JP2007198518A - Roller and roller bearing - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、円筒ころ軸受あるいは円すいころ軸受のころの形状、およびそのころを備えたころ軸受に関する。 The present invention relates to a roller shape of a cylindrical roller bearing or a tapered roller bearing, and a roller bearing provided with the roller.
円筒ころ軸受あるいは円すいころ軸受のようなころ軸受の転動疲労寿命を延長するには、内外輪の軌道面ところの転動面と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、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。
In order to extend the rolling fatigue life of a roller bearing such as a cylindrical roller bearing or a tapered roller bearing, it is necessary to reduce the contact surface pressure with the rolling surface at the raceway surface of the inner and outer rings. In order to reduce the contact surface pressure under a certain load, it is important to make the surface pressure distribution uniform in the axial direction. As a technique, the raceway surface of the inner ring or outer ring of the roller bearing or the rolling surface of the roller is curved. The crowning process to be formed is known.
There have been many proposals for crowning in the past. Typical examples include
また、ころを中空にしたり、ころの側端部に深い窪みを設けて、ころに可とう性を具備させた考案もなされている(例えば特許文献11,12)。
円筒ころ軸受あるいは円すいころ軸受では、通常、ころ端部でのエッジ応力を避けて軸方向の面圧分布を一定にするために内輪軌道面、外輪軌道面、およびころ転動面のいずれかあるいは複数にクラウニング加工が施されている。しかしながら、これらのころ軸受が大きい荷重下で使用される場合は、クラウニングのドロップ量を大きくしなければならず、加工が困難であるという問題があった。 In cylindrical roller bearings or tapered roller bearings, one of the inner ring raceway surface, the outer ring raceway surface, and the roller rolling surface is usually used in order to avoid edge stress at the roller end and to keep the axial surface pressure distribution constant. Several are crowned. However, when these roller bearings are used under a large load, there has been a problem that the amount of crowning drop has to be increased and the processing is difficult.
また、特許文献11および特許文献12では、内輪軌道面、外輪軌道面、およびころ転動面のいずれにもクラウニングを設けていないため、ころ端部でころと内輪または外輪とが接触して、エッジ応力が発生するという問題があった。
Further, in
特に、図7に示すように、円すいころ軸受11が正面組合せで使用され、軸20にラジアル荷重Wが作用する場合は、軸20のたわみによってころ14の大径側でエッジ応力が発生しやすく、逆に、図8に示すように、円すいころ軸受11が背面組合せで使用され、軸20にラジアル荷重Wが作用する場合は、軸20のたわみによってころ14の小径側でエッジ応力が発生しやすい。
In particular, as shown in FIG. 7, when the tapered roller bearing 11 is used in a front combination and a radial load W acts on the
この発明の目的は、円筒ころ軸受あるいは円すいころ軸受において、大きい荷重下で使用される場合でも、クラウニングのドロップ量を大きくすることなく軸方向の面圧分布を均一にすることを可能にして、加工性を改善し、低コストを実現しつつ、エッジ応力の発生を防ぎ、長寿命化を図ることである。
この発明の他の目的は、円すいころ軸受が正面組合せあるいは背面組合せで使用される場合において、軸のたわみによるエッジ応力の発生を防ぎ、長寿命化を図ることである。
The object of the present invention is to make the axial surface pressure distribution uniform without increasing the amount of crowning drop even when used under a large load in a cylindrical roller bearing or a tapered roller bearing, It is to improve the workability and realize low cost while preventing the generation of edge stress and extending the life.
Another object of the present invention is to prevent the occurrence of edge stress due to the deflection of the shaft and extend the life when the tapered roller bearing is used in a front combination or a back combination.
この発明のころ軸受のころは、ころを中空にするかまたは、ころの側端面に窪みを設け、かつ、ころの転動面にクラウニングを設けたものとした。
ころを中空にするかまたは、ころの側端面に窪みを設けることで、ころ端部の剛性が低下して、応力が緩和される。そのため、ころ転動面のクラウニングのドロップ量が小さくても、ころ端部に生じるエッジ応力を小さく保つことができ、寿命の延長を図れる。ころを中空にするかまたは、ころの側端面に窪みを設ける加工は、ドロップ量の大きいクラウニングの加工ほど精度が要求されないため、加工が容易であり、低コストでの生産が可能である。
In the roller of the present invention, the roller is made hollow, or a recess is provided on the side end surface of the roller, and a crowning is provided on the rolling surface of the roller.
By making the roller hollow or providing a recess on the side end face of the roller, the rigidity of the roller end portion is lowered and the stress is relieved. Therefore, even if the amount of the crowning drop on the roller rolling surface is small, the edge stress generated at the roller end can be kept small, and the life can be extended. The process of hollowing the rollers or providing the depressions on the side end surfaces of the rollers is not as precise as the process of crowning with a large drop amount, and therefore is easy to process and can be produced at low cost.
この発明のころ軸受は、ころを中空にするかまたは、ころの側端面に窪みを設け、かつ、ころの転動面、内輪の軌道面、および外輪の軌道面のうちの少なくとも一つの面にクラウニングを設けたものとした。
この発明にかかるころ軸受に用いられるころは、中空または側端面に窪みが設けられたものであるため、上記のように、ころ端部の剛性が低下して、応力が緩和される。そのため、ころ転動面、内輪の軌道面、および外輪の軌道面のクラウニング量が小さくても、ころ端部に生じるエッジ応力を小さく保つことができ、軸受寿命の延長を図れる。
The roller bearing according to the present invention is such that the roller is hollow or a recess is provided in the side end surface of the roller, and at least one of the rolling surface of the roller, the raceway surface of the inner ring, and the raceway surface of the outer ring. A crowning was provided.
Since the roller used for the roller bearing according to the present invention is hollow or provided with a depression on the side end face, the rigidity of the roller end portion is reduced as described above, and the stress is relieved. Therefore, even if the amount of crowning on the roller rolling surface, the inner ring raceway surface, and the outer ring raceway surface is small, the edge stress generated at the roller end can be kept small, and the bearing life can be extended.
正面組合せで使用されかつその正面組合せの軸受間で軸にラジアル荷重が作用する用途で使用される円すいころ軸受については、ころの両側の側端面に窪みを設けてこれら窪みの周囲の肉厚を、ころ大径側をころ小径側よりも薄くするか、またはころの転動面にクラウニングを設けて、そのクラウニングのドロップ量を、ころ大径側をころ小径側よりも大きくした。
円すいころ軸受が正面組合せで使用される場合は、軸のたわみによってころの大径側でエッジ応力が発生しやすい。したがって、ころの両側の側端面に設ける窪みの周囲の肉厚を、ころ大径側をころ小径側よりも薄くすることにより、ころ大径側の端部の方がころ小径側の端部よりも剛性の低下の程度を大きくして、ころ大径側の端部でのエッジ応力の発生を防止する。または、ころの転動面に設けるクラウニングのドロップ量を、ころ大径側をころ小径側よりも大きくすることにより、ころ大径側の端部でのエッジ応力の発生を防止する。
For tapered roller bearings used in front combination and used in applications where radial load is applied to the shaft between the front combination bearings, recesses are provided on the side end faces on both sides of the rollers to reduce the thickness around these recesses. The roller large diameter side was made thinner than the roller small diameter side, or crowning was provided on the rolling surface of the roller, and the drop amount of the crowning was made larger on the roller large diameter side than on the roller small diameter side.
When tapered roller bearings are used in a front combination, edge stress tends to occur on the large diameter side of the rollers due to shaft deflection. Therefore, by making the wall thickness around the depressions provided on the side end surfaces on both sides of the roller thinner on the large roller side than on the small roller side, the end on the large roller side is more than the end on the small roller side. However, the degree of reduction in rigidity is increased to prevent the occurrence of edge stress at the end portion on the large diameter side of the roller. Alternatively, the amount of drop of the crowning provided on the rolling surface of the roller is made larger on the roller large diameter side than on the roller small diameter side, thereby preventing the occurrence of edge stress at the end of the roller large diameter side.
背面組合せで使用されかつその背面組合せの軸受間で軸にラジアル荷重が作用する用途で使用される円すいころ軸受については、ころの両側の側端面に窪みを設けてこれら窪みの周囲の肉厚を、ころ小径側をころ大径側よりも薄くするか、またはころの転動面にクラウニングを設けて、そのクラウニングのドロップ量を、ころ小径側をころ大径側よりも大きくした。
円すいころ軸受が背面組合せで使用される場合は、軸のたわみによってころの小径側でエッジ応力が発生しやすい。したがって、ころの両側の側端面に設ける窪みの周囲の肉厚を、ころ小径側をころ大径側よりも薄くすることにより、ころ小径側の端部の方がころ大径側の端部よりも剛性の低下の程度を大きくして、ころ小径側の端部でのエッジ応力の発生を防止する。または、ころの転動面に設けるクラウニングのドロップ量を、ころ小径側をころ大径側よりも大きくすることにより、ころ小径側の端部でのエッジ応力の発生を防止する。
For tapered roller bearings that are used in the back combination and are used in applications where a radial load is applied to the shaft between the back combination bearings, recesses are provided on the side end surfaces of both sides of the roller to reduce the thickness around these recesses. The roller small diameter side was made thinner than the roller large diameter side, or crowning was provided on the rolling surface of the roller, and the drop amount of the crowning was made larger on the roller small diameter side than on the roller large diameter side.
When tapered roller bearings are used in combination on the back side, edge stress tends to occur on the small diameter side of the rollers due to shaft deflection. Therefore, by making the wall thickness around the dents provided on the side end faces on both sides of the roller thinner on the roller small diameter side than on the roller large diameter side, the roller small diameter side end is closer to the roller large diameter end. However, the degree of reduction in the rigidity is increased to prevent the occurrence of edge stress at the end portion on the small diameter side of the roller. Alternatively, the amount of drop of the crowning provided on the rolling surface of the roller is made larger on the roller small diameter side than on the roller large diameter side, thereby preventing the occurrence of edge stress at the end portion on the roller small diameter side.
この発明のころ軸受は、ころを中空にするかまたは、ころの側端面に窪みを設け、かつ、ころの転動面、内輪の軌道面、および外輪の軌道面のうちの少なくとも一つの面にクラウニングを設けたため、大きい荷重下で使用される場合でも、クラウニングのドロップ量を大きくすることなく軸方向の面圧分布を均一にすることを可能にして、加工性を改善し、低コストを実現しつつ、エッジ応力の発生を防ぎ、長寿命化を図ることができる。 The roller bearing according to the present invention is such that the roller is hollow or a recess is provided in the side end surface of the roller, and at least one of the rolling surface of the roller, the raceway surface of the inner ring, and the raceway surface of the outer ring. The crowning is provided, so even when used under heavy loads, the axial surface pressure distribution can be made uniform without increasing the amount of crowning drop, improving workability and reducing costs. However, it is possible to prevent the generation of edge stress and extend the life.
この発明の円すいころ軸受は、正面組合せで使用されかつその正面組合せの軸受間で軸にラジアル荷重が作用する場合には、ころの両側の側端面に窪みを設けてこれら窪みの周囲の肉厚を、ころ大径側をころ小径側よりも薄くするか、またはころの転動面にクラウニングを設けて、そのクラウニングのドロップ量につき、ころ大径側をころ小径側よりも大きくし、また背面組合せで使用されかつその背面組合せの軸受間で軸にラジアル荷重が作用する用途で使用される場合には、ころの両側の側端面に窪みを設けてこれら窪みの周囲の肉厚を、ころ小径側をころ大径側よりも薄くするか、またはころの転動面にクラウニングを設けて、そのクラウニングのドロップ量を、ころ小径側をころ大径側よりも大きくしたため、軸のたわみによるエッジ応力の発生を防ぎ、長寿命化を図ることができる。 The tapered roller bearing according to the present invention is used in a front combination, and when a radial load is applied to the shaft between the front combination bearings, recesses are provided on the side end surfaces on both sides of the roller, and the thickness around these recesses is increased. The roller large diameter side is made thinner than the roller small diameter side, or a crown is provided on the rolling surface of the roller, and the roller large diameter side is made larger than the roller small diameter side with respect to the amount of drop of the crown, and the back surface When used in a combination and in applications where radial load is applied to the shaft between the bearings of the rear combination, recesses are provided on the side end faces on both sides of the roller, and the thickness around these recesses is reduced to the roller small diameter. The roller side is made thinner than the roller large diameter side, or the roller rolling surface is provided with a crowning, and the amount of the crowning drop is made larger on the roller small diameter side than on the roller large diameter side. Preventing the occurrence of stress, it is possible to increase the life of.
この発明の第1の実施形態を図1および図2と共に説明する。
この軸受1は円筒ころ軸受であって、図1に示すように、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略円柱状のころ4とを備えている。内輪2は、外周に円柱面からなる軌道面2aが形成されたものであり、軌道面2aの両側に鍔部2b,2cを有する。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。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。
尚、鍔部2b,2cは、内輪2には無く外輪3にあっても良い。また、鍔部2b,2cは、内輪2あるいは外輪3の片側にのみ配置されていても良い。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The
The
図2の断面図に示すように、ころ4は、ころ転動面4aの軸方向中央部4aaは直線状で、軸方向両端部4ab,4acにクラウニングが形成されている。そのクラウニングは、円弧状曲線(半径r)で形成されており、ころ4の両端でのクラウニングのドロップ量σは等しい。ここで言うドロップ量σは、ころ4の最大半径と有効長さ端部(転動面4aと面取り4b,4cとの交点)でのころ4の半径との差のことである。ころ転動面4aの両端には面取り4b,4cが施されている。
As shown in the sectional view of FIG. 2, in the
また、ころ4の両側端面には、横断面(図示せず)が円形の窪み5,6が設けられている。両窪み5,6は、それぞれ同径、同深さとされている。したがって、小径側も大径側も、窪み5,6の周囲の肉厚tが等しい。
Further,
上記のように、ころ4の転動面4aにクラウニングを設けると、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することができる。また、ころ4の側端面に窪み5,6を設けると、ころ4の軸方向端部の剛性が低下して、応力が緩和される。よって、クラウニングのドロップ量σおよび窪み5,6の周囲の肉厚tを最適に設定して組み合わせることにより、クラウニングのドロップ量σを大きくせず、比較的容易な加工で低コストに生産できるものでありながら、面圧分布を軸方向で均一にして、長寿命化を図ることができる。
As described above, when the crowning is provided on the
この発明の第2の実施形態を図3および図4と共に説明する。
この軸受11は円すいころ軸受であって、図3に示すように、内輪12と、外輪13と、これら内外輪12,13間に介在する複数個の円すいころ14とを備えている。内輪12は、外周に円すい面からなる軌道面12aが形成されたものであり、軌道面12aの大径側および小径側に大鍔12bおよび小鍔12cをそれぞれ有する。外輪13は、内周に内輪12の軌道面12aに対向する軌道面13a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14は、外周が転動面14aとして形成され、上記両軌道面12a,13a間で転動自在となっている。各円すいころ14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。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The
図4の断面図に示すように、円すいころ14の転動面14aには、円弧状(半径r)のフルクラウニングが形成されている。他の例では、転動面14aの中央部を直線状に形成し、両端部のみにクラウニングを施す場合もある。クラウニングのドロップ量σ1,σ2は、円すいころ軸受14が使用される状況や用途に応じて適正値を設定することができる。ころ転動面14aの両端には面取り14aa,14abが施されている。
As shown in the sectional view of FIG. 4, an arcuate (radius r) full crowning is formed on the rolling
また、円すいころ14の両側端面には、横断面(図示せず)が円形の窪み15,16が設けられている。窪み15,16の周囲の肉厚t1,t2は、円すいころ軸受14が使用される状況や用途に応じて適正値を設定することができる。
Further, recesses 15 and 16 having a circular cross section (not shown) are provided on both end surfaces of the tapered
第1の実施形態と同様に、ころ14の転動面14aにクラウニングを設けると、内・外輪12,13の軌道面12a,13aところ14の転動面14aとの接触部に作用する荷重の偏りを少なくすることができるとともに、ころ14の側端面に窪み15,16を設けると、ころ14の軸方向端部の剛性が低下して、応力が緩和される。よって、クラウニングのドロップ量σ1,σ2および窪み15,16の周囲の肉厚t1,t2を最適に設定して組み合わせることにより、クラウニングのドロップ量σ1,σ2を大きくせず、比較的容易な加工で低コストに生産できるものでありながら、面圧分布を軸方向で均一にして、長寿命化を図ることができる。
また、クラウニングのドロップ量σ1,σ2、あるいは窪み15,16の周囲の肉厚t1,t2を異なった値とすることで、ミスアライメント下で応力分布が不均一となる現象にも対応することができる。
Similarly to the first embodiment, when the crowning is provided on the rolling
Further, by setting the crowning drop amounts σ1, σ2 or the thicknesses t1, t2 around the
例えば、図7に示すように、円すいころ軸受11が正面組合せで使用され、軸受間にラジアル荷重Wが作用する場合は、軸20のたわみによってころ14の大径側でエッジ応力が発生することから、窪み15,16の周囲の肉厚を、ころ大径側をころ小径側より小さく、すなわちt1<t2とするか、あるいはクラウニングのドロップ量を、ころ大径側をころ小径側よりも大きく、すなわちσ1>σ2とすることで、ころ14の大径側でのエッジ応力の発生を防ぎ、接触面圧を均一化する。
For example, as shown in FIG. 7, when the tapered
また、図8に示すように、円すいころ軸受11が背面組合せで使用され、軸受間にラジアル荷重Wが作用する場合は、軸20のたわみによってころ14の小径側でエッジ応力が発生することから、窪み15,16の周囲の肉厚を、ころ小径側をころ大径側より小さく、すなわちt2<t1とするか、あるいはクラウニングのドロップ量を、ころ小径側をころ大径側よりも大きく、すなわちσ2>σ1とすることで、ころ14の小径側でのエッジ応力の発生を防ぎ、接触面圧を均一化する。
Also, as shown in FIG. 8, when the tapered
第1および第2の実施形態では、クラウニングの形状を単一の曲率を有する円弧形状としたが、クラウニングの形状を、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される形状としてもよい。
また、第1および第2の実施形態では、ころ4,14の転動面4a,14aにクラウニングを設けたが、内輪2,12の軌道面2a,12aや外輪3,13の軌道面3a,13aにクラウニングを設けてもよい。場合によっては、ころ4,14の転動面4a,14a、内輪2,12の軌道面2a,12a、および外輪3,13の軌道面3a,13aの複数にクラウニングを設けてもよい。
In the first and second embodiments, the crowning shape is an arc shape having a single curvature, but the crowning shape is expressed by a continuous arc shape formed by a plurality of arcs or a logarithmic curve. It may be a shape or a shape expressed by a general function.
In the first and second embodiments, although the crowning is provided on the rolling
さらに、第1および第2の実施形態では、ころ4,14の側端面に窪み5,6,15,16を設けた構成としたが、図5、図6に示すように、ころ4,14に両側の側端面を結ぶ連通孔7,17を設けて、ころ4,14を中空状にしてもよい。その場合も、窪みを設けた場合と同様な作用、効果が得られる。
Furthermore, in 1st and 2nd embodiment, it was set as the structure which provided the
1…円筒ころ軸受
2,12…内輪
2a,12a…内輪軌道面
3,13…外輪
3a,13a…外輪軌道面
4,14…ころ
4a,14a…ころ転動面
5,6,15,16…窪み
7,17…連通孔
11…円すいころ軸受
t,t1,t2…窪みの周囲の肉厚
σ,σ1,σ2,…クラウニングのドロップ量
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