JP4987281B2 - Tapered roller bearing - Google Patents
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Description
この発明は円すいころ軸受に関し、たとえば自走車両のデファレンシャルやトランスミッション等の動力伝達軸を支持する軸受に適用することができる。 The present invention relates to a tapered roller bearing and can be applied to a bearing that supports a power transmission shaft such as a differential of a self-propelled vehicle or a transmission.
円すいころ軸受は、外径面に軌道面を設け、その軌道面の軸方向両側に小つばと大つばを配置した内輪と、内径面に軌道面を設けた外輪と、内輪と外輪の軌道面間に介在させた複数の円すいころと、円すいころをポケットに収納して保持する保持器を主要な構成要素としている。保持器は、円すいころの小端面側で連なる小環状部と、円すいころの大端面側で連なる大環状部と、両環状部を連結する複数の柱部とからなる。ポケットは隣り合った柱部間に形成され、円すいころの小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となった台形状である。 Tapered roller bearings have a raceway surface on the outer diameter surface, an inner ring with small and large collars arranged on both sides in the axial direction of the raceway surface, an outer ring with a raceway surface on the inner diameter surface, and raceway surfaces of the inner ring and the outer ring. The main components are a plurality of tapered rollers interposed between them and a retainer that stores and holds the tapered rollers in a pocket. The cage includes a small annular portion that is continuous on the small end surface side of the tapered roller, a large annular portion that is continuous on the large end surface side of the tapered roller, and a plurality of column portions that connect both annular portions. The pocket is formed between adjacent column portions, and has a trapezoidal shape in which a portion for storing the small diameter side of the tapered roller is a narrow side and a portion for storing the large diameter side is a wide side.
自走車両のデファレンシャルやトランスミッション等の動力伝達軸を支持する円すいころ軸受は、下部が油浴に漬かった状態で使用され、その回転に伴って油浴の油が潤滑油として軸受内部に流入する。このような用途に使用される円すいころ軸受では、潤滑油が円すいころの小径側から軸受内部に流入し、保持器よりも外径側から流入する潤滑油は外輪の軌道面に沿って円すいころの大径側へ通過し、保持器よりも内径側から流入する潤滑油は内輪の軌道面に沿って円すいころの大径側へ通過する。 Tapered roller bearings that support power transmission shafts such as differentials and transmissions of self-propelled vehicles are used with the lower part immersed in an oil bath, and the oil in the oil bath flows into the bearing as lubricating oil as it rotates. . In tapered roller bearings used for such applications, the lubricating oil flows into the bearing from the small diameter side of the tapered roller, and the lubricating oil flowing from the outer diameter side of the cage flows along the raceway surface of the outer ring. The lubricating oil that passes to the larger diameter side and flows from the inner diameter side to the cage passes along the raceway surface of the inner ring to the larger diameter side of the tapered roller.
このように潤滑油が外部から流入する部位に使用される円すいころ軸受には、保持器のポケットに切欠きを設けて、保持器の外径側と内径側とに分かれて流入する潤滑油がこの切欠きを通過するようにし、軸受内部での潤滑油の流通を向上させるようにしたものがある(特許文献1、2参照)。特許文献1に記載されたものでは、図21(A)に示すように、保持器5のポケット9間の柱部8の中央部に切欠き10dを設け、潤滑油に混入する異物が軸受内部に滞留しないようにしている。また、特許文献2に記載されたものでは、図21(B)に示すように、保持器5のポケット9の軸方向両端の小環状部6と大環状部7に切欠き10eを設け、保持器の外径側から流入する潤滑油が内輪側へ流れやすくなるようにしている。なお、各図中に記入したポケット9の各寸法は、後述するトルク測定試験における比較例に用いたものの値である。
上述したように潤滑油が保持器の外径側と内径側とに分かれて軸受内部へ流入する円すいころ軸受では、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の割合が多くなると、トルク損失が大きくなることが分かった。この理由は、以下のように考えられる。 As described above, in the tapered roller bearing in which the lubricating oil is divided into the outer diameter side and the inner diameter side of the cage and flows into the bearing, the torque increases when the ratio of the lubricating oil flowing from the inner diameter side of the cage to the inner ring side increases. It turns out that the loss increases. The reason is considered as follows.
すなわち、保持器の外径側から外輪側へ流入する潤滑油は、外輪の内径面には障害物がないので、その軌道面に沿って円すいころの大径側へスムーズに通過して軸受内部から流出するが、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油は、内輪の外径面には大鍔があるので、その軌道面に沿って円すいころの大径側へ通過したときに大鍔で堰き止められ、軸受内部に滞留しやすくなる。このため、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の割合が多くなると、軸受内部に滞留する潤滑油の量が多くなり、この滞留する潤滑油が軸受回転に対する流動抵抗となってトルク損失が増大するものと考えられる。 That is, the lubricating oil flowing from the outer diameter side of the cage to the outer ring side smoothly passes to the large diameter side of the tapered roller along the raceway surface because there is no obstacle on the inner diameter surface of the outer ring. The lubricating oil flowing out from the inner diameter side of the cage to the inner ring side has a large flaw on the outer diameter surface of the inner ring, so when it passes along the raceway surface to the larger diameter side of the tapered roller It will be dammed up with a large spear and will easily stay inside the bearing. For this reason, when the ratio of the lubricating oil flowing from the inner diameter side to the inner ring side of the cage increases, the amount of the lubricating oil staying inside the bearing increases, and this staying lubricating oil becomes a flow resistance against the bearing rotation and generates torque. Loss is considered to increase.
したがって、軸受内部に潤滑油が流入する円すいころ軸受における潤滑油の流動抵抗によるトルク損失を低減させる必要がある。以上が低トルク化のために油の流動抵抗を減少させる方法であるが、大幅な低トルク化を行うためには、転がり粘性抵抗が低下するように軸受諸元を変更することが必要である。しかしながら、従来の低トルク化手法(特許文献3〜5参照)では、定格荷重を低下させない低トルク化は可能であるが、軸受剛性はいくらか低下する。
Therefore, it is necessary to reduce torque loss due to flow resistance of the lubricating oil in the tapered roller bearing in which the lubricating oil flows into the bearing. The above is a method for reducing the flow resistance of oil to reduce torque, but in order to significantly reduce torque, it is necessary to change the bearing specifications so that the rolling viscous resistance decreases. . However, in the conventional torque reduction method (see
この発明の主要な目的は、軸受剛性を低下させることなく、低トルク化を実現することにある。 The main object of the present invention is to realize a low torque without reducing the bearing rigidity.
この発明は、ころ本数を減らさず、あるいは増加させつつ、PCDを小さくすることによって、課題を解決したものである。図23は円すいころ軸受においてころピッチ径(PCD)を変化させたときの剛性比(−●−)およびトルク比(−○−)を表したものである。図23に示すように、PCDを小さくすると軸受のトルクは大幅に低下するが、軸受剛性はあまり低下しないことが、ころの弾性変形量を計算確認した結果として得られた。そこで、ころ本数を減らさないか増加させつつ、PCDを小さくすることによって、剛性を低下させずにトルクを低減させることができる。 The present invention solves the problem by reducing the PCD without decreasing or increasing the number of rollers. FIG. 23 shows the rigidity ratio (-●-) and torque ratio (-o-) when the roller pitch diameter (PCD) is changed in the tapered roller bearing. As shown in FIG. 23, when the PCD is reduced, the bearing torque is significantly reduced, but the bearing rigidity is not significantly reduced as a result of calculating and confirming the elastic deformation amount of the roller. Therefore, the torque can be reduced without reducing the rigidity by reducing the PCD while decreasing or increasing the number of rollers.
すなわち、この発明の円すいころ軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円すいころと、円すいころを円周所定間隔に保持する保持器とからなり、ころ係数γが0.94を越え、前記内輪、外輪および転動体のうち少なくともいずれか一つの部材が、窒素富化層を有し、かつ、前記窒素富化層におけるオーステナイト結晶粒の粒度番号が10番を越える範囲にあり、前記保持器が、円すいころの小端面側で連なる小環状部と、円すいころの大端面側で連なる大環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部とからなり、隣接する柱部間に、円すいころの小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる台形状のポケットが形成してあり、ポケットの狭幅側の柱部と小環状部の中央部に、前記保持器と前記内輪との間に流入した潤滑油を前記外輪側へ速やかに逃がすための切欠きが設けてあることを特徴とするものである。 That is, the tapered roller bearing according to the present invention includes an inner ring, an outer ring, a plurality of tapered rollers arranged to roll between the inner ring and the outer ring, and a cage that holds the tapered rollers at a predetermined circumferential interval. The roller coefficient γ exceeds 0.94, and at least one member of the inner ring, the outer ring and the rolling element has a nitrogen-enriched layer, and the grain size of the austenite crystal grains in the nitrogen-enriched layer The number is in a range exceeding 10 and the retainer includes a small annular portion that is continuous on the small end face side of the tapered roller, a large annular portion that is continuous on the large end face side of the tapered roller, and a plurality of portions that connect these annular portions. A trapezoidal pocket is formed between the adjacent pillars, and the part that houses the small diameter side of the tapered roller is the narrow side, and the part that contains the large diameter side is the wide side. the central portion of the pillar portion and the small annular portion of the narrow side of the It is characterized in that the lubricating oil that has flowed into between the inner ring and the cage is provided notches for releasing quickly to the outer side.
ころ係数γ(ころの充填率)は(ころ本数×ころ平均径)/(π×PCD)で表されるパラメータであって、ころ平均径が一定とした場合、γの値が大きいほどころ本数が多いことを意味する。従来の典型的な保持器付き円すいころ軸受ではころ係数γを通常0.94以下にして設計しているのに対し、ころ係数γが0.94を越えるということは、従来と比較して、ころ充填率ひいては軸受剛性が高いことを意味する。 The roller coefficient γ (roller filling ratio) is a parameter represented by (number of rollers × roller average diameter) / (π × PCD). When the average roller diameter is constant, the larger the value of γ, the greater the number of rollers. It means that there are many. In the conventional typical tapered roller bearing with a cage, the roller coefficient γ is usually designed to be 0.94 or less, whereas the roller coefficient γ exceeds 0.94. This means that the roller filling rate and thus the bearing rigidity is high.
窒素富化層は、軌道輪(外輪もしくは内輪)または転動体の表層に形成された窒素含有量が増加した層であって、たとえば浸炭窒化、窒化、浸窒などの処理によって形成させることができる。窒素富化層における窒素含有量は、好ましくは0.1%〜0.7%の範囲である。窒素含有量が0.1%より少ないと効果がなく、とくに異物混入条件での転動寿命が低下する。窒素含有量が0.7%より多いと、ボイドと呼ばれる空孔ができたり、残留オーステナイトが多くなりすぎて硬度が出なくなったりして短寿命になる。軌道輪に形成された窒素富化層については、窒素含有量は、研削後の軌道面の表層50μmにおける値であって、たとえばPMA(波長分散型X線マイクロアナライザ)で測定することができる。 The nitrogen-enriched layer is a layer with an increased nitrogen content formed on the raceway (outer ring or inner ring) or the surface layer of the rolling element, and can be formed by a process such as carbonitriding, nitriding, or nitriding. . Nitrogen content in the nitrogen-enriched layer is preferably Ru der range of 0.1% to 0.7%. If the nitrogen content is less than 0.1%, there will be no effect, and the rolling life will be reduced particularly under the foreign matter mixing conditions. When the nitrogen content is more than 0.7%, voids called voids are formed, or the retained austenite increases so much that the hardness does not come out, resulting in a short life. As for the nitrogen-enriched layer formed on the raceway, the nitrogen content is a value at the surface layer of 50 μm of the raceway surface after grinding, and can be measured by, for example, PMA (wavelength dispersion type X-ray microanalyzer).
また、オーステナイト結晶粒の粒度番号が10番を越えるほどオーステナイト粒径が微細であることにより、転動疲労寿命を大幅に改良することができる。オーステナイト粒径の粒度番号が10番以下では、転動疲労寿命は大きく改善されないので、10番を越える範囲とする。通常、11番以上とする。オーステナイト粒径は細かいほど望ましいが、通常、13番を越える粒度番号を得ることは難しい。なお、上記の軸受部品のオーステナイト粒は、窒素富化層を有する表層部でも、それより内側の内部でも変化しない。したがって、上記の結晶粒度番号の範囲の対象となる位置は、表層部および内部とする。オーステナイト結晶粒は、たとえば焼入れ処理を行った後も焼入れ直前のオーステナイト結晶粒界の痕跡が残っており、その痕跡に基づいた結晶粒をいう。 Also, the rolling fatigue life can be greatly improved by the finer austenite grain size as the grain size number of the austenite crystal grains exceeds 10. When the austenite grain size number is 10 or less, the rolling fatigue life is not greatly improved. Usually 11 or more. Although it is desirable that the austenite grain size is finer, it is usually difficult to obtain a grain size number exceeding 13. Note that the austenite grains of the bearing parts described above do not change even in the surface layer portion having the nitrogen-enriched layer or in the inside thereof. Therefore, the target position of the above crystal grain size number range is the surface layer portion and the inside. An austenite crystal grain is a crystal grain based on the trace of the austenite crystal grain boundary immediately before quenching, for example, after quenching.
また、保持器の台形状ポケットの狭幅側の柱部と小環状部の中央部に切欠きを設けることにより、次のような作用が得られる。すなわち、保持器の内径側から内輪側へ流入した潤滑油を、これらの切欠きを通して外輪側へ速やかに逃がすことができる。その結果、内輪の軌道面に沿って大つばに至る潤滑油の量が少なくなり、軸受内部に滞留する潤滑油の量が減少する。したがって、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失が低減する。 Moreover, the following effect | action is acquired by providing a notch in the center part of the narrow pillar part and small annular part of the trapezoid shaped pocket of a holder | retainer. That is, the lubricating oil that has flowed into the inner side from the inner diameter side of the cage, can be released quickly to the outer ring side through the notch of these. As a result, the amount of lubricating oil reaching the large collar along the raceway surface of the inner ring is reduced, and the amount of lubricating oil staying inside the bearing is reduced. Therefore, torque loss due to the flow resistance of the lubricating oil is reduced.
ポケットの狭幅側の小環状部にも切欠きが設けてあることにより、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油をこの切欠きからも外輪側へ逃がしてやることができる。したがって、内輪の軌道面に沿って大つばに至る潤滑油の量がより少なくなり、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失がさらに低減する。 More and this also notched in the small annular portion of the narrow side of the pocket is provided, it can also'll escape to the outer side of the lubricating oil flowing into the inner side from the inner diameter side of the cage from the notch . Accordingly, the amount of lubricating oil reaching the large collar along the raceway surface of the inner ring is reduced, and torque loss due to the flow resistance of the lubricating oil is further reduced.
この発明によれば、軸受剛性を低下させることなく、低トルク化を実現することができる。すなわち、保持器の台形状ポケットの狭幅側の柱部と小環状部の中央部に外径側から内径側まで切り通した切欠きを設けることにより、保持器の内径側から内輪側へ流入した潤滑油を、これらの切欠きを通して外輪側へ速やかに逃がすことができるため、内輪の軌道面に沿って大つばに至る潤滑油の量が少なくなり、軸受内部に滞留する潤滑油の量が減少して、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失が低減する。 According to this invention, a reduction in torque can be realized without reducing the bearing rigidity. That is, by providing a notch cut from the outer diameter side to the inner diameter side in the central part of the narrow side column part and small annular part of the trapezoidal pocket of the cage, the cage flows from the inner diameter side to the inner ring side. the lubricating oil, it is possible to escape quickly to the outer side through the notch of these, the amount of lubricating oil reaching the large flange along the inner ring raceway surface is reduced, the amount of lubricating oil staying inside the bearing The torque loss due to the flow resistance of the lubricating oil is reduced.
ころ係数γが0.94を越える設定とすることにより剛性の低下を防止することができる。また、ころ係数γをγ>0.94にすることにより、負荷容量がアップするばかりでなく、軌道面の最大面圧を低下させることができるため、過酷潤滑条件下での極短寿命での表面起点剥離を防止することができる。 By setting the roller coefficient γ to exceed 0.94, it is possible to prevent a decrease in rigidity. In addition, by setting the roller coefficient γ to γ> 0.94, not only the load capacity is increased, but also the maximum surface pressure of the raceway surface can be reduced, so that it has an extremely short life under severe lubrication conditions. Surface origin peeling can be prevented.
さらに、この発明の円すいころ軸受は、窒素富化層を形成した上で、オーステナイト粒径を粒度番号で11番以上に微細化したため、転動疲労寿命が大きく改善され、優れた耐割れ強度や耐経年寸法変化を得ることができる。 Furthermore, the tapered roller bearing of the present invention has a nitrogen-enriched layer and further refines the austenite grain size to 11 or more in grain size number, so the rolling fatigue life is greatly improved, and excellent crack resistance strength and Aging dimensional change can be obtained.
以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。まず、図1に示す実施の形態の円すいころ軸受1は、内輪2と、外輪3と、円すいころ4と、保持器5とで構成されている。内輪2は外周に円すい状の軌道面2aを有し、外輪3は内周に円すい状の軌道面3aを有する。内輪2の軌道面2aと外輪3の軌道面3aとの間に複数の円すいころ4が転動自在に介在させてある。各円すいころ4は保持器5に形成されたポケット内に収容され、内輪2の軌道面2aの両側に設けた小つば2bと大つば2cとで軸方向への移動を規制されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the tapered
ここで、円すいころ軸受1は、ころ係数γがγ>0.94となっている。ころ係数γはころの充填率を表し、次式で定義される。
ころ係数γ=(Z・DA)/(π・PCD)
ここに、
Z:ころ本数
DA:ころ平均径
PCD:ころピッチ径。
Here, the tapered
Roller coefficient γ = (Z · DA) / (π · PCD)
here,
Z: Number of rollers DA: Roller average diameter PCD: Roller pitch diameter.
比較のため、図22を参照して従来の技術に言及すると、同図に示す円すいころ軸受は、保持器から外輪が離間している典型的な保持器付き円すいころ軸受であって、外輪71と保持器72との接触を避けた上で、保持器72の柱幅を確保し、適切な保持器72の柱強度を円滑な回転を得るために、通常、ころ係数γを0.94以下にして設計している。なお、図22で符号73,74,75は、それぞれ、円すいころ、柱面、内輪を指し、符号θは窓角を表している。
For comparison, referring to FIG. 22 and referring to the prior art, the tapered roller bearing shown in FIG. 22 is a typical tapered roller bearing with a cage in which the outer ring is separated from the cage. In order to ensure the column width of the
保持器5は、図1(B)に示すように、円すいころ4の小端面側で連なる小環状部6と、円すいころ4の大端面側で連なる大環状部7と、これらの小環状部6と大環状部7を連結する複数の柱部8とを含んでいる。そして、図2に示すように、隣り合った柱部8間にポケット9が形成される。
As shown in FIG. 1B, the
保持器9のポケット9は台形状で、円錐ころ4の小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる。ポケット9の狭幅側と広幅側には、それぞれ両側の柱部8に2つずつ、外径側から内径側まで切り通した切欠き10a、10bが設けてある。各切欠き10a、10bの寸法は、いずれも深さ1.0mm、幅4.6mmとされている。狭幅側だけでなく広幅側にも切欠きを設けることにより、円錐ころをバランスよく柱部に接触させることができる。なお、図面に例示した切欠きは、保持器5の半径方向に切り通した溝の形態をしているが、保持器5の内径側と外径側を連絡して潤滑油の円滑な通過を許容することができる限り、形状や寸法は任意である。
The
図3および図4に保持器5の変形例を示す。図3に示す変形例は、ポケット9の狭幅側の小環状部6にも切欠き10cを設けたものである。そして、狭幅側の3つの切欠き10a、10cの合計面積が、広幅側の2つの切欠き10bの合計面積よりも広くなっている。なお、切欠き10cは深さ1.0mm、幅5.7mmとしてある。図4に示す変形例は、狭幅側の柱部8の各切欠き10aの深さが1.5mmと広幅側の柱部8の各切欠き10bよりも深く、狭幅側の各切欠き10aの合計面積が、広幅側の各切欠き10bの合計面積よりも広くなっている。図3、図4に例示したような構成を採用することにより、内輪の軌道面に沿って大鍔に至る潤滑油の量をより少なくして、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減させることができる。
3 and 4 show a modified example of the
図5に示すように、保持器5の小環状部6の軸方向外側には、内輪2の小鍔2bの外径面に対向させた径方向内向きのつば11が設けてあり、このつば11の内径面と内輪2の小鍔2bの外径面との間のすきまδは、小鍔2bの外径寸法の2.0%以下に狭く設定してある。このような構成を採用することにより、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の量を少なくし、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をより低減させることができる。
As shown in FIG. 5, a radially
また、図示は省略するが、円錐ころ4の全表面には微小凹形形状のくぼみがランダムに無数に設けてある。このくぼみを設けた表面は、面粗さパラメータRyniが0.4μm≦Ryni≦1.0μm、かつ、Sk値が−1.6以下としてある。このような構成を採用することにより、円錐ころの表面に満遍なく潤滑油を保持させて、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らしても、円錐ころと内輪、外輪との接触部を十分に潤滑することができる。
パラメータRyniは、基準長毎最大高さの平均値、すなわち、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定した値である(ISO 4287:1997)。また、Sk値は粗さ曲線のひずみ度、すなわち、粗さの凹凸分布の非対称性を表す値であり(ISO 4287:1997)、ガウス分布のように対称な分布ではSk値は0に近くなり、凹凸の凸部を削除した場合は負の値、逆に凹部を削除した場合は正の値となる。Sk値のコントロールは、バレル研磨機の回転速度、加工時間、ワーク投入量、研磨チップの種類と大きさ等を選ぶことにより行うことができ、Sk値を−1.6以下とすることにより、無数の微小凹形形状のくぼみに満遍なく潤滑油を保持することができる。
Although not shown in the drawings, the entire surface of the tapered
The parameter Ryni is the average value of the maximum height for each reference length, that is, the reference length is extracted from the roughness curve in the direction of the average line, and the interval between the peak line and the valley bottom line of this extracted part is set to the vertical line of the roughness curve. It is a value measured in the direction of magnification (ISO 4287: 1997). The Sk value is a value representing the degree of distortion of the roughness curve, that is, the asymmetry of the roughness unevenness distribution (ISO 4287: 1997), and the Sk value is close to 0 in a symmetric distribution such as a Gaussian distribution. When the concave and convex portions are deleted, a negative value is obtained. Conversely, when the concave and convex portions are deleted, a positive value is obtained. The Sk value can be controlled by selecting the rotational speed of the barrel polishing machine, the processing time, the workpiece input amount, the type and size of the polishing tip, etc., and by setting the Sk value to −1.6 or less, Lubricating oil can be held evenly in innumerable minute concave recesses.
図2に示した保持器を用いた円すいころ軸受(実施例1)と、図3に示した保持器を用いた円すいころ軸受(実施例2)を用意した。また、比較例として、ポケットに切欠きのない保持器を用いた円すいころ軸受(比較例1)と、図21(A)、(B)に示した保持器を用いた円すいころ軸受(比較例2,3)を用意した。なお、各円すいころ軸受は、寸法が外径100mm、内径45mm、幅27.25mmであり、ポケットの切欠き以外の部分は同じである。 Tapered roller bearings (Example 1) using the cage shown in FIG. 2 and tapered roller bearings (Example 2) using the cage shown in FIG. 3 were prepared. Moreover, as a comparative example, a tapered roller bearing (Comparative Example 1) using a cage without a notch in a pocket and a tapered roller bearing (Comparative Example) using the cage shown in FIGS. 21 (A) and (B). 2, 3) were prepared. Each tapered roller bearing has an outer diameter of 100 mm, an inner diameter of 45 mm, and a width of 27.25 mm, and the portions other than the pocket notch are the same.
実施例と比較例の円すいころ軸受について、縦型トルク試験機を用いたトルク測定試験を行った。試験条件は以下のとおりである。
アキシアル荷重:300kgf
回転速度:300〜2000rpm(100rpmピッチ)
潤滑条件:油浴潤滑(潤滑油:75W−90)
About the tapered roller bearing of an Example and a comparative example, the torque measurement test using the vertical torque tester was done. The test conditions are as follows.
Axial load: 300kgf
Rotational speed: 300-2000 rpm (100 rpm pitch)
Lubrication condition: oil bath lubrication (lubricating oil: 75W-90)
図6に試験結果を示す。同図のグラフの縦軸は、ポケットに切欠きのない保持器を用いた比較例1のトルクに対するトルク低減率を表す。ポケットの柱部中央部に切欠きを設けた比較例2や、ポケットの小環状部と大環状部に切欠きを設けた比較例3も、トルク低減効果が認められるが、ポケットの狭幅部側の柱部に切欠きを設けた実施例1は、これらの比較例よりも優れたトルク低減効果が認められ、狭幅側の小環状部にも切欠きを設け、狭幅側の切欠きの合計面積を広幅側のそれよりも広くした実施例2は、さらに優れたトルク低減効果が認められる。 FIG. 6 shows the test results. The vertical axis of the graph in the figure represents the torque reduction rate with respect to the torque of Comparative Example 1 using a cage with no notch in the pocket. Although the comparative example 2 which provided the notch in the center part of the pocket | column part of a pocket and the comparative example 3 which provided the notch in the small annular part and the large annular part of a pocket also show a torque reduction effect, the narrow part of a pocket In Example 1 in which a notch is provided in the column on the side, a torque reduction effect superior to those of the comparative examples is recognized, and a notch on the narrow side is provided with a notch in the small annular portion on the narrow side. In Example 2 in which the total area of these is wider than that on the wide side, a further excellent torque reduction effect is recognized.
また、試験の最高回転速度である2000rpmにおけるトルク低減率は、実施例1が9.5%、実施例2が11.5%であり、デファレンシャルやトランスミッション等における高速回転での使用条件でも優れたトルク低減効果を得ることができる。なお、比較例2と比較例3の回転速度2000rpmにおけるトルク低減率は、それぞれ8.0%と6.5%である。 In addition, the torque reduction rate at 2000 rpm, which is the maximum rotation speed of the test, was 9.5% in Example 1 and 11.5% in Example 2, which was excellent even under high-speed rotation conditions in a differential or transmission. A torque reduction effect can be obtained. In addition, the torque reduction rate in the rotational speed 2000rpm of the comparative example 2 and the comparative example 3 is 8.0% and 6.5%, respectively.
保持器5は樹脂で一体成形され、小径側環状部6と、大径側環状部7と、小径側環状部6と大径側環状部7とを連結する複数の柱部8とを備えている。なお、保持器材料としては、PPS,PEEK,PA,PPA,PAI等のスーパーエンプラを使用するほか、必要に応じて、強度増強のため、これら樹脂材料またはその他のエンジニアリング・プラスチックに、ガラス繊維または炭素繊維などを配合したものを使用してもよい。
The
エンジニアリング・プラスチックは、汎用エンジニアリング・プラスチックとスーパー・エンジニアリング・プラスチックを含む。以下に代表的なものを掲げるが、これらはエンジニアリング・プラスチックの例示であって、エンジニアリング・プラスチックが以下のものに限定されるものではない。 Engineering plastics include general purpose engineering plastics and super engineering plastics. Typical examples are listed below, but these are examples of engineering plastics, and engineering plastics are not limited to the following.
〔汎用エンジニアリング・プラスチック〕ポリカーボネート(PC)、ポリアミド6(PA6)、ポリアミド66(PA66)、ポリアセタール(POM)、変性ポリフェニレンエーテル(m−PPE)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、GF強化ポリエチレンテレフタレート(GF−PET)、超高分子量ポリエチレン(UHMW−PE) [General-purpose engineering plastics] Polycarbonate (PC), polyamide 6 (PA6), polyamide 66 (PA66), polyacetal (POM), modified polyphenylene ether (m-PPE), polybutylene terephthalate (PBT), GF reinforced polyethylene terephthalate (GF) -PET), ultra high molecular weight polyethylene (UHMW-PE)
〔スーパー・エンジニアリング・プラスチック〕ポリサルホン(PSF)、ポリエーテルサルホン(PES)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリアリレート(PAR)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、液晶ポリマー(LCP)、熱可塑性ポリイミド(TPI)、ポリベンズイミダゾール(PBI)、ポリメチルベンテン(TPX)、ポリ1,4−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート(PCT)、ポリアミド46(PA46)、ポリアミド6T(PA6T)、ポリアミド9T(PA9T)、ポリアミド11,12 (PA11,12)、フッ素樹脂、ポリフタルアミド(PPA)
[Super Engineering Plastics] Polysulfone (PSF), Polyethersulfone (PES), Polyphenylene sulfide (PPS), Polyarylate (PAR), Polyamideimide (PAI), Polyetherimide (PEI), Polyetheretherketone ( PEEK), liquid crystal polymer (LCP), thermoplastic polyimide (TPI), polybenzimidazole (PBI), polymethylbenten (TPX), poly1,4-cyclohexanedimethylene terephthalate (PCT), polyamide 46 (PA46), polyamide 6T (PA6T), polyamide 9T (PA9T),
図7および図8を参照して柱部5aがなす角度すなわち窓角θについて述べると、下限窓角θminが55°(図7)、上限窓角θmaxが80°である(図8)。窓角は、保持器が外輪から離間している典型的な保持器付き円すいころ軸受(図22)では、大きくても約50°である。下限窓角θminを55°としたのは、ころとの良好な接触状態を確保するためであり、窓角55°未満ではころとの接触状態が悪くなる。すなわち、窓角を55°以上とすると、保持器強度を確保した上でγ>0.94として、かつ、良好な接触状態を確保できるのである。また、上限窓角θmaxを80°としたのは、これ以上大きくなると半径方向への押し付け力が大きくなり、自己潤滑性の樹脂材であっても円滑な回転が得られなくなる危険性が生じるからである。
Referring to FIGS. 7 and 8, the angle formed by the
図9に軸受の寿命試験の結果を示す。同図中、「軸受」欄の「比較例1」が保持器と外輪とが離れた典型的な従来の円すいころ軸受(図22)、「比較例2」がこの発明の円すいころ軸受のうち従来品に対してころ係数γのみをγ>0.94とした円すいころ軸受、「実施例」がころ係数γをγ>0.94とし、かつ、窓角を55°〜80°の範囲にしたこの発明の円すいころ軸受である。試験は、過酷潤滑、過大負荷条件下で行なった。同図より明らかなように、「比較例2」は「比較例1」の2倍以上の長寿命となる。さらに、「実施例」の軸受はころ係数が「比較例2」と同じ0.96であるが、寿命時間は「比較例2」の約5倍以上にもなる。なお、「比較例1」、「比較例2」および「実施例」の寸法はφ45×φ81×16(単位mm)、ころ本数は24本(「比較例1」)、27本(「比較例2」、「実施例」)、油膜パラメータΛ=0.2である。 FIG. 9 shows the result of the bearing life test. In the same figure, “Comparative Example 1” in the “Bearing” column is a typical conventional tapered roller bearing (FIG. 22) in which the cage and the outer ring are separated, and “Comparative Example 2” is a tapered roller bearing of the present invention. A tapered roller bearing in which only the roller coefficient γ is γ> 0.94 with respect to the conventional product, “Example” has the roller coefficient γ> γ> 0.94, and the window angle is in the range of 55 ° to 80 °. This is a tapered roller bearing of the present invention. The test was conducted under severe lubrication and overload conditions. As is clear from the figure, “Comparative Example 2” has a lifetime that is at least twice that of “Comparative Example 1”. Further, the bearing of the “Example” has a roller coefficient of 0.96 which is the same as that of “Comparative Example 2”, but the life time is about five times or more that of “Comparative Example 2”. The dimensions of “Comparative Example 1”, “Comparative Example 2”, and “Example” are φ45 × φ81 × 16 (unit mm), and the number of rollers is 24 (“Comparative Example 1”) and 27 (“Comparative Example”). 2 ”,“ Example ”), and the oil film parameter Λ = 0.2.
図10および図11に示す変形例は、エンジニアリング・プラスチックで一体成形した保持器5の柱部8の外径面に、外輪3の軌道面3a側に向けて凸状を成す突起部5bを形成したものである。その他は前述した保持器5と同じである。この突起部5bは図11に示すように柱部8の横断方向の断面輪郭形状が円弧状を成している。この円弧状の曲率半径R2は外輪3の軌道面3aの半径R1より小さくしてある。これは、突起部5bと外輪3の軌道面3aとの間に良好な楔状油膜が形成されるようにするためであり、望ましくは突起部5bの曲率半径R2は外輪3の軌道面3aの半径R1の70〜90%程度に形成するとよい。70%未満であると楔状油膜の入口開き角度が大きくなりすぎて却って動圧が低下する。90%を越えると楔状油膜の入口角度が小さくなりすぎて同様に動圧が低下する。また、突起部5bの横幅W2は望ましくは柱部8の横幅W1の50%以上となるように形成する(W2≧0.5W1)。50%未満では良好な楔状油膜を形成するための充分な突起部5bの高さが確保できなくなるためである。なお、外輪3の軌道面3aの半径R1は大径側から小径側へと連続的に変化しているので、突起部5bの曲率半径R2もそれに合わせて大環状部7の大きな曲率半径R2から小環状部6の小さな曲率半径R2へと連続的に変化するようにする。
In the modification shown in FIGS. 10 and 11, a protruding
図10および図11の円すいころ軸受1は以上のように構成されているため、軸受1が回転して保持器5が回転し始めると、外輪軌道面と保持器5の突起部5bとの間に楔状油膜が形成される。この楔状油膜は軸受1の回転速度にほぼ比例した動圧を発生させるので、保持器5のピッチ径(PCD)を従来よりも大きくして外輪3の軌道面3aに近接させても、軸受1を大きな摩耗ないしトルク損失を生じることなく回転させることが可能となり、無理なくころ本数を増加させることが可能となる。
Since the tapered
図12は、上述の円すいころ軸受を使用し得る自動車のデファレンシャルの構成を例示したものである。このデファレンシャルは、プロペラシャフト(図示省略)に連結され、デファレンシャルケース21内に挿入したドライブピニオン22が差動歯車ケース23に取り付けたリンギギヤ24とかみ合い、差動歯車ケース23の内部に取り付けたピニオンギヤ25が、差動歯車ケース23に左右から挿入されたドライブシャフト(図示省略)を結合するサイドギヤ26とかみ合って、エンジンの駆動力をプロペラシャフトから左右のドライブシャフトに伝達するようになっている。このデファレンシャルでは、動力伝達軸であるドライブピニオン22と差動歯車ケース23が、それぞれ一対の円すいころ軸受1a,1bで支持してある。
FIG. 12 exemplifies the configuration of a vehicle differential that can use the tapered roller bearing described above. This differential is connected to a propeller shaft (not shown), and a
デファレンシャルケース21はシール部材27a,27b,27cで密封され、内部にており潤滑油が貯留される。各円すいころ軸受1a,1bはこの潤滑油の油浴に下部が漬かった状態で回転する。各円すいころ軸受1a,1bが高速で回転してその下部が油浴に漬かると、図5に矢印で示すように、油浴の潤滑油が円すいころ4の小径側から保持器5の外径側と内径側とに分かれて軸受内部へ流入し、保持器5の外径側から外輪3へ流入した潤滑油は、外輪3の軌道面3aに沿って円すいころ4の大径側へ通過して軸受内部から流出する。一方、保持器5の内径側から内輪2側へ流入する潤滑油は、保持器5の外径側から流入する潤滑油よりも遥かに少なく、かつ、このすきまδから流入する潤滑油の大半は、ポケット9の狭幅側の柱部8に設けた切欠き10aを通過して、保持器5の外径側へ移動する。したがって、そのまま内輪2の軌道面2aに沿って大つば2cに至る潤滑油の量は非常に少なくなり、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らすことができる。
The
図13は、上述の円すいころ軸受を使用し得る自動車のトランスミッションの構成を例示したものである。このトランスミッションは同期噛合式のもので、同図の左側がエンジン側、右側が駆動車輪側である。メインシャフト41とメインドライブギヤ42との間に円すいころ軸受43が配置してある。この例では、メインドライブギヤ42の内周に円すいころ軸受43の外輪軌道面が直接形成してある。メインドライブギヤ42は、円すいころ軸受44でケーシング45に対して回転自在に支持される。メインドライブギヤ42にクラッチギヤ46が連結され、クラッチギヤ46に近接してシンクロ機構47が配置してある。
FIG. 13 exemplifies a configuration of an automobile transmission that can use the tapered roller bearing described above. This transmission is of a synchronous mesh type, and the left side of the figure is the engine side and the right side is the drive wheel side. A tapered
シンクロ機構47は、セレクタ(図示省略)の作動によって軸方向(同図の左右方向)に移動するスリーブ48と、スリーブ48の内周に軸方向移動自在に装着したシンクロナイザーキー49と、メインシャフト41の外周に嵌合させたハブ50と、クラッチギヤ46の外周(コーン部)に摺動自在に装着したシンクロナイザーリング51と、シンクロナイザーキー49をスリーブ48の内周に弾性的に押圧する押さえピン52およびスプリング53とを備えている。
The
同図に示す状態では、スリーブ48およびシンクロナイザーキー49が押さえピン52によって中立位置に保持されている。この時、メインドライブギヤ42はメインシャフト41に対して空転する。一方、セレクタの作動により、スリーブ48が同図に示す状態から例えば軸方向左側に移動すると、スリーブ48に従動してシンクロナイザーキー49が軸方向左側に移動し、シンクロナイザーリング51をクラッチギヤ46のコーン部の傾斜面に押し付ける。これにより、クラッチギヤ46の回転速度が落ち、逆にシンクロ機構47側の回転速度が高められる。そして、両者の回転速度が同期した頃、スリーブ48がさらに軸方向左側に移動して、クラッチギヤ46とかみ合い、メインシャフト41とメインドライブギヤ42との間がシンクロ機構47を介して連結される。これにより、メインシャフト41とメインドライブギヤ42とが同期回転する。
In the state shown in the figure, the
上述の円すいころ軸受1の内輪2、外輪3および転動体4の少なくとも一つの軸受部品は窒素富化層を有する。窒素富化層を形成させるための処理の具体例として浸炭窒化処理を含む熱処理について説明する。
At least one bearing component of the
図14は、この発明の実施の形態における転がり軸受の熱処理方法を説明する図であり、図15はその変形例を説明する図である。図14は一次焼入れおよび二次焼入れを行う方法を示す熱処理パターンであり、図15は焼入れ途中で材料をA1変態点温度未満に冷却し、その後、再加熱して最終的に焼入れする方法を示す熱処理パターンである。これらの図において、処理T1では鋼の素地に炭素や窒素を拡散させたまま炭素の溶け込みを十分に行った後、A1変態点未満に冷却する。次に、図中の処理T2において、A1変態点温度以上かつ処理T1よりも低温に再加熱し、そこから油焼入れを施す。 FIG. 14 is a diagram for explaining a heat treatment method for a rolling bearing according to the embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a diagram for explaining a modification thereof. FIG. 14 is a heat treatment pattern showing a method of performing primary quenching and secondary quenching, and FIG. 15 shows a method of cooling the material to below the A1 transformation point temperature during quenching, and then reheating and finally quenching. It is a heat treatment pattern. In these figures, in the treatment T1, the carbon is sufficiently melted while diffusing carbon and nitrogen in the steel substrate, and then cooled to less than the A1 transformation point. Next, in the process T2 in the figure, it is reheated to a temperature equal to or higher than the A1 transformation point temperature and lower than the process T1, and oil quenching is performed from there.
上記の熱処理により、従来の浸炭窒化焼入れすなわち浸炭窒化処理に引き続いてそのまま1回焼入れするよりも、表層部分を浸炭窒化しつつ、割れ強度を向上させ、経年寸法変化率を減少させることができる。上記図14または図15の熱処理パターンによって製造されたこの発明の転がり軸受は、オーステナイト結晶粒の粒径が従来の2分の1以下となるミクロ組織を有している。上記の熱処理を受けた軸受部品は、転動疲労に対して長寿命であり、割れ強度を向上させ、経年寸法変化率も減少させることができる。結晶粒の微細化のために二次焼入れ温度を下げる熱処理工程をとるため、残留オーステナイト量が表層および内部で減少する結果、すぐれた耐割れ強度や耐経年寸法変化を得ることができるのである。 By the above heat treatment, the crack strength can be improved and the aging rate of dimensional change can be reduced while carbonitriding the surface layer portion as compared with conventional carbonitriding and quenching, that is, carbonitriding as it is, followed by quenching as it is. The rolling bearing of the present invention manufactured by the heat treatment pattern shown in FIG. 14 or FIG. 15 has a microstructure in which the grain size of austenite crystal grains is less than half that of the prior art. The bearing component subjected to the above heat treatment has a long life against rolling fatigue, can improve the cracking strength, and can also reduce the rate of dimensional change over time. Since a heat treatment step for lowering the secondary quenching temperature is performed to refine the crystal grains, the amount of retained austenite is reduced in the surface layer and inside, and as a result, excellent crack strength and aging resistance can be obtained.
図16は、軸受部品のミクロ組織、とくにオーステナイト粒を示す図である。図16(A)は本発明例の軸受部品であり、図16(B)は従来の軸受部品である。すなわち、図14に示す熱処理パターンを適用したこの発明の実施の形態である転がり軸受の軌道輪のオーステナイト結晶粒度を図16(A)に示す。また、比較のため、従来の熱処理方法による軸受鋼のオーステナイト結晶粒度を図16(B)に示す。図17(A)および図17(B)に、上記図16(A)および図16(B)を図解したオーステナイト結晶粒度を示す。これらオーステナイト結晶粒度を示す組織より、従来のオーステナイト粒径はJIS規格の粒度番号で10番であり、図14または図15による熱処理方法によれば12番の細粒を得ることができる。図16(A)の平均粒径は、切片法で測定した結果、5.6μmであった。 FIG. 16 is a diagram showing the microstructure of bearing parts, particularly austenite grains. FIG. 16A shows a bearing component of the present invention example, and FIG. 16B shows a conventional bearing component. That is, FIG. 16A shows the austenite grain size of the bearing ring of the rolling bearing according to the embodiment of the present invention to which the heat treatment pattern shown in FIG. 14 is applied. For comparison, FIG. 16B shows the austenite grain size of the bearing steel obtained by the conventional heat treatment method. FIGS. 17A and 17B show austenite grain sizes illustrating the above FIGS. 16A and 16B. From the structure showing the austenite crystal grain size, the conventional austenite grain size is No. 10 in the JIS standard grain size number, and according to the heat treatment method according to FIG. 14 or FIG. 15, No. 12 fine grains can be obtained. The average particle diameter in FIG. 16 (A) was 5.6 μm as a result of measurement by the intercept method.
次に、この発明の実施例について説明する。
(実施例1)
JIS規格SUJ2材(1.0重量%C−0.25重量%Si−0.4重量%Mn−1.5重量%Cr)を用いて、(1)水素量の測定、(2)結晶粒度の測定、(3)シャルピー衝撃試験、(4)破壊応力値の測定、(5)転動疲労試験の各試験を行った。表1にその結果を示す。
Next, examples of the present invention will be described.
Example 1
Using JIS standard SUJ2 material (1.0 wt% C-0.25 wt% Si-0.4 wt% Mn-1.5 wt% Cr), (1) measurement of hydrogen content, (2) crystal grain size (3) Charpy impact test, (4) measurement of fracture stress value, and (5) rolling fatigue test. Table 1 shows the results.
各試料の製造履歴は次のとおりである。
試料A〜D(本発明例):浸炭窒化処理850℃、保持時間150分間。雰囲気は、RXガスとアンモニアガスとの混合ガスとした。図14に示す熱処理パターンにおいて、浸炭窒化処理温度850℃から一次焼入れを行い、次いで浸炭窒化処理温度より低い温度域780℃〜830℃に加熱して二次焼入れを行った。ただし、二次焼入れ温度780℃の試料Aは焼入れ不足のため試験の対象から外した。
試料E,F(比較例):浸炭窒化処理は、本発明例A〜Dと同じ履歴で行い、二次焼入れ温度を浸炭窒化処理温度850℃以上の850℃〜870℃で行った。
従来浸炭窒化処理品(比較例):浸炭窒化処理850℃、保持時間150分間。雰囲気は、RXガスとアンモニアガスとの混合ガスとした。浸炭窒化処理温度からそのまま焼入れを行い、二次焼入れは行わなかった。
普通焼入れ品(比較例):浸炭窒化処理を行わずに、850℃に加熱して焼入れした。二次焼入れは行わなかった。
The manufacturing history of each sample is as follows.
Samples A to D (examples of the present invention): carbonitriding 850 ° C., holding time 150 minutes. The atmosphere was a mixed gas of RX gas and ammonia gas. In the heat treatment pattern shown in FIG. 14, primary quenching was performed from a carbonitriding temperature of 850 ° C., followed by secondary quenching by heating to a temperature range of 780 ° C. to 830 ° C. lower than the carbonitriding temperature. However, Sample A having a secondary quenching temperature of 780 ° C. was excluded from the test because of insufficient quenching.
Samples E and F (comparative examples): The carbonitriding process was performed with the same history as that of Examples A to D of the present invention, and the secondary quenching temperature was 850 ° C to 870 ° C which is a carbonitriding temperature of 850 ° C or higher.
Conventional carbonitrided product (comparative example): carbonitrided at 850 ° C., holding time of 150 minutes. The atmosphere was a mixed gas of RX gas and ammonia gas. Quenching was performed directly from the carbonitriding temperature, and secondary quenching was not performed.
Normal hardened product (comparative example): without quenching and carbonitriding, it was heated to 850 ° C. and quenched. Secondary quenching was not performed.
次に、試験方法について説明する。
(1)水素量の測定
水素量は、LECO社製DH−103型水素分析装置により、鋼中の非拡散性水素量を分析した。拡散性水素量は測定していない。このLECO社製DH−103型水素分析装置の仕様は次のとおりである。
分析範囲:0.01〜50.00ppm
分析精度:±0.1ppmまたは±3%H(いずれか大なる方)
分析感度:0.01ppm
検出方式:熱伝導度法
試料重量サイズ:10mg〜35mg(最大:直径12mm×長さ100mm)
加熱炉温度範囲:50℃〜1100℃
試薬:アンハイドロン Mg(ClO4)2、 アスカライト NaOH
キャリアガス:窒素ガス、ガスドージングガス:水素ガス、いずれのガスも純度99.99%以上、圧力40psi(2.8kgf/cm2)
Next, the test method will be described.
(1) Measurement of hydrogen amount The amount of hydrogen was determined by analyzing the amount of non-diffusible hydrogen in the steel using a DH-103 type hydrogen analyzer manufactured by LECO. The amount of diffusible hydrogen is not measured. The specifications of the LECO DH-103 hydrogen analyzer are as follows.
Analysis range: 0.01 to 50.00 ppm
Analysis accuracy: ± 0.1 ppm or ± 3% H (whichever is greater)
Analysis sensitivity: 0.01ppm
Detection method: Thermal conductivity method Sample weight size: 10 mg to 35 mg (maximum:
Heating furnace temperature range: 50 ° C to 1100 ° C
Reagents: Anhydrone Mg (ClO 4 ) 2 , Ascarite NaOH
Carrier gas: Nitrogen gas, Gas dosing gas: Hydrogen gas, all gases have a purity of 99.99% or more, pressure 40 psi (2.8 kgf / cm 2 )
測定手順の概要は以下のとおりである。専用のサンプラーで採取した試料をサンプラーごと上記の水素分析装置に挿入する。内部の拡散性水素は窒素キャリアガスによって熱伝導度検出器に導かれる。この拡散性水素は本実施例では測定しない。次に、サンプラーから試料を取り出し、抵抗加熱炉内で加熱し、非拡散性水素を窒素キャリアガスによって熱伝導度検出器に導く。熱伝導度検出器において熱伝導度を測定することによって非拡散性水素量を知ることができる。 The outline of the measurement procedure is as follows. A sample collected with a dedicated sampler is inserted into the hydrogen analyzer together with the sampler. Internal diffusible hydrogen is directed to the thermal conductivity detector by a nitrogen carrier gas. This diffusible hydrogen is not measured in this example. Next, a sample is taken out from the sampler, heated in a resistance heating furnace, and non-diffusible hydrogen is guided to a thermal conductivity detector by nitrogen carrier gas. The amount of non-diffusible hydrogen can be known by measuring the thermal conductivity with a thermal conductivity detector.
(2)結晶粒度の測定
結晶粒度の測定は、JIS G 0551の鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法に基づいて行った。
(2) Measurement of crystal grain size The crystal grain size was measured based on the JIS G 0551 steel austenite grain size test method.
(3)シャルピー衝撃試験
シャルピー衝撃試験は、JIS Z 2242の金属材料のシャルピー衝撃試験方法に基づいて行った。試験片は、JIS Z 2202に示されたUノッチ試験片(JIS3号試験片)を用いた。
(3) Charpy impact test The Charpy impact test was performed based on the Charpy impact test method of the metal material of JISZ2242. As a test piece, a U-notch test piece (JIS No. 3 test piece) shown in JIS Z 2202 was used.
(4)破壊応力値の測定
図18は、静圧壊強度試験(破壊応力値の測定)の試験片を示す図である。図中のP方向に荷重を負荷して破壊されるまでの荷重を測定する。その後、得られた破壊荷重を、下記の曲がり梁の応力計算式により応力値に換算する。なお、試験片は図18に示す試験片に限られず、他の形状の試験片を用いてもよい。
(4) Measurement of Fracture Stress Value FIG. 18 is a diagram showing a test piece for a static crush strength test (measurement of a fracture stress value). The load until it is broken by applying a load in the P direction in the figure is measured. Thereafter, the obtained fracture load is converted into a stress value by the following stress calculation formula of the curved beam. In addition, a test piece is not restricted to the test piece shown in FIG. 18, You may use the test piece of another shape.
図18の試験片の凸表面における繊維応力をσ1、凹表面における繊維応力をσ2とすると、σ1およびσ2は下記の式によって求められる(機械工学便覧A4編材料力学A4−40)。ここで、Nは円環状試験片の軸を含む断面の軸力、Aは横断面積、e1は外半径、e2は内半径を表す。また、κは曲がり梁の断面係数である。
σ1=(N/A)+{M/(Aρ0)}[1+e1/{κ(ρ0+e1)}]
σ2=(N/A)+{M/(Aρ0)}[1−e2/{κ(ρ0−e2)}]
κ=−(1/A)∫A{η/(ρ0+η)}dA
Assuming that the fiber stress on the convex surface of the test piece in FIG. 18 is σ 1 and the fiber stress on the concave surface is σ 2 , σ 1 and σ 2 are obtained by the following formulas (Mechanical Engineering Handbook A4 Knitting Material Dynamics A4-40) . Here, N is the axial force of the cross section including the axis of the annular specimen, A is the cross-sectional area, e 1 is the outer radius, and e 2 is the inner radius. Further, κ is a section modulus of the curved beam.
σ 1 = (N / A) + {M / (Aρ 0 )} [1 + e 1 / {κ (ρ 0 + e 1 )}]
σ 2 = (N / A) + {M / (Aρ 0 )} [1-e 2 / {κ (ρ 0 −e 2 )}]
κ = − (1 / A) ∫A {η / (ρ 0 + η)} dA
(5)転動疲労寿命
転動疲労寿命試験の試験条件を表2に示す。また、図19は、転動疲労寿命試験機の概略図であって、図19(A)は正面図、図19(B)は側面図である。図19(A)および図19(B)において、転動疲労寿命試験片18は、駆動ロール12によって駆動され、ボール16と接触して回転する。ボール16は3/4インチのボールであり、案内ロール14にガイドされて転動疲労寿命試験片18との間で高い面圧を及ぼし合いながら転動する。
(5) Rolling fatigue life Table 2 shows the test conditions for the rolling fatigue life test. 19 is a schematic view of a rolling fatigue life tester, FIG. 19A is a front view, and FIG. 19B is a side view. In FIG. 19A and FIG. 19B, the rolling fatigue
表1に示した実施例Iの試験結果を説明すると次のとおりである。
・ 水素量
浸炭窒化処理したままの従来浸炭窒化処理品は、0.72ppmと非常に高い値となっている。これは、浸炭窒化処理の雰囲気に含まれるアンモニア(NH3)が分解して水素が鋼中に浸入したためと考えられる。これに対し、試料B〜Dは、水素量は0.37〜0.40ppmと半分近くまで減少している。この水素量は普通焼入れ品と同レベルである。
The test results of Example I shown in Table 1 will be described as follows.
-Hydrogen content Conventional carbonitrided products that have been carbonitrided have a very high value of 0.72 ppm. This is thought to be because ammonia (NH 3 ) contained in the atmosphere of carbonitriding decomposed and hydrogen entered the steel. On the other hand, in Samples B to D, the hydrogen content is reduced to almost half of 0.37 to 0.40 ppm. This amount of hydrogen is at the same level as that of ordinary hardened products.
・ 結晶粒度
結晶粒度は二次焼入れ温度が、浸炭窒化処理時の焼入れ(一次焼入れ)の温度より低い場合、すなわち試料B〜Dの場合、オーステナイト粒は、結晶粒度番号11〜12と顕著に微細化されている。試料EおよびFならびに従来浸炭窒化処理品および普通焼入れ品のオーステナイト粒は、結晶粒度番号10であり、本発明例の試料B〜Dより粗大な結晶粒となっている。
・ Grain size When the secondary quenching temperature is lower than the quenching (primary quenching) temperature during carbonitriding, that is, in the case of Samples B to D, the austenite grains are remarkably fine with
・ シャルピー衝撃試験
表1によれば、従来浸炭窒化処理品のシャルピー衝撃値は5.33J/cm2であるのに対して、本発明例の試料B〜Dのシャルピー衝撃値は6.30〜6.65J/cm2と高い値が得られている。この中でも、二次焼入れ温度が低い方がシャルピー衝撃値が高くなる傾向を示す。普通焼入れ品のシャルピー衝撃値は6.70J/cm2と高い。
-Charpy impact test According to Table 1, the Charpy impact value of the conventional carbonitrided product is 5.33 J / cm 2 , whereas the Charpy impact values of the samples B to D of the examples of the present invention are 6.30 to A high value of 6.65 J / cm 2 is obtained. Among these, the one where secondary quenching temperature is low shows the tendency for a Charpy impact value to become high. The normally hardened product has a high Charpy impact value of 6.70 J / cm 2 .
(4)破壊応力値の測定
上記破壊応力値は、耐割れ強度に相当する。表1によれば、従来浸炭窒化処理品は2330MPaの破壊応力値となっている。これに比して、試料B〜Dの破壊応力値は2650〜2840MPaと改善された値が得られている。普通焼入れ品の破壊応力値は2770MPaであり、試料B〜Dの改良された耐割れ強度は、オーステナイト結晶粒の微細化と並んで、水素含有率の低減による効果が大きいと推定される。
(4) Measurement of fracture stress value The fracture stress value corresponds to the crack resistance strength. According to Table 1, the conventional carbonitrided product has a fracture stress value of 2330 MPa. Compared to this, the fracture stress values of Samples B to D were improved to 2650 to 2840 MPa. The fracture stress value of the normal quenching product is 2770 MPa, and the improved cracking resistance strength of Samples B to D is estimated to have a great effect by reducing the hydrogen content, along with the refinement of austenite crystal grains.
(5)転動疲労試験
表1によれば、普通焼入れ品は浸炭窒化層を表層部に有しないことを反映して、転動疲労寿命L10は最も低い。これに比して従来浸炭窒化処理品の転動疲労寿命は3.1倍となる。試料B〜Dの転動疲労寿命は従来浸炭窒化処理品より大幅に向上する。試料E,Fは、従来浸炭窒化処理品とほぼ同等である。
(5) According to the rolling contact fatigue test Table 1, normally hardened product to reflect to have no carbonitrided layer in the surface layer portion, the rolling fatigue life L 10 is the lowest. Compared to this, the rolling fatigue life of the conventional carbonitrided product is 3.1 times. The rolling fatigue life of Samples B to D is significantly improved as compared with the conventional carbonitrided product. Samples E and F are almost equivalent to conventional carbonitrided products.
上記をまとめると、本発明例の試料B〜Dは、水素含有率が低下し、オーステナイト結晶粒度が11番以上に微細化され、シャルピー衝撃値、耐割れ強度および転動疲労寿命も改善される。 In summary, Samples B to D of the present invention have a reduced hydrogen content, an austenite crystal grain size of 11 or more, and improved Charpy impact value, crack resistance strength and rolling fatigue life. .
(実施例II)
次に、実施例IIについて説明する。下記のX材、Y材およびZ材について、一連の試験を行った。熱処理用素材には、JIS規格SUJ2材(1.0重量%C−0.25重量%Si−0.4重量%Mn−1.5重量%Cr)を用い、X材〜Z材に共通とした。X材〜Z材の製造履歴は次のとおりである。
X材(比較例):普通焼入れのみ(浸炭窒化処理せず)
Y材(比較例):浸炭窒化処理後にそのまま焼入れ(従来の浸炭窒化焼入れ)。浸炭窒化処理温度845℃、保持時間150分間。浸炭窒化処理の雰囲気は、RXガス+アンモニアガスとした。
Z材(本発明例):図14の熱処理パターンを施した軸受鋼。浸炭窒化処理温度845℃、保持時間150分間。浸炭窒化処理の雰囲気は、RXガス+アンモニアガスとした。最終焼入れ温度は800℃とした。
Example II
Next, Example II will be described. A series of tests were performed on the following X material, Y material, and Z material. JIS standard SUJ2 material (1.0% by weight C-0.25% by weight Si-0.4% by weight Mn-1.5% by weight Cr) is used for the heat treatment material. did. The manufacturing history of the X material to the Z material is as follows.
X material (comparative example): Normal quenching only (not carbonitriding)
Y material (comparative example): quenching directly after carbonitriding (conventional carbonitriding quenching). Carbonitriding temperature 845 ° C, holding time 150 minutes. The atmosphere of the carbonitriding process was RX gas + ammonia gas.
Z material (example of the present invention): bearing steel subjected to the heat treatment pattern of FIG. Carbonitriding temperature 845 ° C, holding time 150 minutes. The atmosphere of the carbonitriding process was RX gas + ammonia gas. The final quenching temperature was 800 ° C.
(1)転動疲労寿命
転動疲労寿命の試験条件および試験装置は、上述したように、表2および図19に示すとおりである。この転動疲労寿命試験の結果を表3に示す。表3によれば、比較例のY材は、同じく比較例で普通焼入れのみを施したX材のL10寿命(試験片10個中の1個が破損する寿命)の3.1倍を示し、浸炭窒化処理による長寿命化の効果が認められる。これに対して、本発明例のZ材は、B材の1.74倍、またX材の5.4倍の長寿命を示している。この改良の主因はミクロ組織の微細化によるものと考えられる。
(1) Rolling fatigue life Test conditions and test equipment for rolling fatigue life are as shown in Table 2 and FIG. 19, as described above. The results of this rolling fatigue life test are shown in Table 3. According to Table 3, the Y material of the comparative example shows 3.1 times the L 10 life of the X material that has been subjected only to normal quenching in the comparative example (the life that one of the 10 test pieces breaks). In addition, the effect of extending the life by carbonitriding is recognized. On the other hand, the Z material of the present invention example has a long life of 1.74 times that of the B material and 5.4 times that of the X material. The main reason for this improvement is thought to be the refinement of the microstructure.
(2)シャルピー衝撃試験
シャルピー衝撃試験は、Uノッチ試験片を用いて、上述のJISZ2242に準じた方法により行った。試験結果を表4に示す。浸炭窒化処理を行ったY材(比較例)のシャルピー衝撃値は、普通焼入れのX材(比較例)より高くないが、Z材はX材と同等の値が得られた。
(2) Charpy impact test The Charpy impact test was performed by the method according to the above-mentioned JISZ2242 using the U notch test piece. The test results are shown in Table 4. The Charpy impact value of the Y material (comparative example) subjected to carbonitriding was not higher than that of the normal quenching X material (comparative example), but the Z material obtained the same value as the X material.
(3)静的破壊靭性値の試験
図20は、静的破壊靭性試験の試験片を示す図である。この試験片のノッチ部に、予き列を約1mm導入した後、3点曲げによる静的荷重を加え、破壊荷重Pを求めた。破壊靭性値(K1c値)の算出には次に示す(I)式を用いた。また、試験結果を表5に示す。予き裂深さが浸炭窒化層深さよりも大きくなったため、比較例のX材とY材とには違いはない。しかし、本発明例のZ材は比較例に対して約1.2倍の値を得ることができた。
K1c=(PL√a/BW2){5.8−9.2(a/W)+
43.6(a/W)2−75.3(a/W)3+77.5(a/W)4} ……(I)
(3) Test of Static Fracture Toughness Value FIG. 20 is a diagram showing a test piece of a static fracture toughness test. After introducing a pre-row about 1 mm into the notch portion of the test piece, a static load by three-point bending was applied to determine the breaking load P. The following formula (I) was used for calculation of the fracture toughness value (K1c value). The test results are shown in Table 5. Since the precrack depth is larger than the carbonitrided layer depth, there is no difference between the X material and the Y material of the comparative example. However, the Z material of the present invention example was able to obtain a value about 1.2 times that of the comparative example.
K1c = (PL√a / BW 2 ) {5.8−9.2 (a / W) +
43.6 (a / W) 2 -75.3 (a / W) 3 +77.5 (a / W) 4} ...... (I)
(4)静圧壊強度試験
静圧壊強度試験は、上述のように図20に示す形状のものを用いた。図中、P方向に荷重を負荷して、静圧壊強度試験を行った。試験結果を表6に示す。浸炭窒化処理を行っているY材は普通焼入れのX材よりもやや低い値である。しかしながら、本発明例のZ材は、Y材よりも静圧壊強度が向上し、X材と遜色ないレベルが得られている。
(5)経年寸法変化率
保持温度130℃、保持時間500時間における経年寸法変化率の測定結果を、表面硬度、残留オーステナイト量(50μm深さ)と併せて表7に示す。残留オーステナイト量の多いY材の寸法変化率に比べて、本発明例のZ材は2分の1以下に抑制されていることがわかる。
(6)異物混入下における転動寿命試験
玉軸受6206を用い、標準異物を所定量混入させた異物混入下での転動疲労寿命を評価した。試験条件を表8に、試験結果を表9に示す。X材に比べ、従来の浸炭窒化処理を施したY材は約2.5倍になり、また、本発明例のZ材は約2.3倍の長寿命が得られた。本発明例のZ材は、比較例のY材に比べて残留オーステナイト量が少ないものの、窒素の浸入と微細化されたミクロ組織の影響でほぼ同等の長寿命が得られている。
(6) Rolling life test under the presence of foreign matter Using a ball bearing 6206, the rolling fatigue life under the presence of foreign matter mixed with a predetermined amount of standard foreign matter was evaluated. Table 8 shows the test conditions and Table 9 shows the test results. Compared to the X material, the Y material subjected to the conventional carbonitriding treatment is about 2.5 times longer, and the Z material of the present invention example has a long life of about 2.3 times. Although the Z material of the present invention example has a small amount of retained austenite as compared with the Y material of the comparative example, a substantially equivalent long life is obtained due to the intrusion of nitrogen and the influence of the refined microstructure.
上記の結果より、Z材すなわち本発明例は、従来の浸炭窒化処理では困難であった転動疲労寿命の長寿命化、割れ強度の向上、経年寸法変化率の低減の3項目を同時に満足することができることがわかった。 From the above results, the Z material, that is, the present invention example, simultaneously satisfies the three items of the rolling fatigue life extension, crack strength improvement, and reduction of aging dimensional change rate, which were difficult in the conventional carbonitriding process. I found out that I could do it.
(実施例III)
表10に、窒素含有量と異物混入条件下の転動寿命との関係について行った試験の結果を示す。なお、比較例1は標準焼入れ品、比較例2は標準の浸炭窒化品である。比較例3はこの発明実施例と同様の処理を施したものの窒素量のみ過多の場合である。試験条件は次のとおりである。
供試軸受:円すいころ軸受30206(内/外輪、ころ共にJISによる高炭素クロム軸受鋼2種(SUJ2)製)
ラジアル荷重:17.64kN
アキシアル荷重:1.47kN
回転速度:2000rpm
硬質の異物混入1g/L
Example III
Table 10 shows the results of tests conducted on the relationship between the nitrogen content and the rolling life under the contamination condition. Comparative Example 1 is a standard quenched product, and Comparative Example 2 is a standard carbonitrided product. Comparative Example 3 is a case where only the amount of nitrogen was excessive although the same treatment as that of the inventive example was performed. The test conditions are as follows.
Test bearing: Tapered roller bearing 30206 (both inner and outer rings and rollers are made of JIS high carbon chrome bearing steel class 2 (SUJ2))
Radial load: 17.64kN
Axial load: 1.47kN
Rotation speed: 2000rpm
1g / L of hard foreign matter
表10より、実施例1〜5に関しては、窒素含有量と異物寿命はほぼ比例関係にあることがわかる。ただし、窒素含有量が0.72の比較例3では異物混入下の転動寿命が極端に低下していることに照らし、窒素含有量は0.7を上限とするのがよい。 From Table 10, regarding Examples 1 to 5, it can be seen that the nitrogen content and the foreign substance lifetime are in a substantially proportional relationship. However, in Comparative Example 3 where the nitrogen content is 0.72, the upper limit of the nitrogen content is preferably 0.7 in light of the fact that the rolling life under the mixing of foreign matters is extremely reduced.
ここに開示された実施の形態はすべ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。この発明の範囲は上記した説明ではなく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すべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein are illustrative in all aspects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1,1a,1b 円すいころ軸受
2 内輪
2a 軌道面
2b 小つば
2c 大つば
3 外輪
3a 軌道面
4 円すいころ
5 保持器
6 小環状部
7 大環状部
8 柱部
9 ポケット
10a,10b,10c 切欠き
11 つば
1, 1a, 1b Tapered
Claims (1)
ころ係数γが0.94を越え、
前記内輪、外輪および転動体のうち少なくともいずれか一つの部材が、窒素富化層を有し、かつ、前記窒素富化層におけるオーステナイト結晶粒の粒度番号が10番を越える範囲にあり、
前記保持器が、円すいころの小端面側で連なる小環状部と、円すいころの大端面側で連なる大環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部とからなり、隣接する柱部間に、円すいころの小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる台形状のポケットが形成してあり、ポケットの狭幅側の柱部と小環状部の中央部に、前記保持器と前記内輪との間に流入した潤滑油を前記外輪側へ速やかに逃がすための切欠きが設けてある円すいころ軸受。 An inner ring, an outer ring, a plurality of tapered rollers arranged to roll between the inner ring and the outer ring, and a cage that holds the tapered rollers at a predetermined circumferential interval,
Roller coefficient γ exceeds 0.94,
At least one member of the inner ring, the outer ring and the rolling element has a nitrogen-enriched layer, and the austenite grain size number in the nitrogen-enriched layer is in a range exceeding 10;
The retainer is composed of a small annular portion that is continuous on the small end face side of the tapered roller, a large annular portion that is continuous on the large end face side of the tapered roller, and a plurality of pillar portions that connect these annular portions, and adjacent pillar portions. A trapezoidal pocket is formed in which the portion that stores the small diameter side of the tapered roller is the narrow side and the portion that stores the large diameter side is the wide side, and the column portion on the narrow side of the pocket and the small ring A tapered roller bearing in which a notch is provided in the central part of the part to quickly release the lubricating oil flowing between the cage and the inner ring to the outer ring side .
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