JP4215389B2 - 自動調心ころ軸受 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、自動調心ころ軸受（Pendelrollenlager）であって、対称的なころを備えた２つのころ列と、湾曲された１つの外側転動軌道を備えた外レースと、湾曲された２つの内側転動軌道を備えた内レースと、ころの間に設けられていて円形リング円板として形成されたガイドリングとが設けられている形式のものに関する。
【０００２】
回転する部分における半径方向及び／又は軸線方向の負荷を伝達するために働く転がり軸受は、その転動体の形状に応じて玉軸受ところ軸受とに区別される。ころ軸受においてはさらに、円筒ころ軸受、球面ころ軸受、ニードル軸受、円錐軸受及び自動調心ころ軸受の区別がある。自動調心ころ軸受は、球面状のころを備えた２つのころ列を有しており、この場合ころのころ軸線は軸受軸線に対して傾けられている。外側転動軌道は中空球形状であるので、ころは整合エラー時及び所属の軸の撓み時に外レース転動軌道において自動調心されることができる。転動軌道の形状もしくは経過は、多くの場合極めてぴったりと、ころの形状もしくは経過に合わせられている。自動調心ころ軸受の種々様々な構成は、自動調心ころ軸受自体の寸法並びにころの寸法及び形状において異なっている。例えば対称的に構成されたころや非対称的に構成されたころが存在する。さらに、つば（Bord）を備えた構成及びつばを有していない構成も存在する。
【０００３】
ここ半世紀にわたって自動調心ころ軸受が使用されている。自動調心ころ軸受はその高い支持能力に基づいてその利点を証明されており、急激な大きな力を受け止めることが望まれている場所や所属の軸の整合エラーや撓みが考慮されねばならない場所において、至る所で使用されている。主要な使用領域としては、重い転動兼支持ころ（Lauf- und Stuetzrolle）、船舶用転動軸（Schiffslaufwelle）及びラダーポスト、砕石機、クランク軸、伝動装置、振動ふるい、圧延機並びに粉砕機が挙げられる。多くの使用領域が存在することに基づいて、自動調心ころ軸受の何十年にもわたる使用中に、構造的な変更によって支持能力をさらに高めることや製造コストを減じることが、繰り返し試みられている。例えば、内レースと堅固に結合された中央つば（Mittelbord）を用いる代わりに、ルーズなガイドリングを用いてころをガイドすることや、又は特別なガイドを完全に省くことが試みられた。後者の場合、ころのガイドは単にケージによって実現されている。通常このようなケージは、１つのころ列の個々のころを互いに均一な間隔をおいて保持するという課題、ひいては個々のころの相互の接触を阻止するという課題を有している。しかしながら自動調心ころ軸受では、負荷を受けると、両ころ列のころが互いに向かって接近運動するので、ころのガイドが付加的に中央つば又はガイドリングによって引き受けられるようになっていないと、ケージの摩耗が生じる。
【０００４】
自動調心ころ軸受において堅固な中央つば又はルーズなガイドリングが使用される場合には常に、従来の技術ではこの中央つばもしくはガイドリングは台形の横断面を有している。例えば既に１９３７年に公開されたドイツ連邦共和国特許第６４４１８１号明細書の図２及び図３に基づいて公知の自動調心ころ軸受では、ころを案内するためのルーズなガイドリングが使用されている。この場合台形のガイドリングの幅は、ころが自動調心ころ軸受の側部に向かって押圧されるような大きさである。また既に１９５６年に公開された米国特許第２７４０６７５号明細書に基づいて公知の自動調心ころ軸受では、両ころ列のころの間に、内レースにルーズに配置された台形のガイドリングが設けられている。種々異なった半径方向負荷において最適な摩擦特性を得るために、ガイドリングの幅は正確に、両ころ列のころの間における間隔に相当している。ドイツ連邦共和国特許第６４４１８１号明細書に開示された自動調心ころ軸受においても米国特許第２７４０６７５号明細書に開示された自動調心ころ軸受においても、ガイドリングは、両ころ列のころの間における間隔を保証し、かつころの傾斜を阻止するという課題を有している。また米国特許第５５８６８２６号明細書に基づいて公知の、台形のガイドリングを備えた自動調心ころ軸受では、ころの特別な構成によって摩擦を減じることが達成されている。
【０００５】
本発明の課題は、高い支持能力を備えており、一方では簡単にひいては安価に製造することができ、かつ他方では高負荷時にも小さな摩擦しか有しておらず、その結果高回転数が可能であり、かつ長い耐用寿命が保証されている自動調心ころ軸受を提供することである。
【０００６】
この課題を解決するために本発明による自動調心ころ軸受では、冒頭に述べた形式の自動調心ころ軸受において、ガイドリングが方形の横断面を有しており、ガイドリングの横断面中心線が、軸受軸線に対して平行に延びているようにした。
【０００７】
台形に形成されたガイドリングに対する、方形の横断面を備えたガイドリングの利点としては、まず初めに、このようなガイドリングが特に簡単にひいては有利に製造できるということが挙げられる。さらに別の利点としては、両ころ列のころの間において常に等しい間隔が保証されている、ということが挙げられる。
【０００８】
上に記載の処置との関連において、本発明による自動調心ころ軸受のさらに有利な構成では、ガイドリングは、ころに軸方向においてプレロードをかけるように、寸法設定されている。つまりガイドリングによってころには、ころ軸線に対して鋭角を成して力が加えられ、これによってころと外側転動軌道及び内側転動軌道との間における接触ポイントのシフトが生ぜしめられる。内側転動軌道ところとの間における圧力楕円（Druckellipsen）は、本発明による自動調心ころ軸受の端面に向かってシフトされる。このようなプレロード（Ｖorspannung）がかけられていないと、ころは外側転動軌道及び内側転動軌道に、その最大直径の箇所において接触し、その結果力作用線：内レースもしくは内側転動軌道−ころ及びころ−外レースもしくは外側転動軌道は、ころを傾斜させることになる。プレロードによって生ぜしめられる接触ポイントのシフトによって、力作用線：内レースもしくは内側転動軌道−ころ及びころ−外レースもしくは外側転動軌道は、角度を成して位置することになり、これによってころの傾斜は減じられる。
【０００９】
本発明による自動調心ころ軸受の別の有利な構成では、ガイドリングが、自体公知のように、ルーズなガイドリングとして形成されている。つまりこの場合ガイドリングは内レースに沿って案内されているが、内レースとは結合されていない。このように構成されていると、必要とあらば、ガイドリングのために内レースとは異なる材料を容易に使用することができる。ルーズなガイドリングの別の利点としては特に、ガイドリング速度の周方向成分がガイドリングが一緒に回動することによって補償もしくは相殺される、つまり０になる、ということが挙げられる。
【００１０】
本発明による自動調心ころ軸受の別の特に有利な構成では、ころの、ガイドリングに向けられた端面が、ころの端面とガイドリングとの間において点接触部しか存在しないように、構成されており、この場合有利には、ころの端面とガイドリングとの間の点接触部が、ころ軸線から最大ころ直径の約５０％〜７５％の間隔をおいて位置している。ころの、ガイドリングに向けられた端面が、ころの端面とガイドリングとの間において点接触部しか存在しないように、構成されている処置は、種々様々な態様において実現することが可能であり、つまりころの、ガイドリングに向けられた端面が、凸面状に湾曲されていることによってか、又はころの、ガイドリングに向けられた端面に、面取り部が設けられていることによって、実現可能である。
【００１１】
上に述べたように構成することによって、ころが許容範囲内で傾斜した場合でも、ころの端面の縁部がガイドリングと接触することはなく、その結果ころの端面の縁部における「食いつき」もしくは「ひっかかり」が阻止される。
【００１２】
本発明による自動調心ころ軸受のその他の有利な構成については、請求項２以下及び図示の実施例に関連して記載されている。
【００１３】
次に図面を参照しながら、本発明による自動調心ころ軸受の実施例を説明する。
【００１４】
図１には、自動調心ころ軸受１の半部が軸線を含む断面図で示されている。この自動調心ころ軸受１は、対称的なころ２，３を備えた２つのころ列から成っており、これらのころ２，３は湾曲した１つの外側転動軌道５を備えた外レース４と、湾曲した２つの内側転動軌道７，８を備えた内レース６との間に設けられている。両方のころ列の両方のころ２；３の間にはガイドリング９が設けられており、このガイドリング９は、円形リング円板として形成されていて、方形の横断面を有している。ガイドリング９の横断面中心線１０は軸受軸線１１に対して平行に延びている。それに対してころ２；３のころ軸線１２，１３は軸受軸線１１に対して角度を成して延びている。この角度は軸受押圧角度（Lagerdruckwinkel）と呼ばれ、自動調心ころ軸受では典型的には４°〜１８°の値を有している。
【００１５】
図示の実施例ではガイドリング９は、ころ２，３が軸方向においてプレロードをかけられる（vorspannen）ように、寸法設定されている。つまりガイドリングによってころ２，３には力が、ころ軸線１２，１３に対して鋭角を成して加えられる。これによってころ２，３と外側転動軌道５及び内側転動軌道６，７との間における接触ポイントのシフトが生ぜしめられ、すなわち内側転動軌道６，７ところ２，３との間における圧力楕円（Druckellipsen）は、本発明による自動調心ころ軸受１の端面に向かってシフトされる。接触ポイントもしくは圧力楕円のシフトによって、力作用線、つまり外レース４もしくは外側転動軌道５−ころ２，３及びころ２，３−内レース６もしくは内側転動軌道７，８の力作用線は、角度を成して位置することになり、これによってころ２，３の傾斜（Schraenken）は減じられる。
【００１６】
図示の実施例ではさらにガイドリング９がルーズに形成されており、つまりガイドリング９は確かに内レース６においてガイドされるが、しかしながら軸受軸線１１に対して垂直に外レース４に向かって移動することができる。ガイドリング９がルーズに形成されていることによって、必要とあらば容易にガイドリング９のために内レース６のための材料とは別の材料を使用することができる。ルーズなガイドリング９には特に次のような利点、すなわちガイドリング速度の周方向成分がガイドリング９の一緒の回転によって補償され、つまり０になる、という利点がある。
【００１７】
実施例において実現される下記の別の手段は特に大きな意味がある。すなわち図示の実施例では、ころ２，３の、ガイドリング９に向けられた端面１４は、ころ２，３の端面１４とガイドリング９との間において単に点状の接触だけが存在するように構成されている。この場合ころ２，３の端面１４とガイドリング９との点状の接触部と、ころ軸線１２，１３との間の距離は、最大ころ直径の約５０％〜７５％であると有利である。
【００１８】
ころ２，３の、ガイドリング９に向けられた端面１４を、ころ２，３の端面１４とガイドリング９との間において単に点状の接触部だけが存在するように、構成する手段は、種々様々な形態で実現することができる。例えば、ころ２，３の、ガイドリング９に向けられた端面１４を、凸面状に湾曲させて構成することが可能である。他の可能性を実現する図示の実施例では、ころ２，３の、ガイドリング９に向けられた端面１４に、面取り部（Fase）１５が設けられている。この場合ころ２，３の本来の端面１４から各面取り部１５への移行部は、有利には丸く形成されているかもしくは切削されており、つまりこの移行部は鋭角的ではない。
【００１９】
面取り角度１６、つまりころ２，３の本来の端面１４と面取り部１５との間における角度は、有利には、運転に応じて調節される軸受押圧角度（Lagerdruckwinkel）よりも約１.５°大きい。その結果、図２に示されているように、ころ２，３とガイドリング９との間、正確にはころ２，３の端面とガイドリング９との間には、常に、面取り角度１６と軸受押圧角度との差として生じる開放角度１７が存在している。この開放角度１７によって、ころ２，３の端面１４とガイドリング９との間には静止状態においては常に点接触しか生ぜず、運転に応じてつまり運転に応じて相対運動が発生する場合には、線接触しか生じないことが保証される。さらに開放角度１７によって描かれる間隙、つまりガイドリング９ところ２，３との間の間隙は、潤滑膜を形成及び維持するために利用することができる。
【００２０】
図３には、ころ２，３の端面１４とガイドリング９との間における接触状況が平面図で示されている。傾斜角度１８を中心にしたころ２，３の傾斜時にも、ころ２，３の端面１４の縁部１９とガイドリング９とは接触しないので、その結果ころ２，３の端面１４の縁部１９における食いつきもしくはひっかかり（Fressen）は排除されている。このことは、図３においてころ３のポジション（一点鎖線参照）によって示されている。傾斜角度１８を中心にしたころ３の傾斜によって、ころ３の端面１４の中心点は、その本来の位置からほんの少しだけ移動するが、これによって自動調心ころ軸受１の転動特性に問題になるような影響が与えられることはない。特に、ころ３の縁部１９がガイドリング９と接触することはない。そしてこれによってころ３の損傷が発生することはなく、ひいては自動調心ころ軸受１の耐用寿命が全体として高められる。
【００２１】
以下に記載の処置を一緒に実現することは、本発明による自動調心ころ軸受１のための大きな意味がある：
ａ）方形の横断面を備えたガイドリング９、
ｂ）ころ２，３が軸方向においてプレロードをかけられるような、ガイドリング９の寸法設定、
ｃ）ころ２，３の端面１４とガイドリング９との間において単に点接触だけが存在するような、ころ２，３の、ガイドリング９に向けられた端面１４の構成。
【００２２】
実験によれば次のような結果が得られた。すなわち上に記載の処置を一緒に実現した場合に、本発明による自動調心ころ軸受１において生じる摩擦は、比較可能な公知の自動調心ころ軸受において生じる摩擦に比べて、約３０％〜５０％減じられた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による自動調心ころ軸受の半部を示す縦断面図である。
【図２】 図１に示された自動調心ころ軸受の、ころとガイドリングとの間における移行部を拡大して示す断面図である。
【図３】 図１に示された自動調心ころ軸受の、ころとガイドリングとの間における接触部の状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 自動調心ころ軸受
２，３ ころ
４ 外レース
５ 外側転動軌道
６ 内レース
７，８ 内側転動軌道
９ ガイドリング
１０ 横断面中心線
１１ 軸受軸線
１２，１３ ころ軸線
１４ 端面
１５ 面取り部
１６ 面取り角度
１７ 開放角度
１８ 傾斜角度
１９ 縁部

Claims (9)

1. 自動調心ころ軸受であって、対称的な球面状のころ（２，３）を備えた２つのころ列と、湾曲された１つの外側転動軌道（５）を備えた外レース（４）と、湾曲された２つの内側転動軌道（７，８）を備えた内レース（６）と、ころ（２，３）の間に設けられていて円形リング円板として形成されたガイドリング（９）とが設けられており、さらに外レース（４）の外側転動軌道（５）の形状及び内レース（６）の内側転動軌道（７，８）の形状が、ころ（２，３）の球面状の形状に合わせられている形式のものにおいて、ガイドリング（９）が方形の横断面を有しており、ガイドリング（９）の横断面中心線（１０）が、軸受軸線（１１）に対して平行に延びており、しかもガイドリング（９）が、ころ（２，３）に軸方向においてプレロードをかけるように、寸法設定されていることを特徴とする自動調心ころ軸受。
2. ガイドリング（９）がルーズに形成されている、つまり内レース（６）と結合されていない、請求項１記載の自動調心ころ軸受。
3. ころ（２，３）の、ガイドリング（９）に向けられた端面（１４）が、ころ（２，３）の端面（１４）とガイドリング（９）との間において点接触部しか存在しないように、構成されている、請求項１又は２記載の自動調心ころ軸受。
4. ころ（２，３）の、ガイドリング（９）に向けられた端面（１４）と、ガイドリング（９）との間の点接触部が、ころ軸線（１２，１３）から最大ころ直径の約５０％〜７５％の間隔をおいて位置している、請求項３記載の自動調心ころ軸受。
5. ころ（２，３）の、ガイドリング（９）に向けられた端面（１４）が、凸面状に湾曲されている、請求項３又は４記載の自動調心ころ軸受。
6. ころ（２，３）の、ガイドリング（９）に向けられた端面（１４）に、面取り部（１５）が設けられている、請求項３又は４記載の自動調心ころ軸受。
7. 面取り部（１５）の面取り角度（１６）が軸受押圧角度とは異なっている、請求項６記載の自動調心ころ軸受。
8. 面取り部（１５）の面取り角度（１６）が、運転に応じて調節される軸受押圧角度よりも０.３°〜５°だけ大きい、請求項７記載の自動調心ころ軸受。
9. 面取り部（１５）の面取り角度（１６）が、運転に応じて調節される軸受押圧角度よりも約１.５°だけ大きい、請求項７記載の自動調心ころ軸受。

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