JPH02186120A - 自動調心ころ軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、長寿命で且つ発熱、摩擦トルクの少ない自動
調心ころ軸受に関する。

〔従来の技術〕

従来の自動調心ころ軸受にあっては、内輪や外輪の軌道
面と転動体である球面ころの転勤面との接触状態やそれ
らの面の輪郭（母線）半径、ころの転勤面とチャンファ
部分との接続部分のかど曲率半径、上記各軌道面や転勤
面の表面粗さ等の内部諸元は、それぞれ目的に応じて適
当な設計値を与えていた。例えば、特公昭５５−３１３
２８号公報には、軸受の使用時における摩擦トルクや温
度上昇を低減させるために、内輪と外輪との軌道面にお
ける溝の曲率半径と転動体曲率半径との曲率比を特定す
ることが提示されている。すなわち、内輪と外輪との軌
道面の溝曲率半径をそれぞれＲｈ。

Ｒ１とし、ころの転勤面の曲率半径をＲｃとしたとき、
曲率比Ｒｃ／Ｒ，、Ｒｃ／Ｒ，が下記の弐〇〇）となる
ことを要旨としている。

０．５＋０．５　（（１＋γ）／（ｆ　−ｒ　）　）　
”　＜（１−（Ｒｅ／Ｒｂ））　／　（１−（Ｒｃ／Ｒ
，））　＜１．５　　（（１＋　　ｒ　）／（１−ｒ　
　）　　）　　”　’　　−０，５−−−−−−−−−
００）ここに、γ−（Ｄｗｃｏｓ　α）／ｄ−、Ｄ−１
はころ直径、ｄ、はころピッチ円直径、αは接触角であ
る。

〔発明が解決しようとする課題） しかしながら、軸受部品の内部諸元の一部の関係を上記
のように特定した場合でも、軸受部品の軌道面や転勤面
の表面粗さの値によっては、ころの大きな傾斜転がり（
スキュー）を避は得す、軸受の摩擦トルクや温度上昇を
低減することができるとは限らない。その結果、軸受の
転がり疲れ寿命も低下する場合があった。

すなわち、換言すれば、軸受部品の内部諸元を総合的に
みて軸受の性能向上に最適の設計を行うということは、
従来なかった。

そこで本発明は、上記従来の問題点に着目してなされた
ものであり、その目的とするところは、軸受部品の内部
諸元及びそれらの表面粗さを使用条件に応じて総合的に
最適に選ぶことによってスキュー角を特定の範囲に抑制
した自動調心ころ軸受を提供し、もってその軸受の摩擦
トルクや温度上昇を低下させ、転がり疲れ寿命の増大を
もたらすことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、内輪、外輪及びこ
れら両輪に嵌挿された転動体を有する自動調心ころ軸受
において、 回転時のころのスキュー角が負で、その絶対値が１を超
えないように構成したものである。

しかして、上記スキュー角を得るべく、所量の関係を以
下の如くに定めることができる。

内輪軌道面の輪郭半径Ｒ２その平均粗さＲＡｂ、外輪軌
道面の輪郭半径Ｒ，その平均粗さＲＡａ、こる転勤面の
輪郭半径Ｒ，その平均粗さＲＡＣのとき 内輪軌道溝半径比ｒ、をｆｉ　−Ｒｈ　／　（２Ｒｃ）
、外輪軌道溝半径比ｆｉをｆｉ＝Ｒ，／　（２Ｒｃ）、
内輪合成表面粗さＲＡｉを Ｒａ＝　−（ＲＡｂ”　＋　Ｒａｃ”）　””外輪合成
表面粗さＲＡａを ＲＡｃ＝　（ＲＡ、２＋ＲＡｃ２）””ころの転勤面と
チャンファ部分との接続部分のかど曲率半径をＲ，、 ころの最大直径をり。、 ころの長さをり。、 外輪ところ間の弾性流体潤滑的油膜厚さをり。、外輪と
ころ間の油膜パラメータΔ。を Δ。−り、／ＲＡ。

とし、 （ＳＦ）＝　（ｆｉ−０，５）／　（ｆｉ−０，５）、
（Ｓ　ＲＡ）　−ＲＡｔ／　ＲＡ−１ （ＳＲＫ）　−１，ＯＯＲＸ　／　（Ｄｗ　Ｌｗ　）　
””とおくと、 Φ：　（ＳＦ）／　（（ＳＲＡ）（（ＳＲＫ）Δ　）　
ｌ／Ｚ　〕＝　１．８４〜ｌ、３９ を満足する。

〔作用〕

回転時のころのスキュー角を小さな負の値に抑制すると
、摩擦トルクや温度上昇が減少し、もって転がり疲れ寿
命の延長が可能となる。

すなわち、上記関数Φの値が１．８４を超えると、後述
するようにスキュー角は正となり、内輪側での滑り連動
が増大する。その結果、−船釣に相対疲れ強度が小さい
内輪ところ間の転がり疲れ寿命が短縮され、ひいては軸
受全体としての寿命も短縮される。

一方、上記関数Φの値カ月、３９未満になると、スキュ
ー角は負であるがその絶対値が１°を超え、転動体荷重
が顕著に急増する。その結果、摩擦力。

発熱量が増大し、軸受寿命が短縮される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図とともに説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す複列自動調心ころ軸
受の上半部の軸方向断面図である。図中、１は外輪、２
は内輪、３は外輪ｌと内輪２との間に嵌挿された転動体
としてのころである。いま、外輪ｌに外部荷重Ｆａが、
外輪ｌからころ３にごろ接触力Ｑ、が、内輪２からころ
３にこる接触力Ｑ、が働いており、外輪１は紙面から前
方に向かって回転し、内輪２は反対に紙面から後方に向
かって回転するものとする。ころ３は外輪ｌとの接触に
より、矢符号イの方向に自転しつつ紙面から前方へ公転
する。このとき、ころ３と内外輪との接触面にはたらく
滑り摩擦力の作用でころ３にスキューモメントが加わる
。このスキューモメントは、外輪ｌとこる３間と内輪２
ところ３間では方向が反対になる。正常な負荷状態にお
いて、外輪１とこる３間の滑り摩擦力によるスキューモ
メントが、内輪２側におけるころ３との摩擦力によるス
キューモメントより優勢である場合は正のスキュー、反
対に内輪２とこる３間の滑り摩擦力によるスキューモメ
ントの方が（Ｉ勢の場合は負のス；トユーになる。

すなわち、自動調心ころ軸受にあっては、ころ３のスキ
ュー運動を完全に避けることはできず、正または負のス
キューを生じる。第２図は第１図のＺ方向矢視て示す正
のスキューであり、Ｈ，は内輪２に対するころ３の公転
方向を、Ｈ２は滑りなしの場合のころ３の進行方向を示
す。Ｈ、は内輪２の軌道面がころ３から受ける軸方向断
面図の向きを示している。

一方、第３図は負のスキューの場合を表したものであり
、この場合は、内輪２の軌道面がころ３から受ける軸方
向摩擦力Ｈ１の向きは、上記圧の場合の反対になる。

しかして、スキュー角（θ、）が正のときは、内輪２と
の間のすべり運動が顕著となる。その結果、次に述べる
ように、外輪１より一般的に血圧が大きい内輪２の、軌
道面における転がり運動中の滑り運動が増大する。その
ため、内輪２ところ３間の接触における転がり疲れ寿命
が短縮される。

−１ｉｔｕに転がり軸受の回転軸直角断面における軌道
面断面形状が、外輪は凹形、内輪は凸形である。

そのため、内輪ところ間の最大接触圧力ｑ１が外輪とこ
ろ間の最大接触圧力ｑ、より大きい。したがって内輪と
ころ間の転がり疲れ寿命は、外！Ｒｉｍところ間のそれ
より小さい。このことは、内輪ところ間の転がり疲れ寿
命が短縮されると、軸受全体としての寿命も短縮するこ
とを意味する。

これに対して、スキュー角（θ、）が負のときは、ころ
３の大きいすべり運動は外輪１との間で行われて、比較
的に接触面圧の小さい外輪ｌの軌道面において滑り運動
が増大するので、実質的に軸受の寿命短縮に及ぼす影響
は問題にならない。

よって、本発明のスキュー角θ、は、負の範囲に限定さ
れる。

ところで、ころ３が負のスキューを生じたときは、その
摩擦力の作用方向の関係から、軸受内の転動体荷重が増
大するため、短寿命となることが特公昭５７−６１９３
３号公報に開示されている。

すなわち、第３図に示すように、負のスキューの場合の
内輪軌道面がころ３から受ける軸方向摩擦カド１．の方
向は、内外輪軌道を軸方向に接近させ、転動体荷重を増
加さセる方向となる。

これに対し、正のスキューの場合の内輪軌道面がころ３
から受ける軸方向摩擦力Ｈ１の方向は、第２図に示すよ
うに、内外輪軌道を軸方向に遠ざけ、転動体荷重を減ら
す方向に作用する。

しかしながら、本発明者の研究の結果によれば、負のス
キューであってもその絶対値がｌｏを超えない範囲内で
あれば、転動体荷重の増大の程度は極めて軽微であるこ
とが判明した。

すなわち本発明者は、自動調心ころ軸受のころのスキュ
ー量の増大を抑制し、温度上昇を減少させ、もって転が
り疲れ寿命の延長をはかるために、軌道輪の軌道面及び
ころの転勤面の表面粗さの他、軌道輪の溝半径比、ころ
のかと半径、軸受荷重などの諸量を種々に変化させた自
動調心ころ軸受を試作して運転した。そして、そのとき
の軸受温度上昇ところのスキュー角とを実測して解析し
、軸受部品の内部諸元の関係を総合的に表す関数Φを設
定した。その値をΦ−１，８４〜１．３９の範囲にする
ことにより、ころの大きいスギュー運動は抑制されて小
さい負のスキューに押さえられ、軸受の摩擦！・ルクや
温度ト昇を減少することができた。

上記関数Φは ΦＥ（Ｓ　ｌ”）／　（（Ｓ　ＲＡ）　（（Ｓ　ＲＫ）
△、　）　Ｉ／２　）・−・−（１） で表される。

ここに（ＳＦ）は内輪２と外輸工との接触長さの比に関
係する量、（ＳＲＡ）は外輪合成表面粗さに対する内輪
合成表面粗さの比、（ＳＲＫ）はころ３の転勤面とチャ
ンファ部との接続部分のかど曲率半径のころ３の大きさ
（長さと径の積）に対する比率であり、それぞれ、 （ＳＦ）＝　（ｒｉ　−０，５）／　（ｆｉ、−０，５
）、（Ｓ　ＲＡ　）　−ＲＡｉ／　ＲＡ−１（ＳＲＫ）
　＝ｌ　００　Ｒｘ　／　（Ｄｗ　Ｌｈ　）　””で表
される。

Δ。は外輪１ところ３間の油膜パラメータでΔ。−り、
／Ｒ，、である。

但し、 ｆｉは内輪軌道溝半径比で ｒ＝　−Ｒｂ　／　（２Ｒｃ）、 ｒ、は外輪軌道溝半径比で ｆｉ＝Ｒ，／　（２Ｒ，）、 ＲＡｉは内輪合成表面粗さで ＲＡ＋＝　（Ｒａｂ”　十ＲＡｃ”）””ＲＡ、は外輪
合成表面粗さで ＲＡ、＝（Ｒ□２＋ＲＡｃ２）１／２、ＲＫはころの転
勤面とチャンファ部分との接続部分のかど曲率半径 りおばころの最大直径、 Ｌ、はころの長さ、 ）ｌ＃は外輪ところ間の弾性流体潤滑的油膜厚さ、また
、 Ｒｂは内輪軌道面の輪郭半径、 ＲＡｂは内輪軌道面の平均粗さ、 Ｒ１は外輪軌道面の輪郭半径、 ＲＡａは外輪軌道面の平均粗さ、 Ｒ，はころ転動面の輪郭半径、 ＲＡｃはこる転勤面の平均粗さ、 である。

上記の関数Φの値と、ころ３のスキュー角θ。

との関係を実験で求めた結果を第４図に示す。図から、
Φのイ直が１．８４を超えると、ころのスキュー角θＳ
が正になることは明らかである。その場合は、先に述べ
たように面圧の大きい内輪側での滑り運動が増大し、そ
の結果内輪２とこる３間の転がり疲れ寿命が短縮され、
結局軸受全体の寿命が短縮することが確認された。

Φの値カ月、８４以下になるとスキュー角θＳは負とな
り、その絶対値が次第に増加する（大きな負の値になる
）。そして、Φの値が１．３９のとき、ころのスキュー
角θ３の下限値は−ｌ°となり、Φがより小さくなると
スキュー角θ３の絶対値は急激に増大している。このよ
うにスキュー角θ。

の絶対値が大きくなる程、転動体荷重が増大し、その結
果摩擦力や発熱債が増加し、軸受寿命が短縮されること
となる。

例えば第５図は、Φの値と基準化軸受温度上昇値ΔＴ／
　ＣＰ、／Ｃｒ）との関係を求めたものである。ここに
、ΔＴ’Ｃは温度上昇値、Ｐ、は軸受荷重、Ｃｒは基本
動定格荷重（内輪を回転させてフレーキングが生じる迄
の回転数が１００万回転になるような荷重）である。

図から、上記（１）弐で表されるΦの値の範囲に対して
は、基準化軸受温度上昇値の値は小さいが、Φの値が１
．３９を下回ると、温度上昇値が急増していることが明
らかである。

〔発明の効果〕

本発明の自動調心ごろ軸受は以上説明したように、回転
時のころのスキュー角が負で、その絶対値が１°を超え
ないように構成した。そのため、スキューに起因する軸
受内転動体荷重の増大は無視し得る程度に僅少であり、
一方、相対疲れ強度のより小さい内輪ところ間での真の
転がり接触に近い運動が実現されて、その結果転がり疲
れ寿命の短縮を防止すると共に軸受の発熱も低減できる
という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部の軸方向断面図、第２
図、第３図はスキューの正負を説明する平面図、第４図
は本発明の関数Φところのスキュー角との関係を表すグ
ラフ、第５図は本発明の関数Φと基準化軸受温度上昇値
との関係を表すグラフである。 １は外輪、２は内輪、３はころ。 杢

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内輪、外輪及びこれら両輪に嵌挿された転動体を
   有する自動調心ころ軸受において、 回転時のころのスキュー角が負で、その絶対値が１°を
   超えないように構成したことを特徴とする自動調心ころ
   軸受。
2. （２）内輪軌道面の輪郭半径Ｒ＿ｂその平均粗さＲ＿Ａ
   ＿ｂ、外輪軌道面の輪郭半径Ｒ＿ａその平均粗さＲ＿Ａ
   ＿ａ、ころ転動面の輪郭半径Ｒ＿ｃその平均粗さＲ＿Ａ
   ＿ｃのとき 内輪軌道溝半径比ｆ＿ｉをｆ＿ｉ＝Ｒ＿ｂ／（２Ｒ＿ｃ
   ）、外輪軌道溝半径比ｆ＿ｅをｆ＿ａ＝Ｒ＿ａ／（２Ｒ
   ＿ｃ）、内輪合成表面粗さＲ＿Ａ＿ｉを Ｒ＿Ａ＿ｉ＝（Ｒ＿Ａ＿ｂ＾２＋Ｒ＿Ａ＿ｃ＾２）＾１
   ＾／＾２、外輪合成表面粗さＲ＿Ａ＿ｅを Ｒ＿Ａ＿ｅ＝（Ｒ＿Ａ＿ａ＾２＋Ｒ＿Ａ＿ｃ＾２）＾１
   ＾／＾２、ころの転動面とチャンファ部分との接続部分
   のかど曲率半径をＲ＿Ｋ、 ころの最大直径をＤ＿ｗ、 ころの長さをＬ＿ｗ、 外輪ところ間の弾性流体潤滑的油膜厚さをｈ＿ｅ、外輪
   ところ間の油膜パラメータΛ＿ｅを Λ＿ｅ＝ｈ＿ａ／Ｒ＿Ａ＿ｅ とし、 （ＳＦ）＝（ｆ＿ｉ−０．５）／（ｆ＿ｅ−０．５）、
   （ＳＲＡ）＝Ｒ＿Ａ＿ｉ／Ｒ＿Ａ＿ｅ、 （ＳＲＫ）＝１００Ｒ＿Ｋ／（Ｄ＿ｗＬ＿ｗ）＾１＾／
   ＾２とおくと、 Φ≡（ＳＦ）／〔（ＳＲＡ）｛（ＳＲＫ）Λ＿ｅ｝＾１
   ＾／２〕＝１．８４〜１．３９ を満足するように所量の関係を定めたことを特徴とする
   請求項（１）記載の自動調心ころ軸受。