JP2021513638A - ケージレスフルコンプリメント減摩軸受とそのような減摩軸受を有する遊星ギアボックス - Google Patents

Abstract

本発明は、複数の転がり要素と、円筒形の外径を有するシャフトまたは軸の形態の内側軸受体と、および該内側軸受体と同軸に配置された、内腔を有する外側軸受体とを備える、フルコンプリメント減摩軸受に関する。すべての転がり要素は同じ外径を持ち、転がり要素が内側軸受体の外径上および外側軸受体の内腔上を転がるように、内側軸受体と外側軸受体の間に配置され、その結果、外側軸受体が内側軸受体に対して回転可能に支持される。さらに、このフルコンプリメント減摩ベアリングは、ケージなしで構成されている。本発明によれば、この減摩軸受は、正確に６つの転がり要素を有し、転がり要素の外径は実質的に内側軸受体の外径に一致し、外側軸受体の内腔の直径は内側軸受体の外形の３倍よりわずかに大きい。

Description

本発明は、独立請求項１の前文に記載のフルコンプレメント減摩軸受、ならびにそのような減摩軸受を有する遊星ギアボックスに関する。

独立請求項１の前文に記載のフルコンプレメント減摩軸受は、複数の転がり要素、円筒形の外径を有するシャフトまたは軸の形の内側軸受体、および内側軸受体と同心状に配置され且つ内腔を有する外側軸受体を備える。すべての転がり要素は同じ外径を持ち、内側軸受体と外側軸受体の間に配置されるため、転がり要素は内側軸受体の外径上および外側軸受体の内腔上を転がる。したがって、外側軸受体は、内側軸受体に対して回転可能に支持される。さらに、一般的な種類のフルコンプリメント減摩軸受は、ケージなしで構成されている。

独立請求項1の前文に記載のフルコンプリメント減摩軸受は、例えば、独国特許出願公開第１０ ２０１４ １１５２２７号明細書（特許文献１）から既知である。この転がり軸受には、内側軸受体の外径と比較して比較的小さい外径を有する多数の転がり要素が設けられている。この状況は、独国特許出願公開第１０ ２０００ ９０５８８１１号明細書（特許文献２）に記載されている、ケージレスのフルコンプリメントニードルベアリングの場合も同様である。この参考文献は、摩擦を減らし、定格荷重を最適化するために、2つの隣接する転がり要素が接触面に異なる表面仕上げを有するように転がり要素を構成することを示唆している。更なるフルコンプリメントケージレス減摩ベアリングも、独国特許出願公開第１０ ２０１４ ２１５９６７号明細書（特許文献３）に記載されている。この軸受でも、内部軸受体の外径と比較して比較的小さい外径を有する多数の転がり要素が設けられている。参考文献独国特許第４１３３４４３号明細書（特許文献４）は、ケージを備えるために、独立請求項１の前文に従って構成されていないフルコンプリメント減摩軸受を記載している。ベアリングは、1つまたは複数のケージバーに反対方向に荷重を加えることができないように構成されている。

独国特許出願公開第１０ ２０１４ １１５２２７号明細書 独国特許出願公開第１０ ２０００ ９０５８８１１号明細書 独国特許出願公開第１０ ２０１４ ２１５９６７号明細書 独国特許第４１３３４４３号明細書（特許文献４）

本発明の目的は、高いラジアル荷重に適した、高い効率を有する、フルコンプリメントなケージレス減摩軸受を提供することにある。本発明の目的はまた、減摩軸受を可能な限りコンパクトに保つことにある。特に、減摩軸受は、直径が１００ｍｍ未満の特にコンパクトな遊星ギアボックスの遊星歯車を支持するのに適したものであることが意図されている。転がり軸受は、製造も寸法も簡単でなければならない。

この目的は、独立請求項１の特徴によって達成される。したがって、独立請求項１の前文に記載のフルコンプリメント減摩軸受において、この目的は、本発明に従って、減摩軸受が正確に６つの転がり要素を有し、転がり要素の外径が内側軸受体の外径に実質的に一致し、外側軸受体の内腔の直径が内側軸受体の外径の３倍よりわずかに大きい場合に達成される。

本発明に係る減摩軸受は、ローラー軸受またはニードル軸受のいずれであってもよい。転がり要素は、好ましくは、単純な円筒形のローラーまたはニードルである。さらに好ましい実施形態によれば、それらは、外側軸受体の内腔とほぼ同じ軸方向長さ、または内側軸受体の支持長さもしくは有効長さにする。別の好ましい実施形態によれば、転がり要素の外径は、内側軸受体の外径に正確に一致させる。

転がり要素と内側軸受体が同じ外径を有しているので、本発明によるフルコンプリメントな減摩軸受は、寸法決めが特に容易である。これは、内腔の直径が、内部軸受体または転がり要素の外径の３倍よりもわずかに大きくなるように簡単に寸法決定することができることを意味し、これにより、転がり要素が互いにブロックし合わないように非常に小さな遊びがもたらされる。幾何学的には、これは、本発明による減摩軸受の場合、転がり要素の中心点または幾何学的軸が、内側軸受体の中心にその中心点が位置する仮想六角形の上に位置するようになり、仮想六角形の頂点が中心点から転がり要素の直径に対応する距離に位置するという効果を有する。本発明によるフルコンプリメント減摩軸受はまた、非常に単純な構造設計を有し、したがって非常にコンパクトな部品として製造することができる。それにもかかわらず、高いラジアル荷重を吸収するのに適しており、非常に効率的でもある。

本発明の有利な実施形態は、従属請求項の主題である。

本発明の特に好ましい実施形態によれば、外側軸受体の内腔の直径は、内側軸受体の外径の３倍よりも０．０５％〜１％大きい。一方では、この実施形態は、転がり要素が互いにブロックし合わないことを保証し、他方で、この実施形態による減摩軸受は、高いラジアル荷重を吸収するのに特に適している。

本発明のさらに好ましい実施形態によれば、摩擦を低減するために、減摩軸受に潤滑剤または油が導入される。この目的のために、減摩軸受は好ましくはカプセル化される。

本発明のさらに好ましい実施形態によれば、内側軸受体は、潤滑剤または油のための貯蔵部として少なくとも１つの周方向溝を有する。ここで、溝幅は、内側軸受体と転がり要素の間の最適な力伝達が常に保証されるように、転がり要素の軸方向長さよりも小さくし、好ましくは、転がり要素の軸方向長さの最大で５０％にする。単一の溝の代わりに、内側軸受体に複数の溝を設けることができる。例えば、溝は、軸方向に離間された単純な環状溝として構成してもよい。

本発明の別の好ましい実施形態によれば、溝の深さは、内側軸受体の外径の最大で１５％、 好ましくは内側軸受体の外径の最大で５％にする。これにより、内側軸受体の十分な安定性が保証される。

本発明のさらなる実施形態によれば、溝は環状の形状である。好ましくは、ここで、溝は、転がり要素の幾何学的軸に関して軸方向に中心に置かれる。このようにすると、潤滑剤または油が均等に分配され、減摩ベアリングの最適な潤滑が達成される。また、本実施形態では、ラジアル荷重も内側軸受体の前部および後部に均等に伝達される。

本発明の別の実施形態によれば、溝は、内側軸受体の幾何学的軸に対して斜めの角度でまたは螺旋状に延在する。これにより、さらに優れた均等な潤滑が実現される。また、この実施形態では、複数の溝を設けることも考えられる。例えば、複数の溝を多条ねじのねじと同様に互いにずらせて配列してもよい。

本発明のさらに好ましい実施形態によれば、転がり要素および／または内側軸受体および／または外側軸受体は、金属またはセラミックで作られる。特に、これらの構成要素を製造するにはジルコニアセラミックが非常に適している。さらに別の好ましい実施形態によれば、これに関連して、含浸可能な開口多孔質材料が使用され、それぞれに油および潤滑剤が含浸される。好ましくは、この目的のために焼結材料が使用される。焼結材料は、好ましくは、粗粒の顆粒を利用して製造される。これにより、均一に分散された細孔を有する焼結材料の特に簡単でコスト効率の高い製造が可能になる。油または潤滑剤を受け入れる開口多孔質構造は、粉末射出成形によって金属またはセラミックから製造することもできる。粗い粒子を使用する代わりに、プレースホルダー材料を使用することもできる。あるいは、開口多孔質構造は、金属発泡体、セラミック発泡体、または中空球構造から製造することもできる。別の可能性として、選択的レーザー焼結、選択的レーザー溶融または電子ビーム溶融による製造がある。

転がり要素および/または軸受体が鋼鉄で作られている場合、減摩軸受の耐用年数を延ばすために、非常に硬く、摩擦を最適化し、摩耗を低減するダイヤモンドのようなカーボン層でコーティングすることが好ましい。

本発明のさらに好ましい実施形態によれば、転がり要素はスリーブとして構成される。これにより、一方では重量が減少し、他方では、スリーブ内の空洞を潤滑剤貯蔵部として使用することができる。この実施形態の場合、転がり要素は、好ましくは鋼鉄で作られる。もちろん、カーボン層からなる上記のコーティングを設けてもよい。

本発明はまた、遊星キャリアと、遊星キャリアに回転可能に支持された少なくとも１つの遊星歯車とを備え、遊星歯車は、本発明による上述のフルコンプリメント減摩軸受によって遊星キャリアに回転可能に支持された遊星ギアボックスを提供する。

遊星ギアボックスの一実施形態によれば、内側軸受体は遊星キャリアに回転不能に連結されるか、または遊星キャリアと一体に形成され、外側軸受体は遊星歯車に対して回転不能に構成されるか、または遊星歯車自体によって規定される。したがって、この実施形態では、内側軸受体は、遊星キャリアから軸方向に突出する静止車軸を構成する。

遊星ギアボックスの代替の実施形態によれば、内側軸受体は遊星歯車に回転不能に接続されるか、または遊星歯車と一体的に形成され、外側軸受体は遊星キャリアに対して回転不能に構成されるか、または遊星キャリア自体によって規定される。後者の場合、外側軸受体の内腔は、遊星キャリアの軸に対して偏心して遊星キャリアに形成された内腔である。

本発明のさらに好ましい実施形態によれば、遊星ギアボックスは、最大直径１００ｍｍの小型遊星ギアボックスである。本発明による減摩軸受は、このようなコンパクトタイプの遊星ギアボックス用に非常に適していることが判明した。好ましくは、遊星ギアボックスの少なくとも１つの遊星歯車の直径は最大４０ｍｍである。言うまでもなく、従来の遊星ギアボックスでよく行われているように、複数の遊星歯車を、ギア段ごとに、好ましくは円周全体に均等に分配して設けることができる。

本発明の実施形態が以下において図面を参照してより詳細に説明される。

本発明に開示された第１の実施形態によるフルコンプリメント減摩軸受によって関連する遊星キャリアに回転可能に支持された遊星歯車を備えた遊星ギアボックスをその軸に平行に見た概略詳細図を示す。 図１による遊星ギアボックスの縦断面図を示す。 本発明に開示された第２の実施形態による、フルコンプリメント減摩軸受を備えた遊星ギアボックスの縦断面図を示す。 図１〜図３に示される本発明による減摩軸受の内側軸受体の斜視詳細図を示す。 図４に示される内側軸受体の変形例の斜視詳細図を示す。

以下の説明において、同様の構成要素は同様の参照番号によって識別され、それぞれの図がその図の関連する説明で詳しく説明されていない参照番号を含む場合、その前または後図の説明を参照されたい。

図１および図２は、それぞれ、遊星歯車ボックス６の詳細を概略的に示している。それらは、遊星ギアボックス６のリングギア８の断面および遊星キャリア７の断面を示している。さらに、複数の遊星歯車３のうちの１つが示され、遊星歯車３は、遊星歯車ボックスの円周にわたって均等に分配され、それぞれがリング歯車８の内歯と噛み合っている。

遊星歯車３は、本発明によるフルコンプリメント減摩軸受によって遊星キャリアに回転可能に支持される。減摩軸受は、遊星キャリア7に固定的に連結された円筒ピンの形の内側軸受体2と、遊星キャリア７に同心的に配置された外側軸受体を備え、外側軸受体は、内側軸受体に対して回転可能であるように複数の転がり要素１によって支持される。したがって、内側軸受体２は、図１および図２による実施形態の場合、固定の軸を規定する。外側軸受体は、遊星歯車３自体によって規定され、内腔４を有する。転がり要素１が内側軸受体の外径上および外側軸受体の内腔上を転がるように、内側軸受体と外側軸受体との間に配置される。

本発明によれば、正確に６つの転がり要素が設けられる。転がり要素の外径は、内側軸受体の外径に対応する。内腔４の直径は、転がり要素が互いにブロックし合わないように、内側軸受体および転がり要素のそれぞれの外径の３倍よりわずかに大きくする。より正確には、内腔の直径は、内側軸受体の外径の3倍よりも０．０５％から１％大きい。

図２から明らかなように、内側軸受体２は、摩擦を低減するために潤滑剤または油が供給された環状の周方向溝５を有する。したがって、周方向溝は、潤滑剤または油の貯蔵部として機能する。この溝は、内側軸受体の外径の最大で１５％の深さを有する。この溝は転がり要素の幾何学的軸に関して軸方向に中心に位置するため、最適な潤滑と荷重分散が保証される。図４は、環状の周方向溝５を備えた内側軸受体２の斜視詳細図を示す。この時点で、図は概略的な性質を示すにすぎないことをもう一度強調する。減摩軸受は、好ましくは封入され、その状況は図には示されていないし、転がり要素および内部軸受の軸方向の固定も図に示されていない。

図３は、代替の実施形態を示す。図１および図２による実施形態とは対照的に、ここでは、内側軸受体２は、遊星キャリア７に固定的に連結されず、遊星歯車３に連結されるか、または遊星歯車３と一体に形成される。したがって、内腔４は遊星キャリア７内に配置されている。転がり要素１は、内側軸受体の外径と遊星キャリア７の内腔との間に配置される。

最後に、図５は、内側軸受体２の代替の実施形態を示す。環状の円周溝の代わりに、この実施形態の場合には、螺旋溝５が設けられる。この実施形態は、内側軸受体と転がり要素との間のさらに最適化された潤滑を可能にする。

すべての実施形態において、転がり要素、内側軸受体および外側軸受体は、好ましくは金属またはセラミックで製造することができる。特に、これらの構成要素の製造にはジルコニアセラミックが非常に適している。潤滑性を改善するために、これらの構成要素は、それぞれ油および潤滑剤を含浸させた開口多孔質材料で製造することができる。転がり要素および/または軸受体が鋼鉄で製造されている場合、減摩軸受の寿命を向上させるために、それらを、非常に硬く、摩擦を最適化し、摩耗を低減するダイヤモンド状のカーボン層でコーティングするのが好ましい。転がり要素はスリーブとして構成することもでき、それにより、一方では重量を節約し、他方ではスリーブ内部の空洞を潤滑剤リザーバとして使用することもできる。

図示されている遊星ギアボックスは、最大直径１００mmのコンパクトな遊星歯車ボックスである。図示されている遊星歯車の最大直径は４０mmである。

Claims (14)

1. 複数の転がり要素(1)と、円筒形の外径を有するシャフトまたは軸の形の内側軸受体(2)と、前記内側軸受体と同心状に配置された、内腔(4)を有する外側軸受体とを備え、すべての前記転がり要素(1)は同じ外径を有し、前記転がり要素(1)が前記内側軸受体(2)の外径上と前記外側軸受体の前記内腔(4)上を転がるように、前記内側軸受体(2)と前記外側軸受体の間に配置され、その結果前記外側軸受体が前記内側軸受体に対して回転可能に支持されている、ケージなしで構成された、フルコンプリメント減摩軸受において、
   前記減摩軸受は正確に６つの転がり要素(1)を有し、前記転がり要素(1)の外径は前記内部軸受体(2)の外径に実質的に一致し、前記外側軸受体の前記内腔(4)の直径は前記内側軸受体(2)の外径の3倍よりわずかに大きい、
   ことを特徴とする、フルコンプリメント減摩軸受。
2. 前記外側軸受体の内腔(4)の直径が、前記内側軸受体(2)の外径の３倍よりも０．０５％〜１％大きいことを特徴とする、請求項１に記載のフルコンプリメント減摩軸。
3. 摩擦を低減するために、潤滑剤または油が前記減摩軸受に導入されることを特徴とする請求項１または２に記載のフルコンプリメント減摩軸受。
4. 前記内側軸受体(2)が、前記潤滑剤または油のための貯蔵部として少なくとも１つの周方向溝(5)を有することを特徴とする、請求項３に記載のフルコンプリメント減摩軸受。
5. 前記溝(5)の深さが、前記内側軸受体(2)の外径の最大で１５％、好ましくは内側軸受体(2)の外径の最大で５％であることを特徴とする、請求項４に記載のフルコンプリメント減摩軸受。
6. 前記溝(5)は、環状の形状であり、前記転がり要素(1)の幾何学的軸に対して軸方向に中心に位置することを特徴とする、請求項４または５に記載のフルコンプリメント減摩軸受。
7. 前記溝(5)は、前記内側軸受体(2)の幾何学的軸に関して、斜めの角度でまたは螺旋状に延びていることを特徴とする、請求項４または５に記載のフルコンプリメント減摩軸受。
8. 前記転がり要素(1)および／または前記内側軸受体(2)および／または前記外側軸受体が金属またはセラミック、好ましくはジルコニアセラミックで作られていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のフルコンプリメント減摩軸受。
9. 前記転がり要素(1)および／または前記内側軸受体(2)および／または前記外側軸受体が、それぞれ、油および潤滑で含浸された開口多孔質材料で作られていることを特徴とする、請求項８に記載のフルコンプリメント減摩軸受。
10. 遊星キャリア(7)と前記遊星キャリアに回転可能に支持された少なくとも1つの遊星歯車(3)を備える遊星ギアボックス(6)において、前記遊星歯車は、請求項１〜９のいずれか一項に記載のフルコンプリメント減摩軸受によって前記遊星キャリアに回転可能に支持されていることを特徴とする、遊星ギアボックス(6)。
11. 前記内側軸受体（２）が前記遊星キャリア（７）に回転不能に連結されるか、または前記遊星キャリア（７）と一体に形成され、前記外側軸受体が前記遊星歯車(3)に対して回転不能に構成されるか、または前記遊星歯車（3）自体によって規定されていることを特徴とする、請求項１０に記載の遊星ギアボックス(6)。
12. 前記内側軸受体(2)が前記遊星歯車（3）に回転不能に連結されるか、または前記遊星歯車（3）と一体に形成され、前記外側軸受体が前記遊星キャリア（7）に対して回転不能に構成されるか、または前記遊星キャリア（7）自体によって規定されていることを特徴とする、請求項１０に記載の遊星歯車箱（６）。
13. 前記遊星ギアボックスは、最大直径１００ｍｍの小型遊星ギアボックスであることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の遊星ギアボックス(6)。
14. 前記少なくとも１つの遊星歯車（３）の直径は最大４０ｍｍであることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の遊星歯車箱(6)。

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