JP4920238B2

JP4920238B2 - 円すいころ軸受

Info

Publication number: JP4920238B2
Application number: JP2005310190A
Authority: JP
Inventors: 和慶原田; 智也坂口
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-10-25
Filing date: 2005-10-25
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2025-10-25
Also published as: WO2007049389A1; CN101297124B; CN101297124A; EP1950434A1; EP1950434A4; US20090162001A1; DE602006018987D1; US7934873B2; EP1950434B1; JP2007120540A

Description

本発明は、円すいころ軸受に関し、特に、保持器と軌道面との接触が許容された円すいころ軸受に関する。

転がり軸受の分野においては、一般的に、負荷容量を向上させる手法として、転動体の数を増加させる方法が知られている。転動体の数を増加させる場合、転動体の周方向間隔が狭くなる。これに対し、保持器の直径を拡大することで、該保持器の周方向幅を比較的広くして、保持器の剛性を確保することができる。したがって、保持器剛性の向上という観点からは、保持器と軌道面（外輪／内輪）との隙間をできるだけ小さくすることが望ましい。

運転中での保持器と外輪軌道面との接触を許容した軸受としては、たとえば、特開２００５−１８８７３８号公報（特許文献１）に記載されたものなどが挙げられる。
特開２００５−１８８７３８号公報

運転中に保持器が軌道輪に接触する円すいころ軸受においては、両者の干渉により保持器の挙動が変化し、これに応じて、ころと保持器の干渉パターンも変化する。したがって、保持器と軌道輪とが接触し得ない円すいころ軸受と比較して、ころ−保持器間の干渉力が急激に増大する場合がある。このことは、保持器の強度を確保する観点から、好ましくない。

これに対し、特許文献１においては、保持器と軌道輪との隙間の下限については全く開示されていない。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ころ−保持器間の干渉力の増大が抑制された円すいころ軸受を提供することにある。

本発明に係る円すいころ軸受は、１つの局面では、内輪と外輪とを含む軌道輪と、内輪と外輪との間を転がる転動体と、転動体を保持するポケット部を有し、外輪の近傍に位置する保持器とを備える。ここで、保持器が中立位置にあるときの該保持器と外輪との径方向の隙間δと、ポケット部に保持された転動体と保持器との径方向の隙間δ_prと、ポケット部に保持された転動体と保持器との周方向の隙間δ_pcとが、
δ_pr＞δ_pc，かつ，−２≦（δ−δ_pr）／（δ_pr−δ_pc）≦０
の関係を満たしている。

本発明に係る円すいころ軸受は、他の局面では、内輪と外輪とを含む軌道輪と、内輪と外輪との間を転がる転動体と、転動体を保持するポケット部を有し、内輪の近傍に位置する保持器とを備える。ここで、保持器が中立位置にあるときの該保持器と内輪との径方向の隙間δと、ポケット部に保持された転動体と保持器との径方向の隙間δ_prと、ポケット部に保持された転動体と保持器との周方向の隙間δ_pcとが、
δ_pr＞δ_pc，かつ，−２≦（δ−δ_pr）／（δ_pr−δ_pc）≦０
の関係を満たしている。

上述した関係が満たされることにより、円すいころ軸受において、ころ−保持器間の干渉力が増大することが抑制され、保持器の寿命低下が防止される。

なお、本願明細書において、「保持器と外輪／内輪との隙間δ」とは、保持器と外輪／内輪との最小の隙間を意味する。また、「保持器の中立位置」とは、（Ａ）ころの転動面と内輪軌道面とが接触し、かつ、（Ｂ）ころの転動面と外輪軌道面とが接触し、かつ、（Ｃ）ころ大端面と内輪大つば面とが接触し、かつ、（Ｄ）ころ大端面と保持器ポケット部とが接触する条件下で、保持器の中心と軸受の軸心とが一致する位置を意味する。また、「転動体と保持器との径方向の隙間δ_pr／周方向の隙間δ_pc」とは、外輪、内輪および一個の転動体が上記（Ａ）〜（Ｄ）の条件を満足する位置に固定されたまま、保持器のみを径方向すなわちその転動体への方向およびこれに直交する周方向に動かした場合における、それぞれの方向での移動可能距離を意味する。

上記円すいころ軸受において、１つの例として、保持器は金属により構成される。
ころ−保持器間の干渉力は、保持器が樹脂により構成される場合と比較して、保持器が金属により構成される場合に大きくなる。これに対し、上記円すいころ軸受においては、上述した関係が満たされることにより、保持器が金属により構成される場合でも、ころ−保持器間の干渉力の増大を抑制することができる。

本発明によれば、円すいころ軸受において、ころ−保持器間の干渉力が増大することが抑制され、保持器の寿命低下が防止される。

以下に、本発明に基づく円すいころ軸受の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る円すいころ軸受を示した断面図である。図１において、矢印ＤＲ１は軸受の径方向を示し、矢印ＤＲ２は軸受の軸方向を示す。図１を参照して、本実施の形態に係る円すいころ軸受は、「転動体」としてのころ１と、ころ１を保持するポケット部を有する保持器２と、「軌道輪」としての外輪３および内輪４とを含んで構成される。ころ１は、外輪３と内輪４との間を転がる。保持器２は、たとえば鉄により構成される。そして、保持器２は、外輪３の近傍に配設される。

なお、図１においては、
（Ａ）ころ１の転動面と内輪４の軌道面とが接触し、かつ、
（Ｂ）ころ１の転動面と外輪３の軌道面とが接触し、かつ、
（Ｃ）ころ１の大端面と内輪大つば面とが接触（図１中のα部）し、かつ、
（Ｄ）ころ１の大端面と保持器２の大径側ポケット部とが接触（図１中のβ部）している。（Ａ）〜（Ｄ）が満たされる条件下で、保持器の中心と軸受の軸心とを一致させた場合、保持器２と外輪３との径方向の隙間はδである。

図２は、図１に示される円すいころ軸受における、保持器２のポケット部ところ１との隙間を説明する図である。図２において、矢印ＤＲ３は軸受の周方向を示す。図２を参照して、上記（Ａ）〜（Ｄ）が満たされる条件下で、保持器の中心と軸受の軸心とを一致させた場合、保持器２のポケット部に保持されたころ１と保持器２との径方向の隙間はδ_prであり、保持器２のポケット部に保持されたころ１と保持器２との周方向の隙間はδ_pcである。そして、図２の例では、δ_pr＞δ_pcである。また、保持器２のポケット部の窓角はθである。

図１，図２に示される円すいころ軸受においては、δ≦δ_prの場合に、運転中に保持器２と外輪３とが接触し得る。この結果、保持器２の干渉パターンが変化して、保持器２と外輪３とが接触し得ない円すいころ軸受と比較して、ころ１−保持器２間の干渉力が急激に増大することが懸念される。したがって、保持器２と外輪３との隙間をどの程度小さくすることができるかについて検討することは重要である。

本願発明者らは、φ＝（δ−δ_pr）／（δ_pr−δ_pc）で規定される隙間比φを定義し、この隙間比を変化させながら、ころ１−保持器２間の干渉力を解析により求めた。

図３，図４は、本願発明者らが行なった３次元動力学解析で考慮した干渉力を説明する図である。本解析の仮定条件を以下に示す。
・ころ１および保持器２には、６自由度を与える。
・外輪３は空間に固定。
・内輪４には一定速の自転と設定荷重に相当する並進変位を強制的に与える（自由度は０）。
・遠心力等の見かけの力を全て含む。
・重力を考慮する。
・各要素は剛体とみなすが、要素間の局所的な弾性接触を考慮する。
・ころ１の転動面の干渉力分布は、スライス法で評価する。
・流体潤滑下のトラクション係数μ_hdは、村木らの簡易理論式（村木，木村：潤滑，28，10（1983）753）で与えるが、等温条件とする。
・境界潤滑下の摩擦係数μ_bdは、Kragelskii（Kragelskii，Ｉ．Ｖ．，Friction and Wear，Butterworths(1965)）のモデルを修正した式（１）で与える。
μ_bd＝（−０．１＋２２．２８ｓ）ｅｘｐ（−１８１．４６ｓ）＋０．１・・・（１）
・ころ１と軌道面との間の接触力（図３，図４中のＦ１，Ｆ２）に対する接線力係数は、潤滑領域の変化を考慮し、式（２−１）〜（２−３）で与える。またＥＨＬ状態下では転がり粘性抵抗を考慮する。
・ころ１の大端面と内輪４の大つば面との干渉力（図４中のＦ８）は、最大近接点に全て作用するものと仮定する。接線力係数は、式（２−１）〜（２−３）で与えられる。
μ_r＝μ_bd （Ａ＜０．０１）・・・（２−１）
μ_r＝｛（μ_bd−μ_hd）／（０．０１−１．５）⁶｝×（Ａ−１．５）⁶＋μ_hd （０．０１≦Ａ≦１．５）・・・（２−２）
μ_r＝μ_hd （１．５≦Ａ）・・・（２−３）
なお、μ_r：接線力係数、Ａ：油膜パラメータ、である。
・ころ１と保持器２との間の接触力（図３中のＦ３，Ｆ４）に対する接線力係数は、境界潤滑下のみを仮定する。
・ころ端面に対する小つば面とポケット面との接触（図４中のＦ５〜Ｆ７）は、最大めり込み点に全ての接触力および接線力が作用する。

また、解析対象となる軸受および運転条件を表１に示す。そして、当該解析における内輪回転速度の変化を図５に示す。

上述したように、上記円すいころ軸受においては、δ≦δ_prの場合に、保持器２と外輪３の軌道面とが軸受の運転中に接触し得る。したがって、δ_pr＞δ_pcの条件下では、φ≦０の場合に、保持器２と外輪３の軌道面とが軸受の運転中に接触し得る。また、φが小さくなるほど、保持器２と外輪３の軌道面の干渉の度合いが大きくなる。

上述した３次元動力学解析による解析結果を図６に示す。図６では、隙間比φところ１−保持器２間の干渉力との関係を示している。図６を参照して、保持器２と外輪３の転動面とが軸受の運転中に接触し得ないφ＞０の領域では、ころ１−保持器２間の干渉力に有意な変化は見られない。そして、−２≦φ≦０（φ＝−０．５,−１．０,−１．５,−２．０）の範囲では、φ＞０の範囲と比較して、僅かにころ１−保持器２間の干渉力が低下または増大するだけであるが、φ＜−２の領域では、ころ１−保持器２間の干渉力が大きな増加率で増大している。したがって、軸受の運転中にころ１と保持器２とが接触し得る円すいころ軸受（φ≦０）では、φ≧−２とすることで、ころ１−保持器２間の干渉力の急激な増大を抑制することができる。

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る円すいころ軸受は、内輪４と外輪３とを含む軌道輪と、内輪４と外輪３との間を転がるころ１と、ころ１を保持するポケット部を有し、外輪３の近傍に位置する保持器２とを備える。ここで、保持器２が中立位置にあるときの該保持器２と外輪３との径方向の隙間δと、ポケット部に保持されたころ１と保持器２との径方向の隙間δ_prと、ポケット部に保持されたころ１と保持器２との周方向の隙間δ_pcとが、
δ_pr＞δ_pc，かつ，−２≦（δ−δ_pr）／（δ_pr−δ_pc）≦０
の関係を満たしている。

なお、本実施の形態においては、保持器２におけるころ１に面する部分が平面形状に形成されたものについて説明したが、当該部分の形状は曲面形状であってもよく、保持器２の断面形状が変化した場合も、隙間比φの範囲を規定することで、上記と同様の効果を奏することができる。

また、上記の解析においては、保持器２が金属（鉄）で構成されると仮定している。保持器２を樹脂で構成した場合には、ころ１−保持器２間の干渉力が急激に変化する臨界値はφ＝−２よりも若干小さくなると考えられる。

（実施の形態２）
図７は、実施の形態２に係る円すいころ軸受を示した断面図である。図７を参照して、本実施の形態に係る円すいころ軸受は、実施の形態１に係る円すいころ軸受の変形例であって、保持器２が内輪４の近傍に位置することを特徴とする。この場合には、保持器２が内輪４に接触することにより、ころ１と保持器２との干渉パターンが変化して、ころ１−保持器２間の干渉力が増大することが懸念される。

本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、隙間比φを規定することにより、保持器２と内輪４とが軸受の運転中に接触する場合にも、ころ１−保持器２間の干渉力の増大を抑制することができる。すなわち、本実施の形態に係る円すいころ軸受は、内輪４と外輪３とを含む軌道輪と、内輪４と外輪３との間を転がるころ１と、ころ１を保持するポケット部を有し、内輪４の近傍に位置する保持器２とを備える。ここで、保持器２が中立位置にあるときの該保持器２と内輪４との径方向の隙間δと、ポケット部に保持されたころ１と保持器２との径方向の隙間δ_prと、ポケット部に保持されたころ１と保持器２との周方向の隙間δ_pcとが、
δ_pr＞δ_pc，かつ，−２≦（δ−δ_pr）／（δ_pr−δ_pc）≦０
の関係を満たしている。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１に係る円すいころ軸受を示した断面図である。図１に示される円すいころ軸受における、保持器のポケット部と転動体との隙間を説明する図である。３次元動力学解析で考慮した干渉力を説明する図（その１）である。３次元動力学解析で考慮した干渉力を説明する図（その２）である。３次元動力学解析における内輪回転速度の変化を示す図である。３次元動力学解析により得られた、隙間比φところ−保持器間干渉力との関係を示す図である。本発明の実施の形態２に係る円すいころ軸受を示した断面図である。

符号の説明

１ころ、２保持器、３外輪、４内輪。

Claims

内輪と外輪とを含む軌道輪と、
前記内輪と前記外輪との間を転がる転動体と、
前記転動体を保持するポケット部を有し、前記外輪の近傍に位置する保持器とを備え、
前記保持器が中立位置にあるときの該保持器と前記外輪との径方向の隙間δと、
前記ポケット部に保持された前記転動体と前記保持器との径方向の隙間δ_prと、
前記ポケット部に保持された前記転動体と前記保持器との周方向の隙間δ_pcとが、
δ_pr＞δ_pc，かつ，−２≦（δ−δ_pr）／（δ_pr−δ_pc）≦０の関係を満たす、円すいころ軸受。
内輪と外輪とを含む軌道輪と、
前記内輪と前記外輪との間を転がる転動体と、
前記転動体を保持するポケット部を有し、前記内輪の近傍に位置する保持器とを備え、
前記保持器が中立位置にあるときの該保持器と前記内輪との径方向の隙間δと、
前記ポケット部に保持された前記転動体と前記保持器との径方向の隙間δ_prと、
前記ポケット部に保持された前記転動体と前記保持器との周方向の隙間δ_pcとが、
δ_pr＞δ_pc，かつ，−２≦（δ−δ_pr）／（δ_pr−δ_pc）≦０の関係を満たす、円すいころ軸受。
前記保持器は金属により構成される、請求項１または請求項２に記載の円すいころ軸受。