JP2013155824A - 円筒ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】製作、組み立てが容易で、かつ転動体の滑りを確実に防止でき、信頼性の高い円筒ころ軸受を提供する。
【解決手段】内周部に外輪軌道２１ａが形成された外輪２１と、外周部に内輪軌道２２ａが形成された内輪２２と、外輪軌道２１ａと内輪軌道２２ａの間で転動し、外周部に転動部２３ａが形成された複数の円筒ころ２３を有し、円筒ころ２３の一方の端部にＰＣＤが転動部２３ａの直径Ｄｒ２に等しい小歯車２３ｂが形成され、前記外輪２１の内径部端部には前記小歯車２３ｂとかみ合う内歯車２１ｂが一体的に形成され、前記内輪２２の外径部端部には前記小歯車２３ｂとかみ合う大歯車２２ｂが一体的に形成された円筒ころ軸受２０であって、前記小歯車２３ｂの歯先径Ｄ２３ｂは前記転動部の直径Ｄｒ２と等しいか小さく形成され、前記内歯車２１ｂの歯先径は前記外輪軌道の直径より小さく、前記大歯車２２ｂの歯先径は前記内輪軌道の直径より大きく形成する。
【選択図】図４

Description

本発明はころ軸受に係わり、特に風力発電設備の発電機の主軸等を支持する円筒ころ軸受に関する。

風力発電は、二酸化炭素を排出せず、環境への影響が少ない発電方法として近年改めて注目され、世界で急速に普及している。また、より高い発電量を得るために大型化が進んで、風車や、発電機の主軸等を支持する軸受にかかる負荷は増大しており、より負荷容量の大きな円筒ころ軸受が使用される。また、風力発電は風向や風力の変化によって軸受の回転数や、荷重の急激な変化によって、転動体の挙動が不安定になり、正常な自転、公転が行われず、転動体と内輪、外輪の間で滑りが生じ、スミアリングが発生する事がある。

この滑りによるスミアリングを防止するため、軸に曲げ荷重を付与することにより、円筒ころ軸受に半径方向予圧をかけて使用する軸受装置がある。（特許文献１参照）
しかし、円筒ころ軸受に半径方向の予圧を付与しても、負荷圏の転動体荷重の増加で軸受の寿命は低下し、無負荷圏の転動体の正常な自転は確保できず、スミアリングの発生を確実に防止することはできない。さらに前記軸の負荷が大きくなり装置の寿命は低下し、装置は複雑な構成となり、装置の重量、体積は増加する。

転動体の滑りを確実に防止する方法としては、円筒ころの端部に、円筒ころの外径寸法に等しいＰＣＤの歯車を装着し、外輪、および内輪に形成された歯車とかみ合わせる構成のころがり軸受がある。

特開２００６―２１４５２０号公報

しかしながら、円筒ころの端部に円筒ころの外径寸法に等しいＰＣＤの歯車を設ける場合、通常の歯車の外径寸法は歯先の分円筒ころの転動面の外径寸法より大きい。このため、歯車は円筒ころを外輪、内輪の間に装着した後、円筒ころの端面に固着する必要があり、軸受の組立て、装置への組み込みは極端に困難である。

この発明の目的は、製作、組立てが容易で、かつ転動体の滑りを確実に防止でき、信頼性の高い円筒ころ軸受を提供することにある。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、内周部に外輪軌道が形成された外輪と、外周部に内輪軌道が形成された内輪と、前記外輪の外輪軌道と前記内輪の内輪軌道の間で転動し、外周部に転動部が形成された複数の円筒ころを有し、前記円筒ころの一方の端部にＰＣＤが前記転動部の直径に等しい小歯車が形成され、前記外輪の内径部端部には前記小歯車とかみ合う内歯車が一体的に形成され、前記内輪の外径部端部には前記小歯車とかみ合う大歯車が一体的に形成された円筒ころ軸受であって、前記小歯車の歯先径は前記転動部の直径と等しいか小さく形成され、前記内歯車の歯先径は前記外輪軌道の直径より小さく、前記大歯車の歯先径は前記内輪軌道の直径より大きく形成されていることである。

上記構成によると、前記小歯車の外径寸法が円筒ころの転動部の直径より小さいため、小歯車が形成された円筒ころを前記内輪、または前記外輪に組み込んだ後、前記外輪、または前期内輪を軸方向に移動して前記軸受を組立てることが可能となる。

上記の課題を解決するため、請求項２に係る発明の構成上の特徴は、内周部に外輪軌道が形成された外輪と、外周部に内輪軌道が形成された内輪と、前記外輪の外輪軌道と前記内輪の内輪軌道の間で転動し、外周部に転動面が形成された複数の円筒ころを有し、前記円筒ころの一方の端部にＰＣＤが前記転動部の直径に等しい小歯車が形成され、前記外輪の内径部端部には前記小歯車とかみ合う内歯車が一体的に形成され、前記内輪の外径部端部には前記小歯車とかみ合う大歯車が一体的に形成された円筒ころ軸受であって、前記内歯車は歯先径は前記外輪軌道径に等しいか大きく形成され、前記大歯車は歯先径は前記内輪軌道径に等しいか小さく形成され、前記小歯車は歯先径は前記転動部の直径より大きく形成されていることである。

上記構成によると、前記内歯車の内径寸法が前記外輪軌道の直径より大きく、前記大歯車の内径寸法が前記内輪軌道の直径より小さいため、一方の端部に小歯車が形成された円筒ころを前記内輪、または前記外輪に組み込んだ後、前記外輪、または前記内輪を軸方向に移動して前記軸受を組立てることが可能となる。

上記の課題を解決するため、請求項３に係る発明の構成上の特徴は、内周部に外輪軌道が形成された外輪と、外周部に内輪軌道が形成された内輪と、前記外輪の外輪軌道と前記内輪の内輪軌道の間で転動し、外周部に転動部が形成された複数の円筒ころを有し、前記円筒ころの両方の端部にＰＣＤが前記転動部の直径に等しい小歯車が形成され、前記外輪の内径部両端部には前記小歯車とかみ合う内歯車が一体的に形成され、前記内輪の外径部両端部には前記小歯車とかみ合う大歯車が一体的に形成された円筒ころ軸受であって、前記円筒ころの一方の小歯車の歯先径は前記転動部の直径と等しいか小さく形成され、前記一方の小歯車にかみ合う前記外輪の一方の内歯車は前記外輪軌道の直径より小さく、前記一方の大歯車の歯先径は前記内輪軌道の直径より大きく形成され、前記円筒ころの他方の小歯車にかみ合う前記外輪の他方の内歯車は前記外輪軌道の直径より小さく、前記他方の大歯車の歯先径は前記内輪軌道の直径より大きく形成され、前記他方の小歯車は歯先径は前記転動部の直径より大きく成型されていることである。

上記構成によると、一方側の前記小歯車の外径寸法が前記円筒ころの転動部の直径より小さく、他方側の前記内歯車の内径寸法が前記外輪軌道の直径より大きく、他方側の前記大歯車の内径寸法が前記内輪軌道の直径より小さいため、両側の端部に小歯車が形成された前記円筒ころを前記内輪、または前記外輪に組み込んだ後、前記外輪、または前記内輪を軸方向に移動して前記軸受を組立てることが可能となる。本構成では組込みと同時に両側の歯車列がかみあい、前記円筒ころの挙動はさらに安定する。

上記の課題を解決するため、請求項４に係る発明の構成上の特徴は、前記小歯車と、前記内歯車の間、および、前記小歯車と、前記大歯車の間に、前記円筒ころ軸受に最大荷重が作用した時に負にならないバックラッシを有することである。

上記構成によると、円筒ころ軸受に荷重が作用し、各歯車の中心にずれが生じても、歯車間の干渉が起こらず、円滑な噛み合いを確保することができる。

本発明によれば、製作、組立てが容易で、かつ転動体の滑りを確実に防止でき、信頼性の高い円筒ころ軸受を提供することができる。

本発明の第１の実施形態の円筒ころ軸受の軸方向の断面図である。 （Ａ）は本発明の第１の実施形態の円筒ころ軸受の左側面の歯車の寸法を説明する説明図である。（Ｂ）は本発明の第１の実施形態の円筒ころ軸受の右側面の歯車の寸法を説明する説明図である。 本発明の第１の実施形態の円筒ころ軸受の組立てを説明する説明図である。 本発明の第２の実施形態の円筒ころ軸受の軸方向の断面図である。 本発明の第３の実施形態の円筒ころ軸受の軸方向の断面図である。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態の円筒ころ軸受の軸方向の断面図である。
図２（Ａ）は本発明の第１の実施形態の円筒ころ軸受の左側面の歯車の寸法を説明する説明図である。（Ｂ）は本発明の第１の実施形態の円筒ころ軸受の右側面の歯車の寸法を説明する説明図である。
図１において円筒ころ軸受１は、内周部中央部に外輪軌道１１ａが形成された外輪１１と、外周に内輪軌道１２ａが形成された内輪１２と、外輪軌道１１ａと内輪軌道１２ａの間で転動する複数の円筒ころ１３と４個の止め輪１５ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを有する。以下図１および図２に基づき説明する。

外輪１１はＳＵＪ２等の軸受鋼からなる円環状で内周部には、外輪軌道１１ａが設けられている。外輪軌道１１ａの図１中左側の端部から図１中左方向には内歯車１１ｂが形成されている。内歯車１１ｂのＰＣＤであるＤｍ１１ｂは外輪軌道１１ａの直径Ｄｏに等しく、モジュールがｍで、転位係数は−１、歯数Ｚ１１ｂはＤｍ１１ｂ／ｍ、内歯車１１ｂの歯先径ｄ１１ｂはＤｍ１１ｂ−４ｍで、歯元径ｄｏ１１ｂはＤｍ１１ｂ＋０．４ｍに形成されている。

また、外輪軌道１１ａの図中右側の端部から図中右方向には内歯車１１ｃが形成されている。内歯車１１ｃのＰＣＤであるＤｍ１１ｃは外輪軌道１１ａの直径Ｄｏに等しく、モジュールがｍで、転位係数は＋１、歯数Ｚ１１ｃはＤｍ１１ｃ／ｍ、内歯車１１ｃの歯先径ｄ１１ｃはＤｍ１１ｃに等しく、−４ｍで、歯元径ｄｏ１１ｃはＤｍ１１ｂ＋４．４ｍに形成されている。ここでＤｍ１１ｃはＤｍ１１ｂに等しいので、歯数Ｚ１１ｃはＺ１１ｂに等しい。

外輪１１の内周部の内歯車１１ｂの図中左側および内歯車１１ｃの図中右側から端面方向には断面が矩形で円周状の輪溝１１ｄ、１１ｅが形成されている。

内輪１２はＳＵＪ２等の軸受鋼からなる円環状で、外周部中央部に内輪軌道１２ａ、が形成されている。内輪軌道１２ａの図中左側の端部から図中左方向に大歯車１２ｂが形成されている。大歯車１２ｂのＰＣＤであるＤｍ１２ｂは内輪軌道１２ａの直径Ｄｉに等しく、モジュールがｍで、歯数Ｚ１２ｂはＤｍ１２ｂ／ｍ、転位係数は＋１、大歯車１１ｂの歯先径Ｄ１２ｂはＤｍ１２ｂ＋４ｍで、歯元径Ｄｉ１２ｂはＤｍ１２ｂ−０．４ｍに形成されている。

また、内輪軌道１２ａの図中右側の端部から図中右方向には大歯車１２ｃが形成されている。大歯車１２ｃのＰＣＤであるＤｍ１２ｃは内輪軌道１２ａの直径Ｄｉに等しく、モジュールがｍで、歯数Ｚ１２ｃはＤｍ１２ｃ／ｍ、転位係数は−１、大歯車１２ｃの歯先径Ｄ１２ｃはＤｍ１２ｃに等しく、歯元径Ｄｉ１２ｃはＤｍ１２ｃ−４．４ｍに形成されている。ここでＤｍ１２ｃはＤｍ１２ｂに等しいので、歯数Ｚ１２ｃはＺ１２ｂに等しい。

内輪１２の外周部の大歯車１２ｂの図中左側および大歯車１２ｃの図中右側から端面方向には断面が矩形で円周状の輪溝１２ｄ、１２ｅが形成されている。

複数の円筒ころ１３はＳＵＪ２等の軸受鋼からなる円筒状で、中央外径部に転動部１３ａが形成され、図中左側の端部に小歯車１３ｂが、図中右側の端部に小歯車１３ｃが形成されている。小歯車１３ｂのＰＣＤであるＤｍ１３ｂは転動部１３ａの直径Ｄｒに等しく、モジュールがｍで、歯数Ｚ１３ｂはＤｍ１３ｂ／ｍ、転位係数−１、小歯車１１ｂの歯先径Ｄ１３ｂはＤｍ１３ｂに等しく、歯元径Ｄｉ１３ｂはＤｍ１３ｂ−４．４ｍに形成されている。

また、小歯車１３ｃのＰＣＤであるＤｍ１３ｃは転動部１３ａの直径Ｄｒに等しく、モジュールがｍで、歯数Ｚ１３ｃはＤｍ１３ｃ／ｍ、転位係数は＋１、小歯車１２ｃの歯先径Ｄ１３ｃはＤｍ１３ｃ＋４ｍに等しく、歯元径Ｄｉ１３ｃはＤｍ１３ｃ−０．４ｍに形成されている。ここでＤｍ１３ｃはＤｍ１３ｂに等しいので、歯数Ｚ１３ｃはＺ１３ｂに等しい。

止め輪１５ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは所定の硬さに熱処理された合金鋼等からなり、断面が矩形の円環状で、円周上一箇所に切割りが形成されている。

図３は、本発明の第１の実施形態の軸受１の組立てを説明するための説明図である。
円筒ころ軸受１の組立て例を図３を参考に説明する。複数の円筒ころ１３は小歯車１３ｂが内輪１２の大歯車１２ｂと、小歯車１３ｃが内輪１２の大歯車１２ｃと噛み合い、転動部１３ａが内輪軌道１２ａに接するように円周上等配に配置され、組立治具１５で保持される。

この後、内輪１２に配置され組立て治具１５で保持された複数の円筒ころ１３に外接して、図中左側の円筒ころ１３の小歯車１３ｂの方向から内歯車１１ｃを先に外輪１１を軸方向（図中矢印方向）に移動し、内歯車１１ｃと小歯車１３ｃ、内歯車１１ｂと小歯車１３ｂが噛み合わされる。次に組立て治具１５は軸方向図中左側に移動して除去され、止め輪１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄがそれぞれ輪溝１１ｄ、１１ｅ、１２ｄ、１２ｅに嵌入され、複数の円筒ころ１３は外輪１１と内輪１２間で回転自在に保持され、組立は完了する。

このように円筒ころ軸受１は容易に組立が可能である。また、円筒ころ軸受１は内輪１２と外輪１１が相対的に回転すると、小歯車１３ｂ、１３ｃと内歯車１１ｂ、１１ｃ、大歯車１２ｂ、１２ｃが噛み合うことにより、複数のころ１３はすべりを生じることなく自転、公転が行われる。

円筒ころ軸受１の各歯車間のバックラッシュδ［ｍｍ］は下記式により求める。

ここで、Ｆｒは最大軸受荷重［Ｎ］、Zはころ数、Ｑｍａｘは最大転動体荷重［Ｎ］、ｌはころ長さ［ｍｍ］、Ｒｓは軸受すきま［ｍｍ］である。
上記式によるバックラッシュを確保することにより、円筒ころ軸受１に最大軸受荷重が作用しても、小歯車の間に干渉が生じることは無く、噛み合いが円滑になり、騒音の防止、摩擦損失の低減が可能になる。

図４は本発明の第２の実施形態の円筒ころ軸受の軸方向の断面図である。
図５は本発明の第３の実施形態の円筒ころ軸受の軸方向の断面図である。
第２、第３の実施形態の円筒ころ軸受２０、３０は歯車の構成が第１の実施形態の円筒ころ軸受け１と異なる。第２、第３の実施形態の円筒ころ軸受２０、３０では、第１の実施形態の円筒ころ軸受１と共通の構成、作用効果については説明を省略することにし、第１の実施形態の円筒ころ軸受１と異なる構成、作用効果についてのみ説明を行う。

第２の実施形態における円筒ころ軸受２０は内周部中央部に外輪軌道２１ａが形成された外輪２１と、外周に内輪軌道２２ａが形成された内輪２２と、外輪軌道２１ａと内輪軌道２２ａの間で転動する複数の円筒ころ２３と４個の止め輪１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを有する。

外輪２１はＳＵＪ２等の軸受鋼からなる円環状で内周部には、外輪軌道２１ａが設けられている。外輪軌道２１ａの図４中左側の端部から図４中左方向には内歯車２１ｂが形成されている。内歯車２１ｂの諸元は第1の実施形態の内歯車１１ｂの諸元に等しく形成されている。

外輪２１の内周部の内歯車２１ｂの図中左側および外輪軌道２１ａの図中右側から端面方向には断面が矩形で円周状の輪溝２１ｄ、２１ｅが形成されている。

内輪２２はＳＵＪ２等の軸受鋼からなる円環状で、外周部中央部に内輪軌道２２ａ、が形成されている。内輪軌道２２ａの図中左側の端部から図中左方向に大歯車２２ｂが形成されている。大歯車２２ｂの諸元は前述の第1の実施形態の大歯車１２ｂの諸元に等しく形成されている。

内輪２２の外周部の大歯車２２ｂの図中左側および内輪軌道２２ａの図中右側から端面方向には断面が矩形で円周状の輪溝１２ｄ、１２ｅが形成されている。

複数の円筒ころ２３はＳＵＪ２等の軸受鋼からなる円筒状で、外径部に転動部が形成され、図中左側の端部に小歯車２３ｂが形成されている。小歯車２３ｂの諸元は前述の第1の実施形態の小歯車１３ｂの諸元に等しく形成されている。すなわち小歯車２３ｂの歯先径Ｄ２３ｂは円筒ころ２３の転動部の直径Ｄｒ２に等しい。

上記の構成によって、第２の実施形態の円筒ころ軸受２０は前述の第１の実施形態の円筒ころ軸受１と同様の組立て手順によって容易に組立てが可能である。

第３の実施形態における円筒ころ軸受３０は内周部中央部に外輪軌道３１ａが形成された外輪３１と、外周に内輪軌道３２ａが形成された内輪３２と、外輪軌道３１ａと内輪軌道３２ａの間で転動する複数の円筒ころ３３と４個の止め輪１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを有する。

外輪３１はＳＵＪ２等の軸受鋼からなる円環状で内周部には、外輪軌道３１ａが設けられている。外輪軌道３１ａの図５中右側の端部から図５中右方向には内歯車３１ｃが形成されている。内歯車３１ｃの諸元は前述の第1の実施形態の内歯車１１ｃの諸元に等しく形成されている。すなわち内歯車２３ｂの歯先径ｄ３１ｃは外輪軌道３１ａの直径Ｄｏ３に等しい。

外輪３１の内周部の内歯車３１ｃの図中右側から端面方向には断面が矩形で円周状の輪溝３１ｆが形成されている。

内輪３２はＳＵＪ２等の軸受鋼からなる円環状で、外周部中央部に内輪軌道３２ａ、が形成されている。内輪軌道３２ａの図中右側の端部から図中右方向に大歯車３２ｃが形成されている。大歯車３２ｃの諸元は前述の第1の実施形態の大歯車１２ｃの諸元に等しく形成されている。すなわち大歯車３２ｃの歯先径Ｄ３２ｃは内輪軌道３２ａの直径Ｄｉ３に等しい。

内輪３２の外周部の大歯車２２ｂの図中右側から端面方向には断面が矩形で円周状の輪溝３２ｆが形成されている。

複数の円筒ころ３３はＳＵＪ２等の軸受鋼からなる円筒状で、外径部に転動部３３ａが形成され、図中右側の端部に小歯車３３ｃが形成されている。小歯車３３ｃの諸元は前述の第1の実施形態の小歯車１３ｃの諸元に等しく形成されている。

上記の構成によって、第３の実施形態の円筒ころ軸受３０は前述の第１の実施形態の円筒ころ軸受１と同様の組立手順によって容易に組立てが可能である。

１、２０、３０ ‥ 円筒ころ軸受
１１、２１，３１ ‥ 外輪
１１ａ，２１ａ，３１ａ ‥ 外輪軌道
１１ｂ、１１ｃ、２１ｂ、３１ｃ ‥ 内歯車
１２、２２，３２ ‥ 内輪
１２ａ、２２ａ、３２ａ ‥ 内輪軌道
１２ｂ、１２ｃ、２２ｂ、３２ｃ ‥ 大歯車
１３、２３、３３ ‥ 円筒ころ
１３ａ、２３ａ、３３ａ ‥ 転動部
１３ｂ、１３ｃ、２３ｂ、３３ｃ ‥ 小歯車

Claims (4)

1. 内周部に外輪軌道が形成された外輪と、外周部に内輪軌道が形成された内輪と、前記外輪の外輪軌道と前記内輪の内輪軌道の間で転動し、外周部に転動部が形成された複数の円筒ころを有し、
   前記円筒ころの一方の端部にＰＣＤが前記転動部の直径に等しい小歯車が形成され、
   前記外輪の内径部端部には前記小歯車とかみ合う内歯車が一体的に形成され、
   前記内輪の外径部端部には前記小歯車とかみ合う大歯車が一体的に形成された円筒ころ軸受であって、
   前記小歯車の歯先径は前記転動部の直径と等しいか小さく形成され、
   前記内歯車の歯先径は前記外輪軌道の直径より小さく、
   前記大歯車の歯先径は前記内輪軌道の直径より大きく形成されていることを特徴とする円筒ころ軸受
2. 内周部に外輪軌道が形成された外輪と、外周部に内輪軌道が形成された内輪と、前記外輪の外輪軌道と前記内輪の内輪軌道の間で転動し、外周部に転動部が形成された複数の円筒ころを有し、
   前記円筒ころの一方の端部にＰＣＤが前記転動部の直径に等しい小歯車が形成され、
   前記外輪の内径部端部には前記小歯車とかみ合う内歯車が一体的に形成され、
   前記内輪の外径部端部には前記小歯車とかみ合う大歯車が一体的に形成された円筒ころ軸受であって、
   前記内歯車は歯先径は前記外輪軌道径に等しいか大きく形成され、
   前記大歯車は歯先径は前記内輪軌道径に等しいか小さく形成され、
   前記小歯車は歯先径は前記転動部の直径より大きく形成されていることを特徴とする円筒ころ軸受。
3. 内周部に外輪軌道が形成された外輪と、外周部に内輪軌道が形成された内輪と、前記外輪の外輪軌道と前記内輪の内輪軌道の間で転動し、外周部に転動部が形成された複数の円筒ころを有し、
   前記円筒ころの両方の端部にＰＣＤが前記転動部の直径に等しい小歯車が形成され、
   前記外輪の内径部両端部には前記小歯車とかみ合う内歯車が一体的に形成され、
   前記内輪の外径部両端部には前記小歯車とかみ合う大歯車が一体的に形成された円筒ころ軸受であって、
   前記円筒ころの一方の小歯車の歯先径は前記転動部の直径と等しいか小さく形成され、
   前記一方の小歯車にかみ合う前記外輪の一方の内歯車は前記外輪軌道の直径より小さく、前記一方の大歯車の歯先径は前記内輪軌道の直径より大きく形成され、
   前記円筒ころの他方の小歯車にかみ合う前記外輪の他方の内歯車は前記外輪軌道の直径より小さく、
   前記他方の大歯車の歯先径は前記内輪軌道の直径より大きく形成成型され、
   前記他方の小歯車は歯先径は前記転動部の直径より大きく形成されていることを特徴とする円筒ころ軸受。
4. 前記小歯車と、前記内歯車の間、および、前記小歯車と、前記大歯車の間に、前記円筒ころ軸受に最大荷重が作用した時に負にならないバックラッシを有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の円筒ころ軸受。

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