JP2010286120A - 円錐ころ軸受の設計方法 - 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、焼付の発生を抑制することができる円錐ころ軸受の設計方法を提供する。
【解決手段】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とし、前記外輪のクラウニング半径をRCO、軌道長さをLROとするとき、RCO/LROで規定される外輪クラウニングパラメータを30〜150とする。更に、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、RCI/LRIで規定される内輪クラウニングパラメータを50〜260とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、自動車や産業機械のディファレンシャルギヤ装置等に使用される円錐ころ軸受の設計方法に関する。
円錐ころ軸受は、玉軸受に比べて高負荷容量で高剛性であるという特性を有するため、このような特性を要する自動車のディファレンシャルギヤ装置やトランスアクスル装置等の車両用ピニオン軸支持装置に使用されている。
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)。
しかしながら、前記の場合において、プラス側の公差で円錐ころが加工されると、円錐ころの大径側端面と内輪の大径鍔部の端面との当たり位置が高くなる(図1におけるeの値が大きくなる)ことから、前記大径側端面と大径鍔部の端面との間の潤滑性が悪くなり、その結果、当該大径側端面又は大径鍔部の端面が焼き付き易くなるという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、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の設計方法を提供することを目的としている。
本発明の円錐ころ軸受の設計方法は、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の設計方法において、
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とし、
前記外輪のクラウニング半径をRCO、軌道長さをLROとするとき、RCO/LROで規定される外輪クラウニングパラメータを30〜150とし、且つ、
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、RCI/LRIで規定される内輪クラウニングパラメータを50〜260とすることを特徴としている。
本発明の円錐ころ軸受の設計方法では、円錐ころの大径側端面の曲率半径Raが内輪の大径側鍔部の端面の曲率半径Rbよりも小さくされているので、円錐ころの大径側端面と内輪の大径側鍔部の端面との当たり位置を低くすることができ、前記大径側端面と大径鍔部の端面との間の潤滑性が向上され、その結果、当該大径側端面又は大径鍔部の端面の焼付きを抑制することができる。
また、前記外輪のクラウニング半径をRCO、軌道長さをLROとするとき、RCO/LROで規定される外輪クラウニングパラメータを30〜150とし、且つ、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、RCI/LRIで規定される内輪クラウニングパラメータを50〜260としているので、転がり粘性抵抗が低減される。
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クラウニングを施
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で規定される全クラウニング量50μm以上とし
外輪クラウニング量/全クラウニング量で規定される外輪クラウニング率40%以上とし
(ころクラウニング量×2)/全クラウニング量で規定されるころクラウニング率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を1.1〜1.7の範囲とすることができる。この場合、ころ長さ/ころ径を小さくすることにより、油の攪拌抵抗及び転がり粘性抵抗が低減される。その結果、回転トルクを小さくすることができる。
また、前記円錐ころ軸受の設計方法において、内輪の内径をd、前記外輪の外径をDとするとき、2DW/(D−d)で規定されるころ径パラメータ0.44〜0.52の範囲にしてもよい。この場合、同サイズの従来品と比較してころ径が大きいため、軸受内部の自由空間体積が増えて、油が軸受内部を流れやすくなり、攪拌抵抗が低減される。
また、上記円錐ころ軸受の設計方法において、外輪軌道角度(外輪接触角)を25度〜30度の範囲としてもよい。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。
また、上記円錐ころ軸受の設計方法において、内輪クラウニング量/全クラウニング量で規定される内輪クラウニング率10%以上としてもよい。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。
本発明の円錐ころ軸受の設計方法によれば、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。
本発明の設計方法により得られる円錐ころ軸受の一例の軸方向断面図である。 内輪の輪郭及びクラウニング(複合クラウニングの場合)の形状を示す図である。 内輪の軌道面に施されたクラウニング(複合クラウニングの場合)の形状を模式的に示す図である。 内輪の輪郭及びクラウニング(フルクラウニングの場合)の形状を示す図である。 内輪の軌道面に施されたクラウニング(フルクラウニングの場合)の形状を模式的に示す図である。 円錐ころの断面上半分の輪郭及びクラウニングの形状を示す図である。 円錐ころの転動面に施されたクラウニング形状を模式的に示す図である。 外輪の輪郭及びクラウニングの形状を示す図である。 外輪の軌道面に施されたクラウニング形状を模式的に示す図である。 全クラウニング量と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である。 外輪クラウニング率と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である。 ころクラウニング率と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である。 内輪クラウニング率と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である。 実施例又は比較例に係る円錐ころ軸受の焼付寿命を示すグラフである。 円錐ころの大径側端面の曲率半径Ra及び内輪の大径側鍔部の端面の曲率半径Rbを説明する図である。
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の円錐ころ軸受の設計方法の実施の形態について詳細に説明をする。
図1は、本発明の設計方法により得られる円錐ころ軸受の一例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。
また、本実施の形態では、小径鍔部13から内輪10左端に至る部分に、外径が小径鍔部13よりも小さい円筒状部14が形成されている。一方、保持器40の小径側(図の左方)端部には、外輪20に近接した位置から径方向内方に延びる環状部41が形成されている。この環状部41の内周側端部は、内輪10の円筒状部14の外周面及び小径鍔部13の側面に近接し、これによってラビリンスシールSが構成されている。このように保持器40と内輪10との間に油流入抑制手段であるラビリンスシールSが構成されていることにより、図の左方から軸受内部に油が流入することを抑制できる。
本発明の特徴は、かかる円錐ころ軸受において、図15に示されるように、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の大径側鍔部12の端面12aの曲率半径をRbとしたときに、Ra<Rbとしたことである。円錐ころの大径側端面の曲率半径Raを内輪の大径側鍔部の端面の曲率半径Rbよりも小さくすることで、円錐ころの大径側端面と内輪の大径側鍔部の端面との当たり位置を低くすることができ、前記大径側端面と大径鍔部の端面との間の潤滑性が向上され、その結果、当該大径側端面又は大径鍔部の端面の焼付きを抑制することができる。
また、前記外輪のクラウニング半径をRCO、軌道長さをLROとするとき、RCO/LROで規定される外輪クラウニングパラメータを30〜150とし、且つ、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、RCI/LRIで規定される内輪クラウニングパラメータを50〜260とすることである。これにより、転がり粘性抵抗が低減される。
また、本発明では、前記内輪や外輪のクラウニング量、又は円錐ころの形状を所定の範囲に規定することにより、回転トルクを低減させることができる。
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。
そこで、本発明では、前述したように内輪や外輪のクラウニング量、又は円錐ころの形状を所定の範囲に規定することで、回転トルクを効果的に低減させている。
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。
図2は、内輪軌道面11に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。図中、円錐ころ30の転動面31と転がり接触する内輪軌道面11には、径方向外方にわずかに突出したクラウニングが施されている。このクラウニングは、円弧を上底とする台形的形状の複合クラウニングである。
以下に、内輪10のクラウニング量(以下、内輪クラウニング量ともいう)の算出方法について説明する。図2において、内輪10の軸方向に対する内輪軌道面11の幅をSK、内輪軌道面11の内軸軌道角度をβ、内輪軌道面11の両端部に形成されている図示の面取り寸法をL1,L2したとき、軌道長さLRIは、下記式(1)より得られる。
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。
図3は、図2に示す内輪軌道面11の軌道長さLRIの端点Aと端点Bとの間のクラウニングの断面形状を模式的に示したものである。図3において、長さLRI’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’と直交しかつ長さLRI’におけるクラウニング円弧中心点C1を通過する。そして、このクラウニング円弧中心点C1から、軌道長さLRIにおけるクラウニングの弦Gの中点C2までの距離を、内輪クラウニング量CRIとした。
なお、内輪クラウニングの形状は、図3に示すような円弧を上底とする台形的形状のみならず、単一の円弧形状の他、複数の円弧で形成される形状や、対数クラウニング、楕円クラウニング等、各種のクラウニング形状であってもよく、これらの全てのクラウニング形状において前述のクラウニング量の考え方が適用できる。
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。
次に、フルクラウニングの場合のクラウニングの考え方と、これに基づくクラウニング量の考え方について説明する。
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。
一方、図5は、図4に示す内輪軌道面11の軌道長さLRIの端点Aと端点Bとの間のクラウニングの断面形状を模式的に示したものである。図5において、軌道長さLRI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と直交しかつ軌道長さLRI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−{RCI−(LRI/2)1/2 ・・・(2)
図6は、円錐ころ30の軸方向の断面における上半分の輪郭を示す図である。図6において、円錐ころ30の外周面には、ほぼ直線状の転動面31と、転動面31の軸方向両端から滑らかに下がるように形成された面取り部32a,33aとが設けられている。面取り部32a,33aは円錐ころ30の小径側端面32及び大径側端面33に対しても、滑らかに連続するように形成されている。直線状に見える転動面31には、ごく僅かに外径方向に突出したフルクラウニングが施されている。図7は、図6における転動面31のころ有効長さLWRの端点Aと端点Bとの間のクラウニング形状のみを模式的に示す図である。
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。
図6において、円錐ころ30の中心軸方向に対する転動面31の幅をL、転動面31の角度(ころ角度)をγ、転動面31の両端部に形成されている面取り部32a,33aの曲面の図示の寸法をS1,S2としたとき、前述のころ有効長さLWRは、下記式(3)より得られる。
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−{RC−(LWR/2)1/2 ・・・(4)
次に、図8は、外輪軌道面21にフルクラウニングを施した外輪20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8において、外輪20の内周面には、円錐ころ30の転動面31と転がり接触する外輪軌道面21が設けられている。この外輪軌道面21には径方向内方に突出したフルクラウニングが施されている。また、外輪軌道面21の両端部から外輪20の軸端面に向かって、それぞれ面取り部22a,23aが設けられている。これらの面取り部22a,23aは、外輪20の小内径側端面22及び大内径側端面23に対して滑らかに連続するように形成されている。
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。
図8において、外輪20の軸方向に対する外輪軌道面21の幅をSB、外輪軌道面21の外輪軌道角度をα、外輪軌道面21の両端部に形成されている面取り部22a,23aの曲面の図示の寸法をC7,CL0としたとき、前述の軌道長さLROは、下記式(5)より得られる。
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。
一方、図9は、図8に示す外輪軌道面21の軌道長さLROの端点Aと端点Bとの間のクラウニングの断面形状を模式的に示したものである。図9において、軌道長さLRO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と直交しかつ軌道長さLRO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、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−{RCO−(LRO/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。
なお、フルクラウニングを施した円錐ころ30及び内外輪10,20に対して、前述した一般的なクラウニングの考え方に基づきクラウニング量を算出することができるのはもちろんである。すなわち、図2において長さLRI’を求めたのと同様に、円錐ころ30の場合はLWRに対するLWR’を、また、外輪20の場合は、LROに対するLRO’を、それぞれ導出し、円弧中心点を求めてからクラウニング量を求めればよい。このようにして一般的なクラウニングの考え方に基づき求めたクラウニング量は、フルクラウニングの考え方(図2〜3)に基づき求めた値とほぼ一致する。
次に、以上のようにして求めた外輪20のクラウニング半径RCO,軌道長さLROより、(RCO/LRO)を外輪クラウニングパラメータと定義する。また、内輪10のクラウニング半径RCI,軌道長さLRIより、(RCI/LRI)を内輪クラウニングパラメータと定義する。
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)
次に、種々の円錐ころ軸受の回転トルクを実験的に測定し、回転トルクと、前記全クラウニング量及び各クラウニング率との関係について検証した結果について説明する。
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。
また、試験時の潤滑条件としては、回転速度300[r/min]の際には、常温の潤滑油を試験前に適量塗布するのみで以後給油を行わずに試験した。一方、回転速度2000[r/min]の際には、油温323K(50℃)の潤滑油を毎分0.5リットルで循環供給しつつ試験を行った。潤滑油の供給方法を回転速度に応じて異なる方法にしたのは、それぞれの回転速度における必要最小限の潤滑油量だけ供給し、潤滑油が過剰供給になる場合に発生する潤滑油の攪拌抵抗の影響をできるだけ無くし、転がり摩擦による回転トルクを抽出するためである。本試験に供した前記円錐ころ軸受には、その全クラウニング量及び各クラウニング率が種々異なる値に設定されたものを用意し、それぞれについて回転トルクを測定して、全クラウニング量及び各クラウニング率と回転トルクとの関係を把握し、回転トルクを低減させる値の範囲を特定した。
図10は、全クラウニング量と、測定した円錐ころ軸受のトルク比(回転トルク/所定値)との関係を示した散布図である。この図から明らかなように、全クラウニング量が50μmより小さい場合では、トルク比は大きな幅をもって分散しているが、全クラウニング量が増加するに従って、分散しているトルク比の中の最大値が序々に低下する傾向を示している。そして、全クラウニング量が50μm以上の場合、トルク比は、全クラウニング量が50μmより小さい場合と比較して、より低い値の範囲に安定して分布していることが判る。なお、全クラウニング量が100μmより大きくなると、ころの挙動が不安定となってトルクが増加する。従って、全クラウニング量は100μm以下が望ましい。
次に図11は、外輪クラウニング率と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である。この図から明らかなように、外輪クラウニング率が40%より小さい場合では、外輪クラウニング率が増加するに従ってトルク比の中の最大値が序々に低下する傾向を示している。そして、外輪クラウニング率が40%以上の場合では、トルク比は、外輪クラウニング率が40%より小さい場合と比較して、より低い値の範囲に安定して分布していることが判る。なお、外輪クラウニング率が85%より大きくなると、内輪ところとの間にエッジロードが作用した場合に寿命低下を招く。従って、外輪クラウニング率は85%以下が望ましい。
図12は、ころクラウニング率と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である。この図から明らかなように、ころクラウニング率が20%より大きい場合では、ころクラウニング率が減少するに従ってトルク値の中の最大値が序々に低下する傾向を示している。そして、ころクラウニング率が20%以下の場合では、トルク値は、ころクラウニング率が20%より大きい場合と比較して、より低い値の範囲に安定して分布していることが判る。なお、ころクラウニング率が5%より小さくなると、接触面積増加によるトルクの増加や、エッジロード発生による寿命低下を招く。従って、ころクラウニング率は5%以上が望ましい。
図13は、内輪クラウニング率と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である。この図から明らかなように、内輪クラウニング率の変化に対して、トルク比は略一定の範囲で安定している。すなわち内輪クラウニング率は、円錐ころ軸受のトルク比に対して、顕著な相関が認められなかった。但し、内輪クラウニング率は、これを10%以上に設定することによって、内輪軌道面11と、転動面31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、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。なお、内輪クラウニング率を55%より大きくすると、全クラウニング量との関係から外輪クラウニング率を小さくすることになり、トルクが増加する。従って、内輪クラウニング率は55%以下が望ましい。
以上のように、円錐ころ軸受のトルク比すなわち回転トルクと、全クラウニング量及び各クラウニング率との関係について実験的に測定し検証した結果、クラウニング量として、全クラウニング量は50μm以上、外輪クラウニング率は40%以上、ころクラウニング率は20%以下という条件を満たすことで、円錐ころ軸受の回転トルクを低減させることができる、との知見を得た。
また、前記実験において、クラウニングパラメータを算出したところ、外輪クラウニングパラメータ(RCO/LRO)は30〜150、内輪クラウニングパラメータ(RCI/LRI)は50〜260が、回転トルク低減を実現することが判明した。
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。
一方、ころ径パラメータ(2DW/(D−d))に関しては、0.44〜0.52とするのが好ましいことが分かった。下限を0.44としたのは、これより小さくなると、軸受内部の自由空間体積が減り、油が流れにくくなって、油の攪拌抵抗の低減効果が十分でなくなるからである。また、上限を0.52としたのは、これより大きくなると軸受サイズ(内外輪径)に対してころ径が大きすぎて、軸受全体の形状バランスが好ましくなく、一般機器への適用が困難になるからである。
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。
つぎに、前述したクラウニング量又はクラウニングパラメータの条件を満たすとともに、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である円錐ころ軸受について、検証実験を行った。図14は本発明の設計方法により得られる円錐ころ軸受の焼付寿命を示すグラフである。実験に用いた円錐ころ軸受は、実施例及び比較例のいずれも軸受内径d=30mm、軸受外径D=74mm、組巾T=
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の設計方法によれば、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。
10 内輪
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 (6)

  1. 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の設計方法において、
    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とし、
    前記外輪のクラウニング半径をRCO、軌道長さをLROとするとき、RCO/LROで規定される外輪クラウニングパラメータを30〜150とし、且つ、
    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、RCI/LRIで規定される内輪クラウニングパラメータを50〜260とすることを特徴とする円錐ころ軸受の設計方法
  2. 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クラウニングを施
    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で規定される全クラウニング量50μm以上とし
    外輪クラウニング量/全クラウニング量で規定される外輪クラウニング率40%以上とし
    (ころクラウニング量×2)/全クラウニング量で規定されるころクラウニング率20%以下とする請求項に記載の円錐ころ軸受の設計方法
  3. 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1.1〜1.7の範囲にる請求項1又は2に記載の円錐ころ軸受の設計方法
  4. 前記内輪の内径をd、前記外輪の外径をDとするとき、2DW/(D−d)で規定されるころ径パラメータ0.44〜0.52の範囲にる請求項3に記載の円錐ころ軸受の設計方法
  5. 外輪軌道角度α25度〜30度の範囲とする請求項1〜4のいずれかに記載の円錐ころ軸受の設計方法
  6. 内輪クラウニング量/全クラウニング量で規定される内輪クラウニング率10%以上とする請求項2〜5のいずれかに記載の円錐ころ軸受の設計方法
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013021887A1 (ja) * 2011-08-11 2013-02-14 Ntn株式会社 円すいころ軸受およびその取付構造
WO2020116488A1 (ja) * 2018-12-07 2020-06-11 Ntn株式会社 円すいころ軸受
JP2020098026A (ja) * 2018-12-07 2020-06-25 Ntn株式会社 円すいころ軸受
WO2020211896A1 (de) * 2019-04-18 2020-10-22 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Kegelrollenlager

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5489147A (en) * 1977-12-26 1979-07-14 Koyo Seiko Co Ltd Conical roller bearing
JPH03113A (ja) * 1989-05-26 1991-01-07 Ngk Insulators Ltd 汚泥焼却炉排ガス中のシアン分解方法
JPH0996352A (ja) * 1995-07-24 1997-04-08 Nippon Seiko Kk デファレンシャルギヤのピニオン軸支持用円錐ころ軸受
JPH11201151A (ja) * 1998-01-14 1999-07-27 Ntn Corp 円すいころ軸受
JPH11210765A (ja) * 1998-01-26 1999-08-03 Ntn Corp デファレンシャルギヤのピニオン軸支持用円すいころ軸受
JP2001065574A (ja) * 1999-08-31 2001-03-16 Nsk Ltd ころ軸受
JP2001173665A (ja) * 1999-12-20 2001-06-26 Nsk Ltd ころ軸受
JP2003130059A (ja) * 2001-10-19 2003-05-08 Koyo Seiko Co Ltd 円錐ころ軸受
WO2005080813A1 (ja) * 2004-02-19 2005-09-01 Jtekt Corporation 円錐ころ軸受
WO2005100809A1 (ja) * 2004-04-14 2005-10-27 Jtekt Corporation 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

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5489147A (en) * 1977-12-26 1979-07-14 Koyo Seiko Co Ltd Conical roller bearing
JPH03113A (ja) * 1989-05-26 1991-01-07 Ngk Insulators Ltd 汚泥焼却炉排ガス中のシアン分解方法
JPH0996352A (ja) * 1995-07-24 1997-04-08 Nippon Seiko Kk デファレンシャルギヤのピニオン軸支持用円錐ころ軸受
JPH11201151A (ja) * 1998-01-14 1999-07-27 Ntn Corp 円すいころ軸受
JPH11210765A (ja) * 1998-01-26 1999-08-03 Ntn Corp デファレンシャルギヤのピニオン軸支持用円すいころ軸受
JP2001065574A (ja) * 1999-08-31 2001-03-16 Nsk Ltd ころ軸受
JP2001173665A (ja) * 1999-12-20 2001-06-26 Nsk Ltd ころ軸受
JP2003130059A (ja) * 2001-10-19 2003-05-08 Koyo Seiko Co Ltd 円錐ころ軸受
WO2005080813A1 (ja) * 2004-02-19 2005-09-01 Jtekt Corporation 円錐ころ軸受
WO2005100809A1 (ja) * 2004-04-14 2005-10-27 Jtekt Corporation 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

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013021887A1 (ja) * 2011-08-11 2013-02-14 Ntn株式会社 円すいころ軸受およびその取付構造
JP2013036596A (ja) * 2011-08-11 2013-02-21 Ntn Corp 円すいころ軸受およびその取付構造
CN103797258A (zh) * 2011-08-11 2014-05-14 Ntn株式会社 圆锥滚子轴承及其安装构造
WO2020116488A1 (ja) * 2018-12-07 2020-06-11 Ntn株式会社 円すいころ軸受
JP2020098026A (ja) * 2018-12-07 2020-06-25 Ntn株式会社 円すいころ軸受
JP2020143792A (ja) * 2018-12-07 2020-09-10 Ntn株式会社 円すいころ軸受
CN113167320A (zh) * 2018-12-07 2021-07-23 Ntn株式会社 圆锥滚子轴承
US11460071B2 (en) 2018-12-07 2022-10-04 Ntn Corporation Tapered roller bearing
CN113167320B (zh) * 2018-12-07 2022-11-11 Ntn株式会社 圆锥滚子轴承
JP7328936B2 (ja) 2018-12-07 2023-08-17 Ntn株式会社 円すいころ軸受
WO2020211896A1 (de) * 2019-04-18 2020-10-22 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Kegelrollenlager
JP2022529020A (ja) * 2019-04-18 2022-06-16 シェフラー テクノロジーズ アー・ゲー ウント コー. カー・ゲー 円すいころ軸受

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