JP4513028B2 - 自動調心転がり軸受及び自動調心転がり軸受用保持器 - Google Patents

Description

本発明は、周方向に２つの列をなして設けられる転動体を有する自動調心転がり軸受に関する。

自動調心転がり軸受という概念で表される球面ころ軸受は、ハウジングと軸との間の角度誤差を補償すべき場合に使用される。外レースと内レースとの間に線接触を持つ転動体としてころを使用することにより、この軸受は高荷重に適している。転がり軸受への荷重が小さい場合、転がり接触がないため、ころは軌道面の間で滑る傾向がある。転動体を持つ保持器の回転数は、転がり接触しながら通常状態に減少する。転がり軸受の荷重の衝撃的な増大の際、外レースと内レースとの間に係合する転動体が、数分の１秒以内にすべての他の転動体を持つ保持器全体を正しい回転数まで加速せねばならない。この加速過程は保持器に大きい力を発生する。その結果加速されるころと外レース又は内レースの軌道面との間に生じる滑りは、転動体及び軌道面を損傷する。

前記の問題は、例えば正常運転で転動体が僅かしか負荷されない使用の場合に起こる。荷重が衝撃的に増大すると、自動調心転がり軸受は短時間にピーク荷重を受け、それにより上述した結果が生じる可能性がある。

ドイツ連邦共和国実用新案第８８０３９７０号明細書には、ころ及び玉を転動体として一緒に使用するラジアル転がり軸受が記載されている。最初にあげた自動調心転がり軸受は少なくとも１つの第１列の転動体と第１列の転動体に隣接する第２列の転動体とを備えている。列の各々は、自動調心転がり軸受の中心軸線の周りに周辺に設けられる球面ころの列を持っている。更に自動調心転がり軸受には、１列の玉が設けられている。付加的な玉の列により、ドイツ連邦共和国実用新案第８８０３９７０号明細書による軸受では、負荷容量が高められるようにしている。一連の短時間の荷重増大は、この構成では解消されていない。

従来技術のこのような軸受の玉は、自動調心転がり軸受の運転中に玉が軌道面に点接触するため、運動学的に最適な位置を占めようとする。それにより一般に玉の軸線方向に強制運動が起こる。それにより玉が、特に保持器ポケット内で側方に、強制運動からの力に抗して支持される。その結果玉ポケットにおける高い運転温度及び摩耗を伴って、摩擦が高められる。ポケット内における玉の保持部は危険にさらされ、事情によっては早期に摩耗する。ドイツ連邦共和国実用新案第８８０３９７０号明細書に記載されている保持器は、軸線方向にころ用ポケットの間に設けられる玉ポケットのため、比較的費用をかけてのみ製造される。

従って本発明の課題は、前述した欠点を回避する自動調心転がり軸受及び自動調心転がり軸受用保持器を提供することである。

本発明の課題は、請求項１の対象及び従属請求項による本発明のそれ以外の構成により解決される。自動調心転がり軸受は、少なくとも１つの第１列の転動体及び第１列の転動体に隣接する第２列の転動体を備えている。列の各々が、自動調心転がり軸受の中心軸線の周りに周辺に設けられる玉及び球面ころ又は他の球面状に形成されるころを持っている。周方向にころの各々に球の１つが続くことも考えられる。その代わりに、玉が周方向に２つ又はそれ以外のころにより互いに隔離されている。

玉は軸受のすべての玉に共通な同じ定格直径を持っている。玉の直径の公差内で最小の玉外径は、球面ころの最大外径より大きい。球面ころは、軸受のすべての球面ころに共通な定格直径を持っている。球面ころの定格直径は、球面ころの軸線方向中心位置における球面ころ直径を意味し、この中心位置で理想的な球面ころ軸受の直径が最大である。球面ころの最大外径は、公差内で球面ころの定格直径とは異なる最大直径である。

列毎に軸受中心軸線に対して同心的で中心軸線の周りに環状に玉の中心を通って延びる玉のそれぞれ１つの仮想第１転動接触点と、列毎に中心軸線に対して同心的でころと最大外径の所で交差するころのそれぞれ１つの仮想第２転動接触点が、列の各々において、軸受中心軸線に沿って軸線方向に互いに離れている。両方の列の第１転動接触点の軸線方向相互間隔が、両方の列の第２転動接触点の軸線方向相互間隔より小さいのがよい。それにより玉の第１転動接触点が、中心軸線に沿って、従って軸線方向において第２転動接触点の間に設けられている。互いに隣接する玉列の転動接触面が軸受の横中心面の方向に互いに近づけられているほど、玉への強制力はそれだけ小さくなる。玉と球面ころが周辺で共にそれぞれ１つの列に存在することによって、保持器が一層簡単に製造され、軸受が全体として一層幅狭く従って一層容易にかつ安価に製造される。

玉は軸受の僅かな荷重だけで半径方向荷重を引受ける。軌道面と玉との点接触により、ころと軌道面との線接触におけるより大きいヘルツの押付け力が生じる。小さい荷重で玉との転がり接触における比較的大きい押付け力は、転動体の間に僅かな滑りを生じる。軌道面と転動体との接触における混合摩擦及び固体摩擦が回避される。玉だけが係合し、転動体の全部は係合しないことによって、この効果が大きくなる。従って荷重は少数の転動体に分布し、それにより転動接触部における押付け力が高められる。ころ及び保持器から成るころ環は、玉により僅かな荷重で一緒に滑る。

荷重ピークの瞬間に、最小限に大きくかつ荷重区域にある玉は、その弾性特性に従って、ころが共に負担するまで、弾性変形する。それにより玉との転がり接触において玉及び軌道面の塑性変形を生じる押付け力が軸受に発生するのを防止される。ころ環への衝撃的な加速力は回避される。なぜならば、ころ環はころにより運転回転数にされているからである。玉の定格直径は、ころの最大定格直径のなるべく０．００５％〜０．４％の範囲で、ころの直径より大きい。

本発明は、自動調心転がり軸受の列の少なくとも１つの列のための保持器の構成を考慮している。しかし同時に２つの列を案内する保持器が好んで使用される。保持器はそれぞれ１つの側方開口を有する玉ポケットを持っている。この保持器は櫛形保持器又は二重櫛形保持器としても知られている。ポケットの開口の各々が、列の他方から遠い方にある保持器の側に形成されている。軸受の周方向に開口の接線方向に空いている開口寸法は玉の外径より小さいので、玉は開口の側方でもポケット内に引き止められている。開口は、外から玉を保持器へスナップばめする際にも役立つ。なぜならば、ポケットの周辺で閉じられていないポケットは弾性的に大きく開かれ、それによりスナップばめ力は小さいからである。従ってスナップ棚は、玉を保持器に取付ける際損傷に対して保護されている。

玉ポケットの各々が半径方向外方へ向く縁にそれぞれ１つの棚を持っているのがよい。少なくとも周方向において接線方向に互いに対向しかつ互いに最も大きく離れた棚の部分の間の空いている最大間隔は、ポケット内の玉の外径とポケットにあるできるだけ大きい運動遊隙との和より小さい。運動遊隙は、ポケットと棚より半径方向に下でポケット内にあるそれぞれの玉との間に空いている間隔である。棚は、玉列のピッチ円直径より上で玉を包囲している。棚の部分の間の空いている最大間隔には、ポケット内の玉と棚との間のできるだけ大きい運動遊隙も含まれているので、ポケット内の玉は棚の方へ運動遊隙だけ自由に動けるが、棚により半径方向外方へは止められている。

各玉ポケットの半径方向外方へ向く縁全体が、棚により形成されているのがよい。従って棚は、玉の周りの開口の所にあるポケットの端部から開口の所にあるポケットの対向端部の所まで延びている。

本発明の別の構成によれば、棚はポケットにある玉に面しかつ玉の周辺を開口の所まで部分的に包囲する円筒の内側面部分を持っている。面部分は半径により描かれている。半径に対して直角に向く面部分の高さは、開口から最も遠いポケットの側から開口の方へ増大している。

図１〜１０により、本発明の別の構成及び本発明の実施例が以下に詳細に説明される。

図１には、自動調心転がり軸受の好ましい実施例が示されている。自動調心転がり軸受１は、外レース２、内レース３、及び外レースと内レースとの間に設けられる転動体１１を備えている。転動体１１は玉５及びころ６として形成され、共通な保持器４により案内されている。しかし別の使用において、転動体１１の各列９及び１０を個々に案内する分割保持器も考えられる。

玉５の直径は最小でもころ６より大きい。ころ６及び玉５は、列９及び１０のそれぞれ１つにおいて周方向に交互に設けられているので、列９及び１０の１つにある玉５の各々に、自動調心転がり軸受１の周方向において、ころ６の１つが隣接している。更に第１列９の玉５の各々に、第２列１０の玉５ところ６との間の間隙１２が隣接している。玉５の直径及びころ６の直径を定める際、僅かな軸受荷重では、２つの隣接する玉の間にあるころが転がり接触で両方の軌道面１３及び１４に同時に接触しないように、注意すべきである。第１の小さい軸受荷重では、玉５だけが荷重を負担し、ころ６は負荷されずに転がる。

玉５からころ６への直径差７（図２ａ）を設計する際、最大軸受荷重まで増大する第２の起こり得る自動調心転がり軸受１の軸受荷重において、玉が塑性変形しないように注意すべきである。大きい玉と小さいころ６との間の直径差の実際に起こり得る寸法は、例えば１ｍｍの２００分の１の程度である。

図示しない別の実施例では、２つの玉の間に複数のころが配置されている。この場合注意すべきことは、第１の軸受荷重において軸受の荷重区域にある荷重を負担する玉５の数の減少と共に、自動調心転がり軸受１及びこの自動調心転がり軸受１により支持される軸が、半径方向にますます落ち着かずに回転することに、注意すべきである。

図２ａ及び２ｂには、自動調心転がり軸受１が部分断面で示されている。図２ａには、玉５だけが荷重を負担するほど小さい大きさの第１の軸受荷重において、荷重を負担する玉５が示されている。図２ｂには、第１の軸受荷重において荷重を負担しないころ６の接触が示されている。図では、直径差７が誇張されて大きく、従って寸法通りには示されていない。

図３は、第１列９及び第２列１０の転動体１１を同時に案内する一体の保持器１６を持つ自動調心転がり軸受１５の実施例を示している。転動体列９及び１０の各々は、共通な軌道面１４に沿って転がる。列９及び１０の各々に、それぞれの内レースにある別々の内側軌道面１３が対応している。特に自動調心転がり軸受１５から分離された個別部分としての保持器１６の図及び図４によるポケット１８及び１９の配置からわかるように、第１列９の玉５の各々に、第２列１０のころ９が隣接している。列９及び１０の各々のころポケット１８及び玉ポケット１９は、保持器１６の側方端面に開口２０及び２１を持ち、列の１つ９又は１０の開口２０及び２１は、他方の列１０又は９から遠い方にあるポケット１８及び１９の側に共に形成されている。

図５は、保持器１６、玉５及びころ６を持つ自動調心転がり軸受２２を示している。第１列９及び第２列１０の玉５の仮想転動接触点２３は、軸線方向において、第１列９及び第２列１０のころ６の転動接触点２４の間に設けられている。従って列９又は１０の１つにある転動接触点２３は、同じ列９又は１０にある転動接触点２４に対して、軸線方向に離れている。転動接触点２３は、円環状に形成され、半径方向外方に対して玉５の周りにある外側の転動円２３ａにより、また半径方向内方に対して玉５により包囲される内側の包絡円２３ｂにより区画されている。転動接触点２３は、包絡円２３ｂを通る半径面Ｒ１に対して傾斜している。ころ６の転動接触点２４は、円環状に形成され、半径方向外方に対してころ６の周りにある転動円２４ａにより、また半径方向内方に対してころ６により包囲される内側の包絡円２４ｂにより区画されている。転動接触点２４は、包絡円２４ｂを通る半径面Ｒ_２に対して傾斜している。

図６〜８は、なるべく保持器４及び１６に形成されているような玉ポケット１９の詳細を示している。軸受の中心軸線の周りに周方向において互いに対向しているポケット１９の端部１９ａと１９ｂとの間の接線方向に空いている開口寸法２５は、玉５の直径公差以内で玉５の最小の外径２８より小さい。ポケット１９の半径方向外方へ向く縁１９ｃは、棚２６へ移行している。保持器４，１６の周方向に接線方向において最大で２倍の半径２７により描かれる、互いに対向する面部分２６ａの自由間隔は、半径２９の２倍から成る和より小さい。半径２９は、外径２８と運動遊隙３０との和に等しい。半径２７は、玉５と棚２６との間の運動遊隙３１を一緒に含んでいる。

玉５に面する棚２６の面部分２６ａは、半径２７により描かれている円筒の面部分である。半径２７は、転動接触点２３にあって玉５の中心点３２を通る軸線３１から出ている。立体稜３９と４０との間にあって半径２７に対して直角に向く高さＨ_１，Ｈ_２，Ｈ_３は、開口２１から最も大きく離れている棚２６の側２６ｂから始まって端部１９ａ，１９ｂの方へ、最大高さＨ_ｘまで増大している。棚２６には、半径２９を持つポケットの内面の面部分１９ｄが半径方向内方へ続いている。

図９は、自動調心転がり軸受２９のころ６及び玉５の配置及び大きさ割合の概略的に誇張して示される理想状態を示している。玉寸法の定格寸法から公差以内で玉５のできるだけ小さい外径２８は、ころ寸法の公差以内でころ６のできるだけ大きい外径８より大きい。ころ６及び玉５は、均一なピッチＴで自動調心転がり軸受の周囲に設けられている。それぞれ１つの玉５は、周辺でころ６に隣接している。周辺で順次に続いてころ６により互いに分離される２つの玉の間の間隔３３は、円弧寸法で、ころ６と軌道面１３との間に半径方向間隔３４が残るように小さい。半径方向間隔３４は、荷重区域３６の頂点３５にあるころ６と内側軌道面１３との間に形成されている。荷重区域３６は、頂点３５における数値表示なしにヘルツの押付け力の最高値を示す線３６ａにより概略的に示されている。

図１０では、間隔３７は、本発明とは異なり、玉５の間の円弧寸法で、大きすぎるので、軌道面１３の軸線のたるみ３８のため、及び場合によっては第１軸受荷重を受ける玉５の大きすぎる弾性変形のため、軌道面１３と１４との間の半径方向間隔は、ころ６の直径８に等しいか又はこれより小さい。

自動調心転がり軸受の実施例を部分的に切欠いた全体図で示す。 図１による自動調心転がり軸受の部分断面図を示す。 図１による自動調心転がり軸受の部分断面図を示す。 自動調心転がり軸受の別の実施例を部分断面図で示す。 図３による自動調心転がり軸受の部分図を示す。 自動調心転がり軸受の別の実施例を縦断面図で示す。 本発明の実施例の玉ポケットの構成の詳細を示す。 本発明の実施例の玉ポケットの構成の詳細を示す。 本発明の実施例の玉ポケットの構成の詳細を示す。 球面ころと玉との大きさ比の概略図を示す。 球面ころと玉との大きさ比の概略図を示す。

符号の説明

１ 自動調心転がり軸受
２ 外レース
３ 内レース
４ 保持器
５ 玉
６ 球面ころ
７ 直径差
８ 最大外径
９ 第１列
１０ 第２列
１１ 転動体
１２ 間隙
１３ 内側軌道面
１４ 外側軌道面
１５ 自動調心軸受
１６ 保持器
１７ 外側軌道面
１８ ころポケット
１９ 玉ポケット
１９ａ 端部
１９ｂ 端部
１９ｃ 縁
１９ｄ 面部分
２０ 開口
２１ 開口
２２ 自動調心軸受
２３ 転動接触点
２３ａ 転動円
２３ｂ 包絡円
２４ 転動接触点
２４ａ 転動円
２４ｂ 包絡円
２５ 開口寸法
２６ 棚
２６ａ 面部分
２６ｂ 側
２７ 半径
２８ 最小外径
２９ 半径
３０ 運動遊隙
３１ 軸線
３２ 中心点
３３ 間隔
３４ 間隔
３５ 頂点
３６ 荷重区域
３６ａ 線
３７ 間隔
３８ たるみ
３９ 立体稜
４０ 立体稜

Claims (13)

1. 周方向に２つの列（９，１０）をなして設けられる転動体（１１）を有する自動調心転がり軸受（１，５，２２）であって、第１列（９）及び第２列（１０）の各々が、自動調心転がり軸受（１，５，２２）の中心軸線の周りに設けられる玉（５）及び球面ころ（６）を持ち、前記玉（５）の直径の公差内で最小の玉外径（以下最小外径という）（２８）が、前記球面ころ（６）の軸線方向中心位置における前記球面ころの直径即ち定格直径とは公差内で異なる最大直径（以下最大外径という）（８）より大きく、自動調心転がり軸受（１，５，２２）が、更に前記第１列（９）及び第２列（１０）毎に前記中心軸線に対して同心的で前記玉（５）の中心を通って延びる前記玉（５）のそれぞれ１つの仮想第１転動接触点（２３）と前記第１列（９）及び第２列（１０）毎に前記中心軸線に対して同心的で前記球面ころ（６）と前記最大外径（８）の所で交差する前記球面ころ（６）のそれぞれ１つの仮想第２転動接触点（２４）を持ち、前記第１列（９）及び第２列（１０）の各々において、前記第１転動接触点（２３）が前記中心軸線に沿って前記第２転動接触点（２４）から離れている、自動調心転がり軸受。
2. 前記第１列（９）と前記第２列（１０）の前記第１の転動接触点（２３）の軸線方向相互間隔が、前記第１列（９）と前記第２列（１０）の前記第２の転動接触点（２４）の軸線方向相互間隔より小さく、それにより前記第１転動接触点（２３）が、軸線方向において前記第２転動接触点（２４）の間に設けられている、請求項１に記載の自動調心転がり軸受（１，５，２２）。
3. 第１軸受荷重において、前記玉（５）の前記最小外径（２８）の所で前記玉（５）を包囲する列毎の第１転動円（２３ａ）が、前記球面ころ（６）の前記最大外径（８）の所で前記球面ころ（６）を包囲する列毎の第２転動円（２４ａ）より大きく、第２軸受荷重において、前記第１転動円（２３ａ）と前記第２転動円（２４ａ）が同じ大きさであり、少なくとも前記玉（５）が弾性的に少なくとも半径方向に収縮せしめられ、その際前記第２軸受荷重が前記第１軸受荷重より大きい、請求項１に記載の自動調心転がり軸受（１，１５，２２）。
4. 前記列（９，１０）毎に周方向に前記中心軸線の周りに、前記玉（５）のそれぞれ１つが前記球面ころ（６）の１つに隣接している、請求項１〜３の１つに記載の自動調心転がり軸受（１，１５，２２）。
5. 前記列（９，１０）の各々において、前記玉（５）が前記最小外径（２８）を持ち、前記球面ころ（６）が前記球面ころ（６）の前記最大外径（８）を持ち、前記列（９，１０）の各々において、周辺で順次に続きかつ周辺で前記球面ころ（６）の少なくとも１つにより互いに分離される２つの前記玉（５）間の円弧寸法におけるそれぞれの最大間隔（３３）は、自動調心転がり軸受（１，１５，２２）の内側軌道面（１３）と自動調心転がり軸受（１，１５，２２）の外側軌道面（１４）との間の最高の第１軸受荷重から成る荷重区域（３５）の頂点（３５）に、前記球面ころ（６）の前記最大外径（８）より大きい半径方向間隔（３４）が残るほど、少なくとも小さく、前記転動体（１１）が半径方向に両方の前記軌道面（１３，１４）の間に設けられている、請求項３に記載の自動調心転がり軸受（１，１５，２２）。
6. 保持器（４，１６）を有し、前記第１列（９）及び前記第２列（１０）が前記保持器（４，１６）内に一緒に案内されている、請求項１又は３又は５に記載の自動調心転がり軸受（１，１５，２２）。
7. 保持器（１６）を有し、前記第１列（９）及び前記前記第２列（１０）が前記保持器（１６）内に一緒に案内され、前記第１列（９）の前記玉（５）に前記第２列（１０）の前記球面ころ（６）がそれぞれ隣接している、請求項１又は３又は５に記載の自動調心転がり軸受（１５，２２）。
8. 保持器（４）を有し、前記第１列（９）及び前記第２列（１０）が前記保持器（４）内に一緒に案内され、前記第１列（９）の前記玉（５）に、前記第２列（１０）において前記球面ころ（６）と前記玉（５）との間の周辺間隙（１２）がそれぞれ隣接している、請求項１又は３又は５に記載の自動調心転がり軸受（１）。
9. 請求項１に記載の自動調心転がり軸受（１，１５，２２）の前記列（９，１０）の少なくとも一方のための保持器（４，１６）であって、前記保持器がそれぞれ１つの側方開口（２１）を有する玉ポケット（１９）を持ち、前記開口（２１）の各々が、前記列（９，１０）の他方から遠い方にある前記保持器（４，１６）の側に形成され、接線方向に空いている開口寸法（２５）が前記玉（５）の前記最小外径（２８）より小さい、保持器。
10. 前記玉ポケット（１９）の各々の半径方向外方へ向く縁（１９ｃ）にそれぞれ１つの棚（２６）を有し、少なくとも周方向において接線方向に互いに対向しかつ互いに最も大きく離れた前記棚（２６）の部分の間の空いている最大間隔が、前記玉ポケット（１９）内の前記玉（５）の最小外径（２８）と前記棚（２６）より半径方向に下で前記玉ポケット（１９）とそれぞれ前記玉（５）との間の前記玉ポケット（１９）の方向に空いているできるだけ大きい自由運動遊隙（３０）との和より小さい、請求項９に記載の保持器。
11. 前記玉ポケット（１９）の各々の前記縁（１９ｃ）が、前記開口（２１）の所まで延びる前記棚（２６）により形成されている、請求項１０に記載の保持器（４，１６）。
12. 前記棚（２６）が、前記玉ポケット（１９）内の前記玉（５）に面しかつ前記玉（５）を前記開口（２１）の所まで部分的に包囲する円筒の内側面部分（２６ａ）を持ち、この面部分（２６ａ）が半径（２７）により描かれている、請求項１１に記載の保持器（４，１６）。
13. 前記保持器の前記面部分（２６ａ）が２つの立体稜（３９，４０）により区画され、これらの立体稜が前記玉ポケット（１９）内の前記玉（５）に面し、かつ前記玉（５）を部分的に前記開口（２１）の所まで包囲し、前記立体稜（３９，４０）が、前記開口（２１）の所で、前記半径（２７）に対し直角に見て、互いに最も大きく離れており、前記半径（２７）に対し直角に見て、前記開口（２１）からの間隔の増大と共に互いに近づく、請求項１２に記載の保持器。

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