JP2020143792A - 円すいころ軸受 - Google Patents

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Abstract

【課題】外輪の外輪軌道面の大径側端部に鍔部を形成した円すいころ軸受において、純アキシャル荷重の負荷能力を極端に低下させることなく、高モーメント剛性、長寿命化を図る。【解決手段】外輪１２の外輪軌道面１２ａの大径側端部に半径方向内方に突出する鍔部１２ｂを形成した円すいころ軸受において、接触角を４０〜５０°、ころ角度を３．５°以下とし、保持器１５の外径側もしくは内径側に、円すいころ１４の案内面と、この案内面の逆側に円すいころ１４の脱落を防止する爪を１つ以上有し、案内面に円すいころ１４を当てたときの、ころ外接円径Ｐと、爪に円すいころ１４を当てたときのころ外接円径Ｐ’が、軌道面からの外輪つば高さＣに対して｜Ｐ−Ｐ’｜≧Ｃの関係を保ち、且つ、鍔外径角度γが３５°〜５０°であることを特徴とする。【選択図】図３

Description

この発明は、ロボットや建設機械の減速機で使用される円すいころ軸受、特に、外輪の外輪軌道面の小径側端部と大径側端部、および内輪の内輪軌道面の小径側端部と大径側端部の４つの端部のうち、外輪の外輪軌道面の大径側端部にのみ半径方向内方に突出する鍔部を形成した円すいころ軸受に関するものである。
内輪の内輪軌道面の大径側端部に鍔部を形成しないで、外輪の外輪軌道面の大径側端部にのみ半径方向内方に突出する鍔部を形成した円すいころ軸受は、特許文献１または特許文献２に開示はされているものの、製品としてはほとんど見かけない。
実開平１−８５５２１号公報 特開２０１６−１９６９４４号公報
その理由としては、内輪の内輪軌道面の大径側端部に鍔部を形成したものに対し、外輪の外輪軌道面の大径側端部に鍔部を形成したものは、純アキシャル荷重の負荷能力が極端に下がってしまうということが一番に挙げられる。
そこで、この発明は、外輪の外輪軌道面の大径側端部に鍔部を形成した円すいころ軸受において、純アキシャル荷重の負荷能力を極端に低下させることなく、高モーメント剛性、長寿命化を図ることを課題とするものである。
前記の課題を解決するために、この発明は、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に配置される複数の円すいころと、この複数の円すいころを所定の間隔で収容保持する複数のポケットを有する保持器とを備え、前記外輪の外輪軌道面の小径側端部と大径側端部、および内輪の内輪軌道面の小径側端部と大径側端部の４つの端部のうち、外輪の外輪軌道面の大径側端部に半径方向内方に突出する鍔部を形成した円すいころ軸受において、接触角を４０〜５０°、ころ角度を３．５°以下とし、前記保持器の外径側もしくは内径側に、円すいころの案内面と、この案内面の逆側に円すいころの脱落を防止する爪を１つ以上有し、前記案内面に円すいころを当てたときの、ころ外接円径Ｐと、前記爪に円すいころを当てたときのころ外接円径Ｐ’が、軌道面からの外輪つば高さＣに対して｜Ｐ−Ｐ’｜≧Ｃの関係を保ち、且つ、鍔外径角度γが３５°〜５０°であることを特徴とする。
さらに、前記保持器の大径リング部外周面に、当該リング部の肉厚が保持器案内面を有する柱部の肉厚よりも薄くなる切欠部を形成してもよい。
円すいころ軸受の場合、ころサイズ、ころ本数、接触角、ころ角度、鍔部に対するころの接点位置と鍔側軌道面との角度ｘが同じ諸元の場合、内輪の内輪軌道面の大径側端部に鍔部を形成した図２に示すもの（以下、「内輪鍔軸受」という。）と、外輪の外輪軌道面の大径側端部に鍔部を形成した図１に示すもの（以下、「外輪鍔軸受」という。）を比較すると、純アキシャル（Ｆａ）負荷時に、外輪鍔軸受の方が、内輪鍔軸受よりも転動体荷重（外輪側転動体荷重Ｆｏ、内輪側転動体荷重Ｆｉ）及び転動体と軌道輪との接触面圧が増加するが、この発明のように、接触角を４０〜５０°、ころ角度を３．５°以下にして、案内面にころを当てたときの、ころ外接円径Ｐと、前記爪にころを当てたときのころ外接円径Ｐ’が、軌道面からの外輪つば高さＣに対して｜Ｐ−Ｐ’｜≧Ｃの関係を保ち、且つ、鍔外径角度γを３５°〜５０°とした場合、純アキシャル（Ｆａ）負荷時の転動体荷重（外輪側転動体荷重Ｆｏ、内輪側転動体荷重Ｆｉ）及び軌道輪との接触面圧の増加を抑制し、純ラジアル（Ｆｒ）負荷時の転動体荷重及び軌道輪との接触面圧も抑制することができる。
図１に示す外輪鍔軸受と図２に示す内輪鍔軸受における純アキシャル負荷時の転動体荷重の算出式は、
Ｆｉｏ：外輪側の転動体荷重（内輪鍔軸受）
Ｆｏｏ：外輪側の転動体荷重（外輪鍔軸受）
Ｆｉｉ：内輪側の転動体荷重（内輪鍔軸受）
Ｆｏｉ：内輪側の転動体荷重（外輪鍔軸受）
Ｆｉｒ：鍔側の転動体荷重（内輪鍔軸受）
Ｆｏｒ：鍔側の転動体荷重（外輪鍔軸受）
α：外輪半角度
θ：内輪半角度
β：ころ角度
ｘ：鍔部に対するころの接点位置と鍔側軌道面との角度
Y：ころ大端面と内輪鍔部との接点角度（θ＋ｘ）
δ：ころ大端面と外輪鍔部との接点角度（α−ｘ）
とした場合に、次のようになる。
Ｆｉｏ＝Ｆａ／ｓｉｎα
Ｆｏｏ＝Ｆｏｉ（ｓｉｎθ・ｓｉｎδ＋ｃｏｓθ・ｃｏｓδ）／（ｃｏｓα・ｃｏｓδ＋ｓｉｎα・ｓｉｎδ）
Ｆｉｉ＝Ｆｉｏ（ｓｉｎα・ｓｉｎY＋ｃｏｓα・ｃｏｓY）／（ｃｏｓθ・ｃｏｓY＋ｓｉｎθ・ｓｉｎY）
Ｆｏｉ＝Ｆａ／ｓｉｎθ
Ｆｉｒ＝（Ｆｉｉｃｏｓθ−Ｆｉｏｃｏｓα）／ｓｉｎY
Ｆｏｒ＝（Ｆｏｉｃｏｓθ−Ｆｏｏｃｏｓα）／ｓｉｎδ
上記の計算式により、純アキシャル荷重Ｆａを負荷して、接触角が４０〜５０°で、ころ角度を３．５°以下にした各例と、接触角が４０°以下で、ころ角度が３．５°以上にした各例について、最大転動体荷重と最大接触面圧を求めると、表１〜表６のとおりとなる。
Figure 2020143792
Figure 2020143792
Figure 2020143792
Figure 2020143792
Figure 2020143792
Figure 2020143792
上記表１〜表６の結果から、軸受寸法が同一の外輪鍔軸受と内輪鍔軸受とについて、内輪鍔軸受の最大転動体荷重及び最大接触面圧を１００％にして比較すると、この発明で規定される外輪鍔軸受は、最大転動体荷重及び最大接触面圧を共に、内輪鍔軸受の１０％以内の増加率に抑制できるのに対し、この発明の規定外の外輪鍔軸受は、最大転動体荷重及び最大接触面圧の少なくとも一方が、内輪鍔軸受よりも増加率が１０％を超えるということが確認された。
外輪の外輪軌道面の大径側端部に鍔部を形成した円すいころ軸受に純アキシャル荷重を負荷した時の外輪側転動体荷重と内輪側転動体荷重と鍔側転動体荷重の分力を模式的に示した説明図である。 内輪の内輪軌道面の大径側端部に鍔部を形成した円すいころ軸受に純アキシャル荷重を負荷した時の外輪側転動体荷重と内輪側転動体荷重と鍔側転動体荷重の分力を模式的に示した説明図である。 この発明の実施形態に係る円すいころ軸受を保持器の柱部で切断した拡大部分断面図である。 図３の円すいころ軸受をハウジングに組み付けた状態を示す拡大部分断面図である。 図３の円すいころ軸受の外輪側の大つば部と円すいころの接触面積を概念的に示した概略図である。 図３の実施形態の保持器のころ案内面に円すいころを押し当てた状態を示す拡大図である。 図３の実施形態の保持器の爪に円すいころを押し当てた状態を示す拡大図 である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は、ころ−保持器アッシーを外輪に挿入する手順を示す拡大部分断面図である。 図３の実施形態の外輪の正面図である。 図３の実施形態の外輪の背面図である。 図３の実施形態の外輪の左側面図である。 図３の実施形態の外輪の右側面図である。 図３の実施形態の外輪の平面図である。 図３の実施形態の外輪の底面図である。 図９のＡ−Ａ線の断面図である。 図１５のＢ−Ｂ線の拡大断面図である。 図３の実施形態の保持器の正面図である。 図３の実施形態の保持器の背面図である。 図３の実施形態の保持器の左側面図である。 図３の実施形態の保持器の右側面図である。 図３の実施形態の保持器の平面図である。 図３の実施形態の保持器の底面図である。 図１７のＡ−Ａ線の断面図である。 図３の実施形態の保持器を小径側から見た斜視図である。 図３の実施形態の保持器を大径側から見た斜視図である。 図１７のＨ−Ｈ線の断面図である。 図２３のＢ−Ｂ線の拡大断面図である。 図１７のＣ−Ｃ線の拡大断面図である。 図２４のＤ−Ｄ線の拡大断面図である。 図２４のＥ−Ｅ線の拡大断面図である。 図２５のＦ−Ｆ線の拡大断面図である。 図２５のＧ−Ｇ線の拡大断面図である。 図２６のＩ−Ｉ線の拡大断面図である。 接触角を各種変化した例のモーメント剛性比を示すグラフである。 接触角を各種変化した例の寿命比を示すグラフである。 従来の円すいころ軸受を保持器の柱部で切断した拡大断面図である。 図３６の円すいころ軸受をハウジングに組み付けた状態を示す拡大部分断面図である。 図３６の円すいころ軸受の内輪側の大つば部と円すいころの接触面積を概念的に示した概略図である。
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明に係る円すいころ軸受１１は、接触角αが４０°〜５０°という急勾配で、ころ角度が３．５°以下という低勾配のものである。図３〜図３３に示す実施形態に係る円すいころ軸受１１は、接触角αが４５°、ころ角度が３．５°のものである。
この発明の実施形態に係る円すいころ軸受１１は、図３に示すように、内周面に外輪軌道面１２ａを有する外輪１２と、外周面に内輪軌道面１３ａを有する内輪１３と、前記外輪軌道面１２ａと前記内輪軌道面１３ａとの間に転動自在に配置される複数の円すいころ１４と、この複数の円すいころ１４を所定の間隔で収容保持する複数のポケットを有する保持器１５とを備える。
この発明の円すいころ軸受１１は、接触角αを４０〜５０°の急こう配に設定して高モーメント剛性化を図っており、図３の実施形態に係る円すいころ軸受１１は、接触角αを４５°に設定している。
この発明の実施形態に係る円すいころ軸受１１は、前記外輪１２の外輪軌道面１２ａの小径側端部と大径側端部、および内輪１３の内輪軌道面１３ａの小径側端部と大径側端部の４つの端部のうち、外輪１２の外輪軌道面１２ａの大径側端部にのみ半径方向内方に突出する鍔部１２ｂを形成している。
内輪１３の小径側端部の小鍔をなくし、小鍔の分だけころ長さを長くして高負荷容量化を図ると共に、外輪１２の外輪軌道面１２ａの大径側端部にのみ半径方向内方に突出する鍔部１２ｂを形成し、内輪１３の内輪軌道面１３ａの大径側端部の鍔部をなくしている。
接触角が４０〜５０°の急こう配の円すいころ軸受１１は、外輪１２の外輪軌道面１２ａの大径側端部と内輪１３の大径側の端面との間に軸方向に大きなスペースが空くので、このスペースを利用してこの発明では半径方向内方に突出する鍔部１２ｂを形成している。
外輪１２の外輪軌道面１２ａの大径側端部にのみ半径方向内方に突出する鍔部１２ｂを形成し、内輪１３の内輪軌道面１３ａの大径側端部の鍔部をなくすことにより、軸方向のコンパクト化が図れる。
即ち、図３に２点鎖線で示すように、内輪１３の内輪軌道面１３ａの大径側端部に鍔部１２ｂを形成した場合の軸方向幅をＴ’とすると、内輪１３の内輪軌道面１３ａの大径側端部の鍔部をなくすことによって、内輪１３の軸方向幅を薄くすることができ、外輪１２の外輪軌道面１２ａの大径側端部に半径方向内方に突出する鍔部１２ｂを形成した場合の軸方向幅がＴであるから、Ｔ’−Ｔの分だけ軸方向幅をコンパクトにすることができる。
この発明のように、外輪１２の外輪軌道面１２ａの大径側端部に半径方向内方に突出する鍔部１２ｂを形成することにより、内輪１３の内輪軌道面１３ａの大径側端部に鍔部を形成する図３６に示す従来例の円すいころ軸受１に比し、鍔部を高剛性化できる。
即ち、図３に示すように、外輪１２の外輪軌道面１２ａの大径側端部に半径方向内方に突出する鍔部１２ｂを形成する場合と、図３６に示すように、内輪３の内輪軌道面３ａの大径側端部に鍔部３ｂを形成する場合とを比較すると、鍔部の高さＣ（軌道面と鍔面の交点と鍔部頂点からなる径方向の距離）が同じだとしても、図５に示すころ端面と外輪鍔面の接触面積は、図３８に示す従来例のころ端面と内輪鍔面の接触面積よりも約７％大きくなり、ころに発生する誘起スラスト力を受ける面積が外輪鍔の方が大きくなるので、接触部の応力が低くなり、ころ端面と鍔面の接触ひずみが小さくなる。
また、図３６に示す従来例のように、内輪３の大径側端部に鍔部３ｂを設けると、円すいころ４に発生する誘起スラスト力は、図３７に白抜き矢印で示すように、鍔部３ｂで受けることになり、鍔部３ｂに掛かる曲げ応力によって鍔部３ｂにひずみが生じる可能性があるが、図４に示すこの発明のように、外輪１２の大径側端部に鍔部１２ｂを設けた場合には、円すいころ１４に発生する誘起スラスト力は、白抜き矢印で示すように、外輪１２の鍔部１２ｂに掛かる曲げ応力をハウジング６で受けることができるため、鍔部１２ｂの剛性が高くなる。図３６の従来例において、符号２は外輪、２ａは外輪軌道面、５は保持器を示している。
この発明において、保持器１５としては、樹脂製のものを使用することができる。
保持器１５は、図６および図７に示すように、大径側に大径リング部１５ａと、小径側に小径リング部１５ｂを有し、外径部に円すいころ１４を案内するころ案内面１５ｃを有し、内径面に円すいころ１４を保持する爪１５ｄを有する。円すいころ１４を案内するころ案内面１５ｃと円すいころ１４を保持する爪１５ｄは逆でもよい。また、保持器１５の大径リング部１５ａの外周面に、外輪１２の鍔部１２ｂとの干渉を避ける切欠き部１５ｅを設けている。
図６に示すように、円すいころ１４を保持器１５の外径側にあるころ案内面１５ｃに押し当てたときのころ外接円径をＰとし、図７に示すように、保持器１５の内径側の爪１５ｄに円すいころ１４を押し当てたときのころ外接円径をＰ’とした場合、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す手順で、ころ−保持器アッシーを外輪１２に挿入する際に、鍔部１２ｂの鍔高さＣが同一で、接触角αと、鍔外径角度γ、｜Ｐ−Ｐ’｜を各種変更し、ころ−保持器アッシーの外輪１２への挿入のし易さを判定した結果を表７〜表１１に示す。
表７〜表１１の結果から、接触角が４０〜５０°のものは、｜Ｐ−Ｐ’｜≧Ｃ、且つ、鍔大径側角度γが３５°〜５０°の場合において、ころ−保持器アッシーの外輪１２への挿入性が良好であるということが確認できた。

Figure 2020143792
Figure 2020143792
Figure 2020143792
Figure 2020143792
Figure 2020143792
この発明の円すいころ軸受１１は、接触角が４０〜５０°であるが、外部荷重を一定とし、また軸受のＰＣＤところのサイズと個数は一定で接触角のみを変化させたときのモーメント剛性は図３４のグラフのとおりであり、また、寿命比は図３５に示すグラフのとおりである。この図３４と図３５のグラフから各接触角に対する総合評価を行うと表１２に示すとおりとなり、接触角を４０〜５０°にすることにより、軸受のモーメント剛性と寿命を両立させることができるということが確認できた。
Figure 2020143792
この発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内の全ての変更を含む。
１１ ：軸受
１２ ：外輪
１２ａ ：外輪軌道面
１２ｂ ：鍔部
１３ ：内輪
１３ａ ：内輪軌道面
１５ ：保持器
１５ａ ：大径リング部
１５ｂ ：小径リング部
１５ｃ ：案内面
１５ｄ ：爪
１５ｅ ：切欠き部

Claims (2)

  1. 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に配置される複数の円すいころと、この複数の円すいころを所定の間隔で収容保持する複数のポケットを有する保持器とを備え、前記外輪の外輪軌道面の小径側端部と大径側端部、および内輪の内輪軌道面の小径側端部と大径側端部の４つの端部のうち、外輪の外輪軌道面の大径側端部に半径方向内方に突出する鍔部を形成した円すいころ軸受において、接触角を４０〜５０°、ころ角度を３．５°以下とし、前記保持器の外径側もしくは内径側に、円すいころの案内面と、この案内面の逆側に円すいころの脱落を防止する爪を１つ以上有し、前記案内面に円すいころを当てたときの、ころ外接円径Ｐと、前記爪に円すいころを当てたときのころ外接円径Ｐ’が、軌道面からの外輪つば高さＣに対して｜Ｐ−Ｐ’｜≧Ｃの関係を保ち、且つ、鍔外径角度γが３５°〜５０°であることを特徴とする円すいころ軸受。
  2. 前記保持器の大径リング部外周面に、当該リング部の肉厚が保持器案内面を有する柱部の肉厚よりも薄くなる切欠部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の円すいころ軸受。
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