JP2011112084A - Ball bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、玉軸受に関し、特に、内外輪の軌道の形状に関する。 The present invention relates to a ball bearing, and more particularly to the shape of a raceway for inner and outer rings.
図6は、従来の玉軸受の一部を示す断面図である。図において、内輪101及び外輪102の間には転動体としての玉103が設けられている。玉103は、内輪101の軌道101a上、及び、外輪102の軌道102a上を、転動する。玉103の円滑な転動を妨げないように、軌道の101a,102aの曲率半径は、玉103の半径よりも大きく作られている(例えば、特許文献1参照。)。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a part of a conventional ball bearing. In the figure, a
内輪101及び外輪102の一方が他方に対して回転するとき、玉103は、転がりながら周方向に移動する。玉103と例えば内輪101の軌道101aとは、図の断面で言えば、点接触の状態となる。但し、現実には点ではなく、若干の拡がりを持つ接触楕円となるが、その面積は非常に小さい。従って、玉103の接触荷重による圧力分布は、例えば図中の縦縞線で示すように、一点集中的な形状となり、中央にピークが発生する。
When one of the
近年、ハイブリッド車の普及や電気自動車の開発で、ころ軸受よりも低回転トルクな玉軸受の需要が高まっている。しかし、高荷重で使用されるスラストころ軸受の代わりに上記のような玉軸受を使用すると、一点集中的な圧力分布により、衝撃荷重に対して軌道101a,102aに圧痕が付き易い。この弱点は、より高い荷重にも耐え得る負荷容量を備えた玉軸受を選定することにより克服できるが、かかる玉軸受はサイズが大きくなるので、小型軽量化の要請に反する。すなわち、玉軸受のサイズを大きくすることなく、圧痕が付き易いという弱点を如何にして解消するか、という課題がある。
そこで、本発明は、コンパクトで、より高い荷重にも耐え得る負荷容量を備えた玉軸受を提供することを目的とする。
In recent years, with the spread of hybrid vehicles and the development of electric vehicles, the demand for ball bearings with lower rotational torque than roller bearings has increased. However, when a ball bearing such as that described above is used instead of a thrust roller bearing that is used with a high load, the
Accordingly, an object of the present invention is to provide a ball bearing that is compact and has a load capacity that can withstand a higher load.
本発明の玉軸受は、中心軸を含む平面の断面で軌道輪を見た場合の軌道が、(a)前記軌道輪の幅方向への中央にあって、円弧で形成された中央部と、(b)前記中央部の幅方向外方にあって、玉の外周円に対して相対的に対数クラウニング曲線となるように、幅方向外方ほど当該玉との隙間が増加する滑らかな線で形成された外方部と、(c)前記中央部の幅方向内方にあって、前記玉の外周円に対して相対的に対数クラウニング曲線となるように、幅方向内方ほど前記玉との隙間が増加する滑らかな線で形成された内方部と、によって構成されるものである。 In the ball bearing of the present invention, the raceway when the raceway is viewed in a cross section of a plane including the central axis is (a) the center in the width direction of the raceway, and a center portion formed by an arc; (B) A smooth line that is outward in the width direction of the central portion and has a gap that increases toward the outer side in the width direction so as to be a logarithmic crowning curve relative to the outer circumference of the ball. The outer part formed, and (c) the inner part in the width direction of the center part, and the ball inward in the width direction so as to have a logarithmic crowning curve relative to the outer circumference of the ball. And an inner part formed by a smooth line in which the gap increases.
上記のような玉軸受では、外方部及び内方部の各々と玉との隙間が対数クラウニング曲線を成すことにより、軌道に対する玉の接触圧力を均一に分布させることができる。また、中央部は円弧とすることで、中央部と外方部又は内方部とを、互いに滑らかに、かつ、容易に繋ぐことができる。 In the ball bearing as described above, the contact pressure of the ball with respect to the raceway can be uniformly distributed by forming a logarithmic crowning curve between the outer part and the inner part and the ball. In addition, by making the central portion an arc, the central portion and the outer portion or the inner portion can be smoothly and easily connected to each other.
また、上記玉軸受において、中央部の円弧の曲率半径は、玉の半径と同一であることが好ましい。
この場合、軌道輪の断面で見た玉は、中央部と点接触ではなく円弧に沿って線接触することになるので、接触圧力の集中を緩和することができる。
In the ball bearing, the radius of curvature of the arc at the center is preferably the same as the radius of the ball.
In this case, since the ball viewed in the cross section of the raceway is in line contact with the central portion along the arc instead of point contact, concentration of contact pressure can be reduced.
また、上記玉軸受において、滑らかな線は、円弧又は直線によって近似的に構成されるものであってもよい。
この場合、対数クラウニングに基づく曲線を、円弧又は直線の近似によって容易に作製することができる。
In the ball bearing, the smooth line may be approximately constituted by an arc or a straight line.
In this case, a curve based on logarithmic crowning can be easily created by approximation of an arc or a straight line.
本発明の玉軸受によれば、サイズを大きくせずに、回転トルクを低減し、より高い荷重にも耐え得る負荷容量を備えることができる。このことは、逆に言えば、負荷容量が従来と同じでよい場合には、従来よりもサイズダウンして、より小型軽量化できる、ということになる。 According to the ball bearing of the present invention, it is possible to provide a load capacity capable of reducing rotational torque and withstanding a higher load without increasing the size. In other words, if the load capacity may be the same as the conventional one, the size can be reduced more than the conventional one and the size and weight can be reduced.
図1は、本発明の一実施形態に係る玉軸受の一部を示す断面図である。
図において、内輪1及び外輪2の間には転動体としての玉3が設けられている。内輪1及び外輪2の一方が他方に対して回転するとき、玉3は、内輪1の軌道1a上、及び、外輪2の軌道2a上を、周方向に転動する。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a part of a ball bearing according to an embodiment of the present invention.
In the figure, a
図2は、図1における軌道1a,2aの詳細を示す断面図である。図において、玉軸受の中心軸(図示せず。)を含む平面の断面(すなわち図示の断面)で軌道輪(内輪1,外輪2)を見た場合の例えば軌道1aは、図の右方を「外」、左方を「内」とすると、外方部Ao、中央部Ac、及び、内方部Aiの3部分を備えたものとなっている。なお、外輪2の軌道2aについても同様であり、以下、代表として内輪1の軌道1aについてのみ説明する。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing details of the
中央部Acは、内輪1の幅方向(図の左右方向)への中央にあり、円弧で形成されている。円弧は、玉の中心Oを中心として、角度θの範囲に形成されている。外方部Aoは、中央部Acの幅方向外方にあって、玉3の外周円に対して相対的に対数クラウニング曲線となるように、幅方向外方ほど玉3との隙間Gが増加する滑らかな線で形成されている。また、内方部Aiは、中央部Acの幅方向内方にあって、玉3の外周円に対して相対的に対数クラウニング曲線となるように、幅方向内側ほど玉3との隙間Gが増加する滑らかな線で形成されている。なお、図示しているGは、特定点を示しているのではなく、玉3と軌道1aとの接触中心1bからの距離xに対する関数として示している。
The center portion Ac is in the center in the width direction (the left-right direction in the figure) of the inner ring 1 and is formed by an arc. The arc is formed in the range of the angle θ with the center O of the ball as the center. The outer portion Ao is outward in the width direction of the central portion Ac, and the gap G with the
上記中央部Acの円弧の半径をR、玉3の半径をrとすると、Rはrと「同一」である(R=r)。但し、製造上の誤差や温度上昇による体膨張によって、厳密には、R>rとなることも考えられる。そこで、上記の「同一」とは、使用温度範囲においてr≦R≦1.1rの関係を維持することを言うものとする。
When the radius of the arc of the central portion Ac is R and the radius of the
次に、対数クラウニングについて説明する。クラウニング深さZは、接触圧力を均一に分布させるための以下の式(Johnson_Gohar の式)により決定することができる。 Next, logarithmic crowning will be described. The crowning depth Z can be determined by the following formula (Johnson_Gohar formula) for uniformly distributing the contact pressure.
式(1)において、各記号は以下のものを表す。
Q:荷重、ν:ポアソン比、E:ヤング率、Leff:有効接触長さ、a0:接触楕円短半径、b:接触楕円長半径(有効接触長さの1/2)、x:接触中心からの距離
ここで例えば、Q=2000[N]、ν=0.3、E=206901[MPa]、Leff=7.5376[mm]、a0=0.1462[mm]、b=3.7688[mm]として、xに対するZの値を求めると、図3のグラフに示す対数クラウニング曲線が得られる。グラフの横軸は、x:接触中心からの距離[m]、縦軸は、Z:クラウニング深さ[m]である。図示のように、接触中心からの距離xが大きくなると、クラウニング深さZが増大し、かつ、増加率が大きくなり、最終的には無限大になる。
In formula (1), each symbol represents the following.
Q: load, ν: Poisson's ratio, E: Young's modulus, L eff : effective contact length, a 0 : contact ellipse short radius, b: contact ellipse long radius (1/2 of effective contact length), x: contact Here, for example, Q = 2000 [N], ν = 0.3, E = 206901 [MPa], L eff = 7.5376 [mm], a 0 = 0.1462 [mm], b = When the value of Z with respect to x is determined as 3.7688 [mm], a logarithmic crowning curve shown in the graph of FIG. 3 is obtained. The horizontal axis of the graph is x: distance from the contact center [m], and the vertical axis is Z: crowning depth [m]. As shown in the figure, as the distance x from the contact center increases, the crowning depth Z increases, the increase rate increases, and eventually becomes infinite.
図4の(a)は、x=0を中心とした左右対称の対数クラウニング曲線f(x)を示すグラフである。この対数クラウニング曲線f(x)から、軌道に施すべきクラウニング曲線を求めるには、(b)に示す玉の外周円の曲線Jにおいて、(a)のクラウニング量Crに等しい隙間Gとなるような、軌道の曲線Kを求める。そして、(c)に示すような、軌道に施すべきクラウニング量Cr’を得る。
すなわち、軌道(K)には、玉の外周円(J)に対して相対的に対数クラウニング(Cr=G=J−K)が形成されていることになる。これにより、軌道に対する玉の接触圧力を均一に分布させることができる。
FIG. 4A is a graph showing a symmetrical logarithmic crowning curve f (x) with x = 0 as the center. In order to obtain a crowning curve to be applied to the trajectory from this logarithmic crowning curve f (x), a gap G equal to the crowning amount Cr in FIG. The trajectory curve K is obtained. Then, a crowning amount Cr ′ to be applied to the track as shown in (c) is obtained.
That is, logarithmic crowning (Cr = G = J−K) is formed on the trajectory (K) relative to the outer circumference circle (J) of the ball. Thereby, the contact pressure of the ball | bowl with respect to a track | orbit can be distributed uniformly.
図2に戻り、上記のような対数クラウニングが、外方部Ao及び内方部Aiの各々と玉3との隙間Gとして形成されることにより、エッジロードの発生を回避して、軌道1aに対する玉3の接触圧力を均一に分布させることができる。これによって、回転トルクも低減することができる。また、中央部Acを円弧とすることで、中央部Acと外方部Ao又は内方部Aiとを、互いに滑らかに、かつ、容易に繋ぐことができる。従って、このような玉軸受は、サイズを大きくすることなく、低回転トルクで、より高荷重にも耐え得る負荷容量を備えることができる。このことは、逆に言えば、負荷容量が従来と同じでよい場合には、従来よりもサイズダウンして、より小型軽量化できる、ということになる。
Returning to FIG. 2, the logarithmic crowning as described above is formed as a gap G between each of the outer part Ao and the inner part Ai and the
また、中央部Acの半径Rが、玉3の半径rと同一であることによって、軌道輪の断面で見た玉3は、中央部Acと点接触ではなく円弧に沿って線接触することになるので、接触圧力の集中を緩和することができる。
図5は、圧力分布を示す図である。縦縞線で示すように、圧力分布は均一化され、ピーク値が低減される。
Further, since the radius R of the central portion Ac is the same as the radius r of the
FIG. 5 is a diagram showing the pressure distribution. As indicated by the vertical stripes, the pressure distribution is made uniform and the peak value is reduced.
なお、実際には、外方部Ao及び内方部Aiの輪郭線は、円弧又は直線によって近似的に構成してもよい。すなわちこの場合、作製が必ずしも容易ではない対数クラウニングに基づく曲線を、円弧又は直線の近似によって容易に作製することができる。また、外方部Ao及び内方部Aiの輪郭線を、複数の円弧や直線の組み合わせによって近似的に構成することも可能である。
また、図2に示す中央部Acの範囲(角度θ)は、軌道1aの範囲内で、かつ、外方部Ao及び内方部Aiも確保することを条件に、増減可能である。
In practice, the contour lines of the outer part Ao and the inner part Ai may be approximately constituted by an arc or a straight line. That is, in this case, a curve based on logarithmic crowning, which is not always easy to produce, can be easily produced by approximation of an arc or a straight line. It is also possible to approximately configure the contour lines of the outer part Ao and the inner part Ai by a combination of a plurality of arcs and straight lines.
Further, the range (angle θ) of the central portion Ac shown in FIG. 2 can be increased / decreased on the condition that the outer portion Ao and the inner portion Ai are secured within the range of the track 1a.
なお、上記の実施形態は、基本的な構成の玉軸受で説明したが、上記のような軌道の構成(外方部・中央部・内方部)は、各種の玉軸受(例えば、多点接触玉軸受や、スラスト玉軸受)に同様に適用可能である。 In addition, although said embodiment demonstrated the ball bearing of the basic composition, the structure (outer part, center part, inner part) as mentioned above has various ball bearings (for example, multipoints). It can be similarly applied to contact ball bearings and thrust ball bearings.
1:内輪、1a:軌道、2:外輪、2a:軌道、3:玉、Ao:外方部、Ac:中央部、Ai:内方部、G:隙間 1: Inner ring, 1a: Track, 2: Outer ring, 2a: Track, 3: Ball, Ao: Outer part, Ac: Center part, Ai: Inner part, G: Gap
Claims (3)
前記軌道輪の幅方向への中央にあって、円弧で形成された中央部と、
前記中央部の幅方向外方にあって、玉の外周円に対して相対的に対数クラウニング曲線となるように、幅方向外方ほど当該玉との隙間が増加する滑らかな線で形成された外方部と、
前記中央部の幅方向内方にあって、前記玉の外周円に対して相対的に対数クラウニング曲線となるように、幅方向内方ほど前記玉との隙間が増加する滑らかな線で形成された内方部と
によって構成されることを特徴とする玉軸受。 In the ball bearing, the raceway when the raceway is viewed in a plane cross section including the central axis is
A central portion formed in an arc in the center in the width direction of the raceway, and
It was formed in a smooth line in which the gap with the ball increased toward the outer side in the width direction so as to be a logarithmic crowning curve relative to the outer circumference circle of the ball at the outer side in the width direction of the central portion. The outside,
It is formed in a smooth line in which the gap with the ball increases toward the inner side in the width direction so as to be a logarithmic crowning curve relative to the outer circumference circle of the ball at the inner side in the width direction of the center portion. A ball bearing characterized by comprising an inner part and an inner part.
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JP2018066453A (en) * | 2016-10-21 | 2018-04-26 | 株式会社ジェイテクト | Rolling bearing |
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2009
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