JP2017214965A - ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】ころのスキューによって保持器の柱部が摩耗することを防止する。
【解決手段】ポケット１４の周方向両側に位置する柱部１５、１５が、ころ３の転動面９の周方向両側に位置する第一、第二のポケット内面１６、１７を有する。保持器４の二つのリング部１２、１３が、ころ３の軸方向両側に位置する第三、第四のポケット内面１８、１９を有する。第一から第四のポケット内面１６〜１９が、最大にスキューした状態のころ３と当該第一から第四のポケット内面１６〜１９ごとに一箇所ずつの合計四箇所で接触するように設定された中高状になっている。
【選択図】図１

Description

この発明は、遊星減速機に備わる遊星回転体のような公転部位に好適なころ軸受に関し、特に、保持器を案内することに関する。

ダンプトラック等では、大きな減速比が得られる遊星減速機がホイールリムの内側に配置されている。遊星減速機に備わる遊星回転体は、リングギア及びサンギア間で自転しながら公転する遊星歯車又は遊星ローラからなり、転がり軸受を介してキャリヤのピンに支持されている。その転がり軸受として、円すいころ軸受、円筒ころ軸受等のころ軸受が採用されている（例えば、特許文献１、２）。

特開２００８−１９６５８２号公報 特開２０１３−７２５０４号公報

しかしながら、遊星回転体の支持用途のような公転部位に使用されるころ軸受の場合、保持器や軸受内部の潤滑油には、保持器の軸受中心軸周りの回転による遠心力のほかに、転がり軸受が遊星回転体と一体に公転運動することによる遠心力も作用する。その公転運動による遠心力は、ころ軸受に負荷域を生じさせると共に、保持器の変形や偏心、軸受内部の潤滑油の偏りを生じさせる原因となる。保持器案内方式として転動体案内方式を採用する場合、その潤滑条件の悪い負荷域において、保持器の偏心によって一部の柱部がころに強く当接され、柱部が異常摩耗する恐れがある。

また、遊星歯車減速機の場合、遊星歯車が遠心力と動力伝達による荷重を受け、この遊星歯車を支持するころ軸受には複合的な力が作用するため、ころが軸受の負荷域に出入りする際、挙動を乱してスキューを起こす。ころがスキューする力が保持器に加わると、柱部の摩耗がより促進される可能性がある。

そこで、この発明が解決しようとする課題は、ころのスキューによって保持器の柱部が摩耗することを防止することにある。

上記の課題を達成するため、この発明は、第一のリング部と、第二のリング部と、これら二つのリング部間をポケットに区切る複数の柱部とを有する保持器と、前記ポケットに収容されたころと、を備え、前記ポケットの周方向一方側に位置する第一の前記柱部が、前記ころの転動面の周方向一方側に位置する第一のポケット内面を有し、前記ポケットの前記周方向一方側と反対の周方向他方側に位置する第二の前記柱部が、前記ころの転動面の周方向他方側に位置する第二のポケット内面を有し、前記第一のリング部が、前記ころの軸方向一方側に位置する第三のポケット内面を有し、 前記第二のリング部が、前記ころの前記軸方向一方側と反対の軸方向他方側に位置する第四のポケット内面を有するころ軸受において、前記第一から第四のポケット内面が、最大にスキューした状態の前記ころと当該第一から第四のポケット内面ごとに一箇所ずつの合計四箇所で接触するように設定された中高状になっている、という構成を採用したものである。

上記構成によれば、軸受運転中に、負荷域に出入りするころが最大のスキューを起こしたとき、第一、第二の柱部における中高状の第一、第二のポケット内面の頂点部が、それぞれころの転動面と一箇所で接し、第一、第二のリング部における中高状の第三、第四のポケット内面の頂点部が、それぞれころの端面と接する。これら４箇所でころが拘束され、第一から第四のポケット内面ところとの接触箇所以外では、保持器ところが接触せず、ころのスキュー挙動を受けないため、柱部の摩耗が防止される。

上述のように、この発明は、上記構成の採用により、ころのスキューによって保持器の柱部が摩耗することを防止することができる。

（ａ）はこの発明の実施例に係るころ軸受の保持器を展開して外径側から示す部分展開図、（ｂ）は前記（ａ）からころが最大にスキューしたときを示す部分拡大図 この発明の実施例に係るころ軸受を示す断面図 実施例に係るころ軸受を備える遊星減速機を示す断面図 図３のＩＶ−ＩＶ線の断面図

この発明の一例としての実施形態を説明する。
第一実施形態に係るころ軸受では、前記第一のポケット内面及び前記第二のポケット内面が、それぞれ軸方向両側に向かって次第に周方向に低くなる円弧状になっており、前記第三のポケット内面及び前記第四のポケット内面が、それぞれ周方向両側に向かって次第に軸方向に低くなる円弧状になっており、前記第一のポケット内面及び前記第二のポケット内面の中高状に設定された周方向のドロップ量をδ１とし、前記第三のポケット内面及び前記第四のポケット内面の中高状に設定された軸方向のドロップ量をδ２とし、前記ころのころ長さをＬｗとし、前記ころの最大スキュー角をθとし、前記ころの直径をＤｗとしたとき、δ１＝（Ｌｗ／２）ｔａｎθ、δ２＝（Ｄｗ／２）ｔａｎθに設定されている。
δ１＝（Ｌｗ／２）ｔａｎθに設定すると、ころがスキューを起こしても、最大のスキュー角θになるまで、スキューしたころを第一、第二の各ポケット内面の中高状の頂点部で拘束する状態にならない。また、δ２＝（Ｄｗ／２）ｔａｎθに設定すると、ころがスキューを起こしても、最大のスキュー角θになるまで、スキューしたころを第三、第四の各ポケット内面の中高状の頂点部で拘束する状態にならない。
したがって、第一実施形態によれば、ころが最大にスキューしたときだけ第一から第四の各ポケット内面の中高状の頂点部で拘束するが、それまで（スキュー角θ未満）、スキューしたころを拘束せず、ころがスキューする力を保持器で受けずに済み、また、最大のスキュー角θになっても、ころを拘束する第一から第四の中高状頂点部の４箇所の接触箇所以外ではころと保持器が接触しないようにすることができる。

第二実施形態に係るころ軸受では、前記第一から第四のポケット内面の各ポケット内面間に盗み部が形成されている。
隣接する中高状のポケット内面同士が交差すると、ポケットの四隅が鋭角になり、応力集中が問題になる。第二実施形態によれば、第一から第四のポケット内面の各ポケット内面間に盗み部があるため、ポケットの四隅でポケット内面同士が鋭角に交差せず、応力集中を緩和することができる。

第三実施形態に係るころ軸受では、前記保持器が、軌道輪案内方式のものとなっている。
第三実施形態によれば、ポケットすきまを柱部ところ間で転動体案内方式のように狭く設定する必要がない。このため、第三実施形態は、遠心力の作用によって保持器が偏心や変形を起こした場合でも、柱部ところの強い接触を防ぐことができる。

第四実施形態に係るころ軸受では、前記保持器が、外輪案内方式のものとなっている。
外輪で保持器を案内する場合、内輪案内の場合に比して、案内接触の周長が長くなってその案内接触部における周速差及び接触面圧が小さくなる。また、潤滑油が遠心力によって外輪側へ移動するため、その案内接触部で潤滑油が不足しにくく、案内接触部の摩耗や焼付きを防止することが可能である。

第五実施形態に係るころ軸受では、前記ころが、円すいころからなる。

第六実施形態に係るころ軸受は、遊星減速機に備わる遊星回転体とキャリヤとの間に配置される。
第六実施形態によれば、遊星回転体の公転運動による遠心力でころ軸受に生じた負荷域に出入りするころのスキューによって柱部が異常に摩耗することを防止することができる。

以下、この発明の実施例に係るころ軸受を図１、図２に基づいて説明する。実施例に係るころ軸受は、内輪１と、外輪２と、これら内輪１及び外輪２間に介在する複数のころ３と、これらころ３を保持する保持器４とを備える。内輪１，外輪２及び保持器４は、同じ中心軸（図２中に一点鎖線で示す軸受中心軸）に設定されている。以下、その中心軸に沿った方向のことを単に「軸方向」といい、その中心軸に直角な方向のことを単に「径方向」といい、その中心軸周りの円周方向のことを単に「周方向」という。

内輪１は、外周に円すい面状の軌道面５と、小つば部６と、大つば部７とを有する軌道輪になっている。

外輪２は、内周に円すい面状の軌道面８をもった軌道輪になっている。

ころ３は、内輪１の軌道面５及び外輪２の軌道面８に介在する円すい面状の転動面９と、大つば部７に案内される大端面１０と、小端面１１とを有する円すいころになっている。なお、第一実施形態では、単列円すいころ軸受を例示したが、円筒ころ軸受、複列ころ軸受等、適宜の形式のころ軸受であってもよい。

保持器４は、第一のリング部１２と、第二のリング部１３と、これら二つのリング部１２、１３間をポケット１４に区切る複数の柱部１５とを有する。

保持器４は、外輪２の内周によって径方向に案内される軌道輪案内方式のものとなっている。なお、保持器の偏心や変形が問題にならない場合には、保持器がころによって径方向に案内される転動体案内方式を採用してもよい。

第一のリング部１２は、保持器４のうち、ポケット１４の軸方向の最小幅を規定する二端ｐ１、ｐ２の一端ｐ１から軸方向一方側（図１中上側）に位置する部分からなり、周方向全周に亘って連続する部分をもっている。第二のリング部１３は、保持器４のうち、ポケット１４の軸方向幅を規定する他端ｐ２から軸方向他方側（図１中下側）に位置する部分からなり、周方向全周に亘って連続する部分をもっている。

図示の第一のリング部１２は、円すいころ用に対応の形状とするため、保持器４の外径を規定する大径側の環状部になっている。一方、第二のリング部１３は、第一のリング部１２よりも小径な外周をもち、保持器４の内径を規定する小径側の環状部になっている。

柱部１５は、保持器４のうち、第一のリング部１２と第二のリング部１３間に亘る部分からなり、周方向に隣接するポケット１４、１４間を分離している。図示の柱部１５は、円すいころ用に対応の形状とするため、概ねころ３の転動面９に沿うように傾いている。

ポケット１４は、保持器４に形成された、ころ３を収容するための空間のことをいう。ポケット１４は、円すいころからなるころ３を収めるため、概ね台形状になっている。

内輪１、各ポケット１４に収容されたころ３及び保持器４により、内輪アセンブリが構成されている。

ポケット１４の周方向一方側（図中左側）に位置する第一の柱部１５は、ころ３の転動面９の周方向一方側に位置する第一のポケット内面１６を有する。ポケット１４の周方向一方側と反対の周方向他方側（図中右側）に位置する第二の柱部１５は、ころ３の転動面９の周方向他方側に位置する第二のポケット内面１７を有する。第一のリング部１２は、ころ３の軸方向一方側（図中上側）に位置する第三のポケット内面１８を有する。第二のリング部１３は、ころ３の軸方向他方側（図中下側）に位置する第四のポケット内面１９を有する。

第一のポケット内面１６及び第二のポケット内面１７は、それぞれ軸方向両側に向かって次第に周方向に低くなる円弧に沿った中高状になっている。

第三のポケット内面１８及び第四のポケット内面１９は、それぞれ周方向両側に向かって次第に軸方向に低くなる円弧に沿った中高状になっている。

図１中において、正規の姿勢のころ３を実線で描き、最大にスキューを起こした姿勢のころ３を二点鎖線で描いている。ここで、正規の姿勢のころ３とは、軸受中心軸を含む仮想平面にころ３の中心軸が含まれるときの姿勢のことをいう。図１において、軸受中心軸を含む仮想平面は、上下方向に向いた一点鎖線に一致している。スキューを起こしたころ３の中心軸は、内方の軌道面５と外方の軌道面８間に介在している状態で、正規の姿勢のときのころ中心軸に対して傾き角をもつ。ころ３の最大スキュー角をθとする。最大スキュー角θは、寸法上、ころ３がポケット１４内でそれ以上に傾けない幾何的な限界までころ３がスキューしたときの前述の傾き角のことをいう。

ころ３のころ長さをＬｗとする。ころ長さＬｗは、ころ３の中心軸に測ったころ３の全長のことをいう。

ころ３の直径をＤｗとする。ころ３の直径Ｄｗは、ころ３のころ長さＬｗの中央でころ３の中心軸に直角な平面におけるころ３の直径の最大値のことをいう。

最大スキュー角θは、ポケットすきまＳと線形関係である。すなわち、θ＝αＳ＋βの関係となる。α、βは、ころ長さＬｗ，ころ３の直径Ｄｗに応じて定められる係数である。例えば、Ｌｗ＝１．６Ｄｗの関係にあるとき、α、βは、次の式３、式４のように定められる。
式３：α＝４５／Ｄｗ
式４：β＝−０．００１８Ｄｗ＋１

第一のポケット内面１６及び第二のポケット内面１７は、図中左右対称の関係になっている。第一のポケット内面１６及び第二のポケット内面１７の中高状に設定された周方向のドロップ量をδ１とする。このドロップ量δ１は、第一のポケット内面１６において、中高状の頂点部から第一のポケット内面１６の端までの周方向の高低差のことをいい、第二のポケット内面１７においても同様である。第一のポケット内面１６及び第二のポケット内面１７は、次の式１を満足するように設定されている。
式１：δ１＝（Ｌｗ／２）ｔａｎθ

第三のポケット内面１８及び第四のポケット内面１９の中高状に設定された軸方向のドロップ量をδ２とする。このドロップ量δ２は、第三のポケット内面１８において、中高状の頂点部から第三のポケット面１８までの軸方向の高低差のことをいい、第四のポケット内面１９においても同様である。第三のポケット内面１８及び第四のポケット内面１９は、次の式２を満足するように設定されている。
式２：δ２＝（Ｄｗ／２）ｔａｎθ

このように、第一から第四のポケット内面１６〜１９は、δ１＝（Ｌｗ／２）ｔａｎθ、δ２＝（Ｄｗ／２）ｔａｎθに設定されているので、最大にスキューした状態のころ３（すなわち、最大スキュー角θの姿勢になったころ３）と、第一から第四のポケット内面１６〜１９ごとに一箇所ずつの合計四箇所で接触する。第一、第二のポケット内面１６、１７の接触箇所は、第一、第二のポケット内面１６、１７の中高状の頂点部にあり、それぞれころ３の転動面９の中央部付近に接する。第三のポケット内面１８の接触箇所は、第三のポケット内面１８の中高状の頂点部にあり、ころ３の大端面１０と接する。第四のポケット内面１９の接触箇所は、第四のポケット内面１９の中高状の頂点部にあり、ころ３の小端面１１と接する。

第一から第四のポケット内面１６〜１９の各ポケット内面間に盗み部２０が形成されている。各ポケット内面間は、隣接する二つのポケット内面１６、１８間、同ポケット内面１６、１９間、同ポケット内面１９、１７間、同ポケット内面１７、１８間のことである。各盗み部２０は、当該隣接する二つのポケット内面から凹んだ隅Ｒ状になっている。

保持器４は、プレス加工で基本的な全体形状を形成可能な板厚の鋼板を材料とし、かご形の打ち抜き保持器の一般的な製造方法によって形成されている。なお、保持器の製造方法は、保持器の形状や材料に応じて、プレス加工、もみ抜き加工、成型等、適宜の加工手段を採用すればよい。保持器を形成する材料として、鋼以外の他の材料、例えば、樹脂、高力黄銅等を採用してもよい。

実施例に係るころ軸受を備える遊星減速機の一例を図３、図４に示す。図示のように、この遊星減速機は、入力軸１０１に取り付けた太陽歯車１０２と、ハウジング１０３に固定された内歯車１０４との間に両歯車１０２、１０４に噛み合う遊星歯車としての遊星回転体１０５が複数個配置され、出力軸１０６に連結されたキャリヤ１０７に対して各遊星回転体１０５が回転自在に支持され、太陽歯車１０２と内歯車１０４との間で自転しながら公転する遊星回転体１０５の公転運動が、キャリヤ１０７を介して出力軸１０６に出力されるものである。実施例に係るころ軸受１００は、この遊星減速機に備わる遊星回転体１０５とキャリヤ１０７との間に一対で配置されている。各ころ軸受１００の外輪２は、遊星回転体１０５に取り付けられ、遊星回転体１０５と一体に回転する。各ころ軸受１００の内輪１は、キャリヤ１０７に設けられた支持軸１０８に取り付けられ、外輪２に対して静止する。

図示の遊星減速機は、超大型ダンプトラックのホイールリムの内側に設けられた終減速装置の第一段目の減速を行うものとなっている。その超大型ダンプトラックは、鉱山用であって積載量３００ｔ以上のものを想定している。本願発明者らが現行の超大型ダンプトラックの終減速装置における使用環境を調べたところ、太陽歯車１０２周りに公転するころ軸受１００の公転直径は５００ｍｍ程度、その公転速度は５００ｒｐｍ程度、このときの軸受回転速度は１３００ｒｐｍ程度、最大の遠心加速度は７５Ｇ程度になっていた。このような強い遠心加速度が作用すると、軸受内部の潤滑油がころ軸受１００の負荷域で希薄になり、負荷域と周方向反対側へ偏る傾向が顕著であった。

実施例に係るころ軸受は、上述のようなものであり、軸受運転中に、負荷域に出入りするころ３が最大のスキューを起こしたとき、第一、第二の柱部１５、１５における第一、第二のポケット内面１６、１７の中高状の頂点部が、それぞれころ３の転動面９と一箇所で接し、第一、第二のリング部１２、１３における第三、第四のポケット内面１８、１９の頂点部が、それぞれころ３の端面１０、１１と接する。これら４箇所でころ３が拘束され、第一から第四のポケット内面１６〜１９ところ３との接触箇所以外では、保持器４ところ３が接触せず、ころ３のスキュー挙動を受けないため、柱部１５の摩耗が防止される。

特に、実施例に係るころ軸受は、前述の式１、式２のように設定されているので、図１から明らかなように、ころ３がスキューを起こしても、最大のスキュー角θになるまで、スキューしたころ３を第一から第四の各ポケット内面１６〜１９の頂点部で拘束する状態にならない。したがって、実施例に係るころ軸受は、ころ３が最大にスキューしたときだけ第一から第四の各ポケット内面１６〜１９の中高状の頂点部で拘束するが、それまで（スキュー角θ未満）、スキューしたころ３を拘束せず、ころ３がスキューする力を保持器４で受けずに済み、また、最大のスキュー角θになっても、第一から第四の各ポケット内面１６〜１９の中高状の頂点部以外ではころ３と保持器４が接触しないようにすることができる。

また、実施例に係るころ軸受は、第一から第四のポケット内面１６〜１９の各ポケット内面間に盗み部２０があるため、ポケット１４の四隅でポケット内面同士が鋭角に交差せず、応力集中を緩和することができる。

また、実施例に係るころ軸受は、保持器４が軌道輪案内方式のものとなっているので、ポケットすきまＳを柱部１５ところ３間で転動体案内方式のように狭く設定する必要がなく、遠心力の作用によって保持器４が偏心や変形を起こした場合でも、柱部１５ところ３の強い接触を防ぐことができる。

また、実施例に係るころ軸受は、保持器４が外輪案内方式のものとなっているので、内輪１で案内する場合に比して、案内接触の周長が長くなってその案内接触部における周速差及び接触面圧が小さくなり、また、その案内接触部で潤滑油が不足しにくく、案内接触部の摩耗や焼付きを防止することができる。

今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 内輪
２ 外輪
３ ころ
４ 保持器
９ 転動面
１０ 大端面
１１ 小端面
１２ 第一のリング部
１３ 第二のリング部
１４ ポケット
１５ 柱部
１６ 第一のポケット内面
１７ 第二のポケット内面
１８ 第三のポケット内面
１９ 第四のポケット内面
２０ 盗み部
１００ ころ軸受
１０５ 遊星回転体
１０７ キャリヤ
θ 最大スキュー角
Ｌｗ ころ長さ
Ｄｗ ころの直径

Claims (7)

1. 第一のリング部と、第二のリング部と、これら二つのリング部間をポケットに区切る複数の柱部とを有する保持器と、
   前記ポケットに収容されたころと、を備え、
   前記ポケットの周方向一方側に位置する第一の前記柱部が、前記ころの転動面の周方向一方側に位置する第一のポケット内面を有し、前記ポケットの前記周方向一方側と反対の周方向他方側に位置する第二の前記柱部が、前記ころの転動面の周方向他方側に位置する第二のポケット内面を有し、前記第一のリング部が、前記ころの軸方向一方側に位置する第三のポケット内面を有し、 前記第二のリング部が、前記ころの前記軸方向一方側と反対の軸方向他方側に位置する第四のポケット内面を有するころ軸受において
   前記第一から第四のポケット内面が、最大にスキューした状態の前記ころと当該第一から第四のポケット内面ごとに一箇所ずつの合計四箇所で接触するように設定された中高状になっていることを特徴とするころ軸受。
2. 前記第一のポケット内面及び前記第二のポケット内面が、それぞれ軸方向両側に向かって次第に周方向に低くなる円弧状になっており、
   前記第三のポケット内面及び前記第四のポケット内面が、それぞれ周方向両側に向かって次第に軸方向に低くなる円弧状になっており、
   前記第一のポケット内面及び前記第二のポケット内面の中高状に設定された周方向のドロップ量をδ１とし、前記第三のポケット内面及び前記第四のポケット内面の中高状に設定された軸方向のドロップ量をδ２とし、前記ころのころ長さをＬｗとし、前記ころの最大スキュー角をθとし、前記ころの直径をＤｗとしたとき、
   δ１＝（Ｌｗ／２）ｔａｎθ、δ２＝（Ｄｗ／２）ｔａｎθに設定されている請求項１に記載のころ軸受。
3. 前記第一から第四のポケット内面の各ポケット内面間に盗み部が形成されている請求項１又は２に記載のころ軸受。
4. 前記保持器が、軌道輪案内方式のものとなっている請求項１から３のいずれか１項に記載のころ軸受。
5. 前記保持器が、外輪案内方式のものとなっている請求項１から４のいずれか１項に記載のころ軸受。
6. 前記ころが、円すいころからなる請求項１から５のいずれか１項に記載のころ軸受。
7. 遊星減速機に備わる遊星回転体とキャリヤとの間に配置される請求項１から６のいずれか１項に記載のころ軸受。

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