JP2008002534A - Retainer for bearings - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することが可能な高剛性で且つ高強度の軸受用保持器に関する。 The present invention relates to a highly rigid and high strength cage for a bearing capable of maintaining the lubrication performance inside the bearing constant over a long period of time.
従来、鉄道車両や自動車、鉄鋼設備や建設機械をはじめとする産業機械には、その回転機構を回転自在に支持する各種の軸受が適用されている。かかる軸受としては、比較的小さな荷重を支持する際に適用する玉軸受と、比較的大きな荷重を支持する際に適用するころ軸受とがあるが、近年における高荷重下での高速回転に対応するために、ころ軸受が適用される場合が多くなっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, various types of bearings that rotatably support a rotating mechanism are applied to industrial machines such as railway vehicles, automobiles, steel facilities, and construction machines. As such a bearing, there are a ball bearing that is applied when supporting a relatively small load and a roller bearing that is applied when supporting a relatively large load, which corresponds to high-speed rotation under a high load in recent years. For this reason, roller bearings are often used.
ころ軸受の一例として、図1(a),(b)に示された円すいころ軸受は、相対回転可能に対向配置された内輪1及び外輪3と、内外輪1,3の対向面に形成された軌道面1s,3s間に転動自在に組み込まれた複数の転動体5と、これら複数の転動体5を1つずつ回転自在に保持する複数のポケット8を有する保持器11とを備えて構成されている。この場合、各転動体5としては、その転動面5m(軌道面1s,3s間に沿って転がる面)が円すい形状を成した円すいころ5を想定しており、かかる円すいころを保持する保持器11としては、かご形保持器11が用いられている。
As an example of a roller bearing, the tapered roller bearing shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) is formed on opposing surfaces of an
かかる構成において、内外輪1,3のいずれか一方及び双方の軌道面1s,3sの少なくとも片側には、当該軌道面1s,3sに沿って環状の鍔部が突出されている。なお、図面には、内輪1の軌道面1sの両側に環状の鍔部7,9が突出した構成が例示されている。また、内外輪1,3の軌道面1s,3sは、各円すいころ5の回転中心5z(図1(b)、図4(a))の集束方向に沿って傾斜しており、これに対応して、内輪1の軌道面1sの両側に突出した環状の鍔部7,9は、その突出端7e,9eの径寸法が相互に異なっている。即ち、一方の鍔部9(以下、大径鍔部9という)は、比較的大径の突出端9eとなり、他方の鍔部7(以下、小径鍔部7という)は、一方の鍔部9よりも比較的小径の突出端7eとなる。
In such a configuration, an annular flange protrudes along the
これにより、複数の円すいころ5が内外輪1,3の軌道面1s,3s間を転動する際、各円すいころ5は、転動面5mの両側に形成された円形の側面5eが環状の鍔部7,9の案内面7s,9s(図1(a)、図4(a),(b))によって保持されながら、内外輪1,3の軌道面1s,3s間に沿って案内される。このとき、各円すいころ5は、保持器11に形成された複数のポケット8に1つずつ保持されて回転中心5z回りに回転する。
Thus, when the plurality of
また、かご形保持器11は、内外輪1,3間に沿って周方向に連続し且つ互いに同中心に所定の間隔を空けて対向配置された2つの円環部2,4と、これら円環部2,4の間に亘って延出し且つ当該円環部2,4に沿って周方向に等間隔で配列された複数の柱部6と、2つの円環部2,4の内周面2s,4sと複数の柱部6両側の内壁面6sとで区画された複数のポケット8とを備えている。この場合、2つの円環部2,4は、内外輪1,3の軌道面1s,3sの傾斜方向に沿って互いに異なる径に設計されている。即ち、一方の円環部(大径側円環部)4は、他方の円環部(小径側円環部)2よりも比較的大径に設計されており、これにより、保持器11は、その全体が例えば図6(a)に示すような円錐台形状を成している。
Further, the
このようなかご形保持器11において、複数の円すいころ5は、当該保持器11の各ポケット8に1つずつ回転自在に保持されるようになっている。即ち、各円すいころ5において、その転動面5mが隣り合う2つの柱部6の内壁面6sに保持されると共に、転動面5mの両側に形成された円形の側面5eが2つの円環部2,4の内周面2s,4sに保持される。そして、軸受回転中において、かご形保持器11は、その複数のポケット8に各円すいころ5を1つずつ回転自在に保持しながら、これら円すいころ5と共に内外輪1,3間に沿って公転する。
In such a
このとき、ポケット8に保持された円すいころ5の回転性能を一定に維持するために、従来から例えば図5に示すように、各ポケット8の窓角θを一定の角度に設定した保持器が提案されている。ここで、窓角θとは、各ポケット8を区画する2つの柱部6の内壁面6s相互の成す角度であり、かご形保持器11の内径側から外径側(即ち、柱部6の内径面6inから外径面6out)に向うに従って先細り形状を成している。
At this time, in order to keep the rotational performance of the
具体的に説明すると、かご形保持器11において、各柱部6の内壁面6sは、保持器11の中心11h(図1(a),(b)、図6(a))と円すいころ5の回転中心5z(図1(b)、図4(a))とを通る第1基準線11xに対して一定の傾斜角度(窓角)θを成す平面状に設定されており、円すいころ5の転動面5mに対して1箇所(1点)P1(図5)で線状に接触する。これにより、軸受回転中、各ポケット8内の円すいころ5は、柱部6の内壁面6sに線接触することで、当該ポケット8から脱落すること無く回転することになる。
More specifically, in the
この場合、軸受回転中において、円すいころ5と保持器11(柱部6の内壁面6s)との摩擦抵抗を軽減するために、例えば特許文献1には、当該保持器11の外径側(特に、柱部6の外径面6out)に各種の窪みを形成し、ここに潤滑剤を溜めることで、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持する技術が提案されている。
In this case, in order to reduce the frictional resistance between the
しかしながら、各種の窪みを形成した保持器11は、その窪み近傍に応力が集中し易い構成となり、その結果、当該保持器11の剛性や強度を低下させてしまう場合がある。また、高荷重下で高速回転させるような鉄道車両用軸受には、高剛性で且つ高強度の保持器が要求されるが、各種の窪みを形成した保持器11は、かかる要求を満足できるものでは無い。そこで、剛性や強度が比較的高い金属製の保持器を適用することも考えられるが、かかる金属製保持器では、軸受回転に伴って磨耗した金属粉が潤滑剤に混入する場合があり、そうなると、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することができなくなってしまう虞がある。
However, the
また、軸受の一定期間使用後に、保持器11を取り出して検査すると、各柱部6の内径面6inに比較的多くの潤滑剤が付着していることが確認された。この場合、例えば各柱部6の内径面6inの面積を拡大すれば、当該内径面6inに付着する潤滑剤量を飛躍的に増加させることができる。なお、図5において、柱部6の内径面6inの面積は、保持器11の中心11hと柱部6の中心6zとを通る第2基準線11y(図1(b))からの幅寸法I0として規定されている。従って、かかる幅寸法I0を大きくすることで、軸受内部を効率良く潤滑することが可能となり、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することができる。しかし、かかる効果を実現することができる保持器は知られていない。
本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することが可能な高剛性で且つ高強度の軸受用保持器を提供することにある。また、別の効果として、各柱部の断面積を大きくすることができるため、当該柱部の強度を向上させることができる。 The present invention has been made to solve such a problem, and the object thereof is to provide a highly rigid and high strength bearing retainer capable of maintaining the lubricating performance inside the bearing constant over a long period of time. Is to provide. Moreover, since the cross-sectional area of each pillar part can be enlarged as another effect, the intensity | strength of the said pillar part can be improved.
このような目的を達成するために、本発明は、軸受内部において複数の転動体を回転自在に保持しながら、これら複数の転動体と共に軸受内部に沿って公転する軸受用保持器であって、軸受内部に沿って周方向に連続した少なくとも1つの円環部と、円環部から軸受内部に沿って延出し、当該円環部に沿って周方向に所定間隔で配列された複数の柱部と、円環部の内周面と複数の柱部の内壁面とによって区画され、複数の転動体を1つずつ回転自在に保持する複数のポケットとを備えており、柱部の内壁面には、少なくとも、0°以上90°以下の窓角を成し且つ複数の転動体の中心相互を結んだ仮想円よりも外側で各転動体に接触する接触部と、接触部から内側寄りに位置し且つ前記窓角よりも小さい角度を成して延在した延在部とが設けられている。 In order to achieve such an object, the present invention is a bearing retainer that revolves along the inside of the bearing together with the plurality of rolling elements while rotatably holding the plurality of rolling elements inside the bearing, At least one annular portion that is continuous in the circumferential direction along the inside of the bearing, and a plurality of column portions that extend from the annular portion along the inside of the bearing and are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction along the annular portion And a plurality of pockets which are partitioned by the inner peripheral surface of the annular portion and the inner wall surfaces of the plurality of column portions and rotatably hold the plurality of rolling elements one by one on the inner wall surface of the column portion. Is at least a contact angle that forms a window angle of 0 ° or more and 90 ° or less and contacts the rolling elements outside the virtual circle that connects the centers of the plurality of rolling elements, and is positioned inward from the contact portion. And an extending portion extending at an angle smaller than the window angle. It is.
本発明において、接触部は、保持器の中心と転動体の中心とを通る第1基準線に対して所定の傾斜角度を成す平面状に設定されており、延在部は、保持器の中心と柱部の中心とを通る第2基準線に対して所定の傾斜角度を成す平面状に設定されている。この場合、接触部を保持器の中心と転動体の中心とを通る第1基準線に対して所定の傾斜角度を成す平面状に設定し、延在部を前記接触部に対して所定の曲率半径で接線接続する円弧状に設定しても良い。また、本発明の軸受用保持器は、その全体が樹脂材料で成形されており、鉄道車両に設けられた回転軸を支持する軸受に適用可能である。 In the present invention, the contact portion is set in a planar shape having a predetermined inclination angle with respect to a first reference line passing through the center of the cage and the center of the rolling element, and the extending portion is the center of the cage. And a second reference line that passes through the center of the column part and is set to a plane that forms a predetermined inclination angle. In this case, the contact portion is set in a planar shape having a predetermined inclination angle with respect to the first reference line passing through the center of the cage and the center of the rolling element, and the extending portion has a predetermined curvature with respect to the contact portion. You may set in the circular arc shape which carries out tangent connection by a radius. The bearing cage of the present invention is entirely formed of a resin material, and can be applied to a bearing that supports a rotating shaft provided in a railway vehicle.
本発明によれば、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することが可能な高剛性で且つ高強度の軸受用保持器を実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the highly rigid and high intensity | strength cage for a bearing which can maintain the lubricating performance inside a bearing constant over a long period of time is realizable.
以下、本発明の一実施の形態に係る軸受用保持器について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態は、上述したようなころ軸受(図1(a),(b)、図4(a))に用いたかご形保持器11(図6(a))の改良であり、他の軸受構成は同図に示した構成と同一であるため、以下、改良部分の保持器11の説明にとどめる。ここでは、例えば新幹線などの鉄道車両に設けられた回転軸(車軸、各種の駆動軸など)を支持する軸受に適用される保持器11を想定する。
Hereinafter, a bearing cage according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. This embodiment is an improvement of the cage retainer 11 (FIG. 6 (a)) used for the roller bearings (FIGS. 1 (a), (b) and 4 (a)) described above. Since the structure of the bearing is the same as that shown in the figure, only the
図1(c)〜(e)に示すように、本実施の形態に係る軸受用保持器において、各柱部6の内壁面6sには、少なくとも、0°以上90°以下の窓角2θを成し且つ複数の円すいころ5の中心(回転中心5z:図1(b)、図4(a))相互を結んだ仮想円PCDよりも外側で各円すいころ5に接触する接触部6aと、接触部6aから内側寄りに位置し且つ前記窓角2θよりも小さい角度2φを成して延在した延在部6bとが設けられている。
As shown in FIGS. 1C to 1E, in the bearing retainer according to the present embodiment, the
具体的に説明すると、接触部6aは、保持器11の中心11h(図1(a),(b)、図6(a))と円すいころ5の中心(回転中心5z:図1(b)、図4(a))とを通る第1基準線11xに対して所定の傾斜角度(窓角)θを成す平面状に設定されている。また、延在部6bは、保持器11の中心11hと柱部6の中心6zとを通る第2基準線11yに対して所定の傾斜角度φを成す平面状に設定されている。
More specifically, the
この場合、接触部6aの傾斜角度(窓角)θと、延在部6bの傾斜角度φとは、下記(1)式を満足するように設定することが好ましい。
180/Z+θ>φ≧0 … (1)
なお、Zは、円すいころ5の総数を示す。
In this case, the inclination angle (window angle) θ of the
180 / Z + θ> φ ≧ 0 (1)
Z indicates the total number of tapered
以上、本実施の形態によれば、各柱部6の内壁面6sにおいて、上記(1)式を満足するように2つの接触部6a及び延在部6bの傾斜角度θ及びφを設定することにより、柱部6の内径面6inの面積を従来に比べて格段に大きくすることができる。この場合、柱部6の内径面6in側に設けられた延在部6bは、接触部6aとの接続境界P3から円すいころ5に向けて延出し、その延出端P2は、転動面5mに対して非接触状態に位置決めされている。このため、柱部6の内壁面6sは、その接触部6aの一箇所(1点)P1で円すいころ5に対して接触する構成となる。
As described above, according to the present embodiment, the inclination angles θ and φ of the two
かかる構成において、柱部6の内径面6inの面積を上記第2基準線11yからの幅寸法Iとして規定すると、当該幅寸法Iは、従来の幅寸法I0よりも大きくなる(I>I0)。即ち、上記(1)式を満足するように柱部6の内壁面6s(接触部6a及び延在部6b)を構成(図1(e))することにより、従来の柱部6の構成(図5)に比べて、本実施の形態の柱部6の内径面6inの面積(幅寸法I、断面積)を大きく(I>I0)設定することができる。この場合、従来に比べて、(I−I0)×2×柱部6の本数分だけ内径面6inの面積(幅寸法I)を大きく設定することができる。これにより、当該内径面6inに付着する潤滑剤量を飛躍的に増加させることができる。この結果、軸受内部を効率良く潤滑することが可能となり、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することができる。更に、各柱部6の断面積が大きくできる分だけ、当該柱部6の強度更には保持器11の強度を向上させることができる。
In such a configuration, when defining the area of the inner diameter surface
また、本実施の形態によれば、保持器11の外径側(特に、柱部6の外径面6out)に潤滑剤を溜めるための各種の窪みを形成する必要が無いため、応力集中し難い保持器構成を実現することができる。これにより、保持器11の剛性や強度を高く設定することができる。この結果、当該保持器11を高荷重下で高速回転させるような鉄道車両用軸受に適用した場合でも、上述した潤滑性能の維持と共に、当該軸受の回転安定性や安全性を長期に亘って維持することが可能となる。
In addition, according to the present embodiment, there is no need to form various depressions for storing the lubricant on the outer diameter side of the retainer 11 (particularly, the outer diameter surface 6out of the column portion 6). A difficult cage configuration can be realized. Thereby, the rigidity and strength of the
なお、上述した実施の形態において、2つの接触部6a及び延在部6bの傾斜角度θ及びφの値については特に言及しなかったが、傾斜角度(窓角)θは、例えば円すいころ5の大きさ(直径)、内外輪1,3間における保持器11の位置や、保持器11の形状や種類などに応じて任意に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。また、傾斜角度φは、柱部6の本数や大きさ並びに形状などに応じて任意に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。
In the embodiment described above, the values of the inclination angles θ and φ of the two
また、上述した実施の形態において、接触部6aと延在部6bとの接続境界P3は、図面上で角張った形状を成しているが、ここにフィレットを設けて角を丸めるように構成しても良い。角張った部分には、比較的応力が集中し易くなるが、フィレットを設けることで、接触部6aと延在部6bとを滑らかに連続させることが可能となり、その結果、当該保持器11の強度を向上させることができる。
In the above-described embodiment, the connection boundary P3 between the
また、本発明の他の実施の形態に係る軸受用保持器として、図2に示すようなかご形保持器11を適用しても、上述した実施の形態(図1(e))と同様の効果を実現することができる。かかる保持器11において、接触部6aは、保持器11の中心11hと円すいころ5の回転中心5zとを通る第1基準線11xに対して所定の傾斜角度(窓角)θを成す平面状に設定されており、延在部6bは、前記接触部6aに対して所定の曲率半径Rで接線接続する円弧状に設定されている。
Further, even when a
かかる他の実施の形態によれば、延在部6bを円弧状とすることで、軸受回転中において内壁面6s(接触部6a)と円すいころ5との接触点P1を変動し難くできるため、軸受の回転安定性を更に向上させることが可能となる。また、円弧状の延在部6bを接触部6aに対して所定の曲率半径Rで接線接続させることで、接触部6aと延在部6bとを滑らかに連続させることが可能となり、その結果、当該保持器11の強度を向上させることができる。なお、その他の効果は、上述した実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。
According to such another embodiment, since the extending
また、上述した各実施の形態(図1(e)、図2)において、柱部6の内壁面6s(接触部6a及び延在部6b)の表面形状については特に言及しなかったが、例えば図3(a),(b)に示すような保持器構成としても良い。即ち、各柱部6の内壁面6sのうち小径側円環部2寄りの領域には、当該保持器11と共に複数の円すいころ5を軸受内部(図面では、内輪1)に組み込む際に各円すいころ5と接触する接触部が形成され、且つ、各柱部6の内壁面6sのうち大径側円環部4寄りの領域には、常に各円すいころ5と非接触となる非接触部6cが形成されている。この場合、内壁面6sのうち接触部が形成された領域に、上述した2つの接触部6a及び延在部6bが設けられている。
Moreover, in each embodiment mentioned above (FIG.1 (e), FIG.2), although it did not mention in particular about the surface shape of the
なお、図3(a)には、第1の保持器構成として、内壁面6sに沿って略台形状に形成された接触部が示されている。かかる接触部は、小径側円環部2に接合された柱部6の端部6eから当該柱部6両側を通り且つ大径側円環部4の端部6eに向うに従ってアキシアル方向(軸受の回転中心軸Q(図1(a))に平行な方向)に先細り形状を成し、そのまま当該大径側円環部4の内径側に潜り込むように延出されている。
また、図3(b)には、第2の保持器構成として、内壁面6sに沿って略矩形状に形成された接触部が示されている。かかる接触部は、小径側円環部2に接合された柱部6の端部6eから当該柱部6両側をラジアル方向(軸受の回転中心軸Q(図1(a))に直交する方向)に横断して形成されている。
FIG. 3A shows a contact portion formed in a substantially trapezoidal shape along the
FIG. 3B shows a contact portion formed in a substantially rectangular shape along the
かかる第1及び第2の保持器構成によれば、図4(b)に示すように、環状の鍔部7が突出された内輪1に対して保持器11と共に複数の円すいころ5を組み込む際、鍔部7の突出端7eに当接した各円すいころ5により各柱部6の接触部(接触部6a及び延在部6b)のみが押圧され、内壁面6sの非接触部6cには、各円すいころ5が接触しない。このため、小径側円環部2のみが外径方向に押し広げられる。この状態で、内輪1を更に矢印Y方向に移動させることで、当該保持器11に保持された各円すいころ5を鍔部7の突出端7eを乗り越えて当該内輪1の軌道面1sに組み込むことができる。
According to the first and second cage configurations, as shown in FIG. 4B, when the plurality of tapered
このように、内輪1の軌道面1sに対する各円すいころ5の組込時に、小径側円環部2のみを外径方向に押し広げるようにしたことにより、保持器全体を押し広げる場合に比べて、各円すいころ5と内輪1の軌道面1sとの間に働く締付力(圧縮力)を低減させることができる。これにより、組込時において各円すいころ5や内輪1(軌道面1s)が傷付いたり、破損するといったような不具合の発生を抑制することができる。
As described above, when each
なお、各柱部6の内壁面6sにおいて、接触部(接触部6a及び延在部6b)は、円すいころ5の転動面5mと接触するようにポケット8の開口を狭める向きに出っ張らせて形成され、これに対して、非接触部6cは、円すいころ5の転動面5mから離間するようにポケット8の開口を広げる向きに引っ込めて形成される。この場合、接触部((接触部6a及び延在部6b))の出張量や非接触部6cの引込量は、例えば保持器11の形状や大きさ、ポケット8の形状や大きさ、或いは、ポケット8に保持される円すいころ5の転動面5mの形状や大きさなどに応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。
In addition, in the
また、第1及び第2の保持器構成において、接触部((接触部6a及び延在部6b))の形成領域(例えば、長さ、幅など)は、例えば保持器11の種類や形状、大きさや剛性などによって任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。例えば第3の保持器構成として、図3(c)に示すように、各柱部6の内壁面6s全体に亘って且つ当該柱部6の長手方向に沿って、上述した2つの接触部6a及び延在部6bを設けても良い。
Further, in the first and second cage configurations, the formation region (for example, length, width, etc.) of the contact portion ((
なお、上述した各実施の形態(図1(e)、図2)において、かご形保持器11の材質については特に言及しなかったが、その全体を樹脂材料で成形しても良いし、金属材料で成形しても良い。この場合、当該保持器11の材料は、高剛性で且つ高強度であれば任意の材料を選択することができるため、ここでは特に限定しない。また、軸受回転時には高温下にさらされることになるため、耐熱性に優れた材料を選択することが好ましい。
In each of the above-described embodiments (FIGS. 1 (e) and 2), the material of the
また、上述した各実施の形態(図1(e)、図2)では、転動体5として円すいころを想定し、これを保持可能な保持器11を想定して説明したが、これ以外に、例えば円筒ころ、針状ころ、球面ころ、凸面ころなどを保持可能な保持器11にも本発明の技術的構成を施すことで、上述したような効果を実現することができる。
また、上述した各実施の形態では、各柱部6の内壁面6sにおいて、接触部6aの一箇所(1点)P1で円すいころ5に対して接触し、延在部6bの延出端P2は円すいころ5に対して非接触となる構成を例示したが、これに限定されることは無く、接触部6aの一箇所(1点)P1及び延在部6bの延出端P2が双方共に円すいころ5に対して接触するような構成としても良い。
Moreover, in each embodiment mentioned above (FIG.1 (e), FIG.2), although the tapered roller was assumed as the rolling
Moreover, in each embodiment mentioned above, in the
また、本発明の変形例に係る保持器11としては、例えば図6(a)に示すように、各ポケット8の四隅において、円環部2,4のうち柱部6の両端部6eに隣接した部分に、所定深さだけ窪ませて形成した逃げ部10を設けても良い。この場合、逃げ部10は、各ポケット8の四隅に設けられており、軸受の回転中心軸Q(図1(a))に沿った方向に窪ませて(凹ませて)形成されている。別の言い方をすると、各逃げ部10は、軸受回転方向に沿って窪ませて(凹ませて)形成されてはいない。
Further, as the
具体的に説明すると、図6(b)〜(d)に示すように、逃げ部10は、円環部2,4を横断して平坦状に形成された1つの平坦状面10sと、平坦状面10sの両側から円環部2,4及び柱部6に向けて所定の曲率(例えば、曲率半径)で連続した2つの円弧状面R1,R2とから構成されている。ここで、平坦状面10sは、軸受の回転中心軸を直交する方向に沿って平行に円環部2,4を横断して形成されており、2つの円弧状面R1,R2のうち、一方の円弧状面R1は、平坦状面10sの一方側から円環部2,4の内周面2s,4sに連続し、且つ、他方の円弧状面R2は、平坦状面10sの他方側から柱部6の内壁面6sに連続している。
More specifically, as shown in FIGS. 6B to 6D, the
このような逃げ部10において、2つの円弧状面R1,R2から1つの平坦状面10sに亘る全体の幅寸法を2nとすると、幅寸法2nは、円すいころ5の端面(転動面5mと側面5eとの間に周方向に沿って連続した環状の端面)に形成された面取り5rの寸法(図1(a)、図4(a),(b))よりも大きく設定されている。また、逃げ部10は、その深さ寸法kを円環部2,4の幅寸法Hの10%〜30%の範囲に設定して構成されている。ここで、逃げ部10の深さ寸法kが円弧状面R1,R2の曲率半径ρと近似(ρ=k)しているとして、曲率半径ρと幅寸法Hとの比(ρ/H)で表わすと、当該逃げ部10は、0.1≦ρ/H≦0.3なる関係を満足するように設定されている。
In such a
なお、図面上において、各円弧状面R1,R2は、連続した一定(単一)の曲率半径ρで形成されているが、この場合、曲率半径ρの大きさは、例えば逃げ部10の深さ寸法kや幅寸法2nに応じて任意に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。また、逃げ部10の深さ寸法kや幅寸法2nは、例えば図示しない転動体(円すいころ)の大きさや形状、当該転動体(円すいころ)を保持するポケット8の大きさや形状に応じて任意に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。
In the drawing, each of the arcuate surfaces R1 and R2 is formed with a continuous constant (single) radius of curvature ρ. In this case, the magnitude of the radius of curvature ρ is, for example, the depth of the
以上、本変形例の保持器11によれば、1つの平坦状面10sの両側から円環部2,4及び柱部6に向けて所定の曲率半径ρで連続した2つの円弧状面で構成された逃げ部10をポケット8の四隅に設けたことにより、曲率半径の増大が制約された条件下においてもポケット8の四隅への過度の応力集中を低減することができる。これにより、従来に比べて保持器11の強度を一定に維持することが可能となり、その結果、当該保持器11の延命化や信頼性の向上を図ることができる。
As described above, according to the
また、本変形例によれば、逃げ部10の幅寸法2nを円すいころ5の面取り5rの寸法よりも大きく設定したことで、軸受に封入されている潤滑剤(グリース、油)の掻き取り防止や当該保持器11のポケット8の偏磨耗の防止を図ることができる。即ち、各ポケット8の四隅において、潤滑剤を円すいころ5の端面に付着・保持させることが可能となり、これにより、円すいころ5の端面と内外輪1,3に形成された環状の鍔部7,9(軌道面1sの両側に突設されたころ案内)との接触部位に常時潤滑剤を供給し続けることができる。この結果、円すいころ5及び内外輪1,3の磨耗や摩損を低減させることが可能となり、軸受寿命の延命化を図ることができる。
Further, according to this modification, the
更に、本変形例によれば、逃げ部10の深さ寸法kを円環部2,4の幅寸法Hの10%〜30%の範囲に設定したことにより、保持器11全体としての強度を一定に維持することが可能となり、その結果、軸受の回転性能を長期に亘って一定に維持することができる。特に新幹線などの高速鉄道車両に設けられた回転軸(例えば、車軸)や、その主電動機の出力軸を支持する軸受には、高速回転下において高負荷が作用するため、それに対応するように保持器11の強度も高いものが要求されるが、本変形例の保持器11は、これに充分に対応することができる。
Furthermore, according to this modification, the depth k of the
ここで、上述したような本変形例の保持器11の効果について、応力の発生モデルを用いて実証する。
図7(a)には、ポケット8(図6)に逃げ部10の無い保持器モデルが示されており、その円環部2,4は、厚さ寸法T=8、幅寸法H=10の割合に設定され、その柱部6は、長さ寸法E=15、円環部中央までの柱長L=20の割合に設定されている。そして、柱部6に荷重F=50(例えば、50ニュートン)を作用させて保持器モデルにモーメントMを発生させる。このとき、柱部6には均等な分布荷重Wが作用しているものとする。
Here, the effect of the
FIG. 7 (a) shows a cage model in which the pocket 8 (FIG. 6) does not have the
かかる条件下における材料力学的な関係から、柱部6に生じる応力σ0(基準応力)は、下記の(2)(3)式より(1)式として算出される。
σ0=M/Z (Z:断面係数) … (1)
M=W・L2/2 … (2)
Z=T・H2/6 … (3)
From the material mechanical relationship under such conditions, the stress σ 0 (reference stress) generated in the
σ 0 = M / Z (Z: section modulus) (1)
M = W · L 2/2 ... (2)
Z = T · H 2/6 ... (3)
図7(b)には、ポケット8(図6)に既存の逃げ部10aを有する保持器モデルが示されており、逃げ部10aは、柱部6の端部6eに隣接した部分において、単一の曲率半径ρのみで形成された円弧形状を成している。この場合、円環部2,4に生じる曲げ応力を材料力学的な関係から求めると、応力集中を考慮した場合の各ポケット8の四隅で発生する引張応力σmaxは、(4)式として算出される。
σmax=ασ0 (α:応力集中係数) … (4)
FIG. 7 (b) shows a cage model having an existing
σmax = ασ 0 (α: Stress concentration factor) (4)
ここで、図7(b)の保持器モデルについて、有限要素法に基づく構造解析(FEM解析)を行って、その解析結果から得られたσmaxと材料力学的に求めた基準応力σ0とから応力集中係数αは、(5)式として算出される。
α=σmax/σ0 … (5)
Here, structural analysis (FEM analysis) based on the finite element method is performed on the cage model of FIG. 7B, and from the σmax obtained from the analysis result and the reference stress σ 0 obtained from the material mechanics. The stress concentration coefficient α is calculated as equation (5).
α = σmax / σ 0 (5)
図8(a)には、図7(b)の保持器モデルにおける応力集中係数αの算出結果が示されており、逃げ部10aの曲率半径をρ、深さ寸法をk、円環部2,4の幅寸法をHとし、ρ=kとすると、応力集中係数αは、ρ/H=0.1〜0.3の範囲で極値(α=3.65〜3.76、αmin=3.39)をとることがわかる。
FIG. 8 (a) shows the calculation result of the stress concentration coefficient α in the cage model of FIG. 7 (b). The radius of curvature of the
図7(c)には、ポケット8(図6)に既存の逃げ部10を有する本変形例の保持器モデルが示されており、逃げ部10の幅寸法を2n、ρ/H=0.2とし、これに基づいて応力集中係数αを算出すると、図8(b)に示すような算出結果が得られる。かかる算出結果によれば、n/ρ=1.0は、図8(a)の応力集中係数αの最小値(αmin=3.39)を示した諸寸法(単一の曲率半径ρ)であり、当該n/ρが1.0を越えると、応力集中係数αが減少し、応力の集中を低減させる効果を発揮することがわかる。この場合、n/ρ=2.0以降は略一定の極値をとるため、n/ρが2.0以上となるように逃げ部10を設定することが好ましい。
FIG. 7 (c) shows a cage model of the present modified example having the existing
2,4 円環部
2s,4s 内周面
5 転動体(円すいころ)
6 柱部
6a 接触部
6b 延在部
6s 内壁面
8 ポケット
11 保持器
2,4 torus
2s, 4s Inner
6
Claims (8)
軸受内部に沿って周方向に連続した少なくとも1つの円環部と、
円環部から軸受内部に沿って延出し、当該円環部に沿って周方向に所定間隔で配列された複数の柱部と、
円環部と複数の柱部の内壁面とによって区画され、複数の転動体を1つずつ回転自在に保持する複数のポケットとを備えており、
柱部の内壁面には、少なくとも、0°以上90°以下の窓角を成し且つ複数の転動体の中心相互を結んだ仮想円よりも外側で各転動体に接触する接触部と、接触部から内側寄りに位置し且つ前記窓角よりも小さい角度を成して延在した延在部とが設けられていることを特徴とする軸受用保持器。 A bearing retainer that revolves along the inside of the bearing together with the plurality of rolling elements while holding the plurality of rolling elements within the bearing rotatably,
At least one annular portion that is circumferentially continuous along the bearing interior;
A plurality of pillars extending from the annular part along the inside of the bearing, and arranged at predetermined intervals in the circumferential direction along the annular part;
A plurality of pockets that are partitioned by an annular part and inner wall surfaces of a plurality of pillars, and that hold a plurality of rolling elements one by one,
A contact portion that contacts each rolling element at least outside a virtual circle that forms a window angle of 0 ° or more and 90 ° or less and connects the centers of the plurality of rolling elements on the inner wall surface of the column part, and a contact A bearing retainer is provided, wherein the bearing retainer is provided with an extending portion that is located inward from the portion and extends at an angle smaller than the window angle.
逃げ部は、円環部を横断して平坦状に形成された1つの平坦状面と、平坦状面の両側から円環部及び柱部に向けて所定の曲率で連続した2つの円弧状面とから構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の軸受用保持器。 Each pocket is provided with a relief portion formed by recessing a portion of the annular portion adjacent to the pillar portion by a predetermined depth,
The escape portion includes one flat surface formed flat across the annular portion, and two arc-shaped surfaces continuous at a predetermined curvature from both sides of the flat surface toward the annular portion and the column portion. The bearing retainer according to any one of claims 1 to 4, wherein:
The bearing retainer according to any one of claims 1 to 7, wherein the bearing retainer is applicable to a bearing that supports a rotating shaft provided in a railway vehicle.
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