JP2023036977A - rolling bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、転がり軸受に関する。 The present invention relates to rolling bearings.
特開2011-7234号公報(特許文献1)は、第1の軌道面を有する内輪と、第2の軌道面を有する外輪と、転動面を有しかつ内輪の外輪との間に配置された転動体とを備える転がり軸受を開示している。 Japanese Patent Laying-Open No. 2011-7234 (Patent Document 1) discloses an inner ring having a first raceway surface, an outer ring having a second raceway surface, and a rolling surface arranged between an outer ring of the inner ring and having a rolling surface. A rolling bearing with rolling elements is disclosed.
転がり軸受の使用中に、内輪と転動体との間の接触応力が内輪と転動体とに作用し続けるとともに、外輪と転動体との間の接触応力が外輪と転動体とに作用し続ける。これらの接触応力は、第1の軌道面、第2の軌道面及び転動面の少なくとも1つに疲労亀裂を発生させる。転がり軸受を長期間使用すると、疲労亀裂が進展して、第1の軌道面、第2の軌道面及び転動面の少なくとも1つの一部が剥離する。この剥離は、表面起点型剥離と呼ばれる。本発明の目的は、第1の軌道面、第2の軌道面及び転動面の少なくとも1つに表面起点型剥離が発生することを抑制して、長い寿命を有する転がり軸受を提供することである。 During use of the rolling bearing, the contact stress between the inner ring and rolling elements continues to act on the inner ring and rolling elements, and the contact stress between the outer ring and rolling elements continues to act on the outer ring and rolling elements. These contact stresses initiate fatigue cracks in at least one of the first raceway surface, the second raceway surface and the rolling surface. When the rolling bearing is used for a long period of time, fatigue cracks progress and part of at least one of the first raceway surface, the second raceway surface, and the rolling surface peels off. This delamination is called surface initiated delamination. An object of the present invention is to provide a rolling bearing having a long life by suppressing the occurrence of surface-originating flaking on at least one of a first raceway surface, a second raceway surface and a rolling contact surface. be.
本発明の転がり軸受は、内輪と、内輪の外周側に配置された外輪と、内輪と外輪との間に配置される複数の転動体とを備える。内輪は、第1の軌道面を有している。外輪は、第1の軌道面に対向する第2の軌道面を有している。複数の転動体の各々は、第1の軌道面および第2の軌道面に接触する転動面を有している。第1の軌道面、第2の軌道面及び転動面の少なくとも1つにおける第1のミーゼス応力は、第1の軌道面、第2の軌道面及び転動面の少なくとも1つを構成する材料の降伏応力よりも小さい。 A rolling bearing of the present invention includes an inner ring, an outer ring arranged on the outer peripheral side of the inner ring, and a plurality of rolling elements arranged between the inner ring and the outer ring. The inner ring has a first raceway surface. The outer ring has a second raceway surface facing the first raceway surface. Each of the plurality of rolling elements has a rolling surface that contacts the first raceway surface and the second raceway surface. The first von Mises stress in at least one of the first raceway surface, the second raceway surface, and the rolling surface is the material that constitutes at least one of the first raceway surface, the second raceway surface, and the rolling surface. less than the yield stress of
本発明の転がり軸受によれば、第1の軌道面、第2の軌道面及び転動面の少なくとも1つに表面起点型剥離が発生することが抑制され得て、長い寿命を有する転がり軸受が提供され得る。 According to the rolling bearing of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of surface-originating flaking on at least one of the first raceway surface, the second raceway surface, and the rolling surface, thereby providing a long-life rolling bearing. can be provided.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings below, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
図1から図8を参照して、実施の形態1に係る転がり軸受1を説明する。図1及び図2に示されるように、本実施の形態の転がり軸受1は、内輪3と、外輪6と、複数の転動体10とを備える。内輪3と、外輪6と、複数の転動体10とは、例えば、軸受鋼のような鋼で作られている。内輪3と外輪6と複数の転動体10とを構成する鋼は、JIS規格(JIS4805:2008)に定められる高クロム軸受鋼であってもよい。内輪3と外輪6と複数の転動体10とを構成する鋼は、JIS規格に定められるSUJ2鋼材であってもよい。
(Embodiment 1)
A rolling
内輪3は、第1の軌道面4を有している。外輪6は、第1の軌道面4に対向する第2の軌道面7を有している。外輪6は、内輪3の外周側に配置されている。複数の転動体10は、内輪3と外輪6との間に配置されている。複数の転動体10の各々は、第1の軌道面4および第2の軌道面7に接触する転動面11を有している。複数の転動体10は複数のころであってもよい。転がり軸受1は、ころ軸受であってもよい。転がり軸受1は、複数の転動体10を保持する保持器15をさらに備えてもよい。
The
外輪6は、複数の転動体10を介して、内輪3に対して、軸2を中心に回転し得る。外輪6が内輪3に対して軸2を中心に回転している間、転がり軸受1には潤滑油が供給されてもよい。本実施の形態の転がり軸受1は、特に限定されないが、希薄潤滑条件(低Λ条件)下で使用されてもよい。希薄潤滑条件(低Λ条件)は、式(1)で定義される油膜パラメータΛが1以下となる条件である。
The
式(1)において、hminは最小油膜厚さを表し、Rq1は第1の軌道面4または第2の軌道面7の二乗平均粗さを表し、Rq2は転動面11の二乗平均粗さを表す。
In formula (1), h min represents the minimum oil film thickness, R q1 represents the root mean square roughness of the
内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの転がり軸受1の軸方向(y方向)の第1の曲率半径は、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの転がり軸受1の周方向(x方向)の第2の曲率半径と異なっている。本実施の形態では、内輪3の軸方向(y方向)の第1の曲率半径は、内輪3の周方向(x方向)の第2の曲率半径と異なっている。外輪6の軸方向(y方向)の第1の曲率半径は、外輪6の周方向(x方向)の第2の曲率半径と異なっている。各転動体10の軸方向(y方向)の第1の曲率半径は、各転動体10の周方向(x方向)の第2の曲率半径と異なっている。特定的には、内輪3の軸方向(y方向)の第1の曲率半径は、内輪3の周方向(x方向)の第2の曲率半径より大きくてもよい。外輪6の軸方向(y方向)の第1の曲率半径は、外輪6の周方向(x方向)の第2の曲率半径より大きくてもよい。各転動体10の軸方向(y方向)の第1の曲率半径は、各転動体10の周方向(x方向)の第2の曲率半径より大きくてもよい。
A first curvature radius in the axial direction (y direction) of at least one rolling bearing 1 of the
第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つの内輪3及び外輪6の軸方向(y方向)における第1の残留圧縮応力σy0は、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つの内輪3及び外輪6の周方向(x方向)における第2の残留圧縮応力σx0よりも大きい。そのため、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つにおける第1の相当応力σe0は減少する。第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つにおける第1の相当応力σe0は、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つを構成する材料の降伏応力よりも小さくなる。第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つに表面起点型剥離が発生することが抑制され得る。本明細書において、相当応力は、ミーゼス(Mises)応力を意味する。
The first residual compressive stress σ y0 in the axial direction (y direction) of at least one of the
これに対し、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つにおける第1の相当応力σe0が、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つを構成する材料の降伏応力より大きいとき、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つに塑性変形が発生する。第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つに、疲労亀裂が発生して、表面起点型剥離が発生する。
On the other hand, the first equivalent stress σ e0 on at least one of the
以下、実施例1、実施例2及び比較例1-5を参照して、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つの軸方向(y方向)における第1の残留圧縮応力σy0を、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つの周方向(x方向)における第2の残留圧縮応力σx0よりも大きくすることによって、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つにおける第1の相当応力σe0が減少することを示す。
Hereinafter, with reference to Example 1, Example 2, and Comparative Examples 1-5, the
内輪3と各転動体10との間の接触、及び、外輪6と各転動体10との間の接触は、ヘルツ接触とみなすことができる。内輪3と各転動体10との間の接触面、及び、外輪6と各転動体10との間の接触面は、長半径a及び短半径bを有する楕円形の接触面とみなすことができる。長半径aは、接触楕円の長軸方向における半径を意味し、短半径bは、接触楕円の短軸方向における半径を意味する。接触楕円の長軸方向は、転がり軸受1の軸方向(y方向)であり、接触楕円の短軸方向は、転がり軸受1の周方向(x方向)である。
The contact between the
実施例1、実施例2及び比較例1-5では、ヘルツの理論を用いて、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つを有する内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つに生じる相当応力をシミュレーションした。具体的には、転動面11と第1の軌道面4及び第2の軌道面7の少なくとも1つとの間に作用する最大接触面圧Pmaxが3.0GPaであり、短半径bが1mmであり、かつ、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの少なくとも1つが表1及び表2に示される残留圧縮応力分布を有する場合において、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの相当応力をシミュレーションした。
In Examples 1, 2, and Comparative Examples 1-5, Hertz's theory was used to construct an
表1に示されるように、実施例1では、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの周方向(x方向)の残留圧縮応力σxは、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの厚さ方向において、図3に示される分布Aを有している。実施例1では、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの軸方向(y方向)の残留圧縮応力σyは、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの厚さ方向において、図3に示される分布Bを有している。図3の縦軸における負号は、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つに付与される応力が圧縮応力であることを意味する。
As shown in Table 1, in Example 1, the residual compressive stress σ x in the circumferential direction (x direction) of at least one of the
実施例1では、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つに異方的な残留圧縮応力が付与されている。具体的には、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つの軸方向(y方向)における第1の残留圧縮応力σy0は、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つの周方向(x方向)における第2の残留圧縮応力σx0よりも大きい。本明細書において、圧縮応力が大きいことは、圧縮応力の絶対値が大きいことを意味する。
In Example 1, an anisotropic residual compressive stress is applied to at least one of the
さらに、図3の分布A及び分布Bに示されるように、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つの表層領域において、軸方向(y方向)における残留圧縮応力σyは、周方向(x方向)における残留圧縮応力σxよりも大きい。内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの軸方向(y方向)における残留圧縮応力σyは、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの厚さ方向において、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの表面(すなわち、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つ)で最大となってもよい。
Furthermore, as shown by distributions A and B in FIG. 3 , residual The compressive stress σy is greater than the residual compressive stress σx in the circumferential direction (x direction). The residual compressive stress σ y in at least one axial direction (y direction) of the
これに対し、表1に示されるように、比較例1では、内輪3、外輪6及び各転動体10には、残留圧縮応力は付与されていない。比較例2では、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの周方向(x方向)の残留圧縮応力σx及び軸方向(y方向)の残留圧縮応力σyは、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの厚さ方向において、図3に示される分布Aを有している。比較例3では、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの周方向(x方向)の残留圧縮応力σx及び軸方向(y方向)の残留圧縮応力σyは、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの厚さ方向において、図3に示される分布Bを有している。比較例2及び比較例3では、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つに等方的な残留圧縮応力σx,σyが付与されている。
On the other hand, as shown in Table 1, in Comparative Example 1, no residual compressive stress was applied to the
図4に示されるように、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの表層領域における実施例1の相当応力は、表層領域における比較例2及び比較例3の相当応力よりも低い。内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つに付与される残留圧縮応力は、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの表層領域において、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つに作用する相当応力を減少させる。本明細書において、表層領域は、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの表面(すなわち、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つ)から、相当応力が極小となる深さまでの領域を意味する。図4において、横軸は、接触楕円の短半径bで規格化された、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの厚さ方向の位置z/bを示す。表層領域は、例えば、z/bが0.2以下である領域であってもよい。表層領域は、例えば、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの表面(すなわち、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つ)から50μmの深さまでの領域であってもよい。
As shown in FIG. 4, the equivalent stress of Example 1 in the surface layer region of at least one of the
内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの表層領域は、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの表面、すなわち、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つを含む。第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つにおける実施例1の第1の相当応力σe0は、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つにおける比較例2及び比較例3の第1の相当応力よりも低い。図4において、位置z/b=0は、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの表面、すなわち、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つを表す。
At least one surface layer region of the
表層領域において、実施例1の相当応力及び第1の相当応力σe0が、それぞれ、表層領域における比較例2及び比較例3の相当応力及び第1の相当応力よりも低くなる理由は、以下のように考えられる。軸方向(y方向)における内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの第1の曲率半径は、周方向(x方向)における内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの第2の曲率半径と異なっている。そのため、軸方向(y方向)における内輪3と各転動体10との間の接触応力は、周方向(x方向)における内輪3と各転動体10との間の接触応力と異なる。軸方向(y方向)における外輪6と各転動体10との間の接触応力は、周方向(x方向)における外輪6と各転動体10との間の接触応力と異なる。実施例1の異方的な残留圧縮応力は、比較例2及び比較例3の等方的な残留圧縮応力よりも、内輪3と各転動体10との間の異方的な接触応力と外輪6と各転動体10との間の異方的な接触応力とに、より効果的に対処し得る。
The reason why the equivalent stress of Example 1 and the first equivalent stress σ e0 in the surface layer region are lower than the equivalent stress of Comparative Examples 2 and 3 and the first equivalent stress in the surface layer region, respectively, is as follows. can be considered as At least one first curvature radius of the
こうして、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つに付与される異方的な残留圧縮応力は、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つを含む内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの表層領域において、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つに作用する相当応力を減少させる。内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの表層領域における相当応力は、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つを構成する材料の降伏応力よりも小さくなる。そのため、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つに表面起点型剥離が発生することが抑制され得る。
Thus, the anisotropic residual compressive stress applied to at least one of the
表2に示されるように、実施例2では、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの周方向(x方向)の残留圧縮応力σxは、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの厚さ方向において、図5に示される分布Cを有している。実施例2では、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの軸方向(y方向)の残留圧縮応力σyは、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの厚さ方向において、図5に示される分布Dを有している。図5の縦軸における負号は、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つに付与される応力が圧縮応力であることを意味する。
As shown in Table 2, in Example 2, the residual compressive stress σ x in the circumferential direction (x direction) of at least one of the
実施例2では、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つに異方的な残留圧縮応力が付与されている。具体的には、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つの軸方向(y方向)における第1の残留圧縮応力σy0は、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つの周方向(x方向)における第2の残留圧縮応力σx0よりも大きい。
In Example 2, an anisotropic residual compressive stress is applied to at least one of the
さらに、図5の分布C及び分布Dに示されるように、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つの表層領域において、軸方向(y方向)における残留圧縮応力σyは、周方向(x方向)における残留圧縮応力σxよりも大きい。内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの軸方向(y方向)における残留圧縮応力σyは、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの厚さ方向において、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの内部で最大となってもよい。
Furthermore, as shown by distributions C and D in FIG. 5 , residual The compressive stress σy is greater than the residual compressive stress σx in the circumferential direction (x direction). The residual compressive stress σ y in at least one axial direction (y direction) of the
特定的には、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの軸方向(y方向)における残留圧縮応力σyが最大となる厚さ方向の位置z/bは、0より大きく、0.03より大きくてもよく、0.05より大きくてもよい。内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの軸方向(y方向)における残留圧縮応力σyが最大となる厚さ方向の位置z/bは、1.00より小さくてもよく、0.90より小さくてもよく、0.80より小さくてもよい。
Specifically, the position z/b in the thickness direction at which the residual compressive stress σy in at least one axial direction (y direction) of the
これに対し、表2に示されるように、比較例1では、内輪3、外輪6及び各転動体10には、残留圧縮応力は付与されていない。比較例4では、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの周方向(x方向)の残留圧縮応力σx及び軸方向(y方向)の残留圧縮応力σyは、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの厚さ方向において、図5に示される分布Cを有している。比較例5では、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの周方向(x方向)の残留圧縮応力σx及び軸方向(y方向)の残留圧縮応力σyは、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの厚さ方向において、図5に示される分布Dを有している。比較例4及び比較例5では、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つに等方的な残留圧縮応力σx,σyが付与されている。
On the other hand, as shown in Table 2, in Comparative Example 1, no residual compressive stress was applied to the
図6に示されるように、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの表層領域における実施例2の相当応力は、表層領域における比較例4及び比較例5の相当応力よりも低い。内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つに付与される残留圧縮応力は、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの表層領域において、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つに作用する相当応力を減少させる。
As shown in FIG. 6, the equivalent stress of Example 2 in the surface layer region of at least one of the
内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの表層領域は、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの表面、すなわち、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つを含む。第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つにおける実施例2の第1の相当応力σe0は、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つにおける比較例4及び比較例5の第1の相当応力よりも低い。図4において、位置z/b=0は、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの表面、すなわち、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つを表す。
At least one surface layer region of the
表層領域において、実施例2の相当応力及び第1の相当応力σe0が、それぞれ、比較例4及び比較例5の相当応力及び第1の相当応力よりも低くなる理由は、以下のように考えられる。軸方向(y方向)における内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの第1の曲率半径は、周方向(x方向)における内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの第2の曲率半径と異なっている。そのため、軸方向(y方向)における内輪3と各転動体10との間の接触応力は、周方向(x方向)における内輪3と各転動体10との間の接触応力と異なる。軸方向(y方向)における外輪6と各転動体10との間の接触応力は、周方向(x方向)における外輪6と各転動体10との間の接触応力と異なる。実施例2の異方的な残留圧縮応力は、比較例4及び比較例5の等方的な残留圧縮応力よりも、内輪3と各転動体10との間の異方的な接触応力と外輪6と各転動体10との間の異方的な接触応力とに、より効果的に対処し得る。
The reason why the equivalent stress of Example 2 and the first equivalent stress σ e0 in the surface layer region are lower than the equivalent stress and the first equivalent stress of Comparative Examples 4 and 5, respectively, is considered as follows. be done. At least one first curvature radius of the
こうして、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つに付与される異方的な残留圧縮応力は、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つを含む内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの表層領域において、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つに作用する相当応力を減少させる。内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの表層領域における相当応力は、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つを構成する材料の降伏応力よりも小さくなる。そのため、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つに表面起点型剥離が発生することが抑制され得る。
Thus, the anisotropic residual compressive stress applied to at least one of the
図4及び図6に示される実施例1及び実施例2のように、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つにおける第1の相当応力σe0は、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つを有する内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの第2の相当応力σe2よりも小さくてもよい。第2の相当応力σe2は、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの内部における相当応力の最大値である。言い換えると、図7に示される相当応力の比nは、1未満であってもよい。本明細書において、相当応力の比nは、第2の相当応力σe2に対する第1の相当応力σe0の比nで与えられる(n=σe0/σe2)。
As in Examples 1 and 2 shown in FIGS. 4 and 6, the first equivalent stress σ e0 on at least one of the
第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つの内輪3及び外輪6の軸方向(y方向)における第1の残留圧縮応力σy0は、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つの内輪3及び外輪6の周方向(x方向)における第2の残留圧縮応力σx0よりも大きい。そのため、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つにおける第1の相当応力σe0は減少して、相当応力の比nが1未満となり得る。第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つにおける第1の相当応力σe0は、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つを構成する材料の降伏応力よりも小さくなる。第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つに表面起点型剥離が発生することが抑制され得る。
The first residual compressive stress σ y0 in the axial direction (y direction) of at least one of the
各転動体10と内輪3及び外輪6の少なくとも1つとの間に作用する最大接触面圧Pmaxに対する第1の残留圧縮応力σy0の比は、-0.7以上であってもよく、-0.6以上であってもよく、-0.5以上であってもよい。そのため、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つにおける第1の相当応力σe0は、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つを有する内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの第2の相当応力σe2よりも小さくすることができる。各転動体10と内輪3及び外輪6の少なくとも1つとの間の最大接触面圧Pmaxに対する第1の残留圧縮応力σy0の比は、0.0未満であってもよく、-0.1以下であってもよく、-0.2以下であってもよい。
The ratio of the first residual compressive stress σ y0 to the maximum contact surface pressure P max acting between each rolling
残留圧縮応力の異方性αは、1より大きい。残留圧縮応力の異方性αは、第2の残留圧縮応力σx0に対する第1の残留圧縮応力σy0の比で与えられる(α=σy0/σx0)。残留圧縮応力の異方性αは、1.3以上であってもよく、1.5以上であってもよく、1.75以上であってもよく、2.0以上であってもよい。残留圧縮応力の異方性αは、特に限定されないが、20以下であってもよく、10以下であってもよく、5.0以下であってもよい。 The anisotropy α of the residual compressive stress is greater than one. The anisotropy α of the residual compressive stress is given by the ratio of the first residual compressive stress σy0 to the second residual compressive stress σx0 (α= σy0 / σx0 ). The anisotropy α of the residual compressive stress may be 1.3 or more, 1.5 or more, 1.75 or more, or 2.0 or more. The anisotropy α of the residual compressive stress is not particularly limited, but may be 20 or less, 10 or less, or 5.0 or less.
図7に示されるように、残留圧縮応力の異方性αが1より大きくなるにつれて、転がり軸受1に作用する相当応力の比nが1未満となる第1の残留圧縮応力σy0の範囲が拡大する。図7の横軸における負号は、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つに付与される応力が圧縮応力であることを意味する。例えば、残留圧縮応力の異方性αが1.3に等しいとき、1650MPa以下の第1の残留圧縮応力σy0は、第1の相当応力σe0を第2の相当応力σe2よりも低下させることできる。そのため、残留圧縮応力の異方性αを1より大きくすることにより、多様な第1の残留圧縮応力σy0を有するより多くの種類の転がり軸受1において、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つにおける第1の相当応力σe0を減少させることができる。より多くの種類の転がり軸受1において、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つに表面起点型剥離が発生することが抑制され得る。
As shown in FIG. 7, as the anisotropy α of the residual compressive stress becomes larger than 1, the range of the first residual compressive stress σy0 in which the ratio n of the equivalent stress acting on the rolling
表層領域において、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つの軸方向(y方向)における第1の残留圧縮応力σy0を、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つの周方向(x方向)における第2の残留圧縮応力σx0よりも大きく2つの方法を以下に例示する。第一の方法は、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つにショットピーニング加工またはバニシング加工を施すことである。
In the surface layer region, the first residual compressive stress σ y0 in the axial direction (y direction) of at least one of the
第二の方法は、転がり軸受1の使用前に、転がり軸受1の通常の使用状態における第2の最大接触面圧よりも高い第1の最大接触面圧で、各転動体10を内輪3及び外輪6に対して短時間転動させることである。第2の最大接触面圧に対する高い第1の最大接触面圧の比は、1.0よりも大きくてもよく、1.3よりも大きくてもよい。第2の最大接触面圧に対する高い第1の最大接触面圧の比は、特に限定されないが、3.0より小さくてもよく、2.5以下であってもよい。例えば、第1の最大接触面圧は5.6GPaであり、第2の最大接触面圧は3.0GPaであってもよい。例えば、転がり軸受1の使用前に5.6GPaの第1の最大接触面圧で各転動体10を内輪3及び外輪6に対して転動させることによって、図8に示されるように、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの表面(すなわち、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つ)を含む内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの表層領域において、第1の残留圧縮応力σy0を第2の残留圧縮応力σx0よりも大きくすることができる。
In the second method, before the rolling
本実施の形態の転がり軸受1の効果を説明する。
本実施の形態の転がり軸受1は、内輪3と、内輪3の外周側に配置された外輪6と、内輪3と外輪6との間に配置される複数の転動体10とを備える。内輪3は、第1の軌道面4を有している。外輪6は、第1の軌道面4に対向する第2の軌道面7を有している。複数の転動体10の各々は、第1の軌道面4および第2の軌道面7に接触する転動面11を有している。第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つの内輪3及び外輪6の軸方向(y方向)における第1の残留圧縮応力σy0は、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つの内輪3及び外輪6の周方向(x方向)における第2の残留圧縮応力σx0よりも大きい。
Effects of the rolling
A rolling
転がり軸受1の軸方向(y方向)における内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの第1の曲率半径は、転がり軸受1の周方向(x方向)における内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの第2の曲率半径と異なっている。そのため、転がり軸受1の軸方向(y方向)における内輪3と各転動体10との間の接触応力は、転がり軸受1の周方向(x方向)における内輪3と各転動体10との間の接触応力と異なる。転がり軸受1の軸方向(y方向)における外輪6と各転動体10との間の接触応力は、転がり軸受1の周方向(x方向)における外輪6と各転動体10との間の接触応力と異なる。
At least one first radius of curvature of the
第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つの軸方向(y方向)における第1の残留圧縮応力σy0を、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つの周方向(x方向)における第2の残留圧縮応力σx0よりも大きくすることによって、異方的な接触応力に効果的に対処し得る。第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つにおける第1の相当応力σe0は減少する。本実施の形態の転がり軸受1によれば、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つに表面起点型剥離が発生することが抑制され得て、長い寿命を有する転がり軸受1が提供され得る。
The first residual compressive stress σ y0 in at least one axial direction (y direction) of the
本実施の形態の転がり軸受1では、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つにおける第1の相当応力σe0は、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つを有する内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの第2の相当応力σe2よりも小さくてもよい。第2の相当応力σe2は、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの内部における相当応力の最大値である。本実施の形態の転がり軸受1によれば、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つに表面起点型剥離が発生することが抑制され得て、長い寿命を有する転がり軸受1が提供され得る。
In the rolling
内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの軸方向(y方向)の残留圧縮応力σyは、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの厚さ方向において、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つで最大となってもよい。そのため、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つに作用する第1の相当応力σe0は減少する。本実施の形態の転がり軸受1によれば、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つに表面起点型剥離が発生することが抑制され得て、長い寿命を有する転がり軸受1が提供され得る。
The residual compressive stress σ y in at least one axial direction (y direction) of the
内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの軸方向(y方向)の残留圧縮応力σyは、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの厚さ方向において、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの内部で最大となってもよい。そのため、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つに作用する第1の相当応力σe0は減少する。本実施の形態の転がり軸受1によれば、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つに表面起点型剥離が発生することが抑制され得て、長い寿命を有する転がり軸受1が提供され得る。
The residual compressive stress σy in at least one axial direction (y-direction) of the
本実施の形態の転がり軸受1では、複数の転動体10の各々と内輪3及び外輪6の少なくとも1つとの間に作用する最大接触面圧に対する第1の残留圧縮応力σy0の比は、-0.7以上0.0未満であってもよい。そのため、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つにおける第1の相当応力σe0は減少して、第1の相当応力σe0は、内輪3、外輪6及び各転動体10の少なくとも1つの第2の相当応力σe2よりも小さくすることができる。本実施の形態の転がり軸受1によれば、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つに表面起点型剥離が発生することが抑制され得て、長い寿命を有する転がり軸受1が提供され得る。
In the rolling
本実施の形態の転がり軸受1では、複数の転動体10は複数のころであってもよい。第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つに付与される異方的な残留圧縮応力は、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つを含む内輪3、外輪6及び各ころの少なくとも1つの表層領域R1,R2において、内輪3、外輪6及び各ころの少なくとも1つに作用する相当応力を減少させる。本実施の形態の転がり軸受1によれば、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び各ころの転動面11の少なくとも1つに表面起点型剥離が発生することが抑制され得て、長い寿命を有する転がり軸受1が提供され得る。
In the rolling
(実施の形態2)
図9及び図10を参照して、実施の形態2に係る転がり軸受1bを説明する。本実施の形態の転がり軸受1bは、実施の形態1の転がり軸受1と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
(Embodiment 2)
A rolling
本実施の形態の転がり軸受1bでは、複数の転動体10bは複数の玉である。転がり軸受1bは、深溝玉軸受であってもよい。軸方向(y方向)における各転動体10bの曲率半径は、周方向(x方向)における各転動体10bの曲率半径に実質的に等しい。各転動体10bは、軸方向(y方向)及び周方向(x方向)において、実質的に等方的な形状を有している。
In the rolling bearing 1b of this embodiment, the multiple rolling
転がり軸受1bの軸方向(y方向)における内輪3及び外輪6の少なくとも1つの第1の曲率半径は、転がり軸受1bの周方向(x方向)における内輪3及び外輪6の少なくとも1つの第2の曲率半径と異なっている。本実施の形態では、軸方向(y方向)における内輪3の曲率半径は、周方向(x方向)における内輪3の曲率半径と異なっている。軸方向(y方向)における外輪6の曲率半径は、周方向(x方向)における外輪6の曲率半径と異なっている。特定的には、軸方向(y方向)における内輪3の曲率半径は、周方向(x方向)における内輪3の曲率半径より大きくてもよい。軸方向(y方向)における外輪6の曲率半径は、周方向(x方向)における外輪6の曲率半径より大きくてもよい。
The first radius of curvature of at least one of the
本実施の形態では、第1の軌道面4及び第2の軌道面7の少なくとも1つを含む内輪3及び外輪6の少なくとも1つの表層領域において、軸方向(y方向)における残留圧縮応力σyは、周方向(x方向)における残留圧縮応力σxよりも大きい。本実施の形態における、内輪3及び外輪6の少なくとも1つの厚さ方向での、軸方向(y方向)の残留圧縮応力σyの分布と周方向(x方向)の残留圧縮応力σxの分布とは、それぞれ、実施の形態1における、内輪3及び外輪6の少なくとも1つの厚さ方向での、軸方向(y方向)の残留圧縮応力σyの分布と周方向(x方向)の残留圧縮応力σxの分布と同様であってもよい。本実施の形態では、転動面11には、異方的な残留圧縮応力は付与されていない。
In the present embodiment, the residual compressive stress σ y is greater than the residual compressive stress σ x in the circumferential direction (x direction). Distribution of residual compressive stress σy in the axial direction (y direction) and distribution of residual compressive stress σx in the circumferential direction (x direction) in at least one thickness direction of the
本実施の形態の転がり軸受1bは、以下のように、実施の形態1の転がり軸受1と同様の効果を奏する。
The rolling
本実施の形態の転がり軸受1bでは、複数の転動体10b複数の玉である。第1の軌道面4及び第2の軌道面7の少なくとも1つにおいて、軸方向(y方向)における第1の残留圧縮応力σy0は、周方向(x方向)における第2の残留圧縮応力σx0よりも大きい。
In the rolling bearing 1b of this embodiment, the plurality of rolling
本実施の形態の転がり軸受1bでは、転がり軸受1bの軸方向(y方向)における内輪3及び外輪6の少なくとも1つの第1の曲率半径は、転がり軸受1bの周方向(x方向)における内輪3及び外輪6の少なくとも1つの第2の曲率半径と異なっている。そのため、転がり軸受1bの軸方向(y方向)における内輪3と各玉との間の接触応力は、転がり軸受1bの周方向(x方向)における内輪3と各玉との間の接触応力と異なる。転がり軸受1bの軸方向(y方向)における外輪6と各玉との間の接触応力は、転がり軸受1bの周方向(x方向)における外輪6と各玉との間の接触応力と異なる。
In the rolling bearing 1b of the present embodiment, the first curvature radius of at least one of the
第1の軌道面4及び第2の軌道面7の少なくとも1つの軸方向(y方向)における第1の残留圧縮応力σy0を、第1の軌道面4、第2の軌道面7及び転動面11の少なくとも1つの周方向(x方向)における第2の残留圧縮応力σx0よりも大きくすることによって、異方的な接触応力に効果的に対処し得る。内輪3及び外輪6の少なくとも1つにおける第1の第1の相当応力σe0は減少する。本実施の形態の転がり軸受1bによれば、第1の軌道面4及び第2の軌道面7の少なくとも1つに表面起点型剥離が発生することが抑制され得て、長い寿命を有する転がり軸受1bが提供され得る。
The first residual compressive stress σ y0 in at least one axial direction (y direction) of the
今回開示された実施の形態1及び実施の形態2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。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。
1,1b 転がり軸受、2 軸、3 内輪、4 第1の軌道面、6 外輪、7 第2の軌道面、10,10b 転動体、11 転動面、15 保持器。 1, 1b rolling bearing, 2 shaft, 3 inner ring, 4 first raceway surface, 6 outer ring, 7 second raceway surface, 10, 10b rolling element, 11 rolling surface, 15 retainer.
Claims (5)
前記内輪の外周側に配置された外輪とを備え、前記外輪は、前記第1の軌道面に対向する第2の軌道面を有しており、さらに、
前記内輪と前記外輪との間に配置される複数の転動体とを備え、前記複数の転動体の各々は、前記第1の軌道面および前記第2の軌道面に接触する転動面を有しており、
前記第1の軌道面、前記第2の軌道面及び前記転動面の少なくとも1つにおける第1のミーゼス応力は、前記第1の軌道面、前記第2の軌道面及び前記転動面の前記少なくとも1つを構成する材料の降伏応力よりも小さい、転がり軸受。 an inner ring having a first raceway surface;
an outer ring disposed on the outer peripheral side of the inner ring, the outer ring having a second raceway surface facing the first raceway surface;
a plurality of rolling elements disposed between the inner ring and the outer ring, each of the plurality of rolling elements having a rolling surface in contact with the first raceway surface and the second raceway surface; and
The first von Mises stress in at least one of the first raceway surface, the second raceway surface and the rolling surface is the same as that of the first raceway surface, the second raceway surface and the rolling surface. A rolling bearing having a yield stress less than the yield stress of the material of which at least one is composed.
前記第1の軌道面、前記第2の軌道面及び前記転動面の前記少なくとも1つは、前記第1の軌道面及び前記第2の軌道面の少なくとも1つである、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の転がり軸受。
The plurality of rolling elements are a plurality of balls,
The at least one of the first raceway surface, the second raceway surface and the rolling surface is at least one of the first raceway surface and the second raceway surface. 5. The rolling bearing according to any one of items 4.
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