JP2010196754A - Rolling bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軌道輪及び転動体に窒化処理または浸炭窒化処理を施してなる転がり軸受に関する。 The present invention relates to a rolling bearing formed by nitriding or carbonitriding a bearing ring and rolling elements.
転がり軸受は、高面圧下で繰り返し剪断応力を受けて使用されるため、この剪断応力に耐えて転がり疲労寿命を確保する必要がある。そのため、軌道輪及び転動体としては、高炭素クロム軸受鋼二種(SUJ2)に焼入れ及び焼戻し処理を施したり、肌焼鋼(SCR420、SCN420等)に浸炭処理または浸炭窒化処理し、焼入れ及び焼戻し処理を施すことにより、表面硬さをHv650〜800に高めたものが使用されている。 Since a rolling bearing is used under repeated shear stress under high surface pressure, it is necessary to withstand this shear stress and ensure a rolling fatigue life. Therefore, as the races and rolling elements, two types of high-carbon chromium bearing steel (SUJ2) are quenched and tempered, or case-hardened steel (SCR420, SCN420, etc.) is carburized or carbonitrided, quenched and tempered. The thing which surface hardness was raised to Hv650-800 by giving a process is used.
更に近年では、自動車、工作機械、一般産業機械、鉄鋼設備等の動力伝達機構や支持機構の高効率化及び小型化を実現するために、これらの機構で使用される転がり軸受も高速、高荷重、高温といった過酷な環境下で使用されてることが多くなってきている。特に、高荷重下で使用される転がり軸受では、軌道面に油膜が形成され難く、軌道面と転動体表面との間に金属接触が生じて転がり面に大きな接線力が発生するため、表面損傷が起こり易い。また、高温下で使用される転がり軸受では、軌道面と転動体表面との間にスキューによる滑りが生じ易く、軌道面と転動体表面との間に繰り返し剪断応力や大きな接線力が発生するため、表面損傷が起こり易い。 Furthermore, in recent years, rolling bearings used in these mechanisms have also been increased in speed and load in order to achieve higher efficiency and downsizing of power transmission mechanisms and support mechanisms for automobiles, machine tools, general industrial machines, steel equipment, etc. It is increasingly used in harsh environments such as high temperatures. In particular, in rolling bearings used under high loads, an oil film is difficult to form on the raceway surface, and metal contact occurs between the raceway surface and the rolling element surface, resulting in a large tangential force on the rolling surface. Is likely to occur. Also, in rolling bearings used at high temperatures, slippage due to skew is likely to occur between the raceway surface and the rolling element surface, and repeated shear stress and large tangential force are generated between the raceway surface and the rolling element surface. Surface damage is likely to occur.
また、表面損傷は、グリースや潤滑油に金属切粉、削り屑、バリ、摩耗粉等の異物が混入した場合にも起こり、異物の噛み込みによって転がり面に圧痕が生じ、圧痕の縁に応力集中することが原因である。 Surface damage also occurs when foreign materials such as metal chips, shavings, burrs, and wear powder are mixed with grease or lubricating oil, causing indentations on the rolling surface due to the inclusion of foreign materials, and stress on the edges of the indentations. The cause is concentration.
表面損傷は寿命低下を招来するため、軸受の構成材料を改善することが行われている。例えば、特許文献1では、少なくとも軌道輪を、重量比にして、C含有率が0.8〜1.2%、Si含有率が0.4〜1.0%、Cr含有率が0.2〜1.2%、Mn含有率が0.8〜1.5%である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理し、830〜870℃での焼入れ処理と、160〜190℃での焼戻し処理とを施すことで作製し、その表層部の残留オーステナイトを25〜50体積%にすることを提案している。また、特許文献2では、少なくともころを、重量比にして、C含有率が0.8〜1.5%、Si含有率が0.4〜1.2%、Mn含有率が0.8〜1.5%、Cr含有率が0.8〜1.8%である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭窒化処理し、焼入れ処理及び焼戻し処理を施すことで作製し、その表層部の残留オーステナイトを20〜40体積%にし、表面硬さをHv750以上にすることを提案している。
Since surface damage leads to a reduction in life, improvements have been made to the constituent materials of bearings. For example, in
しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載の技術では、表層部の残留オーステナイト量と硬さとを共に特定の値にまで大きくすることで寿命向上を図っているため、製造コストの削減には限度がある。また、表面損傷による寿命低下が問題となる軌道部材の寿命についてのみ考慮されており、それ以外の転動部材の寿命については考慮されていない。そのため、軌道部材の寿命のみを長くしても、それ以外転動部材の寿命が不足して軸受全体としての寿命を長くできない場合がある。
However, in the technologies described in
そこで本発明は、高速、高荷重、高温環境下、あるいはグリースや潤滑油に異物が混入した場合でも表面損傷に由来する寿命低下が抑えられ、かつ安価な転がり軸受を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an inexpensive rolling bearing in which a decrease in life due to surface damage is suppressed even under a high speed, high load, high temperature environment, or when foreign matter is mixed in grease or lubricating oil. .
上記目的を達成するために本発明は、軌道輪の間に保持器により複数の転動体を転動自在に保持してなり、かつ、前記転動体の窒素濃度が前記軌道輪の窒素濃度よりも0.1〜1.0%高いことを特徴とする転がり軸受を提供する。前記軌道輪は、窒化処理または浸炭窒化処理されていることが好ましい。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention comprises a cage in which a plurality of rolling elements are rotatably held by a cage, and the nitrogen concentration of the rolling elements is higher than the nitrogen concentration of the bearing rings. Provided is a rolling bearing characterized by being 0.1 to 1.0% higher. The raceway is preferably nitriding or carbonitriding.
本発明の転がり軸受では、軌道輪に対し転動体の窒素濃度が特定量高くなり強化されているため、高速・高荷重・高温環境下での使用や、グリースや潤滑油に異物が混入した場合に圧痕が軌道面に形成されても、圧痕縁を起点としたクラックの発生、伝播を遅延させることができ、軸受全体として長寿命になる。また、転動体のみを窒化処理または浸炭窒化処理するだけでもよく、コスト削減が可能である。 In the rolling bearing according to the present invention, the nitrogen concentration of the rolling element is increased by a specified amount relative to the raceway and is strengthened, so that it can be used in high-speed, high-load, high-temperature environments, or when foreign matter enters grease or lubricating oil. Even if the indentation is formed on the raceway surface, the generation and propagation of cracks starting from the indentation edge can be delayed, and the entire bearing has a long life. Further, only the rolling elements may be subjected to nitriding treatment or carbonitriding treatment, and the cost can be reduced.
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明において転がり軸受の種類には制限はなく、図1に示す円すい頃軸受や図2に示す玉軸受を例示することができる。尚、図1に示す円すいころ軸受は、外輪2と内輪3との間に、複数の転動体1である円すいころを保持器4で保持して構成され、グリースや潤滑油(図示せず)により潤滑される。尚、符号2aは外輪軌道面、3aは内輪軌道面である。また、図2に示す玉軸受は、外輪2と内輪3との間に、複数の転動体1である玉を保持器4で保持して構成され、グリースや潤滑油(図示せず)により潤滑される。尚、符号2aは外輪軌道面、3aは内輪軌道面である。
In the present invention, the type of rolling bearing is not limited, and examples include a conical bearing shown in FIG. 1 and a ball bearing shown in FIG. The tapered roller bearing shown in FIG. 1 is configured by holding a tapered roller as a plurality of
本発明では、転動体1(円すいころまたは玉)を窒化処理または浸炭窒化処理してその窒素濃度を、外輪2及び内輪3の窒素濃度よりも0.1〜1.0%、好ましくは0.4〜0.8%高くして表面を強化する。このような窒素濃度差が0.1%未満では長寿命化が不十分となり、1.0%を超えても効果が飽和するだけでなく、処理時間が長くなくなりコスト増を招く。尚、窒素処理および浸炭窒化処理は通常の方法で行なうことができ、上記の窒素含有量となるようにガス組成、処理温度及び処理時間を適宜設定する。
In the present invention, the rolling element 1 (tapered roller or ball) is subjected to nitriding treatment or carbonitriding treatment so that the nitrogen concentration is 0.1 to 1.0%, preferably 0.8%, than the nitrogen concentration of the
また、外輪2及び内輪3にも窒化処理または浸炭窒化処理を施して外輪軌道面2a及び内輪軌道面3aを強化し、これらに圧痕が発生し難くすることが好ましい。この場合も、外輪2及び内輪3の窒素濃度に対し、転動体1の窒素濃度が0.1〜1.0%、好ましくは0.4〜0.8%高くなるようにする。
Further, it is preferable that the
尚、窒化処理または浸炭窒化処理を施す前の転動体1、外輪2及び内輪3は、何れも通常の軸受材料で構わない。
Note that the
また、転動体1、外輪2及び内輪3は焼入れ処理及び焼戻し処理を施してもよい。処理条件には制限はなく、通常通りでよい。
Moreover, the
転がり軸受には、潤滑のためにグリースや潤滑油が使用されるが、何れも公知のもので構わない。 For the rolling bearing, grease or lubricating oil is used for lubrication, but any known bearing may be used.
以下に実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。 The present invention will be further described below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
(実施例1)
SUJ2鋼を用いて玉、外輪及び内輪に加工した。そして、玉のみに浸炭窒化処理を施し、窒素濃度の異なる玉を作製した。窒素濃度は、浸炭窒化処理における加熱時間により調整した。尚、処理ガスには、NXガスに容積比で10%のアンモニアガスを添加した混合ガスを用い、加熱温度は850℃とし、加熱直後に油温100℃の油中に投入して急冷した後180℃で2時間の焼戻しを行った。
Example 1
It was processed into balls, outer rings, and inner rings using SUJ2 steel. And only the balls were subjected to carbonitriding to produce balls having different nitrogen concentrations. The nitrogen concentration was adjusted by the heating time in the carbonitriding process. As the processing gas, a mixed gas obtained by adding 10% by volume of ammonia gas to NX gas was used. The heating temperature was set to 850 ° C., and immediately after heating, the mixture was immediately cooled in oil having an oil temperature of 100 ° C. Tempering was performed at 180 ° C. for 2 hours.
そして、軸受を組み立て転がり疲労寿命を行った。試験条件は以下の通りである。結果を図3に示すが、窒素濃度0%の玉を使用した軸受の転がり疲労寿命を1とする相対値(寿命比)で示してある。
・荷重Fr;17.64kN
・接触面圧Pmax ;2.6GPa
・回転速度;2000rpm
・潤滑;タービン56油浴給油
And the bearing was assembled and the rolling fatigue life was performed. The test conditions are as follows. The results are shown in FIG. 3, and are shown as relative values (life ratios) where the rolling fatigue life of a bearing using balls having a nitrogen concentration of 0% is 1.
・ Load Fr; 17.64kN
・ Contact surface pressure Pmax: 2.6 GPa
・ Rotation speed: 2000rpm
・ Lubrication; Turbine 56 oil bath lubrication
図示されるように、玉の窒素濃度と、外輪及び内輪の窒素濃度の差(ΔN%)が0.1〜1.0%、特に0.4〜0.8%の範囲で寿命比が高くなることがわかる。 As shown in the figure, the life ratio is high when the difference between the nitrogen concentration of the ball and the nitrogen concentration of the outer ring and the inner ring (ΔN%) is 0.1 to 1.0%, particularly 0.4 to 0.8%. I understand that
(実施例2)
内輪及び外輪に浸炭窒化処理を施し、実施例1と同様にして寿命比を求めた。結果を図4に示す。
(Example 2)
The inner ring and the outer ring were subjected to carbonitriding, and the life ratio was determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.
図示されるように、内輪及び外輪に浸炭窒化処理を施して強化することにより、図3と比べて全体的に寿命が延びているが、同様に、玉の窒素濃度と、外輪及び内輪の窒素濃度の差(ΔN%)が0.1〜1.0%、特に0.4〜0.8%の範囲で寿命比がより高くなることがわかる。 As shown in the figure, the inner ring and the outer ring are carbonitrided and strengthened to enhance the life as compared with FIG. 3, but similarly, the nitrogen concentration of the ball and the nitrogen of the outer ring and the inner ring are increased. It can be seen that the life ratio becomes higher when the concentration difference (ΔN%) is in the range of 0.1 to 1.0%, particularly 0.4 to 0.8%.
1 転動体(円すいころまたは玉)
2 外輪
2a 外輪軌道面
3 内輪
3a 内輪軌道面
4 保持器
1 Rolling elements (cone rollers or balls)
2
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