JP2011506882A - 外輪に離間部を有するラジアル転がり軸受を含む軸支部 - Google Patents

Abstract

この発明は、軸受収容部に回転する部材を支持する軸支部に関する。この軸支部は、外側軌道を有する内輪と、内側軌道を有する外輪と、該内側軌道と外側軌道に沿って転がる複数の転動体とを有するラジアル転がり軸受から成る。この発明はさらに、この発明の軸支部のラジアル転がり軸受の外輪を製造する方法にも関する。ラジアル転がり軸受の加熱を防ぐとともに、スリップを簡単かつ安価に低減するために、開示された軸支部の外輪は、その外輪の軸方向に走る接合線を有している。ラジアル転がり軸受は、組立て状態では、半径方向に予荷重がかけられている。軸受収容部は、該軸受収容部に位置する外輪に半径外方向の力が架けられた場合に外輪が広がるように設計されている。

Description

この発明は、外側軌道を有する内輪と、内側軌道を有する外輪と、これら内側軌道と外側軌道上を転がる多数の転動体とを有するラジアル転がり軸受を含んでいる軸受収容部に、回転部材を支持するための軸支部に関する。この発明は、さらにこの発明の軸支部のためのラジアル転がり軸受の外輪を製造する方法にも関する。

転がり軸受の最適の稼動状態は、転動体が外輪と内輪の軌道を、これらの一つ又は両方に対して滑りが無く転がる場合である。転動体の転がりが大きすぎる摩擦損失を生起させないためには、運転中の主たる予荷重、即ち外部荷重の作用が無くて、内輪と外輪に働く力が大きすぎてはならない。運転中に現れる転がり軸受の遊び（稼動遊び）がそれゆえ小さすぎてはならない。

ラジアル転がり軸受においては、高すぎる半径方向予荷重を避けるために、運転中に半径方向に所定の遊びが無くてはいけない。これを確保するために、ラジアル転がり軸受は、組立てない状態において、相応の大きさの所謂半径方向の隙間（半径隙間）を有していなければ成らない。この半径間隙は、外輪が、組立てられない状態で、内輪に対して一端から他端に移動できる距離に相当している。ＤＩＮ６２０−４によれば、半径隙間としてＣ２、ＣＮ、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５などのクループがあり、色々なラジアル転がり軸受形式に対して表にされている。グループＣＮは、所謂、ノーマル間隙に対応し、特別な要求のない転がり軸受に適用される。グループＣ３―Ｃ５は、ノーマル間隙に対してより大きな半径隙間を有している。グループＣ２は、ノーマル隙間に対して、より小さい半径隙間を有している。所望の運転遊びが維持されるためには、運転遊びに影響を与える全てのファクターを考慮に入れて半径遊びを選択しなければならない。例えば、内輪及び/又は外輪の押し込みにより、転がり軸受の組立て後に半径遊びの減少が起きるかどうかを考慮して、半径隙間（軸受遊び）が選択される。

半径間隙の選択は、さらに、運転中に支配的な温度挙動によっても決められる。転動体と走行軌道との摩擦により、運転中に熱が発生する。一般的に、内輪の冷却作用は、外輪よりも悪いので、温度降下は内輪から外輪へと現れる。その結果として起こる異なる熱膨張は、運転遊びが軸受遊びより小さくなるように作用する。それにより、予荷重が大きすぎて、その結果起きる高い面圧が、軸受の早期損傷をもたらすという危険がある。

それ故、半径遊びの選択に際して、すでに運転中に現れる温度を考慮することが必要である。それに応じて、しばしば、特に高回転転がり軸受においては、標準遊び（例えばＤＩＮ６２０−４によるＣ４クラスの遊び）より大きな半径遊びが選ばれる。この際、熱走行は何としても避けなければならないので、半径遊びは、運転中に現れる可能性がある最も好ましくない温度挙動を考慮に入れた大きさが選ばれなければならない。この結果として、最も好ましくない温度挙動が存在しない正常運転中には、ラジアル転がり軸受の半径方向の遊びが必要以上に大きくなる。

半径方向の過大な遊びは、ともかく、特に小さい半径方向荷重に際して、走行軌道の一方又は両方において、転動体の（部分的な）スリップが起きるという危険を避け得る。内輪と外輪の間で半径方向に伝わる力が、転動体が走行軌道を転がるように、転動体と軌道との間に十分大きな摩擦力を及ぼさない場合に、スリップが起きる。内輪と外輪との間で伝えられる力は、外からの荷重及び/又は転がり軸受の予荷重によりもたらされる。転がり軸受が、半径方向の遊びを持つ、即ち予荷重を持たない場合に、半径方向荷重が小さいとスリップが起きる高い危険性がある。

転がり軸受のスリップは耐用寿命に対して不利である。転動体と、これに対して相対速度を有する走行軌道との間には、潤滑膜が形成される。しかし、この潤滑膜は、回転数の変化又は荷重の変化により突然、劣化する。こうして、少なくとも短時間に潤滑不良が起きる。この不良は、転動体と走行軌道との相対速度と結びついて、既知の軌道荒れ、剥がれ、ミクロピッティング（微小腐食穴）と結びついた汚れ部を助長する。最後には、早過ぎる軸受不良が生じる。

転がり軸受の外輪を破断することは公知である。この場合、外輪は、一般的には、すでに完成されたのち、半径方向の力を加えられ、二つの半円輪に分割される。この際に生じる二つの離間部の経過に影響を与えるように、外輪の加工中に、離間部位置目標として作用するノッチが加工される。破断により二つに分割された外輪は、例えば、特許文献１により公知である。

特許文献２は、外輪と内輪とを有する軸方向と半径方向に負荷可能な転がり軸受を開示しており、両輪は、軸方向に延びるスリットを有している。スリットが設けられた軸受輪の目的は、外輪は穴に挿入された後、この穴の内径に当たり、一方内輪は軸に嵌め込まれた後、軸の外径に当接することによって、組付けに必要な内輪と軸又は外輪と穴の接合部隙間を均等にすることである。

独国第２０１１３００８Ｕ１号明細書 独国第２０２００５００７９０４Ｕ１号明細書

この発明は、ラジアル転がり軸受の熱走行を排除し、簡単でコスト的に有利な方法でスリップの危険を避けることができる、回転する部材を軸支するラジアル転がり軸受を含む軸支部を提供することをその課題としている。

この課題は、外側軌道を有する内輪と、内側軌道を有する外輪と、これら内側軌道と外側軌道上を転がる多数の転動体とを有するラジアル転がり軸受を含んでいる軸受収容部に、回転部材を支持するための軸支部によって解決される。この場合、外輪は、その軸方向の長さに渡って離間部を有しており、ラジアル転がり軸受は、組付けられた状態で半径方向の予荷重を有しており、軸受収容部は、その収容部に存在する外輪が、半径方向外側に作用する力により広がるように構成されている。

この課題は、さらに、この発明の軸支部のためのラジアル転がり軸受の外輪の製造方法により解決される。その方法は次のステップを含んでいる。閉じた外輪に形状を与える加工工程とこの外輪を分離して、外輪の軸方向長さにわたる離間部が現れるようにする。

この発明は、ラジアル転がり軸受には、常に最小の予荷重が存在している一方、他方では、この予荷重が、運転中に熱走行が生じるほど高められないようにすることで、発明に従う軸支部がスリップを抑制すると共に、熱走行の防止も可能にするという認識をその基礎としている。

軸支部と回転する加工部材との許容誤差を考慮して、この発明にしたがって、転がり軸受は、組付け後に半径方向の予荷重が生じるように設計される。この際に、この転がり軸受は、軸支部に組付ける際に、内輪及び/又は外輪の押し付けにより半径方向予荷重が存在している限り、取りはずされた状態においては、ＤＩＮ６２０−４による標準遊びに等しいか大きい軸受遊びを有することができる。この予荷重のおかげで、ラジアル転がり軸受に外部からの荷重が作用しないか僅かに作用する場合においても、スリップが生じない。

ラジアル転がり軸受の外輪の離間部と、軸受収容部を、半径外方向に向く外部からの力の作用によりこの収容部に嵌められた外輪が広がるように形成することとにより、運転中に現れる温度上昇により、所望の予荷重が過度に高くされることがない。そのような軸受収容部の構成は、例えば、軸受収容部と外輪の間の適切な遊び又は、外輪が半径外方向の力を受けると所定の変形を許す半径方向に柔軟な軸受収容部により行われる。温度に起因する内輪の膨張が起きると、この内輪は転動体を外輪に向けて半径方向に押し、これにより外輪が広がる。これは、基本的に半径方向の予荷重を高くするようにも作用する。このような高め作用は、従来の、即ち離間部の無い外輪の場合に起きる高め作用よりかなり小さい。特に、現実的に起きる温度上昇の場合の、この発明に従う軸支部の予荷重の高まりは、熱走行が起きないほど僅かである。

この発明に従う軸支部を設計するに当たり、スリップの抑制に必要な予荷重は、転動体とケージ全体の慣性質量モーメントと、ラジアル転がり軸受に作用する加速力と、最小の半径方向荷重に依存していることを考慮すべきである。この場合、ケージの大きな慣性質量モーメント、特に高い加速力と結びついた慣性質量モーメントは、大きな予荷重を必要とすることは重用である。運転状況において、外部から所定の最小半径方向荷重が見込まれる場合には、見込まれない場合に必要な予荷重を減少することができる。基本的にスリップ防止に必要な予荷重は、転動体と走行軌道との間に十分な摩擦力を生ぜしめる大きさでよい。

この発明の軸支部が有利なのは、この軸支部が非常に簡単に組付けられることである。すでに利用している標準組付け工具が利用できるということである。その上、ラジアル転がり軸受の製造のために、既存の製造プロセスの実質的な変更を必要としない。転動体と内輪は標準部品である。外輪の離間部は、一つの作業工程により、簡単かつ好ましいコストで製造できる。

この発明の好ましい発展例においては、軸受収容部は、外輪に対して半径遊び適応部を有している。半径方向に作用する力がかかる場合に軸受収容部に存在する外輪が広がれるように、軸受収容部のこの形態は簡単で有効な解決策を提示している。外輪を―軸受収容部の収容内面に当接するまで―広げるために、軸受収容部の変形のために追加的な力を克服する必要はない。半径方向の遊びの大きさは、この場合、固定/可動組合せ軸受における可動軸受の半径方向の遊びの大きさ内とすることができる。

この発明の好ましい発展例においては、ラジアル転がり軸受は、分離された外輪を有する。長い材料を丸く曲げて作られる外輪に対して、この場合、先ず外輪が従来の方法で製作され、次に分離される。この分離が、最後の工程として行われる場合、外輪の製造に与える影響が最も小さい。

この発明の好ましい発展例においては、ラジアル転がり軸受は、破断された外輪を有する。外輪の破断は、例えばアンギュラ軸受において実施されているので、発明に従う軸方向の離間部を破断により作ることは容易に製造工程に組み入れることができる。破断作業は、外輪を加熱しないので、適合性や走行軌道に悪い影響を与える恐れがなく、最後の製造工程として実施できる。別の有利な点は、破断によれば、ワイヤ放電加工のように開いた隙間が生じないということである。

この発明の好ましい発展例においては、この離間部の長さ方向が、外輪の回転軸線と平行に走っている。離間部のこの方向は、外輪の軸方向長さとほぼ一致しているので、最も短かい長さにできる。

この発明の好ましい発展例においては、離間部の長さ方向が、外輪の回転軸線に対して角度をもって走っている。離間部全体を斜めに渡ることができないので、この離間部又は走行軌道のくぼみを転がって渡ることは、滑らかに行われる。有利には、離間部は、外輪の回転軸線に対して約５−２５°の角度をもって走っている。基本的に大きな角度は、外輪の安定性を損なうという不利を有する。離間部の方向を、外輪の回転軸線に対して半径方向に角度をもたせる、即ち離間部が半径方向に最短でない距離におよぶということも勿論可能である。

この発明の好ましい発展例においては、外輪の内側走行軌道が、この離間部を有する領域において、くぼんでいる。離間部領域におけるこのようなくぼみは、破断リングにおいて、すでに実施されている。これにより、破断することで起きうる離間部のエッジにおける不均一性が、障害となることなく、離間部領域を負荷なく転がり渡ることが行われる。この場合、くぼみは、離間部周囲の軌道の大きな領域を囲むことができる。この場合には、走行軌道の直径は、その両端部から周方向で離間部に向けて拡大される。特に、走行軌道は、離間部領域において、周方向の一部に渡り少なくとも５ミクロンだけ大きく研削できる。

この発明の好ましい発展例においては、ラジアル転がり軸受は、ラジアルローラー軸受、特に、円筒ローラー軸受、円錐ローラー軸受、または、交互配列ローラー軸受又はラジアル玉軸受、特に溝付き玉軸受又はアンギュラ玉軸受である。原理的に、この発明は、半径方向の力を伝達するために転がり軸受を有している全ての軸支部に適用できる。転動体の硬度が小さいために、ラジアルローラー軸受の半径遊びは、通常は、ラジアル玉軸受の半径遊びより大きい。それ故に、ラジアルローラー軸受のスリップの恐れは、基本的にラジアル玉軸受のスリップの恐れより大きいので、この発明をラジアルローラー軸受に適用することが特に有意義である。

この発明の軸支部に使用できるラジアル転がり軸受の外輪を製造するためのこの発明に従う方法は、次の工程を含んでいる。
―閉じた外輪の形状を与える加工工程、及び、
―外輪の軸方向長さに渡って延びる離間部が生じるように外輪を分離する工程。

外輪の形状を与える加工は、従来の外輪の形状を与える加工においても行われる全ての工程を含み得る。特に、外径許容誤差で加工される。従って、この形状を与える加工は、従来の外輪に対する形状を与える加工と同一であっても良い。

この発明の好ましい発展例に従えば、形状付与加工の後で、分離加工の前に、外輪は硬化処理される。この硬化処理により、健全な破断面或いは離間部が促進される。

この発明の好ましい発展例に従えば、外輪は、硬化処理の後に研削される。これにより、走行軌道は、その最終表面を得る。この工程の際に、離間部領域において、周方向の一部に渡って走行軌道が少なくとも５ミクロンだけ大きく研削される。

この発明の好ましい発展例に従えば、分離は、外輪を破断することにより行われる。外輪が予め硬化されている場合には、破断のために半径方向に力が加えられる際の塑性変形が事実上排除される。

この発明の好ましい発展例に従えば、形状付与加工は、破断のための目標位置として、少なくとも一つの側表面に少なくとも一つのノッチを形成すること含む。破断により現れる離間部の位置は、半径方向の力を加える方法により決定できる。特に、離間部を外輪の回転軸線に対して角度を有するよう走行させる場合には、この所望の走行が、予め加工したノッチにより決められることが好ましい。

この発明による軸支部は、特に風力設備、カレンダー加工装置、円錐破砕機などの駆動装置に使用することができる。

この発明の好ましい実施例が、添付された図を参照して以下に説明される。図において、
この発明の軸支部のためのラジアル転がり軸受。 この発明の軸支部のためのラジアル転がり軸受の破断された外輪。 この発明の軸支部の実施例。

図１は、この発明の軸支部のためのラジアル転がり軸受を示す。このラジアル転がり軸受は、外輪１と、内輪２と、これら外輪と内輪との間に配置された転動体３から成っている。このラジアル転がり軸受は、円筒ローラー軸受を形成し、転動体３は、円筒状ローラーから形成されている。外輪１は、この外輪の軸方向にほぼ向いている離間部４を有している。この離間部は例えば、ワイヤ放電により形成され、完成されたラジアル転がり軸受においてすでに開かれた離間部が形成されている。

図２は、この発明の軸支部のためのラジアル転がり軸受の破断された外輪１を示している。離間部４の長さ方向は、この場合は、転がり軸受の回転軸６に対して角度５度だけ傾いている。

図３は、この発明の軸支部の実施例を示している。この軸支部は、外輪１と、内輪２と、これら外輪１と内輪２との間に配置された転動体３から成る転がり軸受を含んでいる。外輪２は、離間部４を有しており、その外径７において、この軸支部８の軸受収容部に遊嵌合によりはめ込まれている。内輪２は、軸にはめ込まれ、締まり嵌合となっている。転動体３は、図示されないケージに案内されている。勿論、この発明の軸支部は、ケージ無し軸受としても実施できる。

１ 外輪
２ 内輪
３ 転動体
４ 離間部
５ 角度
６ 外輪の回転軸線
７ 外輪の外径
８ 軸支部
９ 軸

Claims (14)

1. 外側軌道を有する内輪と、内側軌道を有する外輪と、これら内側軌道と外側軌道上を転がる多数の転動体とを有するラジアル転がり軸受を含んでいる軸受収容部に、回転部材を支持するための軸支部であって、
   該外輪が、その軸方向長さに渡って離間部を有しており、
   該ラジアル転がり軸受は、組付けられた状態で半径方向の予荷重を有しており、
   該軸受収容部は、その軸受収容部に存在する該外輪が、半径方向外側に作用する力により広がるように構成されている軸支部。
2. 前記軸受収容部は、前記外輪に対して、半径遊び適応部を有することを特徴とする請求項１記載の軸支部。
3. 前記ラジアル転がり軸受は、分離された外輪を有することを特徴とする請求項1ないし２記載の軸支部。
4. 前記ラジアル転がり軸受は、破断された外輪を有することを特徴とする請求項３記載の軸支部。
5. 前記離間部の長さ方向は、前記外輪の回転軸線に対して実質的に平行であることを特徴とする請求項１ないし４記載の軸支部。
6. 前記離間部の長さ方向は、前記外輪の回転軸線に対して角度を持って走っていることを特徴とする請求項１ないし４記載の軸支部。
7. 前記外輪の内側軌道が、前記離間部を含む領域においてくぼみ部とされていることを特徴とする請求項１ないし６記載の軸支部。
8. 前記離間部領域の走行軌道の直径が周方向の一部に渡り少なくとも５ミクロンだけ大きく研削されていることを特徴とする請求項７記載の軸支部。
9. 前記ラジアル転がり軸受が、ラジアルローラー軸受、特に円筒ローラー軸受、円錐ローラー軸受又は交互配列ローラー軸受又はラジアル玉軸受、特に溝付き玉軸受又はアンギュラ玉軸受であることを特徴とする請求項１ないし８記載の軸支部。
10. 請求項１ないし９に記載の軸支部のためのラジアル転がり軸受の外輪を製造する方法において、
    閉じた外輪の形状を与える形状付与加工工程、及び、
    該外輪の軸方向長さに渡って延びる離間部が生じるように該外輪を分離する工程を含むラジアル転がり軸受の外輪を製造する方法。
11. 前記外輪は、形状付与加工の後で、分離する工程の前に、硬化処理されることを特徴とする請求項１０記載のラジアル転がり軸受の外輪を製造する方法。
12. 前記外輪は、硬化処理の後に研削されることを特徴とする請求項１１記載のラジアル転がり軸受の外輪を製造する方法。
13. 前記外輪の分離は、該外輪の破断により実行されることを特徴とする請求項１０ないし１２に記載のラジアル転がり軸受の外輪を製造する方法。
14. 前記形状付与加工は、少なくとも一つの側表面に少なくとも一つのノッチを、破断のための目標位置として形成すること含む請求項１３に記載のラジアル転がり軸受の外輪を製造する方法。

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