JP4007260B2 - 円すいころ軸受 - Google Patents
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Rolling Contact Bearings (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、円すいころ軸受、さらに詳しくは、トルク損失を減少させた円すいころ軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
外輪、内輪およびこれらの間に配置された複数の円すいころを有する円すいころ軸受は、コンパクトで、大きなラジアル荷重およびアキシャル荷重を支持することができ、しかも、高速回転で使用することができるため、広く使用されている。しかしながら、玉軸受に比べると、アキシャル荷重を及ぼし合う円すいころの大端面と内輪の大つば面とのすべり接触部におけるトルク損失が大きく、エネルギー節約の観点から、そのトルクの減少が課題となっている。
【０００３】
すべり接触によるトルク損失を小さくした円すいころ軸受(21)としては、図４（ａ）（ｂ）に示すように、外輪(22)、内輪(23)および円すいころ(24)を有し、円すいころ(24)の大端面(25)を円すい形状に形成するとともに、内輪(23)の大つば面(26)をころ大端面(25)に対向する傾斜面に形成したものが提案されている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
実開昭６１−１３９３１０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載の円すいころ軸受(21)では、図４（ａ）に破線のハッチングで示す応力分布を有するように、内輪(23)に設けられた環状凹所(27)を除く部分で線接触しているが、アキシャル荷重が作用すると、図４（ｂ）に示すように、図の右上方向に円すいころ(24)が内輪(23)の大つば面(26)にのりあげるように移動し、同図に破線のハッチングで示す応力分布を有するようになる。すなわち、円すいころ(24)の小端面側端部(24a)と内輪(23)軌道面の小つば側端部(23a)との間およびころ大端面(25)の本体寄りの端部と内輪(23)の大つば面(26)との間の２箇所において、特に大きな力を及ぼし合うようになり（エッジロードの発生）、軸受(21)が早期焼き付きや剥離に至るため、その機能を十分に果たせないという問題があった。また、予圧やすき間の調整も難しいという問題もあった。
【０００６】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、早期焼き付きや剥離を防止し、しかも、トルク損失を減少させることができる円すいころ軸受を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明による円すいころ軸受は、外輪、内輪およびこれらの間に配置された複数の円すいころを有する円すいころ軸受において、円すいころの大端面が円すい面と連続する凸の曲面とされ、内輪の大つば面がこの曲面に対応する凹の曲面とされ、円すいころと内輪軌道の接触ラインが、コーンセンタを通るラインを基準として、ころ小端側では径方向外側に、ころ大端側では径方向内側にあることを特徴とするものである。
【０００８】
コーンセンタを通るラインは、円すいころの円すい面と内輪の軌道面にクラウニングが施されない場合に得られる直線状ラインであり、通常の円すいころ軸受では、円すいころと内輪軌道の接触ラインは、このコーンセンタラインに一致させられている。
【０００９】
円すいころの凸の曲面は、例えば、曲率が一定の球面とされるが、曲率が一定のものに限られるものではなく、異なる曲率を有する複数個の球面から構成されるようにしてもよく、また、双曲線、放物線などの二次曲線や指数曲線などでもよく、要するに、連続した曲線であればよい。ころ大端面に対応する内輪の大つば面の凹の曲面は、円すいころの曲面が球面の場合には、例えば、この球面の径の５０〜５３％の曲率となるように形成されるが、内輪の曲面についても、曲率が一定のものに限られるものではなく、双曲線などの二次曲線や指数曲線などでもよく、ころ大端面と同様、連続した曲線であればよい。内輪の大つば面は、円すい状の内輪軌道面に連続した曲面とされる。
【００１０】
円すいころの大端面に対応する外輪肩部の形状は、任意であり、ころ大端面の形状に対応させて曲面としてももちろんよいが、円すいころで一般的に使用されている円すい状の内面を有する外輪をそのまま使用することもできる。また、内輪の小つば面側形状は、従来のものと同一とされる。
【００１１】
この発明の円すいころ軸受によると、円すいころの大端面が円すい面と連続する凸の曲面とされるとともに、内輪の大つば面がこの曲面に対応する凹の曲面とされているので、アキシャル荷重が作用しても前記従来の円すいころ軸受のような円すいころの移動はなく、エッジロードがほとんど発生しない。よって、曲面部における転がり・すべり接触による荷重支持で、トルク低減を可能とするとともに、応力分布が連続していてエッジロードが防止されるので、早期焼き付きや剥離を防止することもできる。また、予圧やすき間の調整も容易に行うことができる。
【００１２】
また、曲面部分は、コーンセンターラインから径方向外側にずれた位置で転がり・すべり接触するため、内輪からの駆動で発生するころ自転回転速度が直線接触部より早くなることになるが、円すいころと内輪軌道の接触ラインが、コーンセンタラインを基準として、ころ小端側では径方向外側に、ころ大端側では径方向内側にあるので、円すいころの小端側部分は早く、同大端側部分では遅く回ることになり、この量を適切に設定することにより、ころ倒れや、ころの公転速度を不均一にする要因を打ち消すことができ、円滑な回転をもたらす最適調製が可能となる。
【００１３】
円すいころの大端面の曲面形状および内輪の大つば面の曲面形状は、両者の接触成分の内のすべり成分を減らして転がり成分が多くなるように、軸受の寸法や使用条件によって適宜設定される。これに伴い、接触角やつばの高さなども適宜変更されることはもちろんである。
【００１４】
ころ大端面の凸の曲面は、上記のように特に限定されないが、好ましくは、球面とされる。曲面を形状が簡単な球面にすることにより、製造上の手間を少なくして上記効果を得ることができる。
【００１５】
また、内輪の大つば面と軌道面との境界部分に、凹所が形成されていることがある。この凹所は、製作上の干渉を防止することを可能とするとともに、潤滑油の溜まり部としても使用可能であり、これにより、上記の効果を維持し、さらに、製作性や潤滑性を向上させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。以下の説明において、左右は、図の左右をいうものとする。
【００１７】
図１に示すこの発明による円すいころ軸受(41)は、外輪(42)、内輪(43)、これらの間に配置された複数の円すいころ(44)、および円すいころ(44)を保持する保持器(45)を有している。
【００１８】
円すいころ(44)は、円すい状の本体部分(51)と、その右端部に設けられた大端面(52)とを有している。円すいころ(44)の大端面(52)は、本体部分(51)の円すい面に連続する凸の曲面とされている。この実施形態では、この曲面は、凸の球面とされている。
【００１９】
内輪(43)は、円すい状の軌道面(53)と、軌道面(53)の左端部に設けられた小つば面(54)と、軌道面(53)の右端部に設けられた大つば面(55)とを有している。大つば面(55)は、円すいころ(44)の大端面(52)の凸の曲面に対応する凹の曲面とされている。この実施形態では、大つば面(55)の断面形状は、軌道面(53)に連続する凹円弧面とされている。
【００２０】
外輪(42)は、円すい軌道面(56)を有している。この実施形態では、円すいころ(44)の大端面(52)の凸の曲面に対応する部分の軌道も円すい状に形成されている。
【００２１】
図１に二点鎖線で示すラインＬ２は、円すい形の頂点が軸受の中心軸上の１点（コーンセンタ）に集まるように設計されている従来の円すいころ軸受におけるコーンセンタを通るラインであり、この発明の円すいころ軸受においては、円すいころ(44)と内輪(43)の軌道面(53)との接触ラインＬ１は、このコーンセンタラインＬ２と点Ｐで交差し、コーンセンタラインＬ２を基準として、ころ小端側では径方向外側に、ころ大端側では径方向内側に位置させられている。
【００２２】
上記のように形成された円すいころ軸受(41)によると、図２に破線のハッチングで示す応力分布を有するように、外輪(42)および内輪(43)と円すいころ(44)とが線接触している。この状態からさらにアキシャル荷重が作用した場合、円すいころ(44)の凸曲面状大端面(52)がこれと対応する凹曲面を有する内輪大つば面(55)に抱きかかえられるように接触するため、円すいころ(44)の軸方向の位置が安定し、内輪軌道面(53)に対して軸方向にほとんど移動しない。よって、同様の応力分布が維持される。こうして、連続した応力分布による転がりで荷重を支持することにより、エッジロードの発生を防止することができる。また、前記凸曲面と凹曲面の接触面では、すべり接触ではなく、すべり成分を大幅に低減した転がり・すべり接触の状態にあるため、トルク損失を大幅に減少した円すいころ軸受(41)を得ることができる。
【００２３】
また、曲面状の大端面(52)は、コーンセンターラインＬ２から径方向外側にずれた位置で転がり・すべり接触するため、内輪(43)からの駆動で発生するころ自転回転速度が本体部分(51)より早くなることになるが、円すいころ(44)と内輪(43)の軌道面(53)との接触ラインＬ１が、コーンセンタラインＬ２を基準として、ころ小端側では径方向外側に、ころ大端側では径方向内側にあるので、円すいころ(44)の小端側部分は早い速度で、同大端側部分は遅い速度で自転することになる。円すいころ(44)と内輪(43)の軌道面(53)との接触ラインＬ１とコーンセンタラインＬ２との交点および交差角度は、変更可能であることから、この値を適切に設定することにより、ころ倒れや、ころの公転速度を不均一にする要因を打ち消すことができ、円滑な回転をもたらす最適調製が可能となる。
【００２４】
図３は、この発明による円すいころ軸受(41)の他の実施形態を示すもので、内輪(43)には、円すい状軌道面(53)と凹曲面状の大端面(55)との間に、製作上の干渉を防止するために環状の凹所（ぬすみ）(58)が形成されている。これ以外の構成は、図１に示した実施形態と同じであり、同じ構成に同じ符号を付してその説明は省略する。
【００２５】
この図３に示した円すいころ軸受(41)によると、同図に破線のハッチングで示す応力分布を有するように、外輪(42)および内輪(43)と円すいころ(44)とが線接触している。内輪(43)に形成されている環状凹所(58)によって、内輪(43)のその部分の応力はゼロになっているが、全体の応力分布については、図２のものとほぼ同様である。この状態からさらにアキシャル荷重が作用した場合、第１の実施形態と同様に、円すいころ(44)の凸曲面状大端面(52)がこれと対応する凹曲面を有する内輪大つば面(55)に抱きかかえられるように接触するため、軸方向の位置が安定し、内輪軌道面(53)に対して軸方向にほとんど移動しない。よって、同様の応力分布が維持される。こうして、エッジロードの発生を防止することができるとともに、トルク損失を大幅に減少した円すいころ軸受(41)を得ることができ、しかも、円すいころ(44)と内輪(43)の軌道面(53)との接触ラインＬ１とコーンセンタラインＬ２との交点および交差角度を変更することにより、円滑な回転をもたらす最適調製も可能となる。内輪(43)に形成されている環状凹所(58)は、潤滑油の溜まり部として使用可能であり、こうして、連続した応力分布による転がりで荷重を支持することによるトルク損失の減少に加えて、潤滑性にも優れた円すいころ軸受(41)を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の円すいころ軸受の実施形態を示す上半部の縦断面図である。
【図２】図２は、この発明の円すいころ軸受の応力分布を示す図である。
【図３】図３は、この発明の円すいころ軸受の他の実施形態を示す図２に対応する図である。
【図４】図４は、従来の円すいころ軸受の応力分布を示す図である。
【符号の説明】
(41) 円すいころ軸受
(42) 外輪
(43) 内輪
(44) 円すいころ
(52) 大端面
(55) 大つば面
(58) 環状凹所
Ｌ１ 接触ライン
Ｌ２ コーンセンタライン
【発明の属する技術分野】
この発明は、円すいころ軸受、さらに詳しくは、トルク損失を減少させた円すいころ軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
外輪、内輪およびこれらの間に配置された複数の円すいころを有する円すいころ軸受は、コンパクトで、大きなラジアル荷重およびアキシャル荷重を支持することができ、しかも、高速回転で使用することができるため、広く使用されている。しかしながら、玉軸受に比べると、アキシャル荷重を及ぼし合う円すいころの大端面と内輪の大つば面とのすべり接触部におけるトルク損失が大きく、エネルギー節約の観点から、そのトルクの減少が課題となっている。
【０００３】
すべり接触によるトルク損失を小さくした円すいころ軸受(21)としては、図４（ａ）（ｂ）に示すように、外輪(22)、内輪(23)および円すいころ(24)を有し、円すいころ(24)の大端面(25)を円すい形状に形成するとともに、内輪(23)の大つば面(26)をころ大端面(25)に対向する傾斜面に形成したものが提案されている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
実開昭６１−１３９３１０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載の円すいころ軸受(21)では、図４（ａ）に破線のハッチングで示す応力分布を有するように、内輪(23)に設けられた環状凹所(27)を除く部分で線接触しているが、アキシャル荷重が作用すると、図４（ｂ）に示すように、図の右上方向に円すいころ(24)が内輪(23)の大つば面(26)にのりあげるように移動し、同図に破線のハッチングで示す応力分布を有するようになる。すなわち、円すいころ(24)の小端面側端部(24a)と内輪(23)軌道面の小つば側端部(23a)との間およびころ大端面(25)の本体寄りの端部と内輪(23)の大つば面(26)との間の２箇所において、特に大きな力を及ぼし合うようになり（エッジロードの発生）、軸受(21)が早期焼き付きや剥離に至るため、その機能を十分に果たせないという問題があった。また、予圧やすき間の調整も難しいという問題もあった。
【０００６】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、早期焼き付きや剥離を防止し、しかも、トルク損失を減少させることができる円すいころ軸受を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明による円すいころ軸受は、外輪、内輪およびこれらの間に配置された複数の円すいころを有する円すいころ軸受において、円すいころの大端面が円すい面と連続する凸の曲面とされ、内輪の大つば面がこの曲面に対応する凹の曲面とされ、円すいころと内輪軌道の接触ラインが、コーンセンタを通るラインを基準として、ころ小端側では径方向外側に、ころ大端側では径方向内側にあることを特徴とするものである。
【０００８】
コーンセンタを通るラインは、円すいころの円すい面と内輪の軌道面にクラウニングが施されない場合に得られる直線状ラインであり、通常の円すいころ軸受では、円すいころと内輪軌道の接触ラインは、このコーンセンタラインに一致させられている。
【０００９】
円すいころの凸の曲面は、例えば、曲率が一定の球面とされるが、曲率が一定のものに限られるものではなく、異なる曲率を有する複数個の球面から構成されるようにしてもよく、また、双曲線、放物線などの二次曲線や指数曲線などでもよく、要するに、連続した曲線であればよい。ころ大端面に対応する内輪の大つば面の凹の曲面は、円すいころの曲面が球面の場合には、例えば、この球面の径の５０〜５３％の曲率となるように形成されるが、内輪の曲面についても、曲率が一定のものに限られるものではなく、双曲線などの二次曲線や指数曲線などでもよく、ころ大端面と同様、連続した曲線であればよい。内輪の大つば面は、円すい状の内輪軌道面に連続した曲面とされる。
【００１０】
円すいころの大端面に対応する外輪肩部の形状は、任意であり、ころ大端面の形状に対応させて曲面としてももちろんよいが、円すいころで一般的に使用されている円すい状の内面を有する外輪をそのまま使用することもできる。また、内輪の小つば面側形状は、従来のものと同一とされる。
【００１１】
この発明の円すいころ軸受によると、円すいころの大端面が円すい面と連続する凸の曲面とされるとともに、内輪の大つば面がこの曲面に対応する凹の曲面とされているので、アキシャル荷重が作用しても前記従来の円すいころ軸受のような円すいころの移動はなく、エッジロードがほとんど発生しない。よって、曲面部における転がり・すべり接触による荷重支持で、トルク低減を可能とするとともに、応力分布が連続していてエッジロードが防止されるので、早期焼き付きや剥離を防止することもできる。また、予圧やすき間の調整も容易に行うことができる。
【００１２】
また、曲面部分は、コーンセンターラインから径方向外側にずれた位置で転がり・すべり接触するため、内輪からの駆動で発生するころ自転回転速度が直線接触部より早くなることになるが、円すいころと内輪軌道の接触ラインが、コーンセンタラインを基準として、ころ小端側では径方向外側に、ころ大端側では径方向内側にあるので、円すいころの小端側部分は早く、同大端側部分では遅く回ることになり、この量を適切に設定することにより、ころ倒れや、ころの公転速度を不均一にする要因を打ち消すことができ、円滑な回転をもたらす最適調製が可能となる。
【００１３】
円すいころの大端面の曲面形状および内輪の大つば面の曲面形状は、両者の接触成分の内のすべり成分を減らして転がり成分が多くなるように、軸受の寸法や使用条件によって適宜設定される。これに伴い、接触角やつばの高さなども適宜変更されることはもちろんである。
【００１４】
ころ大端面の凸の曲面は、上記のように特に限定されないが、好ましくは、球面とされる。曲面を形状が簡単な球面にすることにより、製造上の手間を少なくして上記効果を得ることができる。
【００１５】
また、内輪の大つば面と軌道面との境界部分に、凹所が形成されていることがある。この凹所は、製作上の干渉を防止することを可能とするとともに、潤滑油の溜まり部としても使用可能であり、これにより、上記の効果を維持し、さらに、製作性や潤滑性を向上させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。以下の説明において、左右は、図の左右をいうものとする。
【００１７】
図１に示すこの発明による円すいころ軸受(41)は、外輪(42)、内輪(43)、これらの間に配置された複数の円すいころ(44)、および円すいころ(44)を保持する保持器(45)を有している。
【００１８】
円すいころ(44)は、円すい状の本体部分(51)と、その右端部に設けられた大端面(52)とを有している。円すいころ(44)の大端面(52)は、本体部分(51)の円すい面に連続する凸の曲面とされている。この実施形態では、この曲面は、凸の球面とされている。
【００１９】
内輪(43)は、円すい状の軌道面(53)と、軌道面(53)の左端部に設けられた小つば面(54)と、軌道面(53)の右端部に設けられた大つば面(55)とを有している。大つば面(55)は、円すいころ(44)の大端面(52)の凸の曲面に対応する凹の曲面とされている。この実施形態では、大つば面(55)の断面形状は、軌道面(53)に連続する凹円弧面とされている。
【００２０】
外輪(42)は、円すい軌道面(56)を有している。この実施形態では、円すいころ(44)の大端面(52)の凸の曲面に対応する部分の軌道も円すい状に形成されている。
【００２１】
図１に二点鎖線で示すラインＬ２は、円すい形の頂点が軸受の中心軸上の１点（コーンセンタ）に集まるように設計されている従来の円すいころ軸受におけるコーンセンタを通るラインであり、この発明の円すいころ軸受においては、円すいころ(44)と内輪(43)の軌道面(53)との接触ラインＬ１は、このコーンセンタラインＬ２と点Ｐで交差し、コーンセンタラインＬ２を基準として、ころ小端側では径方向外側に、ころ大端側では径方向内側に位置させられている。
【００２２】
上記のように形成された円すいころ軸受(41)によると、図２に破線のハッチングで示す応力分布を有するように、外輪(42)および内輪(43)と円すいころ(44)とが線接触している。この状態からさらにアキシャル荷重が作用した場合、円すいころ(44)の凸曲面状大端面(52)がこれと対応する凹曲面を有する内輪大つば面(55)に抱きかかえられるように接触するため、円すいころ(44)の軸方向の位置が安定し、内輪軌道面(53)に対して軸方向にほとんど移動しない。よって、同様の応力分布が維持される。こうして、連続した応力分布による転がりで荷重を支持することにより、エッジロードの発生を防止することができる。また、前記凸曲面と凹曲面の接触面では、すべり接触ではなく、すべり成分を大幅に低減した転がり・すべり接触の状態にあるため、トルク損失を大幅に減少した円すいころ軸受(41)を得ることができる。
【００２３】
また、曲面状の大端面(52)は、コーンセンターラインＬ２から径方向外側にずれた位置で転がり・すべり接触するため、内輪(43)からの駆動で発生するころ自転回転速度が本体部分(51)より早くなることになるが、円すいころ(44)と内輪(43)の軌道面(53)との接触ラインＬ１が、コーンセンタラインＬ２を基準として、ころ小端側では径方向外側に、ころ大端側では径方向内側にあるので、円すいころ(44)の小端側部分は早い速度で、同大端側部分は遅い速度で自転することになる。円すいころ(44)と内輪(43)の軌道面(53)との接触ラインＬ１とコーンセンタラインＬ２との交点および交差角度は、変更可能であることから、この値を適切に設定することにより、ころ倒れや、ころの公転速度を不均一にする要因を打ち消すことができ、円滑な回転をもたらす最適調製が可能となる。
【００２４】
図３は、この発明による円すいころ軸受(41)の他の実施形態を示すもので、内輪(43)には、円すい状軌道面(53)と凹曲面状の大端面(55)との間に、製作上の干渉を防止するために環状の凹所（ぬすみ）(58)が形成されている。これ以外の構成は、図１に示した実施形態と同じであり、同じ構成に同じ符号を付してその説明は省略する。
【００２５】
この図３に示した円すいころ軸受(41)によると、同図に破線のハッチングで示す応力分布を有するように、外輪(42)および内輪(43)と円すいころ(44)とが線接触している。内輪(43)に形成されている環状凹所(58)によって、内輪(43)のその部分の応力はゼロになっているが、全体の応力分布については、図２のものとほぼ同様である。この状態からさらにアキシャル荷重が作用した場合、第１の実施形態と同様に、円すいころ(44)の凸曲面状大端面(52)がこれと対応する凹曲面を有する内輪大つば面(55)に抱きかかえられるように接触するため、軸方向の位置が安定し、内輪軌道面(53)に対して軸方向にほとんど移動しない。よって、同様の応力分布が維持される。こうして、エッジロードの発生を防止することができるとともに、トルク損失を大幅に減少した円すいころ軸受(41)を得ることができ、しかも、円すいころ(44)と内輪(43)の軌道面(53)との接触ラインＬ１とコーンセンタラインＬ２との交点および交差角度を変更することにより、円滑な回転をもたらす最適調製も可能となる。内輪(43)に形成されている環状凹所(58)は、潤滑油の溜まり部として使用可能であり、こうして、連続した応力分布による転がりで荷重を支持することによるトルク損失の減少に加えて、潤滑性にも優れた円すいころ軸受(41)を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の円すいころ軸受の実施形態を示す上半部の縦断面図である。
【図２】図２は、この発明の円すいころ軸受の応力分布を示す図である。
【図３】図３は、この発明の円すいころ軸受の他の実施形態を示す図２に対応する図である。
【図４】図４は、従来の円すいころ軸受の応力分布を示す図である。
【符号の説明】
(41) 円すいころ軸受
(42) 外輪
(43) 内輪
(44) 円すいころ
(52) 大端面
(55) 大つば面
(58) 環状凹所
Ｌ１ 接触ライン
Ｌ２ コーンセンタライン
Claims (3)
- 外輪、内輪およびこれらの間に配置された複数の円すいころを有する円すいころ軸受において、
円すいころの大端面が円すい面と連続する凸の曲面とされ、内輪の大つば面がこの曲面に対応する凹の曲面とされ、円すいころと内輪軌道の接触ラインが、コーンセンタを通るラインを基準として、ころ小端側では径方向外側に、ころ大端側では径方向内側にあることを特徴とする円すいころ軸受。 - ころ大端面の凸の曲面は、球面である請求項１の円すいころ軸受。
- 内輪の大つば面と軌道面との境界部分に、凹所が形成されている請求項１または２の円すいころ軸受。
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