JP4730299B2 - 円錐ころ軸受 - Google Patents
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Description
その中で、円錐ころ軸受の回転トルクを低減する方法として、円錐ころの転動面や内外輪の軌道面にクラウニングを施して転がり摩擦を低減する方法がある。
このような方法として、例えば、特開2003−130059号公報に記載されているように、軌道面を円弧クラウニング形状とすることで回転トルクの低減化を図る方法や、特開2001−65574号公報に記載されているように、ころの転動面とそれに接する軌道面とに対数曲線に近似させたクラウニング形状とする方法が提案されている。
全クラウニング量(=外輪クラウニング量+内輪クラウニング量+ころクラウニング量×2)が50μm以上、
外輪クラウニング率(=外輪クラウニング量/全クラウニング量)が40%以上、
ころクラウニング率(=(ころクラウニング量×2)/全クラウニング量)が20%以下であることを特徴としている。
図中、本実施形態に係る円錐ころ軸受1は、外周に円錐面からなる内輪軌道面11を有する内輪10と、内周に円錐面からなる外輪軌道面21を有する外輪20と、外周に円錐面からなる転動面31を有するとともに両軌道面11,21の相互間に転動自在に配置された複数の円錐ころ30と、この複数の円錐ころ30を周方向に所定の間隔で保持している保持器40とを備えている。そして、内輪軌道面11、外輪軌道面21、及び転動面31には、本発明の特徴的構成であるクラウニングが施されている。
LRI=SK/cosβ−(L1+L2) ・・・(1)
なお、内輪クラウニングの形状は、図2に示すような円弧を上底とする台形的形状のみならず、単一の円弧形状の他、複数の円弧で形成される形状や、対数クラウニング、楕円クラウニング等、全ての種類のクラウニング形状であってもよく、これらの全てのクラウニング形状において上述のクラウニング量の考え方が適用できる。
なお、軌道長さ(転動面長さ)の範囲において複数の形状を組み合わせてなるクラウニングを複合クラウニングといい、軌道長さの範囲において単一の円弧形状からなるクラウニングをフルクラウニングという。
図3(a)は、内輪軌道面11にフルクラウニングを施した内輪10の軸方向の断面における輪郭を示した図である。図において、軌道長さLRIは、図2の(a)の場合における式(1)と同様であり、
LRI=SK/cosβ−(L1+L2)
である。
CRI=RCI−{RCI2−(LRI/2)2}1/2 ・・・(2)
LWR=L/cos(γ/2)−(S1+S2) ・・・(3)
なお、上式(3)中S1,S2は、軸受のサイズによって一定の値が定められる。
本発明者らは、このクラウニング円弧中心点C1と中点C2との距離寸法をころクラウニング量CRとした。そして、図のようにクラウニング円弧の半径をRCとすると、ころクラウニング量CRは、下記式(4)により求められる。
CR=RC−{RC2−(LWR/2)2}1/2 ・・・(4)
LRO=SB/cosα−(T1+T2) ・・・(5)
尚、上式(5)中、T1,T2は、軸受のサイズによって一定の値が定められる。
本発明者らは、このクラウニング円弧中心点C1と中点C2とで定まる距離寸法を外輪クラウニング量CROとした。そして、図のようにクラウニング円弧の半径をRCOとすると、外輪クラウニング量CROは、下記式(6)により求められる。
CRO=RCO−{RCO2−(LRO/2)2}1/2 ・・・(6)
なお、フルクラウニングを施した円錐ころ30及び内外輪10,20に対して、上述した一般的なクラウニングの考え方に基づきクラウニング量を算出することができるのはもちろんである。すなわち、図2において長さLRI’を求めたのと同様に、円錐ころ30の場合はLWRに対するLWR’を、また、外輪20の場合は、LR0に対するLR0’を、それぞれ導出すればよい。このようにして一般的なクラウニングの考え方に基づき求めたクラウニング量は、フルクラウニングの考え方(図4,図5)に基づき求めた値とほぼ一致する。
全クラウニング量=外輪クラウニング量+内輪クラウニング量+ころクラウニング量×2 ・・・(7)
外輪クラウニング率=外輪クラウニング量/全クラウニング量 ・・・(8)
ころクラウニング率=ころクラウニング量×2)/全クラウニング量 ・・・(9)
内輪クラウニング率=内輪クラウニング量/全クラウニング量 ・・・(10)
本試験に供した円錐ころ軸受としては、その全クラウニング量及び各クラウニング率が種々異なる値に設定された図1に示す構成の円錐ころ軸受(JIS30306相当品)を多数用意し、これらの回転トルクを実験的に測定した。
円錐ころ軸受の回転トルクの測定方法としては、例えば軸受試験装置を用い、実施例品である円錐ころ軸受を試験装置に設置した後、内外輪の一方を回転させ、内外輪の他方に作用する回転トルクを測定した。試験条件としては、潤滑油にディファレンシャル装置用ギヤオイルを用い、擬似的な与圧負荷としてアキシャル荷重4kNを与え、回転速度300rpm,2000rpmの2種類の回転速度で行った。
上述のようにして、全クラウニング量及び各クラウニング率が種々異なる値に設定された円錐ころ軸受のそれぞれについて、回転トルクを測定した。そして、前記全クラウニング量及び各クラウニング率と回転トルクとの関係を把握することで、回転トルクを低減させる値の範囲を特定した。
なお、上記全クラウニング量は、100μmを超えると、円錐ころ及び内外輪に過大なクラウニングが施されることになり、円錐ころが安定して転動できなくなる恐れがある。従って、全クラウニング量は、100μm以下であることが好ましい。
また、ころクラウニング率が0%の場合、外輪クラウニング率及び内輪クラウニング率が上記所定の値の範囲であれば、回転トルク低減の効果は得られる。従って、ころクラウニング率は、0%以上、20%以下の範囲で設定されればよい。
また、内輪クラウニング率は、外輪クラウニング率が40%以上施されることから、60%以下であることが好ましい。
つまり、上記検証試験の結果によれば、円錐ころ30の転動面及び内外輪の軌道面に施された各クラウニングの全クラウニング量、外輪クラウニング率、及びころクラウニング率を上記条件とすることで、内外輪と円錐ころとの間の転がり粘性抵抗が低減されていると解される。
すなわち、本実施形態に係る円錐ころ軸受1によれば、上述のように、円錐ころ30と内外輪10,20との間の転がり粘性抵抗を低減させることができ、これらの転がり摩擦を低減できる。その結果、円錐ころ軸受1としての回転トルクを低減することができる。
特に、ディファレンシャル装置等の車両用ピニオンギヤ軸支持装置では、比較的高粘度のギヤ用潤滑油で軸受の潤滑が行われるため、これに用いられる軸受の転がり粘性抵抗は大きくなる傾向にある。従って、本発明による円錐ころ軸受をピニオンギヤ軸支持装置に用いることで、その回転トルク低減効果は顕著に現れる。
その結果、上記実施例品に係る円錐ころ軸受では、比較例品に係る円錐ころ軸受と比較して、その回転トルクを概ね55%低減できることが確認できた。
Claims (2)
- クラウニングが施された外輪軌道面を有する外輪と、クラウニングが施された内輪軌道面を有する内輪と、クラウニングが施された転動面を有するとともに前記両軌道面の相互間に転動自在に配置された複数の円錐ころとを備え、
全クラウニング量(=外輪クラウニング量+内輪クラウニング量+ころクラウニング量×2)が50μm以上、
外輪クラウニング率(=外輪クラウニング量/全クラウニング量)が40%以上、
ころクラウニング率(=(ころクラウニング量×2)/全クラウニング量)が20%以下であることを特徴とする円錐ころ軸受。 - 内輪クラウニング率(=内輪クラウニング量/全クラウニング量)が10%以上である請求項1記載の円錐ころ軸受。
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