JP3733992B2 - Thrust ball bearing - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スラスト荷重を支持するスラスト玉軸受に関する。特に、自動車部品(例えば、自動車用の無段変速装置(CVT)のパワーローラ)、電機情報機器、鉄鋼あるいは建機等の部品に使用されるスラスト玉軸受に関する。更に、具体的には、トロイダル型無段変速機に用いるスラスト玉軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車用変速機として、図3に略示する様なトロイダル型無段変速機を使用することが研究されている(例えば、特開平7−208569号公報参照)。このトロイダル型無段変速機は、例えば実開昭62−71465号公報に開示されているように、入力軸1と同心に入力側ディスク2を支持し、この入力軸1と同心に配置された出力軸3の端部に出力側ディスク4を固定している。トロイダル型無段変速機を納めたケーシングの内側には、前記入力軸1並びに出力軸3に対して捻れの位置にある枢軸5を中心として揺動するトラニオン6が設けられている。図3は、トロイダル型無段変速機の基本的構成を、最大減速時の状態で示す側面図であり、図4は、同じく最大増速時の状態で示す側面図である。
【0003】
図5は、トロイダル型無段変速機の断面図である。図6は、トラニオン6の内側面部分を示す透視図である。各トラニオン6は、両端部外側面に前記枢軸5を設けている。また、各トラニオン6の中心部には変位軸7の基端部を支持し、前記枢軸5を中心として各トラニオン6を揺動させることにより、各変位軸7の傾斜角度の調節を自在としている。各トラニオン6に支持された変位軸7の周囲には、それぞれパワーローラ8を回転自在に支持している。そして、各パワーローラ8を前記入力側、出力側両ディスク2、4の間に挟持している。
【0004】
入力側、出力側両ディスク2、4の互いに対向する内側面2a、4aは、それぞれ断面が、上記枢軸5を中心とする円弧を回転させて得られる凹面をなしている。そして、球状凸面に形成された各パワーローラ8の周面8aは、前記内側面2a、4aに当接させている。
【0005】
前記入力軸1と入力側ディスク2との間には、ローディングカム式の押圧装置9を設け、この押圧装置9によって、前記入力側ディスク2を出力側ディスク4に向け、弾性的に押圧している。この押圧装置9は、入力軸1と共に回転するカム板10と、保持器11により保持された複数個(例えば4個)のローラ12とから構成されている。前記カム板10の片側面(図3及び図4において左側の面)には、円周方向に亙る凹凸面であるカム面13を形成し、前記入力側ディスク2の外側面(図3及び4において右側の面)にも、同様のカム面14を形成している。そして、前記複数個のローラ12を、前記入力軸1の中心に対して放射方向の軸を中心とする回転自在に支持している。
【0006】
上述のように構成されるトロイダル型無段変速機の使用時、入力軸1の回転に伴ってカム板10が回転すると、カム面13によって複数個のローラ12が、入力側ディスク2の外側面のカム面14に押圧される。この結果、前記入力側ディスク2が、前記複数のパワーローラ8に押圧されると同時に、前記一対のカム面13、14と複数個のローラ12との噛合に基づいて、前記入力ディスク2が回転する。そして、この入力側ディスク2の回転が、前記複数のパワーローラ8を介して出力側ディスク4に伝達され、この出力側ディスク4に固定の出力軸3が回転する。
【0007】
入力軸1と出力軸3との回転速度を変える場合で、先ず入力軸1と出力軸3との間で減速を行う場合には、枢軸5を中心として各トラニオン6を揺動させ、各パワーローラ8の周面8aが、図3に示すように、入力側ディスク2の内側面2aの中心寄り部分と出力側ディスク4の内側面4aの外周寄り部分とにそれぞれ当接するように、各変位軸7を傾斜させる。
【0008】
反対に、増速を行う場合には、前記トラニオン6を揺動させ、各パワーローラ8の周面8aが図4に示すように、入力側ディスク2の内側面2aの外周寄り部分と出力側ディスク4の内側面4aの中心寄り部分とに、それぞれ当接するように、各変位軸7を傾斜させる。各変位軸7の傾斜角度を図3と図4との中間にすれば、入力軸1と出力軸3との間で、中間の変速比を得られる。
【0009】
図3において、入力側から出力側へ伝達されるトルクが大きいときは、カム面13とカム面14とに挟まれたローラ12が上(又は下)の隙間が小さい方に移動し、トルクが小さいときは、隙間の大きい中央の方に移動する(一種のクラッチ機構)。この入力軸1の動力を入力側ディスク2に伝達するとき、トルクが大きいときは、この入力側ディスク2が図3において右の方向に、また、トルクが小さいときは、左の方向に移動する。このとき、トラニオン6が同じ位置にあると、パワーローラ8と、入力側及び出力側ディスク2、4との接触が不均一になる。特に、入力側ディスク2とパワーローラ8との間の接触が安定しないこととなる。
【0010】
そこで、変位軸7と平行で且つ偏心した支持軸15を変位軸7に設け、この支持軸15をトラニオン6の中間部に形成された孔16に回転可能に支持することにより、支持軸15に対して変位軸7が回動して、自動調心して、入力側ディスク2とパワーローラ8の周面8aとが均一に接触するようにしている。
【0011】
前述の図3及び図4に示したように、各トラニオン6が枢軸5を中心として互いに逆方向に揺動することにより、前記各パワーローラ8の周面8aと前記各内側面2a、4aとの当接位置が変化し、入力軸1と出力軸3との間の回転速度比が変化する。
【0012】
このように、入力軸1と出力軸3との間の回転速度比を変化させるべく、前記変位軸7の傾斜角度を変化させる際には、これら各変位軸7が前記各支持軸部15を中心として僅かに回動する。この回動の結果、前記各スラスト玉軸受17の外輪18の外側面と前記各トラニオン6の内側面とが相対変位する。これら外側面と内側面との間には、スラストニードル軸受19、20、21を設けて、この相対変位に要する力を小さくしている。従って、各変位軸7の傾斜角度を変化させるための力が小さくてすむ。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
スラスト玉軸受17は、パワーローラ(内輪)8及び外輪18ともに設計上は同一荷重を受けるので、材質及び軸受設計仕様(溝半径や溝粗さ等)は、内外輪とも同一仕様で設計されており、軌道面粗さも油膜形成を良くするため、できるだけ小さい方がよいという考えから、内外輪の軌道面の粗さに差を設けることは考慮されていなかった。
【0014】
ところが、実際の使用条件では、例えば、自動車用ハーフトロイダル無段変速機(CVT)に用いられるパワーローラ8のスラスト玉軸受17のように、回転側の内輪(パワーローラ8)と固定側の外輪18で形状、その取り付け・支持構造及び負荷分布が異なり、外輪18の剛性が小さいとその変形により軌道輪にそりが生じ、軌道面の円周上の各点において転動体荷重分布が均一でなく、荷重の大きい箇所と小さい箇所が生じる。
【0015】
トロイダル無段変速機に組み込まれていたスラストニードル軸受19、20、21は、外輪18とトラニオン6との相対変位の円滑化をその目的としており、スラスト荷重に対して外輪18をバックアップすることを考慮していなかった。このため、図6に示すようなスラストニードル軸受19、20、21と外輪18とを重ね合わせた場合に、この外輪18の一部がスラストニードル軸受19、20、21の縁部から図6においてxで示す水平方向外方に突出する。そして、このように突出した外輪18の一部は、スラストニードル軸受19、20、21による支持を受けられない。
【0016】
一方、外輪18には、この外輪18と共にスラスト玉軸受17を構成する複数の玉22により、その全周に亙ってスラスト荷重が加わる。このため外輪18には、前記水平方向xで外方に突出した外輪18の一部に加わるスラスト荷重と残部に加わるスラスト荷重とによって、これら一部と残部との境目を中心とする曲げ応力が加えられる。自動車用変速機として使用するトロイダル型無段変速機の場合には、このような曲げ応力は相当に大きく、しかも複数の玉22の公転運動に伴って繰り返し加わる。このため、外輪18に比較的短時間で亀裂、外輪の軌道面の表面剥離等の損傷が発生しやすくなり、トロイダル型無段変速機の耐久性が不足する。
【0017】
図7は、スラスト荷重を受けたときの内輪(パワーローラ)及び外輪の変形量を示す図である。図7は、外輪の支持構造が垂直位置(図6においてyで示す方向)で剛性が高く水平位置(図6においてxで示す方向)で剛性が低い条件下で試験した軸受の試験後の形状測定結果である。図7の(a)は、内輪(パワーローラ)8の測定位置を示す図である。図7の(b)は、内輪の軌道面側の変形量の測定結果を示す図である。図7の(c)は、内輪の取り付け面側の変形量の測定結果を示す図である。図7の(d)は、外輪18の垂直方向(図6においてyで示す方向)における測定位置を示す図である。図7の(e)は、外輪の垂直方向における軌道面側の変形量の測定結果を示す図である。図7の(f)は、外輪の垂直方向における軸受取り付け面側の変形量の測定結果を示す図である。図7の(g)は、外輪18の水平方向(図6においてxで示す方向)における測定位置を示す図である。図7の(h)は、外輪の水平方向における軌道面側の変形量の測定結果を示す図である。図7の(i)は、外輪の垂直方向における軸受取り付け面側の変形量の測定結果を示す図である。
【0018】
図7の(d)、(e)及び(f)からわかるように、外輪は、支持構造の剛性が高い垂直位置では変形が小さい。これに対して、図7の(g)、(h)及び(i)からわかるように、外輪は、支持構造の剛性が低い水平位置では中凸に反っている。なお、図7に示した測定例は、垂直位置の2箇所の剛性が高く、水平位置の2箇所の剛性が低い場合のものであるが、この逆の場合や四等分ではなく単に180°対称位置で剛性が異なる場合や3箇所あるいはそれ以上の分割数で剛性が異なる場合も同じ現象が生じ、転動体の荷重のアンバランスによる同様の問題が生じる。
【0019】
一方、図7の(a)、(b)及び(c)からわかるように、内輪(パワーローラ8)は、外輪より肉厚が厚いので変形が小さい。
【0020】
図8は、外輪が変形した状態での荷重の釣り合いを示す図である。図7に示したように外輪が変形すると、図8のような状態で荷重の釣り合いが取れることになり、外輪が反った水平位置では荷重が逃げて転動体荷重Qbが小さく、外輪が反っていない垂直位置は転動体荷重Qaが大きくなる。このことは、図9の外輪の軌道面の接触幅にも現れており、転動体から受ける荷重Qaが大きい垂直方向yの位置では接触幅aが広いのに対し、転動体から受ける荷重Qbが小さい水平方向xの位置では接触幅bが狭い。
【0021】
このため、外輪の変形が小さい垂直方向yの位置では、転動体荷重Qaが大きいのでトラクション力が大きく、外輪の変形が大きい水平方向xの位置では、転動体荷重Qbが小さいのでトラクション力が小さくなる。
【0022】
更に、外輪及び内輪の軌道面の溝底を円周方向にその凹凸を測定すると、図10に示すような結果を得た。外輪及び内輪の軌道面の溝底は、試験前は円周方向にほぼ水平に加工されていたが、試験中の外輪の反りによって、図10に示すように、変形が大きい水平方向xの位置では変形が小さい垂直方向yの位置より外輪の軌道面が凹になっている。なお、軌道輪の肉厚が厚く支持剛性が円周上均一の内輪は、変形が小さく軌道面は全円周にわたってほぼ水平のままである。
【0023】
軌道面の溝底の凹凸と、転動体荷重の変化とを合わせて考えた場合、転動体が軌道輪の変形が小さい垂直位置から軌道輪の変形が大きい水平位置に移動するときには荷重及びトラクション力が急激に小さくなり回転トルクが小さくなり、逆に、軌道輪の変形が大きい水平位置から軌道輪の変形が小さい垂直位置に移動するときには荷重及びトラクション力が急激に大きくなり回転トルクが大きくなる。すなわち、軸受の軌道面の円周上各点において、転動体は軌道面と常にトルク変動(トルクムラ)を生じるような接触状態で回転している。
【0024】
更に、図10に示すように外輪の軌道面に凹凸が生じることから、反りが大きい水平方向のピッチ円径(PCD)は、反りが小さい垂直方向のピッチ円径(PCD)より小さくなり、転動体と軌道輪の接触位置はPCDが小さい水平位置では溝の外側で、PCDが大きい垂直位置では溝の内側で接触するというように接触位置が変化する。
【0025】
このような、不規則な荷重・トラクション力・トルク・接触点位置の変化が転動体に作用すると、転動体と軌道輪の間に滑りが生じ、著しい発熱を生じたり、油膜の減少による金属接触が発生し、転動体が均等に荷重を負荷し規則的な運動をしている場合より極めて短時間で摩耗やフレーキング等が発生し軸受が使用不可能となる。
【0026】
このときの損傷は、剛性が小さな変形した軌道輪側の外輪に生じる。これは、外輪の変形により軌道面に凹凸が生じ、PCDが円周上の各位置で変化しているので、こちらの軌道面の方が不規則な荷重・トラクション力・トルク・接触点位置の変化の要因として転動体との間に滑りが発生しやすくなるためである。
【0027】
そこで、本発明においては、転動体のコントロール面を損傷が発生しやすい外輪とすることにより、外輪の軌道面と転動体との間の滑りを抑えることを目的とする。すなわち、スラスト転がり軸受では、転動体は内外輪のどちらかの軌道面をコントロール面として回転しているが、転動体が内輪コントロールの場合には外輪の凹凸やPCD変化が転動体の滑りを加速する要因になるのに対し、外輪コントロールの場合は内輪の軌道面の凹凸及びPCDの変化が小さいので滑りを小さく抑えることができるからである。
【0028】
また、スラスト転がり軸受は、駆動側の内輪とそれを支持する外輪とが、設計目的や取り付け構造等の制約から、必ずしも同じ寸法や形状とはなっていない場合がある。このように寸法や形状が異なる内輪および外輪に浸炭、浸炭窒化、高周波焼入れ等の表面硬化を行う熱処理を施す場合、寸法が小さい方(肉厚が薄い方)の軌道輪の焼き割れや脱炭の熱処理不良を防ぐために寸法が小さい方の有効硬化層深さを浅くしている。
【0029】
また、そのような熱処理上の問題ではなく、寸法や形状の大小によらず荷重の負荷方法や軌道輪の支持方法によって耐曲げ強度や対衝撃強度が要求される場合も、破壊靱性を上げるために一方の軌道輪の浸炭、浸炭窒化、高周波焼入れ等の硬化層深さを浅くすることが行われている。
【0030】
図11は、熱処理の差による硬さ勾配の差を示す図である。図12は、有効硬化層深さと転がり疲れ寿命の関係を示す図である。図11において、Yoは、浸炭硬化層深さを表している。硬さがHv550になるところまでの表面からの深さで浸炭深さの大小を判断している。図12に示したように、軌道面の浸炭深さを変えた軸受のフレーキング発生までの転がり疲れ寿命試験結果からわかるように、浸炭深さが浅い方が寿命が短くなる。このことは、内輪と外輪で浸炭深さ等の硬化層深さに差があると硬化層深さの浅い軌道輪が損傷し易い事につながる。
【0031】
このような場合の対策として、寿命が短い方の軌道輪の方を長寿命にするために、溝半径を小さくして面圧を下げるとか、油膜形成を良くするため軌道面粗さを小さくすることが有効であると考えられてきた。
【0032】
ところが、転動体は、純転がり運動の場合に直進しかできないにもかかわらず、スラスト軸受の場合には、転動体を円運動させる必要があるために転動体に円運動をさせるため力がかかり、転動体にスピン(玉軸受の場合)やスキュー(ころ軸受の場合)が発生する。このため、転動体に円運動(公転)をさせるための力を与えるコントロール面がどちらの軌道輪になるかによって、上記の対策が逆効果になることがある。
【0033】
すなわち、浸炭有効硬化深さが浅いために寿命の短い軌道面の表面粗さを小さくする対策では、軌道輪と転動体との摩擦係数が小さくなり、スピンすべりやスキューすべりが粗さが小さい軌道面だけに生じるようになり、粗さ改善効果よりすべりの悪影響が大きく現れてむしろ短寿命になる。
【0034】
そこで、本発明においては、従来の考えと全く逆に、有効硬化層深さが浅いために損傷が発生し易い軌道輪の軌道面の表面粗さを大きくして転動体のコントロール面(玉を公転させる側の面、すなわち玉を公転(スピン)させる力を玉に与える軌道面)とすることにより、軌道面と転動体との間のすべりを抑制することを目的とする。すなわち、スラスト軸受では、転動体は内外輪のどちらかの軌道面をコントロール面として回転しているが、転動体は粗さが大きい方の軌道輪をコントロール面とするため、硬化層深さが浅い方の軌道輪の軌道面粗さを大きくすればこの軌道面でのすべりを小さく抑えることができ、寿命が長い硬化層深さが深い軌道輪側ですべりが生じるようになるからである。
【0035】
【課題を解決するための手段】
本発明は、スラストニードル軸受により支持されてトロイダル型無段変速機に組み込まれるスラスト玉軸受であって、軌道面を有する内輪と、軌道面を有し、前記内輪よりも肉厚寸法が小さい外輪と、前記内輪の前記軌道面と前記外輪の前記軌道面との間に転動自在に配置された複数の玉と、前記複数の玉を転動自在に保持する円環形状の保持器とからなり、スラスト荷重を受けるスラスト玉軸受において、肉厚寸法が小さい前記外輪の前記軌道面の表面の中心線平均粗さを、肉厚寸法が大きい前記内輪の前記軌道面の表面の中心線平均粗さよりも大きくした。
スラスト玉軸受の外輪は、フレーキング等の損傷が発生しやすいので、肉厚寸法が小さい外輪の軌道面の中心線平均粗さRa(以下、「平均粗さ」という。)を肉厚寸法が大きい内輪の軌道面の中心線平均粗さより大きくすることにより、肉厚寸法が小さい外輪の軌道面は、軌道面に沿って玉を公転させるための力を玉に与えるコントロール面となり、それによって、外輪の軌道面と玉との間のすべりを抑制して外輪の損傷を防止することができる。
【0036】
【発明の実施の形態】
本発明は、入力ディスクと、出力ディスクと、前記入力ディスク及び前記出力ディスクのそれぞれの回転軸線に対してねじれの位置にある枢軸線を中心として揺動するトラニオンと、前記トラニオンに回転可能に支持され前記入力ディスク及び前記出力ディスクと係合するパワーローラとからなるトロイダル型無段変速機に使用するスラスト転がり軸受であって、前記トラニオンに支持された外輪と、
前記外輪に設けられた軌道面と前記トラニオンに設けられた軌道面との間に配置された複数の転動体とからなるスラスト転がり軸受であって、前記外輪の軌道面の表面の平均粗さを前記パワーローラすなわち内輪の軌道面の表面の平均粗さよりも大きくした。
これにより、外輪の軌道面をコントロール面とすることができ、それによって、外輪の軌道面に生ずるフレーキングを防止することができる。
【0037】
外輪の軌道面の表面の平均粗さは、パワーローラの軌道面の表面の平均粗さの約2倍程度であるとよい。
【0038】
外輪の肉厚寸法は、パワーローラの肉厚寸法よりも小さくてもよい。また、外輪の曲げ剛性は、パワーローラの曲げ剛性よりも小さくてもよい。
【0039】
外輪及びパワーローラの軌道面の溝の断面は円弧形状をしており、外輪の軌道面の溝の半径がパワーローラの軌道面の溝の半径よりも小さくてもよい。外輪の軌道面の溝の半径がパワーローラの軌道面の溝の半径よりも約0〜6%程度小さくてもよい。
【0040】
外輪及びパワーローラの軌道面は、浸炭、浸炭窒化あるいは高周波焼入れ等により表面硬化処理がされているとよい。外輪の軌道面の有効硬化層深さは、パワーローラの軌道面の有効硬化層深さよりも浅くてもよい。
【0041】
図1は、スラスト玉軸受における軌道面の表面粗さとフレーキングの発生部位との関係を示す図であり、内外輪の軌道面の粗さの大小関係によってフレーキングがどちらの軌道面に発生したかを整理したものである。図1において、横軸には、スラスト玉軸受の内輪の軌道面の中心線平均粗さ(Ra)をとり、縦軸には、スラスト玉軸受の外輪の軌道面の中心線平均粗さ(Ra)をとっている。なお、表面粗さは、所定値を1として相対値で表されている。図1において、丸記号で示した点は、内輪の軌道面にフレーキングが発生したことを示しており、四角記号で示した点は、外輪の軌道面にフレーキングが発生したことを示している。図1から、フレーキングは、すべて表面粗さが小さい方の軌道輪に発生していることがわかる。記号に添付した数字は、外輪外径面を熱電対で測定した時の給油温度に対する温度上昇であるが、内輪フレーキングの場合が約22〜25℃であるのに対し、外輪フレーキングの場合は約28〜32℃と約6〜7℃高いことがわかる。
すなわち、外輪の軌道面の表面粗さが内輪の軌道面の表面粗さより小さい場合には、転動体のコントロールは、軌道面の表面粗さが大きく摩擦係数が大きい内輪コントロールとなるので、軌道面の表面粗さが小さい外輪にすべりが生じ、外輪軸受温度が高くなり、外輪の軌道面にフレーキングが発生し易くなる。
【0042】
この関係は、逆に、外輪の軌道面の表面粗さが内輪の軌道面の表面粗さより大きい場合にも同じ原理が成り立ち、外輪の軌道面の表面粗さを内輪の軌道面の表面粗さよりも大きくすることにより、外輪フレーキングを防ぐことができることが図1からわかる。
【0043】
この原理を、曲げ剛性が小さい軌道輪である外輪にすべりによる摩耗やフレーキングが発生し易い現象を防ぐ対策として適用する場合は、曲げ剛性が小さい外輪の軌道面の表面粗さをもう一方の内輪の軌道面の表面粗さより大きくすることにより、曲げ剛性の小さい方の外輪と転動体との摩擦係数がもう一方の内輪と転動体との摩擦係数より大きくすることができる。
このようにすることにより転動体は、摩擦係数が大きく曲げ剛性が小さい外輪の軌道面をコントロール面として回転する。これにより、転動体と軌道輪との間のすべりは、変形が小さい内輪との間に生じる。しかし、内輪との間のすべり量は、内輪コントロールの場合に変形が大きい外輪との間に生じるすべり量よりも小さく抑えることができる。
【0044】
また、上記原理を、浸炭の有効硬化層深さが浅い軌道輪にフレーキングが発生し易い現象を防ぐ対策として適用する場合は、有効硬化層深さが浅い軌道輪の軌道面の表面粗さをもう一方の有効硬化層深さが深い軌道輪の軌道面の表面粗さより大きくすることにより、有効硬化層深さが浅い軌道輪と転動体との間の摩擦係数を、もう一方の有効硬化層深さが深い軌道輪と転動体との間の摩擦係数より大きくすることができる。
このようにすることにより転動体は、摩擦係数が大きく有効硬化層深さが浅い軌道輪の軌道面をコントロール面として回転する。このため、転動体と軌道面との間のすべりは有効硬化層深さが深い軌道輪との間に生じることになり、有効硬化層深さが浅い軌道輪の軌道面に生じるすべりを小さく抑えることができる。
【0045】
【実施例】
実施例について図面を参照して説明する。
図2は、トロイダル型無段変速機に用いるスラスト玉軸受17の断面図である。スラスト玉軸受17は、トラニオン6に支持される円環形状の外輪18と、入力側ディスク2及び出力側ディスク4に係合するパワーローラ8すなわち内輪と、外輪18と内輪8との間に配置される複数の玉22と、複数の玉22を転動自在に保持する円環形状の保持器23とからなる。外輪18には、外輪18の一側面に円形状の軌道面18aが設けられている。内輪8には、内輪8の一側面に円形状の軌道面8aが設けられている。軌道面18a及び8aは、断面が円弧状の溝形状に形成されている。軌道面18a及び8aの円弧状の溝の半径をそれぞれro及びriで表す。外輪18の厚さtoは、内輪8の厚さtiよりも小さい。なお、軌道面18a及び8aの表面粗さは、中心線平均粗さRaを用いて表すものとする。
【0046】
(第1実施例)
外輪18及び内輪8の軌道面18a及び8aの溝の半径ro及びriは設計上同一に形成されている。固定側の外輪18の軌道面18aの平均粗さRaoは、0.044μmであり、回転側の内輪8の軌道面8aの平均粗さRaiは、0.022μmである。すなわち、外輪18の軌道面18aの平均粗さRaoは、内輪8の軌道面8aの平均粗さRaiよりも大きく形成されている。
粗さに差を設けるため、仕上げ工程において、外輪18の加工時間を内輪8の加工時間より短縮することにより外輪18の軌道面18aの粗さを内輪8の軌道面8aの粗さの約2倍にした。
【0047】
このほか軌道面の表面粗さに差を設けるための方法としては、超仕上げ工程での砥石を内輪と外輪とで別のものにしたり、回転速度や砥石の送り速度を変えるとか、最終仕上げ加工での工程をラップや研削にするとか、さらには、これらの加工方法の組合せを内輪と外輪とで変えることにより、外輪の軌道面の表面粗さを内輪の軌道面の表面粗さより大きくすることができる。
【0048】
さらにまた、内輪と外輪の材料や熱処理を変えることにより研削性を変えて、同一工程で加工した場合に外輪の方が内輪より粗くなるようにすることも可能である。すなわち、材料を変える場合には、Cr、Mo、Siなどの耐熱性を高めるための添加剤の添加量を外輪の方が内輪より多くするとか、熱処理を変える場合には、内輪を浸炭処理とし外輪だけを浸炭窒化処理するということが有効である。
【0049】
なお、第1実施例は、内輪及び外輪ともに研削後に超仕上げを行った一般的な場合である。内輪の軌道面と外輪の軌道面の表面粗さの差が必ずしも2倍程度である必要はなく、軌道面の表面粗さに差があれば平均粗さRaが大きい方の軌道面が転動体すなわち玉のコントロール面となる。
【0050】
(第2実施例)
第2実施例においては、固定側の外輪18の軌道面18aの表面粗さを回転側の内輪8の軌道面8aの表面粗さより大きくするとともに、外輪18の軌道面18aの溝の半径roを内輪8の軌道面8aの溝の半径riよりも小さくした。
固定側の外輪18の軌道面18aの平均粗さRaoは、0.044μmであり、回転側の内輪8の軌道面8aの平均粗さRaiは、0.022μmである。
軌道面の溝の半径は、(0.51〜0.60)da(da:玉径)の範囲で設計されており、内外輪の軌道面の溝の半径が同じ場合をも含めて、一般的には、内輪8の軌道面8aの溝の半径riを外輪18の軌道面18aの溝の半径roよりも(0〜0.03)da程度大きくするとよい。
【0051】
このように外輪の軌道面の溝の半径roを内輪の軌道面の溝の半径riよりも小さくすることにより、外輪の軌道面がコントロール面となる外輪コントロールに際して、外輪の軌道面の表面粗さの増大による摩擦力の増加とともに、接触楕円面積の増大による摩擦力の増大が相乗される。
【0052】
(第3実施例)
第3実施例において、厚さtoの小さい外輪18の浸炭深さは、厚さtiの大きい内輪8の浸炭深さより浅い。
固定側の外輪18が転動体である玉22のコントロール面となるように、外輪18の軌道面18aの表面粗さRaoを回転側の内輪8の軌道面8aの表面粗さRaiより大きくしてある。固定側の外輪18の軌道面18aの平均粗さRaoは、0.044μmであり、回転側の内輪8の軌道面8aの平均粗さRaiは、0.022μmである。
【0053】
なお、第3実施例は、内輪及び外輪ともに研削後に超仕上げを行った一般的な場合である。内輪の軌道面と外輪の軌道面の表面粗さの差が必ずしも2倍程度である必要はなく、軌道面の表面粗さに差があれば平均粗さRaが大きい方の軌道面が転動体すなわち玉のコントロール面となる。
【0054】
なお、第3実施例においては、厚さ(寸法)が小さい方の軌道輪の有効硬化層深さが浅い場合を示したが、耐衝撃強度が要求される場合には厚さ(寸法)が大きい軌道輪の方が有効硬化層深さを浅くする場合もある。このような場合には、厚さが大きい軌道輪の軌道面の表面粗さを大きくすることになる。
【0055】
また、第3実施例は、表面効果法として浸炭の場合を示したが、浸炭窒化、高周波焼入れ等の他の熱処理法の場合も同様に適用できる。
【0056】
上記実施例においては、スラスト玉軸受を使用した場合を例に挙げて説明したが、本発明は、スラスト玉軸受に限定されるものではなく、転動体として玉を用いる場合の他、円筒ころ、円すいころ、針状ころ等のいずれのスラスト転がり軸受についても、内輪と外輪に表面硬化層深さに差がある場合には、硬化層深さが浅い方の軌道輪の軌道面の表面粗さを大きくすることにより同様の効果が得られる。
【0057】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【0058】
転動体のコントロール面を軌道輪の剛性が小さい外輪とすることにより、内輪コントロールの場合より外輪軌道面と転動体間のすべりが抑えられるので、耐摩耗性や耐フレーキング性が向上し長寿命になる。
【0059】
転動体のコントロール面を浸炭深さが浅い軌道輪とすることにより、浸炭深さが深い軌道輪がコントロール面となる場合より、浸炭深さが浅い軌道輪の軌道面と転動体間のすべりが抑えられるので、耐摩耗性や耐フレーキング性が向上し長寿命になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】軌道面の表面粗さとフレーキングの発生部位との関係を示す図である。
【図2】トロイダル型無段変速機に用いるスラスト玉軸受の断面図である。
【図3】従来から知られたトロイダル型無段変速機の基本的構成を、最大減速時の状態で示す側面図である。
【図4】同じく最大増速時の状態で示す側面図である。
【図5】トロイダル型無段変速機の断面図である。
【図6】トラニオン内側面部分を示す透視図である。
【図7】スラスト荷重を受けたときの内輪及び外輪の変形量を示す図である。
【図8】外輪が変形した状態での荷重の釣り合いを示す図である。
【図9】外輪の軌道面の接触幅を示す図である。
【図10】外輪及び内輪の軌道面の溝底を円周方向に形状測定した結果を示す図である。
【図11】熱処理の差による硬さ勾配の差を示す図である。
【図12】有効硬化層深さと転がり疲れ寿命の関係を示す図である。
【符号の説明】
8 内輪
8a 軌道面
17 スラスト転がり軸受
18 外輪
18a 軌道面
22 転動体
Rai 内輪の平均粗さ
Rao 外輪の平均粗さ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thrust ball bearing that supports a thrust load. In particular, the present invention relates to a thrust ball bearing used for parts such as automobile parts (for example, a power roller of a continuously variable transmission (CVT) for automobiles), electrical information equipment, steel, or construction machinery. More specifically, the present invention relates to a thrust ball bearing used for a toroidal type continuously variable transmission.
[0002]
[Prior art]
The use of a toroidal type continuously variable transmission as schematically shown in FIG. 3 has been studied as a transmission for an automobile (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-208569). This toroidal continuously variable transmission supports an input side disk 2 concentrically with the input shaft 1 and is disposed concentrically with the input shaft 1 as disclosed in, for example, Japanese Utility Model Publication No. 62-71465. An output side disk 4 is fixed to the end of the output shaft 3. A trunnion 6 that swings around a pivot 5 that is in a twisted position with respect to the input shaft 1 and the output shaft 3 is provided inside the casing that houses the toroidal-type continuously variable transmission. FIG. 3 is a side view showing the basic configuration of the toroidal-type continuously variable transmission in a state at the time of maximum deceleration, and FIG. 4 is a side view similarly shown in a state at the time of maximum acceleration.
[0003]
FIG. 5 is a cross-sectional view of the toroidal type continuously variable transmission. FIG. 6 is a perspective view showing the inner side surface portion of the trunnion 6. Each trunnion 6 is provided with the pivot 5 on the outer surface of both ends. In addition, the base end portion of the displacement shaft 7 is supported at the center of each trunnion 6, and the tilt angle of each displacement shaft 7 is freely adjustable by swinging each trunnion 6 about the pivot shaft 5. . Around the displacement shaft 7 supported by each trunnion 6, a power roller 8 is rotatably supported. Each power roller 8 is sandwiched between the input side and output side disks 2 and 4.
[0004]
Inner side surfaces 2a and 4a of the input side and output side discs 2 and 4 facing each other have a concave surface obtained by rotating a circular arc with the pivot axis 5 as the center. And the peripheral surface 8a of each power roller 8 formed in the spherical convex surface is made to contact | abut to the said inner surface 2a, 4a.
[0005]
A loading cam type pressing device 9 is provided between the input shaft 1 and the input side disc 2, and the pressing device 9 elastically presses the input side disc 2 toward the output side disc 4. Yes. The pressing device 9 includes a cam plate 10 that rotates together with the input shaft 1, and a plurality of (for example, four) rollers 12 that are held by a cage 11. A cam surface 13 that is an uneven surface extending in the circumferential direction is formed on one side surface (left surface in FIGS. 3 and 4) of the cam plate 10, and the outer surface (FIGS. 3 and 4) of the input side disk 2 is formed. The same cam surface 14 is also formed on the right surface in FIG. The plurality of rollers 12 are supported so as to be rotatable about a radial axis with respect to the center of the input shaft 1.
[0006]
When the toroidal type continuously variable transmission configured as described above is used, when the cam plate 10 rotates as the input shaft 1 rotates, the cam surface 13 causes the plurality of rollers 12 to move to the outer surface of the input side disk 2. The cam surface 14 is pressed. As a result, the input disk 2 is pressed by the plurality of power rollers 8, and at the same time, the input disk 2 rotates based on the engagement of the pair of cam surfaces 13, 14 and the plurality of rollers 12. To do. Then, the rotation of the input side disk 2 is transmitted to the output side disk 4 via the plurality of power rollers 8, and the output shaft 3 fixed to the output side disk 4 rotates.
[0007]
When the rotational speeds of the input shaft 1 and the output shaft 3 are changed, and when the deceleration is first performed between the input shaft 1 and the output shaft 3, each trunnion 6 is swung around the pivot 5 and each power As shown in FIG. 3, each of the displacements of the roller 8 so that the peripheral surface 8 a abuts on a portion near the center of the inner surface 2 a of the input side disk 2 and a portion near the outer periphery of the inner surface 4 a of the output side disk 4. The shaft 7 is tilted.
[0008]
On the contrary, when the speed is increased, the trunnion 6 is swung, and the peripheral surface 8a of each power roller 8 is located near the outer peripheral portion of the inner surface 2a of the input side disk 2 and the output side as shown in FIG. Each displacement shaft 7 is inclined so as to abut against the center portion of the inner side surface 4a of the disk 4 respectively. If the inclination angle of each displacement shaft 7 is set intermediate between FIGS. 3 and 4, an intermediate speed ratio can be obtained between the input shaft 1 and the output shaft 3.
[0009]
In FIG. 3, when the torque transmitted from the input side to the output side is large, the roller 12 sandwiched between the cam surface 13 and the cam surface 14 moves to the side where the upper (or lower) gap is smaller, and the torque is increased. When it is small, it moves toward the center with a large gap (a kind of clutch mechanism). When the power of the input shaft 1 is transmitted to the input side disk 2, when the torque is large, the input side disk 2 moves in the right direction in FIG. 3, and when the torque is small, it moves in the left direction. . At this time, if the trunnion 6 is at the same position, the contact between the power roller 8 and the input side and output side disks 2 and 4 becomes uneven. In particular, the contact between the input side disk 2 and the power roller 8 is not stable.
[0010]
Therefore, a support shaft 15 that is parallel to and eccentric from the displacement shaft 7 is provided on the displacement shaft 7, and the support shaft 15 is rotatably supported in a hole 16 formed in the intermediate portion of the trunnion 6. On the other hand, the displacement shaft 7 rotates and automatically aligns so that the input side disk 2 and the peripheral surface 8a of the power roller 8 are in uniform contact.
[0011]
As shown in FIGS. 3 and 4, the trunnions 6 are swung in directions opposite to each other about the pivot 5, so that the peripheral surfaces 8a of the power rollers 8 and the inner surfaces 2a, 4a Changes the rotational speed ratio between the input shaft 1 and the output shaft 3.
[0012]
As described above, when the inclination angle of the displacement shaft 7 is changed in order to change the rotation speed ratio between the input shaft 1 and the output shaft 3, the displacement shafts 7 move the support shaft portions 15. It pivots slightly as the center. As a result of this rotation, the outer surface of the outer ring 18 of each thrust ball bearing 17 and the inner surface of each trunnion 6 are relatively displaced. Thrust needle bearings 19, 20, and 21 are provided between the outer surface and the inner surface to reduce the force required for this relative displacement. Therefore, the force for changing the inclination angle of each displacement shaft 7 can be small.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
Since the thrust ball bearing 17 receives the same load in design for both the power roller (inner ring) 8 and the outer ring 18, the material and bearing design specifications (groove radius, groove roughness, etc.) are designed with the same specifications for the inner and outer rings. In view of the idea that the raceway surface roughness should be as small as possible in order to improve oil film formation, it has not been considered to provide a difference in the roughness of the raceway surfaces of the inner and outer rings.
[0014]
However, under actual conditions of use, for example, a thrust-side ball bearing 17 of a power roller 8 used in an automotive half-toroidal continuously variable transmission (CVT), an inner ring on the rotating side (power roller 8) and an outer ring on the fixed side. 18, the shape, its mounting / supporting structure and the load distribution are different. If the rigidity of the outer ring 18 is small, the deformation of the outer ring 18 causes warpage of the bearing ring, and the rolling element load distribution is not uniform at each point on the circumference of the raceway surface. , A place with a large load and a place with a small load are generated.
[0015]
The thrust needle bearings 19, 20, and 21 incorporated in the toroidal continuously variable transmission have the purpose of facilitating relative displacement between the outer ring 18 and the trunnion 6, and back up the outer ring 18 against the thrust load. Did not consider. For this reason, when the thrust needle bearings 19, 20, 21 and the outer ring 18 as shown in FIG. 6 are overlapped, a part of the outer ring 18 is separated from the edge of the thrust needle bearings 19, 20, 21 in FIG. Projects outward in the horizontal direction indicated by x. A part of the outer ring 18 protruding in this way cannot be supported by the thrust needle bearings 19, 20, 21.
[0016]
On the other hand, a thrust load is applied to the outer ring 18 over the entire circumference by a plurality of balls 22 that constitute a thrust ball bearing 17 together with the outer ring 18. For this reason, the outer ring 18 has a bending stress centered on the boundary between the part and the remaining part due to a thrust load applied to a part of the outer ring 18 protruding outward in the horizontal direction x and a thrust load applied to the remaining part. Added. In the case of a toroidal type continuously variable transmission used as an automobile transmission, such a bending stress is considerably large, and is repeatedly applied along with the revolution movement of the balls 22. For this reason, the outer ring 18 is likely to be damaged in a relatively short time, such as cracking of the outer ring raceway surface, and surface separation of the outer ring raceway surface, resulting in insufficient durability of the toroidal continuously variable transmission.
[0017]
FIG. 7 is a diagram showing the deformation amount of the inner ring (power roller) and the outer ring when a thrust load is received. FIG. 7 shows the shape of the bearing after the test when the outer ring support structure is tested under the condition that the rigidity is high in the vertical position (direction indicated by y in FIG. 6) and the rigidity is low in the horizontal position (direction indicated by x in FIG. 6). It is a measurement result. FIG. 7A is a diagram showing the measurement position of the inner ring (power roller) 8. FIG. 7B is a diagram showing a measurement result of the deformation amount on the raceway surface side of the inner ring. (C) of FIG. 7 is a figure which shows the measurement result of the deformation | transformation amount by the side of the attachment surface of an inner ring | wheel. FIG. 7D is a diagram showing the measurement position in the vertical direction of the outer ring 18 (the direction indicated by y in FIG. 6). (E) of FIG. 7 is a figure which shows the measurement result of the deformation | transformation amount by the side of the track surface in the orthogonal | vertical direction of an outer ring. FIG. 7F is a diagram showing the measurement result of the deformation amount on the bearing mounting surface side in the vertical direction of the outer ring. (G) of FIG. 7 is a figure which shows the measurement position in the horizontal direction (direction shown by x in FIG. 6) of the outer ring | wheel 18. FIG. (H) of Drawing 7 is a figure showing the measurement result of the amount of deformation of the raceway side in the horizontal direction of an outer ring. (I) of FIG. 7 is a figure which shows the measurement result of the deformation | transformation amount of the bearing attachment surface side in the orthogonal | vertical direction of an outer ring | wheel.
[0018]
As can be seen from (d), (e) and (f) of FIG. 7, the outer ring undergoes little deformation at a vertical position where the rigidity of the support structure is high. On the other hand, as can be seen from (g), (h) and (i) of FIG. 7, the outer ring is warped in a convex shape at the horizontal position where the rigidity of the support structure is low. Note that the measurement example shown in FIG. 7 is for the case where the rigidity at the two positions in the vertical position is high and the rigidity at the two positions in the horizontal position is low. The same phenomenon occurs when the rigidity is different at symmetrical positions or when the rigidity is different at three or more divisions, and the same problem is caused by imbalance of the load of the rolling elements.
[0019]
On the other hand, as can be seen from (a), (b) and (c) of FIG. 7, the inner ring (power roller 8) is thicker than the outer ring, so deformation is small.
[0020]
FIG. 8 is a view showing a balance of loads in a state where the outer ring is deformed. When the outer ring is deformed as shown in FIG. 7, the load is balanced in the state shown in FIG. 8, and in the horizontal position where the outer ring is warped, the load escapes and the rolling element load Qb is small, and the outer ring is warped. The rolling element load Qa becomes large at the vertical position where there is no. This also appears in the contact width of the raceway surface of the outer ring in FIG. 9, where the contact width a is wide at the position in the vertical direction y where the load Qa received from the rolling element is large, whereas the load Qb received from the rolling element is The contact width b is narrow at a small position in the horizontal direction x.
[0021]
Therefore, at the position in the vertical direction y where the deformation of the outer ring is small, the traction force is large because the rolling element load Qa is large. At the position in the horizontal direction x where the deformation of the outer ring is large, the traction force is small because the rolling element load Qb is small. Become.
[0022]
Furthermore, when the unevenness | corrugation was measured in the circumferential direction on the groove bottom of the raceway surface of an outer ring and an inner ring, the result as shown in FIG. 10 was obtained. The groove bottoms of the raceways of the outer ring and the inner ring were machined almost horizontally in the circumferential direction before the test. However, due to the warp of the outer ring during the test, as shown in FIG. Then, the raceway surface of the outer ring is concave from the position in the vertical direction y where the deformation is small. In addition, the inner ring having a thick bearing ring and a uniform support rigidity on the circumference has a small deformation and the raceway surface remains substantially horizontal over the entire circumference.
[0023]
When considering the unevenness of the groove bottom of the raceway surface and the change in rolling element load, when the rolling element moves from the vertical position where the deformation of the raceway ring is small to the horizontal position where the deformation of the raceway ring is large, the load and traction force When the movement of the bearing ring from a horizontal position where the deformation of the raceway ring is large to a vertical position where the deformation of the raceway ring is small, the load and the traction force are abruptly increased and the rotation torque is increased. That is, at each point on the circumference of the raceway surface of the bearing, the rolling element rotates in contact with the raceway surface so that torque fluctuation (torque unevenness) always occurs.
[0024]
Furthermore, as shown in FIG. 10, since the outer ring raceway surface is uneven, the horizontal pitch circle diameter (PCD) with a large warp is smaller than the vertical pitch circle diameter (PCD) with a small warp. The contact position of the moving body and the race changes such that the contact position is outside the groove at the horizontal position where the PCD is small, and the contact position is inside the groove at the vertical position where the PCD is large.
[0025]
If such irregular load, traction force, torque, or change in contact point position acts on the rolling element, slippage occurs between the rolling element and the raceway, resulting in significant heat generation or metal contact due to a decrease in oil film. Wear, flaking, etc. occur in a much shorter time than when the rolling elements are evenly loaded and regularly move, making the bearing unusable.
[0026]
The damage at this time occurs in the outer ring on the side of the race ring having a small rigidity. This is because the raceway surface is uneven due to the deformation of the outer ring, and the PCD changes at each position on the circumference, so this raceway surface has irregular load, traction force, torque, and contact point position. This is because slipping easily occurs between the rolling elements as a factor of change.
[0027]
Therefore, an object of the present invention is to suppress slippage between the raceway surface of the outer ring and the rolling element by making the control surface of the rolling element an outer ring that is easily damaged. In other words, in a thrust rolling bearing, the rolling element rotates with either raceway surface of the inner or outer ring as a control surface, but when the rolling element is an inner ring control, unevenness of the outer ring or PCD change accelerates the sliding of the rolling element. This is because, in the case of the outer ring control, the unevenness of the raceway surface of the inner ring and the change in the PCD are small, so that the slip can be suppressed to be small.
[0028]
Further, in the thrust rolling bearing, the inner ring on the drive side and the outer ring that supports the thrust ring bearing may not necessarily have the same size and shape due to restrictions such as the design purpose and the mounting structure. When heat treatment for surface hardening such as carburizing, carbonitriding, induction hardening, etc. is applied to the inner ring and outer ring having different dimensions and shapes, the cracks and decarburization of the smaller ring (thinner wall thickness) In order to prevent the heat treatment failure, the depth of the effective hardened layer having a smaller dimension is made shallower.
[0029]
This is not a problem in terms of heat treatment. To increase fracture toughness even when bending resistance and impact strength are required by the load application method and bearing ring support method regardless of size and shape. On the other hand, the depth of the hardened layer, such as carburizing, carbonitriding, induction hardening, etc., of one raceway ring is reduced.
[0030]
FIG. 11 is a diagram showing a difference in hardness gradient due to a difference in heat treatment. FIG. 12 is a graph showing the relationship between the effective hardened layer depth and the rolling fatigue life. In FIG. 11, Yo represents the carburized hardened layer depth. The carburization depth is determined based on the depth from the surface until the hardness reaches Hv550. As shown in FIG. 12, as can be seen from the rolling fatigue life test results until the occurrence of flaking of the bearing with the carburized depth of the raceway surface changed, the shorter the carburized depth, the shorter the life. This leads to the fact that a raceway ring having a shallow hardened layer depth is easily damaged if there is a difference in the hardened layer depth such as the carburized depth between the inner ring and the outer ring.
[0031]
As a countermeasure in such a case, in order to extend the life of the bearing ring having the shorter life, the groove radius is reduced to reduce the surface pressure, or the raceway surface roughness is reduced to improve oil film formation. Has been considered effective.
[0032]
However, even though the rolling element can only go straight in the case of pure rolling motion, in the case of a thrust bearing, it is necessary to cause the rolling element to make a circular motion, so a force is applied to cause the rolling element to make a circular motion, Spin (for ball bearings) and skew (for roller bearings) occur on the rolling elements. For this reason, the above countermeasures may have an adverse effect depending on which raceway is used as a control surface for applying a force for causing the rolling element to perform a circular motion (revolution).
[0033]
In other words, the countermeasure for reducing the surface roughness of the raceway surface with a short life due to the shallow carburizing effective hardening depth reduces the friction coefficient between the raceway and the rolling element, and the raceway with low roughness of spin slip and skew slip. It occurs only on the surface, and the adverse effect of the slip appears more than the effect of improving the roughness, resulting in a shorter life.
[0034]
Therefore, in the present invention, contrary to the conventional idea, since the effective hardened layer depth is shallow, the surface roughness of the raceway surface of the bearing ring, which is likely to be damaged, is increased to increase the control surface (ball) of the rolling element. The object is to suppress the slip between the raceway surface and the rolling element by using the surface to be revolved, that is, the raceway surface that gives the ball a force to revolve (spin) the ball. That is, in the thrust bearing, the rolling element rotates with the raceway of either the inner or outer ring as the control surface, but since the rolling element uses the raceway with the larger roughness as the control surface, the hardened layer depth is reduced. This is because if the roughness of the raceway surface of the shallower raceway is increased, the slip on this raceway surface can be kept small, and slipping will occur on the raceway side where the hardened layer depth is long and the life is long.
[0035]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a thrust ball bearing supported by a thrust needle bearing and incorporated in a toroidal-type continuously variable transmission, an inner ring having a raceway surface, an outer ring having a raceway surface and having a wall thickness smaller than that of the inner ring. A plurality of balls that are rotatably arranged between the raceway surface of the inner ring and the raceway surface of the outer ring, and an annular retainer that holds the plurality of balls in a freely rollable manner. In the thrust ball bearing that receives a thrust load, the center line average roughness of the surface of the raceway surface of the outer ring having a small wall thickness is defined as the centerline average roughness of the surface of the raceway surface of the inner ring having a large wall thickness. It was bigger than that.
Since the outer ring of the thrust ball bearing is susceptible to damage such as flaking, the center line average roughness Ra (hereinafter referred to as “average roughness”) of the raceway surface of the outer ring having a small wall thickness is the wall thickness dimension. By making it larger than the centerline average roughness of the raceway surface of the large inner ring, the raceway surface of the outer ring with a small wall thickness becomes a control surface that gives the ball the force to revolve the ball along the raceway surface, thereby The slip between the raceway surface of the outer ring and the ball can be suppressed to prevent the outer ring from being damaged.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention includes an input disk, an output disk, a trunnion that swings about a pivot line that is twisted with respect to the rotation axis of each of the input disk and the output disk, and a trunnion that is rotatably supported by the trunnion. A thrust rolling bearing for use in a toroidal type continuously variable transmission comprising a power roller engaged with the input disk and the output disk, and an outer ring supported by the trunnion;
A thrust rolling bearing comprising a plurality of rolling elements disposed between a raceway surface provided on the outer ring and a raceway surface provided on the trunnion, wherein the average roughness of the surface of the raceway surface of the outer ring is determined. The average roughness of the surface of the raceway surface of the power roller, that is, the inner ring was made larger.
As a result, the raceway surface of the outer ring can be used as a control surface, thereby preventing flaking that occurs on the raceway surface of the outer ring.
[0037]
The average roughness of the raceway surface of the outer ring may be about twice the average roughness of the raceway surface of the power roller.
[0038]
The wall thickness of the outer ring may be smaller than the wall thickness of the power roller. Further, the bending rigidity of the outer ring may be smaller than the bending rigidity of the power roller.
[0039]
The cross section of the groove on the raceway surface of the outer ring and the power roller has an arc shape, and the radius of the groove on the raceway surface of the outer ring may be smaller than the radius of the groove on the raceway surface of the power roller. The radius of the groove on the raceway surface of the outer ring may be about 0 to 6% smaller than the radius of the groove on the raceway surface of the power roller.
[0040]
The raceway surfaces of the outer ring and the power roller are preferably subjected to surface hardening treatment by carburizing, carbonitriding, induction hardening, or the like. The effective hardened layer depth of the raceway surface of the outer ring may be shallower than the effective hardened layer depth of the raceway surface of the power roller.
[0041]
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the surface roughness of the raceway surface and the occurrence of flaking in a thrust ball bearing. Flaking occurs on which raceway surface due to the magnitude relationship between the raceway surface roughness of the inner and outer rings. This is an arrangement. In FIG. 1, the horizontal axis represents the center line average roughness (Ra) of the inner raceway surface of the thrust ball bearing, and the vertical axis represents the centerline average roughness (Ra) of the outer raceway surface of the thrust ball bearing. ). The surface roughness is expressed as a relative value with a predetermined value of 1. In FIG. 1, the point indicated by a circle symbol indicates that flaking has occurred on the raceway surface of the inner ring, and the point indicated by a square symbol indicates that flaking has occurred on the raceway surface of the outer ring. Yes. From FIG. 1, it can be seen that all flaking occurs on the raceway having the smaller surface roughness. The number attached to the symbol is the temperature rise relative to the oiling temperature when the outer ring outer diameter surface is measured with a thermocouple, but the inner ring flaking is about 22-25 ° C, whereas the outer ring flaking is Is about 28-32 ° C. and about 6-7 ° C. higher.
That is, when the surface roughness of the raceway surface of the outer ring is smaller than the surface roughness of the raceway surface of the inner ring, the rolling element control is the inner ring control with a large surface roughness of the raceway surface and a large friction coefficient. Slip occurs in the outer ring having a small surface roughness, the temperature of the outer ring bearing increases, and flaking tends to occur on the raceway surface of the outer ring.
[0042]
The same principle holds true when the outer ring raceway surface roughness is greater than the inner ring raceway surface roughness, and the outer ring raceway surface roughness is determined by the inner ring raceway surface roughness. It can be seen from FIG. 1 that the outer ring flaking can be prevented by increasing the diameter of the outer ring.
[0043]
When this principle is applied as a measure to prevent the phenomenon of easy wear and flaking due to sliding on the outer ring, which is a raceway with low bending rigidity, the surface roughness of the raceway surface of the outer ring with low bending rigidity is set to the other. By making it larger than the surface roughness of the raceway surface of the inner ring, the friction coefficient between the outer ring having the smaller bending rigidity and the rolling element can be made larger than the friction coefficient between the other inner ring and the rolling element.
By doing so, the rolling element rotates with the raceway surface of the outer ring having a large friction coefficient and a small bending rigidity as the control surface. Thereby, the slip between a rolling element and a raceway ring arises between inner rings with small deformation. However, the slip amount between the inner ring and the inner ring can be suppressed to be smaller than the slip amount generated between the inner ring and the outer ring that is largely deformed.
[0044]
In addition, when applying the above principle as a measure to prevent the phenomenon that flaking is likely to occur in a raceway with a shallow effective hardened layer depth of carburizing, the surface roughness of the raceway surface of the raceway with a shallow effective hardened layer depth. Is made larger than the surface roughness of the raceway surface of the raceway with the other effective hardened layer depth, the friction coefficient between the raceway and the rolling element with the shallower effective hardened layer depth is reduced. The friction coefficient between the raceway and the rolling element having a deep layer depth can be made larger.
By doing so, the rolling element rotates with the raceway surface of the raceway having a large friction coefficient and a shallow effective hardened layer depth as a control surface. For this reason, the slip between the rolling element and the raceway surface occurs between the raceway with a deep effective hardened layer depth, and the slip that occurs on the raceway surface of the raceway with a shallow effective hardened layer depth is kept small. be able to.
[0045]
【Example】
Embodiments will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a sectional view of a thrust ball bearing 17 used in the toroidal type continuously variable transmission. The thrust ball bearing 17 is disposed between an annular outer ring 18 supported by the trunnion 6, a power roller 8 that engages with the input side disk 2 and the output side disk 4, that is, an inner ring, and the outer ring 18 and the inner ring 8. A plurality of balls 22 and a ring-shaped retainer 23 that holds the plurality of balls 22 in a rollable manner. The outer ring 18 is provided with a circular raceway surface 18 a on one side surface of the outer ring 18. The inner ring 8 is provided with a circular raceway surface 8 a on one side surface of the inner ring 8. The raceway surfaces 18a and 8a are formed in a groove shape having a circular cross section. The radii of the arc-shaped grooves on the raceway surfaces 18a and 8a are represented by ro and ri, respectively. The thickness to of the outer ring 18 is smaller than the thickness ti of the inner ring 8. The surface roughness of the raceway surfaces 18a and 8a is expressed using the center line average roughness Ra.
[0046]
(First embodiment)
The radii ro and ri of the grooves on the raceway surfaces 18a and 8a of the outer ring 18 and the inner ring 8 are formed identically in design. The average roughness Rao of the raceway surface 18a of the fixed-side outer ring 18 is 0.044 μm, and the average roughness Rai of the raceway surface 8a of the rotation-side inner ring 8 is 0.022 μm. That is, the average roughness Rao of the raceway surface 18 a of the outer ring 18 is formed to be larger than the average roughness Rai of the raceway surface 8 a of the inner ring 8.
In order to provide a difference in roughness, in the finishing process, the processing time of the outer ring 18 is shortened from the processing time of the inner ring 8, thereby reducing the roughness of the raceway surface 18 a of the outer ring 18 to about 2 of the roughness of the track surface 8 a of the inner ring 8. Doubled.
[0047]
Other methods for providing a difference in the surface roughness of the raceway surface include different grinding wheels in the super finishing process for the inner ring and outer ring, changing the rotation speed and the grinding wheel feed speed, and final finishing. The surface roughness of the raceway surface of the outer ring is made larger than the surface roughness of the raceway surface of the inner ring by changing the combination of these processing methods between the inner ring and the outer ring. Can do.
[0048]
Furthermore, the grindability can be changed by changing the material and heat treatment of the inner ring and the outer ring so that the outer ring becomes rougher than the inner ring when processed in the same process. In other words, when changing the material, the additive amount for improving heat resistance such as Cr, Mo, Si, etc. is larger in the outer ring than in the inner ring, or when changing the heat treatment, the inner ring is carburized. It is effective to carbonitriding only the outer ring.
[0049]
The first embodiment is a general case where superfinishing is performed after grinding both the inner ring and the outer ring. The difference in surface roughness between the raceway surface of the inner ring and the raceway surface of the outer ring is not necessarily about twice. If there is a difference in the surface roughness of the raceway surface, the raceway surface with the larger average roughness Ra is the rolling element. That is, it becomes the control surface of the ball.
[0050]
(Second embodiment)
In the second embodiment, the surface roughness of the raceway surface 18a of the outer ring 18 on the fixed side is made larger than the surface roughness of the raceway surface 8a of the inner ring 8 on the rotation side, and the radius ro of the raceway surface 18a of the outer ring 18 is set. It was made smaller than the radius ri of the groove of the raceway surface 8a of the inner ring 8.
The average roughness Rao of the raceway surface 18a of the fixed-side outer ring 18 is 0.044 μm, and the average roughness Rai of the raceway surface 8a of the rotation-side inner ring 8 is 0.022 μm.
The radius of the groove on the raceway surface is designed in the range of (0.51 to 0.60) da (da: ball diameter), including the case where the radius of the groove on the raceway surface of the inner and outer rings is the same. Specifically, the radius ri of the groove on the raceway surface 8a of the inner ring 8 may be larger by about (0 to 0.03) da than the radius r of the groove on the raceway surface 18a of the outer ring 18.
[0051]
In this way, the surface roughness of the outer ring raceway surface is controlled by making the radius ro of the raceway surface of the outer ring smaller than the radius ri of the groove of the raceway surface of the inner ring. The increase in the frictional force due to the increase in the contact ellipse area is combined with the increase in the frictional force due to the increase in the contact ellipse area.
[0052]
(Third embodiment)
In the third embodiment, the carburizing depth of the outer ring 18 having a small thickness to is shallower than the carburizing depth of the inner ring 8 having a large thickness ti.
The surface roughness Rao of the raceway surface 18a of the outer ring 18 is made larger than the surface roughness Rai of the raceway surface 8a of the inner ring 8 on the rotation side so that the outer ring 18 on the fixed side becomes a control surface of the ball 22 that is a rolling element. is there. The average roughness Rao of the raceway surface 18a of the fixed-side outer ring 18 is 0.044 μm, and the average roughness Rai of the raceway surface 8a of the rotation-side inner ring 8 is 0.022 μm.
[0053]
Note that the third example is a general case where both the inner ring and the outer ring are superfinished after grinding. The difference in surface roughness between the raceway surface of the inner ring and the raceway surface of the outer ring is not necessarily about twice. If there is a difference in the surface roughness of the raceway surface, the raceway surface with the larger average roughness Ra is the rolling element. That is, it becomes the control surface of the ball.
[0054]
In the third embodiment, the case where the effective hardened layer depth of the bearing ring having the smaller thickness (dimension) is shallow is shown. However, when the impact resistance strength is required, the thickness (dimension) is In some cases, a larger raceway reduces the effective hardened layer depth. In such a case, the surface roughness of the raceway surface of the raceway having a large thickness is increased.
[0055]
Further, the third embodiment shows the case of carburizing as the surface effect method, but the present invention can be similarly applied to other heat treatment methods such as carbonitriding and induction hardening.
[0056]
In the above embodiment, the case where a thrust ball bearing is used has been described as an example, but the present invention is not limited to a thrust ball bearing, in addition to the case where a ball is used as a rolling element, a cylindrical roller, For any thrust rolling bearing such as a tapered roller or needle roller, if there is a difference in the surface hardening layer depth between the inner ring and the outer ring, the surface roughness of the raceway surface of the bearing ring with the shallower hardening layer depth. The same effect can be obtained by increasing.
[0057]
【The invention's effect】
The present invention is implemented in the form as described above, and has the following effects.
[0058]
By making the control surface of the rolling element an outer ring whose bearing ring rigidity is small, the sliding between the outer ring raceway surface and the rolling element is suppressed compared to the case of inner ring control, so the wear resistance and flaking resistance are improved and the service life is increased. become.
[0059]
By making the control surface of the rolling element into a raceway with a shallow carburization depth, the slip between the raceway surface of the raceway with a shallow carburization depth and the rolling element is less than when the raceway with a deep carburization depth becomes the control surface. Since it is suppressed, the wear resistance and flaking resistance are improved and the service life is extended.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the surface roughness of a raceway surface and a flaking occurrence site.
FIG. 2 is a sectional view of a thrust ball bearing used in a toroidal type continuously variable transmission.
FIG. 3 is a side view showing a basic configuration of a conventionally known toroidal continuously variable transmission in a state at the time of maximum deceleration.
FIG. 4 is a side view showing the same state at the maximum speed increase.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a toroidal-type continuously variable transmission.
FIG. 6 is a perspective view showing an inner side surface portion of the trunnion.
FIG. 7 is a diagram showing deformation amounts of an inner ring and an outer ring when receiving a thrust load.
FIG. 8 is a diagram showing a balance of loads in a state where the outer ring is deformed.
FIG. 9 is a diagram showing a contact width of a raceway surface of an outer ring.
FIG. 10 is a diagram showing the result of measuring the shape of the groove bottoms on the raceways of the outer ring and the inner ring in the circumferential direction.
FIG. 11 is a diagram showing a difference in hardness gradient due to a difference in heat treatment.
FIG. 12 is a graph showing the relationship between effective hardened layer depth and rolling fatigue life.
[Explanation of symbols]
8 inner ring
8a Track surface
17 Thrust rolling bearing
18 Outer ring
18a Track surface
22 Rolling elements
Rai inner ring average roughness
Rao Average outer ring roughness

Claims (4)

スラストニードル軸受により支持されてトロイダル型無段変速機に組み込まれるスラスト玉軸受であって、
軌道面を有する内輪と、
軌道面を有し、前記内輪よりも肉厚寸法が小さい外輪と、
前記内輪の前記軌道面と前記外輪の前記軌道面との間に転動自在に配置された複数の玉と、
前記複数の玉を転動自在に保持する円環形状の保持器とからなり、スラスト荷重を受けるスラスト玉軸受において、
肉厚寸法が小さい前記外輪の前記軌道面の表面の中心線平均粗さは、肉厚寸法が大きい前記内輪の前記軌道面の表面の中心線平均粗さよりも大きいことを特徴とするスラスト玉軸受。
A thrust ball bearing supported by a thrust needle bearing and incorporated in a toroidal continuously variable transmission,
An inner ring having a raceway surface;
An outer ring having a raceway surface and having a smaller wall thickness than the inner ring;
A plurality of balls arranged in a freely rolling manner between the raceway surface of the inner ring and the raceway surface of the outer ring;
A thrust ball bearing comprising a ring-shaped cage that holds the plurality of balls in a freely rolling manner, and receives a thrust load.
A thrust ball bearing characterized in that the center line average roughness of the raceway surface of the outer ring having a small wall thickness is greater than the centerline average roughness of the raceway surface of the inner ring having a large wall thickness. .
前記外輪及び前記内輪は、浸炭、浸炭窒化、又は高周波焼入れにより表面硬化処理が施されており、前記外輪の前記軌道面の有効硬化層深さは、前記内輪の前記軌道面の有効硬化層深さよりも小さいことを特徴とする請求項1に記載のスラスト玉軸受。  The outer ring and the inner ring are surface hardened by carburizing, carbonitriding, or induction hardening, and the effective hardened layer depth of the raceway surface of the outer ring is the effective hardened layer depth of the raceway surface of the inner ring. The thrust ball bearing according to claim 1, wherein the thrust ball bearing is smaller than that. 前記外輪の支持剛性が垂直方向と水平方向とで異なることを特徴とする請求項1又は2に記載のスラスト玉軸受。  The thrust ball bearing according to claim 1 or 2, wherein a support rigidity of the outer ring is different between a vertical direction and a horizontal direction. 前記外輪及び前記内輪の前記軌道面の溝の断面は円弧形状をしており、前記外輪の前記溝の半径が前記内輪の前記溝の半径よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至3に記載のスラスト玉軸受。  The cross section of the groove on the raceway surface of the outer ring and the inner ring has an arc shape, and the radius of the groove of the outer ring is smaller than the radius of the groove of the inner ring. The thrust ball bearing described.
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