぼ均一とすることができ、軸受の疲労寿命を延長することが可能になる。

この発明の第１の実施形態を図３ないし図５と共に説明する。この円すいころ軸受１は、内輪２と、外輪３と、これら内外輪２，３間に介在する複数個の円すいころ４とを備えている。内輪２は、外周に円すい面からなる軌道面２ａが形成されたものであり、軌道面２ａの大径側および小径側に大鍔２ｂおよび小鍔２ｃをそれぞれ有する。外輪３は、内周に内輪２の軌道面２ａに対向する軌道面３ａが形成されたものであり、鍔無しとされている。円すいころ４は、外周が転動面４ａとして形成され、上記両軌道面２ａ，３ａ間で転動自在となっている。各円すいころ４は、図示しない保持器のポケット内に入れられ、円周方向に所定の間隔を隔てて保持されている。

前記円すいころ４の転動面４ａは、クラウニングを有する形状とされ、両端には斜めに面取り４ａａ，４ａｂが施されている。図３および図４の場合、フルクラウニングで、そのクラウニング形状は、点Ｏを中心とする単一の曲率を有する円弧状とされている。クラウニングの頂点Ｐは、円すいころ４の回転軸方向の中心Ｃ−Ｃよりも小径側に存在し、かつ小径側のドロップ量ｄ１が大径側のドロップ量ｄ２よりも小さくなっている。ドロップ量ｄ１，ｄ２は、クラウニングの頂点Ｐの接線からクラウニングの端部までの距離のことである。

図５は、図３および図４とは異なり、ころ転動面４ａの中央部に直線部を有する例である。この例の場合、ころ転動面４ａの両端部は点Ｏを中心とする単一の曲率を有する円弧で形成されているが、その途中は直線部になっており、円弧が両端２箇所に分断されている。クラウニングのドロップ量は、小径側のドロップ量ｄ１が大径側のドロップ量ｄ２よりも小さくなっている。

図３および図４、または図５に示すクラウニング形状とすると、ミスアライメント発生時に、内・外輪２，３の軌道面２ａ，３ａところ４の転動面４ａとの接触部に作用する荷重の偏りを少なくして、接触面圧分布をほぼ均一にすることができる。例えば、ミスアライメント発生時の接触面圧分布は、図１１においてＡで示される。これを、クラウニングの頂点が円すいころ４の軸方向中心に位置し、クラウニングのドロップ量が小径側と大径側とで同じである場合（Ｂ）と比較すると、最大接触面圧の大きさに違いがあることがよくわかる。なお、図１１は、円すいころ軸受の内・外輪軌道面あるいはころ転動面において、内輪軌道面においては小鍔側に、外輪軌道面においては小径側に、ころ転動面においては小径側にクラウニング頂点が存在する場合の接触面圧を計算した例を表している。

図６に示すように、クラウニング形状を、複数の円弧で形成される連続した円弧形状としてもよい。この例では、点Ｏ１を中心とする円弧と、点Ｏ２を中心とする円弧で形成され、両円弧はクラウニングの頂点Ｐで滑らかに連続している。この場合も、クラウニングの頂点Ｐは、円すいころ４の回転軸方向の中心Ｃ−Ｃよりも小径側に存在し、かつ小径側のドロップ量ｄ１が大径側のドロップ量ｄ２よりも小さくなっている。
また、クラウニング形状を、円弧で表現できる形状以外に、対数曲線やその他の一般的な関数で表現できる形状としてもよい。
また、図７に示すように、ころ転動面４ａにおいて、転動面中央部が直線で形成されており、クラウニングが転動面両端のみに形成されているものとしても良い。この場合も、小径側のドロップ量ｄ１が大径側のドロップ量ｄ２よりも小さくなっている。
いずれの場合も、ミスアライメント発生時において接触面圧分布をほぼ均一にすることができる。

図８ないし図１０は第２の実施形態を示す。この実施形態は、内輪２および外輪３の軌道面２ａ，３ａにクラウニングを施したものである。図８および図９の場合、内外輪２，３いずれの軌道面２ａ，３ａもフルクラウニングが施されており、そのクラウニング形状は、点Ｏinまたは点Ｏoutを中心とする単一の曲率を有する円弧状とされている。クラウニングの頂点Ｐin，Ｐoutは、円すいころ４の回転軸方向の中心Ｃ−Ｃよりも小径側に存在し、かつ内輪軌道面２ａおよび外輪軌道面３ａ共に、小径側のドロップ量ｄ１が大径側のドロップ量ｄ２よりも小さくなっている。
また、図１０に示すように、内輪２および外輪３の中央部が直線で形成されており、クラウニングがころ転動面４ａの両端のみに形成されているものとしても良い。この場合も、小径側のドロップ量ｄ１が大径側のドロップ量ｄ２よりも小さくなっている。
いずれの場合も、円すいころ４の転動面４ａにクラウニングを施した場合と同様の作用、効果が得られる。

また、内輪２および外輪３の軌道面２ａ，３ａについても、そのクラウニング形状を、複数の円弧で形成される連続した円弧形状や、対数曲線で表現される形状か、または一般的な関数で表現できる形状とすることができ、その場合も上記と同様な作用、効果が得られる。

円すいころ軸受を正面組合せで使用した断面図である。 ミスアライメントの発生状況を示す説明図である。 この発明の第１の実施形態にかかる円すいころ軸受の一部を省略した断面図である。 同軸受のクラウニング形状を示す図である。 異なるクラウニング形状を示す図である。 さらに異なるクラウニング形状を示す図である。 さらに異なるクラウニング形状を示す図である。 この発明の第２の実施形態にかかる円すいころ軸受の一部を省略した断面図である。 同軸受のクラウニング形状を示す図である。 異なる同軸受のクラウニング形状を示す図である。 接触面圧の分布を示すグラフである。

符号の説明

１…円すいころ軸受
２…内輪
２ａ…内輪軌道面
３…外輪
３ａ…外輪軌道面
４…円すいころ
４ａ…ころ転動面
Ｐ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐin，Ｐout…クラウニングの頂点
ｄ１，ｄ２，…ドロップ量

Claims (4)

1. 一対が正面合わせで使用される円すいころ軸受であって、内輪軌道面、外輪軌道面、およびころ転動面のいずれかがクラウニングを有し、そのクラウニング形状は、内輪軌道面、外輪軌道面、およびころ転動面におけるころの小径側のクラウニングのドロップ量が、ころの大径側のクラウニングのドロップ量よりも小さいことを特徴とする円すいころ軸受。
2. 請求項１において、内輪軌道面においては小鍔側に、外輪軌道面においてはころの小径側に、ころ転動面においてはころの小径側にクラウニング頂点が存在する円すいころ軸受。
3. 一対が正面合わせで使用される円すいころ軸受であって、内輪軌道面、外輪軌道面、およびころ転動面のいずれか、またはすべてにおいて、中央部が直線で形成され、その両端にクラウニングを有し、そのクラウニング形状は、内輪軌道面においては小鍔側のクラウニングのドロップ量が、外輪軌道面においてはころの小径側のクラウニングのドロップ量が、ころ転動面においてはころの小径側のクラウニングのドロップ量が、他方のクラウニングのドロップ量より小さいことを特徴とする円すいころ軸受。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、クラウニングの形状が、単一の曲率を有する円弧形状か、複数の円弧で形成される連続した円弧形状か、対数曲線で表現される形状か、または一般的な関数で表現できる形状を有する円すいころ軸受。

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