JP3994342B2

JP3994342B2 - 軸受組立体の予荷重確認方法

Info

Publication number: JP3994342B2
Application number: JP2002561209A
Authority: JP
Inventors: ケラー，ラリー，エル．; ハルボトル，ウィリアム，イー．; ハサン，ラヒル
Original assignee: ザテイムケンコンパニー
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2022-01-31
Also published as: WO2002061295A2; US20020139202A1; US6460423B1; JP2004518912A; WO2002061295A3

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、転がり軸受、より詳細には、多列軸受組立体の予荷重測定方法に関する。
背景技術
２列軸受組立体は、その最も基本的形式において内側構成要素及び外側構成要素を備え、そのうち一方は他方に関連して回転軸の周りを回転する。加えて、内側及び外側構成要素間に２列に配列された複数の転がり要素を備える。複数の転がり要素は、内側及び外側構成要素の軌道に沿って転がる。全ての軌道は傾斜しているが、一方の列の軌道は他方の列の軌道と逆向きに傾斜している。これにより、軸受組立体はスラスト荷重を軸方向両側に伝達することが可能となる。更に、軸受組立体の軌道のうち一方が軸方向に調整可能であるとき、軸受組立体の設定は、調整される軌道の位置によって、軸方向遊びをもたせるか、又は予荷重を与えるかのいずれかに調整することができる。軸方向遊びが存在するとき、軸受組立体は、内側及び外側構成要素間に軸方向及び半径方向の限られた隙間を有するが、一方、予荷重を与える場合には、隙間が存在しないので、転がり要素は連続して荷重を受ける。
【０００２】
自動車における車輪は、大体において２列軸受組立体上を回転する。このことは、特に、独立して懸垂される車輪に関して当てはまる。２列軸受組立体は、通常、軸方向遊びを有する状態に設定されて自動車会社に供給されるが、かかる設定は、自動車会社側において調整可能な状態となっている。自動車会社は最終的な調整を行う。この最終的な調整によって、しばしば僅かな予荷重が設定される。特に、２列の複数転がり要素が互いに接近している場合には、このような予荷重が設定される。しかしながら、軸受組立体のいくつかは、現在、完全にユニット化され、予め設定された状態で供給されている。このような軸受組立体は、少なくとも１つの初期分離軌道を含み、その軌道は、軸受組立体に軸方向遊びを付与するよう初期構成されている。軌道を組立体に設置する際に軸受組立体に所望量の予荷重を与えるために、部分的に組み立てられた軸受組立体及び初期分離軌道から得られる測定結果を用いて、初期分離軌道の端部前面を研削する。その後、組立体はユニット化され、組立体内に初期分離軌道及び２列の転がり要素が永久に固定される。軸受組立体がユニット化した後、予荷重が許容公差範囲内であることを確認する必要がある。結局、予荷重が多すぎると軸受組立の故障が早くなり、回転を遅くすることになる。他方、軸方向遊びが過剰であると、半径方向荷重が数個のローラだけに集中し、車輪の振動が起きたり、軸受の寿命を縮めたりする。
【０００３】
確かに、ユニット化された２列軸受組立体の予荷重を少なくとも評価する手段は存在する。おそらく、最も簡単なのは、軸受組立体のトルク、即ち、軸受組立体自体に属する回転抵抗を測定することであろう。しかし、トルクは予荷重の近似値しか与えず、そのような軸受組立体に捕われている潤滑剤やシールにより歪められる。より進んだ手段としては、軸受組立体にスラスト荷重を軸方向両側に負わせ、歪みに対する荷重をプロットするものがある。そのプロットから、予荷重を決めることができ。Ｋｅｌｌｅｒ，ＣｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄＢｅａｒｉｎｇＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓＯｐｔｉｍｉｚｅＭａｃｈｉｎｅＯｕｔｐｕｔ，ＤｅｓｉｇｎＮｅｗｓ，Ｊｕｎｅ４，１９８４を参照。しかし、この手段にはかなりの時間がかかる。また、研究室環境ではかなり満足いく程度に作用するが、生産ラインの使用には適さない。
発明の開示
本発明は、軸方向両側にスラスト荷重を伝達するように設けられた多列複数転がり要素を備える第１軸受組立体の予荷重確認方法に属する。この予荷重確認方法では、第１軸受組立体の歪み特性を、軸方向遊び状態に設定される第２軸受組立体の歪み特性と比較することが必要である。本発明は、第二軸受の軸方向遊び量の確認方法にも属する。
発明を実施するための最良の形態
図面について説明する。軸Ｘ周りの回転を提供する製品用軸受組立体Ａ（図１）は、予め設定され、ユニット化された状態で供給される。その設定は、説明及び図示された手段で既に検証済みである。その手段は、軸受組立体Ａが組立てられ、また当然ながら設定された後に着手される。その手段は、永久にユニット化された軸受組立体を検証するのに最も有用であるが、永久にはユニット化されないけれども、代わりにナット等の他の手段と結合する軸受組立体の設定を検証するのにも有用である。軸受組立体Ａは、自動車のロードホイールをそのような自動車等のサスペンションシステムに連結するように設計されているが、その手段は、工作機械スピンドルを支持するのに使用される軸受や、自動車のディファレンシャルハウジングのピニオンシャフトに使用される軸受等の、他の用途で使用される転がり軸受の設定を検証するのに使用することもできる。
【０００４】
先ず製品用軸受組立体Ａを考える。製品用軸受組立体Ａ（図１）は、ハウジング２、ハブ４、コーン６、及び複数のテーパローラ（円錐ころ）８を備えている。テーパローラ８は、ハウジング２内でハブ４及びコーン６の周囲に位置し、ハブ４及びコーン６が軸Ｘの周りを最小の摩擦で回転するのを容易にする転がり要素である。ハウジング２は、外側軸受構成要素を構成し、一方、ハブ４及びコーン６は一緒に内側軸受構成要素を構成する。ローラ８は、ハウジング２、ハブ４及びコーン６の間で、２列に配置され、互いに異なる配向を有する。その結果、ローラ８は、ハブ４及びコーン６をハウジング２内で軸方向に規定することになるが、回転には深刻な障害を与えない。加えて、軸受組立体Ａは、２列のローラ８を分離する複数のケージ１０を備える。最後に、軸受組立体Ａは、潤滑剤を内に保持し、汚染物質をハウジング２内部及びこの内部のローラ８から排除するために、ハウジング２の外側端部にシール１２を備え、内側端部に別のシール１４を備える。軸受組立体Ａが自動車に設置されるとき、ハウジング２は、ステアリングナックル等のサスペンションシステム構成要素にボルトで留められ、一方、ブレーキディスク及びロードホイールがハブ４に取付けられる。このように、軸受組立体Ａは、ロードホイールをサスペンションシステム構成要素に連結する。
【０００５】
ハウジング２は、誘導過熱による肌焼入れを許容するのに十分な炭素を有する軸受等級スチールから形成される。ハウジング２（図１）は、軸Ｘに向かって内側に存在するテーパ状軌道１６、１８、及び軸Ｘから離れて外側に突出する概ね三角形又は長方形のフランジ２０を備える。２つの軌道１６、１８は、それらを分離する介在表面２２に向けて下方傾斜している。軌道１６は、ハウジング２の外側端部から外へ開かれ、ここにハウジング２はシール実装表面２４を備える。もう一つの軌道１８は、今度はハウジング２の内側端部から外へ開かれている端部ボア２６に通じている。フランジ２０は、軸Xに垂直に機械加工された端面２８と、この端面２８をサスペンションシステム構成要素に面する状態でハウジング２をその構成要素に固定するボルトを受けとめる複数のねじ穴３０とを有する。
【０００６】
ハウジング２は、鍛造又は鋳造により形成され、その後、軌道１６、１８に沿って、またシール実装表面２４、端部ボア２６、及び端面２８に沿って、機械加工される。複数のねじ穴３０も穴が開けられ、ねじ山が切られる。その後、ハウジング２は、軌道１６、１８に沿って誘導過熱され、その領域でスチールを肌焼入れするためにクエンチされる。最後に、軌道１６、１８に沿って研磨される。
【０００７】
ハブ４は、同様に誘導過熱による肌焼入れが可能な軸受等級スチールから形成される。ハブ４（図１）は、ハウジング２を通って軸方向に突出し、且つ中心が軸Xにあるスピンドル３４と、ハウジング２の外側端部を越えている実装フランジ３６とを備える。加えて、ハブ４は、フランジ３６から軸方向にスピンドル３４から離れて突出し、その外側表面及び、軸Xに垂直な面である端面を機械加工された円形リブ形式のホイールパイロット３８を備える。ハブ４は、スピンドル３４を通って完全に伸び、且つその外側端部でホイールパイロット３８に通じる穴４０を含む。穴４０は、スタブ軸上にはめ込まれて等速（CV）ジョイント部品を形成するスプラインを含んでよい。
【０００８】
スピンドル３４は、ハウジング２の外側軌道１６に向かって外側にあり、同じ方向に傾斜する外側軌道４２を備える。軌道４２は、実装フランジ３６から僅かにオフセットしたスラストリブ４４と、長さが延長されたリテイニングリブ４６との間にある。軌道４２の大径端はスラストリブ４４にあり、小径端はリテイニングリブ４６にある。ハウジング２の介在表面２２はリテイニングリブ４６を囲んでおり、該リテイニングリブ４６を越えて、スピンドル３４はより小径のコーンシート４８を備える。リテイニングリブ４６及びコーンシート４８は、ショルダー５０で出会う。コーンシート４８の他端では、スピンドル３４は外側に曲がって形成端５２を備える。
【０００９】
パイロット３８の周りの実装フランジ３６は、機械加工面５８及びこの機械加工面５８を超えて突出する複数のラグボルト６０を備える。ラグボルト６０は、ブレーキディスク及びホイールリムを貫通しており、それらは、複数のラグボルト６０をねじ留めする複数のラグナットにより実装フランジ３６に固定される。実装フランジ３６は、その反対面にハウジング２の外側端部に向かって存在する機械加工密封面６２を有する。
【００１０】
ハブ４は、そのスピンドル３４の内側端部がコーンシート４８と本質的に同じ直径に広がった状態で形成される。この状態でハブ４は、軌道４２、スラストリブ４４、コーンシート４８、ショルダー５０及び面５８、６２に沿って機械加工される。そして、軌道４２及びスラストリブ４４に沿って誘導加熱され、軌道４２及びリブに肌焼入れを供給するためクエンチを行う。その後、その軌道４２及びスラストリブ４４に沿って研磨される。
【００１１】
コーン６は、好ましくは、必要な硬度まで加熱処理された軸受等級スチールから形成される。コーン６は、ハブ４のスピンドル３４上のコーンシート４８に締まりばめで固定され、ショルダー５０及び形成端５２の間に固定される。コーン６（図１）は、ハブ２の内側軌道１８に向かって外側にあり、同じ方向に傾斜するテーパ状軌道６６を備え、軌道６６の大径端にスラストリブ６８、小径端にリテイニングリブ７０を備える。スラストリブ６８は後面７２へ伸びており、一方リテイニングリブ７０は前面７４で切れている。両面とも軸Ｘに対して垂直に切られている。前面７４は、ハブスピンドル３４上のショルダー５０に面している。一方、形成端５２は、後面７２に面している。
【００１２】
軸受等級スチールから同様に形成された複数のテーパローラ８は、ハウジング２の境界の内側に２列で位置する。外側の列は、ハウジング２の外側軌道１６とハブ４のスピンドル３４上の外側軌道４２との間にあり、内側の列は、ハウジング２の内側軌道１８とコーン６の軌道６６との間にある。外側列のローラ８のテーパ側面と、軌道１６、１８との間は接触している。これらローラ８の大径端面は、外側列の複数ローラ８がハウジング２の内部から外れてしまうのを防ぐスラストリブの面に面している。同様に、内側列のローラ８のテーパ側面と、軌道１８、６６との間は接触している。内側列のローラ８の大径端面は、これらローラ８が外れてしまうのを防ぐコーン６のスラストリブ６８に面している。各列のローラ８は頂点（ａｐｅｘ）にあり、これは、各列のローラ８に対する複数の円錐エンベロープが軸Xに沿った共通の場所に夫々の頂点を有することを意味する。スピンドル３４上の軌道４２及びコーン６上の軌道６６間の空間は、軸受組立体Ａの設定を決定し、これは通常数千分の１インチまでの予荷重の一つである。結果として、ハウジング２及びハブ４間には、半径方向にも軸方向にも全く遊動がない。
【００１３】
外側シール１２は、ハウジング２外部上の実装表面２４に固定され、ハブ４の実装フランジ３６上の密封面６２に沿って動的障壁を構築する。内側シール１４は、ハウジング２の端部ボア２６に、コーン６のスラストリブの周囲ではめ込まれ、ここに別の動的障壁を構築する。
【００１４】
軸受組立体Ａを組み立てるためには、先ず、外側列のローラ８及びそのケージ１０を、ハブ４上のスピンドル３４の外側軌道４２周囲に設置する。外側シール１２がその実装表面２４上に設置されている状態で、外側シール１２が外側列のローラ８のテーパ側面に着座するまで、ハウジング２をスピンドル３４上に進める。最初は、ハブスピンドル３４のコーンシート４８は、スピンドル３４のまさに端部へ伸びており、その最終長よりも僅かに長いが、これは形成端５２を作るのに十分な金属を備えるためである。コーン６は、２列のローラ８がそれらの軌道１６、４２及び１８、６６にしっかり密着するまで、コーンシート４８上に押し込まれる。そして、ハブスピンドル３４の、コーン６の後面７２を越えて軸方向に突出している部分は、回転成形手順で変形され、形成端５２が生成される。回転成形手順では、コーン６の前面７４をスピンドル３４のショルダー５０にしっかり密着させるため、コーン６は、ショルダー５０と形成端５２との間に固定される。これにより、組立体Ａに最終設定がもたらされるだけでなく、更に、軸受組立体Ａを永久に一体化することになる。適切な回転成形手順は、ＷＯ９８／５８７６２号で公開された国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ９８／０１８２３号に開示されている。
【００１５】
軸受組立体Ａは、他の手段によって一体化してもよい。例えば、スピンドル３４の端部上を、コーン６の後面７２に対してねじ留めするナットは組立体を一体化するのに役立つであろう。また、軌道４２はハブ４のスピンドル３４上に直接形成される必要はないが、代わりに別のコーン上に形成してもよい。更に、軌道１６、１８はハウジング２上に直接形成する必要はないが、ハウジング２に押し込まれるカップと称される別々の軌道上に形成してもよい。
【００１６】
理論的には、一旦組み立てられた軸受組立体Ａは、正確な予荷重を有するべきである。しかしながら、公差が生じ、組立体に誤差が生じる可能性がある。これらは、軸受組立体Ａの実際の設定に影響を与え、許容範囲外の予荷重を与えてしまうであろう。それゆえ、軸受組立体Ａが一体化されたときの予荷重を測定することが要請される。
【００１７】
軸受組立体Ａ内の予荷重が許容範囲内にあることを検証するため、また実際には、その予荷重の寸法大きさを検証するために、多くの点で軸受組立体Ａと共通しているマスタ軸受組立体Ｂを取り上げる。すなわち、検証を実現するために、マスタ軸受組立体Ｂは、好ましくは、軸受組立体Ａと外見的にも内面的にも本質的に同様な構成を備えており、そして、もちろん、同じ軸方向及び半径方向の剛度を有している。そのため、等価な荷重を受ければ、夫々同量の弾性変形を受けることとなる。しかしながら、軸受組立体Ｂは軸方向遊び状態に設定されている。
【００１８】
製品用軸受組立体Ａのうち一つを、軸方向遊びを持たせて組み立てるとすれば、それをマスタ軸受組立体Ｂとして機能させることできる。しかし、より実現性のある確かな結果を得るためには、マスタ軸受組立体Ｂを、形成端５２を有しながらも、分解することができ、それによって設定を変更することができるようにすることである（図２）。この目的を達成するために、ハブ４のスピンドル３４は、外側セクション８０と内側セクション８２に分割される。外側セクション８０は、外側軌道４２及びスラストリブ４４を備える。内側セクション８２は、ショルダー５０、コーンシート４８、及び形成端５２を備え、またその上に固定されたコーン６を備える。リテイニングリブ４６は分割され、その半分は外側セクション８０の上であり、別の半分は内側セクション８２の上である。分割されたリブ４６の夫々はショルダー８４で切れており、その２つのショルダー８４は、２列のローラ８間でお互いに向かい合って存在する。外側セクション８０は、その端部がねじになっていて、内側セクション８２上のショルダー８４から軸方向に突出するエクステンション８８を受けとめるカウンタボア８６を含む。エクステンション８８は、その端部にカウンタボア８６の端部のねじと噛み合うねじを備えており、その結果、噛み合ったねじが２つのセクション８０、８２を結合させる。分割リテイニングリブ４６の２つのセグメント上のショルダー８４は、お互いに向かい合って存在するが、接触はしていない。実際、それらを分離するスペーサ９０に面している。
【００１９】
スペーサ９０は、ハブ４と同じ軸受スチールから形成される。または、スペーサ９０は、ハブ４のスチールがそのリテイニングリブ４６で有する弾性係数と同じ弾性係数を少なくとも有するものとしてもよい。スペーサ９０は、当然ながら、ハブ４上の外側軌道４２とコーン６上の内側軌道６６との間の間隔を決定し、それがマスタ軸受組立体Bに対する設定を決定することになる。実際、様々な厚さが予め設定された複数のスペーサ９０が１セットとして用意される。スペーサ９０のいくつかは、軸受組立体Ｂに軸方向遊びを生じさせるために十分な厚みがあり、一方、他のスペーサ９０は予荷重を生じさせるために十分に薄い。スペーサ９０は、外側セクション８０に関して内側セクション８２をねじが外れるまで単に回転させて、その後外側セクション８０のカウンタボア８６から内側セクション８２のエクステンション８８を引き抜くことで変更することができる。内側セクション８２を外側セクション８０から引き離したとき、内側セクション８２上のエクステンション８８の周囲にあるスペーサ９０を除去することができ、異なるスペーサ９０と置き換えることができる。そして、内側セクション８２を再び外側セクション８０上に設置する。２つのセクション８０、８２上のねじが噛み合った状態で、スペーサ９０を２つのショルダー８４間にしっかり挟むのに十分な所定のトルクに達するまで、内側セクション８２を回転させる。
【００２０】
マスタ軸受組立体Ｂを、軸方向遊びを生じさせるように選択されたスペーサ９０と共に組み立て、次に、様々な軸方向荷重の下で相互に関連するハウジング２及びハブ４の動きである軸受組立体Ｂの軸方向の歪み特性を確認する。これを実現するために、軸受組立体Ｂに軸方向両側の可変の力を加えながら、これらの力により生じる歪みを測定する計測装置Ｃ（図３Ａ、Ｂ）内に、軸受組立体Ｂを配置する。実際、歪みの一部は計測装置Ｃ自体に起因する。しかし、計測装置Ｃにより、軸受組立体Ａを測定するときであろうと、軸受組立体Ｂを測定するときであろうと、計測装置Ｃ自体の歪みは、いかなる力についても一定である。したがって、「軸受組立体の歪み」という用語及びこれに同様な表現は、計測装置Ｃ自体の歪みも含んでいることになる。
【００２１】
計測装置Ｃは、ハブ４の一端にある表面（好ましくは形成端５２上）に面する押し部材１００と、ハブ４の他端の表面（好ましくはホイールパイロット３８の端部）に面する他の押し部材１０２とを備える。部材１０２は、ハブ４の軸方向位置を反映するために、常にハブ４に面した状態にしておく。さらに、計測装置Ｃは固定部材１０４を備える。ハウジング２は固定部材１０４に取り付けられており、固定部材１０４が、ハウジング２に加えられるいずれの方向の力に対しても抵抗するようになっている。ハウジング２は、そのフランジ２０で、フランジ２０内のねじ穴３０と噛み合う複数の押えねじ１０６で固定部材１０４に固定されてもよい。代わりに、ハウジング２が複数のクランプにより硬い固定部材１０４に固定されてよい。固定部材１０４は、部材１００、１０２で与えられる力によらず、本質的に固定位置のままである。
【００２２】
計測装置Ｃは、軸方向の力Ｆを押し部材１００に加えることができ、その力は、固定部材１０４により生じ、複数の押えねじ１０６を通って伝達される等価で逆向きの力による対抗を受ける。さらに、計測装置Ｃは、ハブ４の逆端で軸方向の力Ｆを押し部材１０２に加えることができ、その力Ｆは同様に、固定部材１０４により生じる等価で逆向き方向の力の対抗を受ける。力Ｆは、ローラ８によりハブ４及びハウジング２間を伝達する。力Ｆを加えるとき、計測装置Ｃは、ローラ８を軌道１６、４２及び軌道１８、６６に沿って適切に着座させるために、ハブ４を回転させる。
【００２３】
最後に、計測装置Ｃは、３つの変位プローブ１１０、好ましくはＬＶＤＴ（線形可変変位変換器）を備える。それらは、硬い固定部材１０４に固定されるハウジング２に関連して、押し部材１０２の位置をモニターし、その結果、力Ｆを加えたときのハブ４の変位をモニターする。軸Ｘに沿った単一プローブ１１０でも十分であるが、軸Ｘから等距離で等周囲間隔にある３つ以上のプローブを配列すること好ましい。例えば、３つのプローブ１１０を、軸Ｘの周囲に１２０度間隔で位置させるのがよい。軸Ｘ上の単一プローブのみで得られる歪みとは異なって、複数プローブの平均から計算される歪みは、実質的に、押し部材１０２の同期振れがない。これは測定歪みの信号／ノイズ比率を非常に拡大させ、それにより、歪みの平均値を正確に定めるのに必要な測定量及び測定時間が減少する。複数プローブ１１０は、押し部材１０２の軸方向変位を測定するように配向され、即ち、軸Ｘに沿って各方向に配向される。
【００２４】
マスタ軸受組立体Ｂの歪み特性を確認するために、軸受組立体Ｂは、選択されたスペーサ９０が取付けられ、計測装置Ｃ内に設置される。そしてハブ４をゆっくり回転させる。そして、既知の力Ｆを押し部材１００上に加える。その力Ｆは、ローラ８の内側列を通って、それに抵抗する固定部材１０４に移動する。力Ｆは、固定されたハウジング２及び回転しているハブ４を歪める。プローブ１１０は、歪みの度合いを測定する。実際には、様々な既知の力Ｆを変更しながら押し部材１００に加え、夫々に対してプローブ１１０で歪み１０２を測定し、それを記録する。同様なことを逆向きの力についても行う。様々な既知の力Ｆを変更しながら、押し部材１０２上に加える。その力Ｆは、ローラ８の外側列を介して伝達し、固定部材１０４で対抗される。押し部材１０２に加えた各力Ｆに対して、プローブ１１０により歪みを測定し、それを記録する。実際には、プローブ１１０により測定した各歪みは、いくつかのプローブ１１０により測定された歪みの平均を示している。
【００２５】
より正確には、プローブ１１０により歪みを測定するに際し、プローブ１１０は、ハウジング２上の固定基準点に対する、ハブ４の軸方向位置を測定する。これらの位置は、加える力に対応した直角座標上にプロットされ、これにより、１の方向の荷重を正、他の方向の荷重を負とするグラフを得ることができる（図４）。ローラ８の各列に対して、荷重は、その特定列のスラスト容量の約１０％から１１０％の範囲である。容量１０％以下では、ローラ８は、それらが回転する軌道１６、４２、又は１８、６６上にうまく着座しない可能性があり、重要な歪みが確認できない。約３０％から１１０％の間では、歪みは荷重に関してほぼ直線的に変化し、そのためプロットはほぼ直線になる。しかし、３０％以下では、プロットはいくらか曲線になる。１０％から３０％の該曲線を使用して、ゼロ荷重に対応する、荷重の各方向に対するプロットを推定する。荷重がないときの歪みを推定する一つの手段として、次式の最小二乗フィットを使用する。
【００２６】
歪み＝（Ａ）（スラスト力）^２／３＋Ｂ
但し、Ａ及びＢは、最小二乗アルゴリズムにより決定された曲線フィット定数である。その式の形は、公知のヘルツ接触理論による。この推定により、一方向への力Ｆのプロットに対するゼロ切片、及び他方向への力Ｆのプロットに対するゼロ切片が特定される。その２つの切片間で表される距離は、マスタ軸受組立体Ｂ内の軸方向遊びである。このとき、マスタ軸受組立体Ｂは少なくとも初期に軸方向遊び状態に設定されたことを認識しなければならず、それにより、絶対軸方向遊びを、絶対予荷重よりも正確に測定することができる。
【００２７】
理論的には、マスタ軸受組立体Ｂ内の軸方向遊びを示す一つのプロットのみが、製品用軸受組立体Ａ内の予荷重を検証するのに必要であるが、いくつかのプロットが、夫々、異なった幅のスペーサ９０とともになされる（図４Ａ、Ｂは２つのプロットを例示）。これにより、実際に使用されるプロットが検証され、更に軸受設定と歪みとの間の１対１の関係が確認される（図５）。２方向のスラスト力Ｆにより生じた直線の間は、異なる複数のスペーサ９０により生成された様々な軸方向遊びに応じて生じた歪み軸に沿って、その間隔が異なるはずである。しかし、プロットは全て、同じ傾きと曲率を有するはずである。
【００２８】
複数スペーサ９０のうち一つは、マスタ軸受組立体Ｂに予荷重を与える。他のプロット（図４Ｃ）は、予荷重状態のマスタ軸受組立体Ｂについて得られたものである。各方向に加えられる最大力Ｆは、スラスト力Ｆを伝達しない列のローラ８を着座しない状態にするだけの力を有する。例えば、外側列のローラ８を介して向かう力により、これらローラ８は、軌道１６、４２に対してしっかり着座する。さらに、軸受組立体のスラスト容量の１１０％以下の限度で、その方向により大きな力Ｆを加えると、内側列のローラ８が、軌道１８、６６に対して着座しない状態となる。この荷重を受けない列のローラ８を着座しない状態にするような大きな力Ｆが作用したとき、歪みに対する力のプロットは、異なった傾きをとる。この傾きが変化する位置を変曲点と称する。プロットは２つの変曲点を有するはずである。これらは、夫々、スラスト荷重の各方向に対するものである。軸受の列がさらに付加されると、それに応じて変曲点も増える。
【００２９】
軸方向両側に働くある選択された力Ｆｍを加えたときの製品用軸受組立体Ａの歪みを、同じく軸方向両側に働くマスタリング力と称される同じ選択された力Fｍを加えたときのマスタ軸受組立体Ｂの歪みと比較することにより、軸受組立体Ａの寸法予荷重の大きさが確認可能である。しかしながら、選択された力Ｆｍは、製品用軸受組立体Ａの荷重を受けないローラを着座しない状態にするのに十分な大きさでなければならない。次式が適用される。
【００３０】
Ｓ＝Ｅｍ＋Ｄｐ−Ｄｍ
但し、Ｓは寸法設定、Ｅｍはマスタ軸受組立体Ｂの軸方向遊び、Ｄｐは選択されたマスタリング力Ｆｍでの製品用軸受組立体Ａの弾性歪みであり、Ｄｍは同じ選択された力Ｆｍでのマスタ軸受組立体Ｂの弾性歪みである。
【００３１】
設定Ｓは、予荷重に対して負の数として表される。マスタ軸受組立体Ｂでは、歪みＤｍは軸受組立体Ｂの弾性歪みと共に軸方向遊びＥｍを取り上げるのに必要な変位を含む。予荷重を受けた製品用軸受組立体Ａでは、歪みＤｐは完全に弾性である。
【００３２】
計測装置Ｃは、複数の力Ｆと、プロットを作成する複数の歪みとを作り出す。これらの力のうち一つは、マスタリングスラスト力Ｆｍであり、これは、力Ｆｍが外側列のローラ８を通って伝達されるとき、内側列のローラ８を着座しない状態にするのに十分な大きさであり、また、力Ｆｍが内側列のローラ８を通って逆方向に伝達されるとき、外側列のローラ８を着座しない状態にするのに十分な大きさである。スラスト力Ｆｍでの歪みＤｍは記録される。
【００３３】
製品用軸受組立体Ａの予荷重を検証するためには、軸受組立体Ａを計測装置Ｃに設置し、マスタ軸受組立体Ｂのハブ４と同様に、ハブ４を同じ一定速度で回転させる。ハブ４を回転させた状態で、製品用軸受組立体Ａに、スラスト力Ｆを、外側列の複数ローラ８とそれらが面する軌道１６、４２を介して伝達するように軸方向に加える。スラスト力Ｆは、マスタ軸受組立体Ｂに加えられたマスタリングスラスト力Ｆと等しく、内側列の複数ローラ８をそれらの軌道１８、６０に着座しない状態にするのに十分な大きさでなければならない。Ｆｍ（＋）はこの力を指し示している。そして、プローブ１１０により取得された位置を記録する。それから、スラスト力Ｆを、逆方向、即ち、この力を内側列の複数ローラ８と、それらが面する軌道１８、６６とを通って伝達する方向に加える。Ｆｍ（−）ｈｗこの力を指し示している。力Ｆｍ（−）は、予め逆方向に加えられる力Ｆｍ（＋）と等しく、外側列の複数ローラ８を着座しない状態にするのに十分な大きさである。そして、複数プローブ１１０により取得された位置を再び記録する。２つの位置間の寸法差は、軸受組立体Ａの歪みＤｐを表す（図４Ｄ参照）。マスタ軸受組立体Ｂから作られたプロットにより得られた軸方向遊びＥｍ及び歪みＤｍは、その後、製品用軸受組立体に対する歪みＤｐとともに式に適用される。
【００３４】
一例として、マスタ軸受組立体Ｂが軸方向遊びＥｍ０．００５インチを有し、軸方向両側にマスタリングスラスト力Ｆｍを受けるとき、歪みＤｍ０．０３０インチを示すとする。予荷重にある製品用軸受組立体Ａが、軸方向両側にマスタリング力Ｆｍと等しい力Ｆを受けるとき、歪みＤｐ０．０２０インチを示すとすると、製品軸受Ａの予荷重は０．００５インチである。
【００３５】
Ｓ＝Ｅｍ＋Ｄｐ−Ｄｍ
Ｓ＝０．００５＋０．０２０−０．０３０
Ｓ＝−０．００５
信頼できる結果を得るには、４つの指針に従わねばならない。即ち、１．マスタ軸受組立体Ｂに加えられたスラスト力Ｆｍ、一軸方向で製品用軸受組立体Ａに加えられたスラスト力Ｆｍ（＋）、及び逆軸方向で製品用軸受組立体Ａに加えられたスラスト力Ｆｍ（−）は、全て同じであり、軸受組立体Ｂに対する変曲点に対応する力より大きくなければならない。
２．軸受組立体Ａ及びＢは、一定で等価な速度で回転させなければならない。
３．歪みＤｍ及びＤｐの測定は、回転数あたりの読取り数を含めて、同じ回転数で同じ方法で行われなければならない。
４．軸受組立体Ａ及びＢは、実質的に同様な設計でなければならず、それにより弾性範囲において同じ歪み特性を有することができる。
【００３６】
製品用軸受組立体Ａの予荷重が、そのような組立体の測定歪みＤｐに対してプロットされるとき、１：１又は単一の傾きがグラフ上のプロットに存在する（図５）。この単一の傾きは、同様に軸方向遊びとともに設定された製品用軸受組立体Ａに対しても存在する。当然ながら軸方向遊びを設定されたマスタ軸受組立体Ｂに対しても存在する。グラフの破線は、予荷重で設定された一つの製品用軸受組立体Ａ、及び軸方向遊びで設定された別の製品用軸受組立体Ａを表している。
【００３７】
マスタリング力Ｆｍ、及び軸方向遊びが設定された等価な剛度のマスタ軸受組立体Ｂから得られた歪みから製品用軸受組立体Ａの予荷重を算出する式は、いくつかの前提に依存する。第１に、マスタ軸受組立体Ｂのスペーサ９０の幅を縮めると、スペーサ９０の幅の減少分とぴったり同量だけ組立体Ｂの軸方向遊びが減少する。第２に、１対１の関係が、軸受設定と変曲点を越える全ての所与のマスタリング力Ｆｍに対する弾性歪みとの間に存在する（図５）。第３に、前述した推定（外挿）手順により決定可能である、軸方向遊びに設定されたマスタ軸受組立体Ｂの測定歪みを使用することにより、次式を適用して同じ軸受組立体Ｂ上の他の軸方向遊び設定を計算することが可能である。
【００３８】
Ｓ＝Ｅｍ＋Ｄｐ−Ｄｍ
第４に、同式は、同様に製品用軸受組立体Ａに加えられるマスタリング力Ｆｍが荷重を受けない列の複数ローラ８を着座しない状態にするのに十分な大きさである限り、予荷重を受けた軸受組立体Ｂ又はこれと等価の製品用軸受組立体Ａの歪み測定に適用される。第５に、複数の製品用軸受組立体Ａ間の歪み応答は十分均一であるので、マスタ軸受組立体Ｂとどの製品用軸受組立体Ａとの間の関係も、複数の製品用軸受組立体Ａに当てはまる。
【００３９】
以上の手順は、複数のテーパローラ８を備える軸受組立体Ａ及びＢに関連して記述されているが、異なった構成の複数の転がり要素を備える他の種類の２列軸受組立体の予荷重を検証するのにも有用である。例えば、アンギュラコンタクト玉軸受を採用する軸受組立体、又は球面ローラ（球面ころ）を使用する軸受組立体と共に使用可能である。アンギュラコンタクト玉軸受は、テーパローラ軸受と非常に類似した反応をする。また、マスタ軸受組立体Ｂに対してゼロ切片を推定するのに使用される式、及び製品用軸受組立体Ａの予荷重を計算するのに適用される式は同じものである。
【００４０】
軸受組立体のいくつかは、転がり要素を２列以上に配列している。典型的な軸受組立体は、工作機械スピンドルを支持するのに使用されるものである。例えば、スピンドル軸受組立体は、スラスト荷重を一方向にとるよう配向される複数の軌道に沿っている２列の複数転がり要素と、スラスト荷重を逆方向にとるよう配向される複数の軌道に沿っている、別の２列の複数転がり要素を備えてよい。そのような軸受組立体の予荷重を検証する手段は、基本的に２列の軸受組立体に対するものと同じである。同式により、マスタ軸受組立体に対するゼロ切片が決定し、また製品用軸受組立体の予荷重が決定する。確かに、製品用軸受組立体の歪みに対する力のプロットは、マスタリング力Ｆｍが加えられる複数列の各列に対して変曲点を生じるかもしれないので、この例では、マスタリング力Ｆｍを、最も遠く離れた変曲点に関わる力を越える力にすることが重要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は製品用軸受組立体の縦断面図であり、その予荷重が本発明に従って測定される。
【図２】図２は、製品用軸受組立体の予荷重状態が確認される歪み特性を構築する、軸方向遊び状態に関わるマスタ軸受組立体の縦断面図である。
【図３】図３Ａ及び３Ｂは、マスタ軸受組立体の歪み特性を決定するためにマスタ軸受組立体に加えられるスラスト力を一部模式的に示す断面図である。
【図４Ａ，図４Ｂ，図４Ｃ】図４Ａ、４Ｂ、及び４Ｃは、異なる設定がなされたマスタ軸受組立体の歪みに対してプロットされる力を示すグラフである。
【図４Ｄ】図４Ｄは、異なる設定がなされたマスタ軸受組立体の歪みに対してプロットされる力を示すグラフである。
【図５】図５は、軸受設定とマスタリングスラスト力により生成する歪みとの間の１対１関係を示すグラフである。

Claims

軸周りの回転を提供し、スラスト荷重を軸方向両側に伝達するように設けられた少なくとも２列の複数転がり要素を備える第１軸受組立体の予荷重の確認方法であって、
１の単一スラスト力を、この１の単一スラスト力が前記少なくとも２列のうちの１の列の複数転がり要素を着座しない状態にするのに十分な大きさをもって前記第１軸受組立体を通って軸方向一側に伝達されるように、前記第１軸受組立体に加える工程と、
他の単一スラスト力を、この他の単一スラスト力が他の列の前記複数転がり要素を着座しない状態にするのに十分な大きさをもって前記第１軸受組立体を通って軸方向他側に伝達されるように、前記第１軸受組立体に加える工程と、
前記第１軸受組立体を通って伝達される前記１及び他の単一スラスト力により、前記第１軸受組立体が受ける歪みを測定する工程と、
前記第１軸受組立体と等しい剛度を有し、かつ既知の軸方向遊び状態に設定されている第２軸受組立体に、前記１及び他のスラスト力とそれぞれ等しいスラスト力を加え、この結果、これらのスラスト力が前記第２軸受組立体を通って軸方向両側にそれぞれ伝達されるときの前記第２軸受組立体の既知の歪みと、前記第１軸受組立体の歪みとを比較する工程と
を備え、
前記歪みは次式、
Ｓ＝Ｅｍ＋Ｄｐ−Ｄｍ
但し、Ｓは確認されるべき前記予荷重であり、
Ｅｍは前記第２軸受組立体の軸方向遊びであり、
Ｄｐは前記第１軸受組立体の１又は他のスラスト力により生じる歪みであり、
Ｄｍは前記第２軸受組立体の既知のスラスト力により生じる歪みである、
に従って比較される
ことを特徴とした予荷重確認方法。
前記第１軸受組立体に加えられる１及び他の単一スラスト力は、軸方向両側において互いに等しいことを特徴とする請求項１に記載の予荷重確認方法。
前記第２軸受組立体の前記既知の軸方向遊びは、
スラスト荷重を一方向に伝達するように設けられた前記複数転がり要素を介して複数のスラスト荷重が伝達されるときの、スラスト力に対する歪みをプロットし、
スラスト荷重を逆方向に伝達するように設けられた前記複数転がり要素を介して複数のスラスト荷重が伝達されるときの、スラスト力に対する歪みをプロットし、
スラスト力が全く存在しないときの前記歪みを確認するために推定を行い、
ゼロスラスト力を示す前記推定された歪み間の寸法差を決定すること
により決定されることを特徴とする請求項１に記載の予荷重確認方法。
外側構成要素、内側構成要素、並びに前記内側及び外側構成要素上の複数の軌道間に位置して第１列及び第２列にそれぞれ配列された複数の転がり要素を備え、前記第１列に配列された複数の転がり要素及び複数の軌道は、スラスト力を前記内側及び外側構成要素間に軸方向一側に伝達するよう構成され、前記第２列に配列された複数の転がり要素及び複数の軌道は、スラスト力を前記内側及び外側構成要素間に軸方向他側に伝達するよう構成されている製品用軸受組立体の寸法予荷重の確認方法であって、
製品用軸受組立体と類似の構成であり、実質的に同じ剛度を有するが、軸方向遊び状態に設定されている点で異なるマスタ軸受の歪み特性を構築する工程と、
前記マスタ軸受の歪み特性から、前記マスタ軸受組立体の前記軸方向遊び（Ｅｍ）を計算する工程と、
第１スラスト力を、前記マスタ軸受組立体の前記内側及び外側構成要素間に、前記第１列の前記複数転がり要素を介して伝達する工程と、
第２スラスト力を、前記マスタ軸受組立体の前記内側及び外側構成要素間に、前記第２列の前記複数転がり要素を介して伝達する工程と、
前記第１及び第２スラスト力により生ずる前記マスタ軸受組立体の歪み（Ｄｍ）を計算する工程と、
前記第１スラスト力と等しい第３スラスト力を、前記製品用軸受組立体の前記内側及び外側構成要素間に、前記製品用軸受組立体の前記第１列の前記複数転がり要素を介して伝達する工程と、
前記第２スラスト力と等しい第４スラスト力を、前記製品用軸受組立体の前記内側及び外側構成要素間に、前記製品用軸受組立体の前記第２列の前記複数転がり要素を介して伝達する工程と、
前記複数転がり要素を介して伝達される前記第３及び第４スラスト力により前記製品用軸受組立体に生ずる歪み（Ｄｐ）を測定する工程と、
前記製品用軸受組立体の前記予荷重を、予荷重＝Ｅｍ＋Ｄｐ−Ｄｍたる式に従って計算する工程と、
を備えることを特徴とする寸法予荷重確認方法。
前記マスタ軸受組立体の前記歪み特性は、様々な大きさの力を、前記マスタ軸受組立体の前記内側及び外側構成要素間に、当該力が前記第１及び第２列の前記複数転がり要素を通過する状態で伝達することにより決定され、
前記軸方向遊びは、歪みをゼロ力に対応するものと推定することにより計算されること
を特徴とする請求項４に記載の寸法予荷重確認方法。
前記マスタ軸受組立体の前記歪み特性は、前記歪みを生じさせるために伝達される力をプロットすることにより決定されることを特徴とする請求項５に記載の寸法予荷重確認方法。
前記第１及び第２スラスト力は互いに等しいことを特徴とする請求項５に記載の寸法予荷重確認方法。
前記マスタ軸受組立体の前記内側構成要素は、２つのセグメントに分割され、前記第１列の複数転がり要素は前記セグメントのうち１のセグメントの周囲にあり、前記第２列の複数転がり要素は他のセグメントの周囲にあり、
前記マスタ軸受組立体は、前記マスタ軸受組立体に前記軸方向遊びを構築するため、前記セグメント間に位置するスペーサを有すること
を特徴とする請求項４に記載の寸法予荷重確認方法。
外側構成要素、内側構成要素、並びに前記内側及び外側構成要素上の複数の軌道間にある第１及び第２列に配列された複数の転がり要素を備え、前記第１列に対する複数の転がり要素及び複数の軌道は、スラスト力を前記内側及び外側構成要素間に軸方向一側に伝達するよう構成され、前記第２列に対する複数の転がり要素及び複数の軌道は、スラスト力を前記内側及び外側構成要素間に軸方向他側に伝達するよう構成されている製品用軸受組立体の寸法予荷重の確認方法であって、
製品用軸受組立体と類似の構成であり、実質的に同じ剛度を有するが、軸方向遊び状態に設定されている点で異なるマスタ軸受の歪み特性を構築する工程と、
前記マスタ軸受の歪み特性から、前記マスタ軸受組立体の前記軸方向遊び（Ｅｍ）を計算する工程と、
第１スラスト力を、前記マスタ軸受組立体の前記内側及び外側構成要素間に、前記第１列の前記複数転がり要素を介して、前記マスタ軸受組立体の前記第２列にある前記複数転がり要素をそれらの軌道に着座しない状態にするのに十分な大きさをもって、伝達する工程と、
第２スラスト力を、前記マスタ軸受組立体の前記内側及び外側構成要素間に、前記第２列の前記複数転がり要素を介して、前記マスタ軸受組立体の前記第１列にある前記複数転がり要素をそれらの軌道に着座しない状態とするのに十分な大きさをもって、伝達する工程と、
前記第１及び第２スラスト力により生ずる前記マスタ軸受組立体の歪み（Ｄｍ）を計算する工程と、
前記第１スラスト力と等価な第３スラスト力を、前記製品用軸受組立体の前記内側及び外側構成要素間に、前記製品用軸受組立体の前記第１列の前記複数転がり要素を介して伝達する工程と、
前記第２スラスト力と等価な第４スラスト力を、前記製品用軸受組立体の前記内側及び外側構成要素間に、前記製品用軸受組立体の前記第２列の前記複数転がり要素を介して伝達する工程と、
前記製品用軸受組立体の複数転がり要素を介して伝達される前記第３及び第４スラスト力により前記製品用軸受組立体に生ずる歪み（Ｄｐ）を測定する工程と、
前記製品用軸受組立体の前記予荷重を、予荷重＝Ｅｍ＋Ｄｐ−Ｄｍたる式に従って計算する工程と、
を備えることを特徴とする寸法予荷重確認方法。