JPH10132059A - 建設機械の旋回装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 旋回輪を構成する内輪のリム厚を薄くして、
しかも内歯の損傷、特に内歯の歯元部分における亀裂の
発生等を抑制して、その長寿命化を図る。 【構成】 旋回輪３０の内輪３３の内周面に内歯３４が
形成されており、内輪３３側に穿孔部３６が所定のピッ
チ間隔をもって穿設されている。穿孔部３６は、ピッチ
間隔が一定で、各穿孔部３６は内歯３４に対して、その
歯底を通る半径方向における延長線Ｌ上の位置に穿設さ
れており、これらのうち、所要の数の穿孔部３６はボル
ト挿通孔として兼用され、残りの穿孔部３６はボルトを
挿通しない応力低減用の穿孔部である。内歯３４の１個
置きに穿孔部３６を設けて、これら各穿孔部３６のう
ち、穿孔部３６Ａと穿孔部３６Ｂとが交互に配列され、
穿孔部３６Ａ及び穿孔部３６Ｂはそれぞれ内歯３４の数
の１／４の数が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベル等の
建設機械において、下部走行体に対して上部旋回体を旋
回可能に連結する旋回装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建設機械の一例としての油圧ショベル
は、図７に示したように、無限走行軌条を構成する左右
一対の走行体１を下部フレーム２（図８参照）に装着し
た下部走行体３と、上部旋回体４とから車両の本体部分
が構成され、上部旋回体４には、オペレータが搭乗する
運転室５が設置されると共に、ブーム６ａ，アーム６ｂ
及びフロントアタッチメントとしてのバケット６ｂ等か
らなるフロント作業機構６が装着され、またエンジンや
油圧ポンプ等の機器類を内蔵した機械室７が設けられ
る。

【０００３】上部旋回体４は、下部走行体３に対して旋
回可能に連結されるものであり、この上部旋回体４の上
部フレーム８と下部走行体３の下部フレーム２とは旋回
装置９を介して連結されている。旋回装置９は、図８及
び図９に示したように、内輪１０と外輪１１とを有し、
内輪１０と外輪１１とは旋回軸受１２を介して相対回転
自在に連結することによって、旋回輪１３を構成してい
る。この旋回輪１３のうち、内輪１０は下部走行体３の
下部フレーム２に固定され、また外輪１１は上部旋回体
４の上部フレーム８に固定されている。

【０００４】内輪１０の内周面には内歯１４が形成され
ており、この内歯１４には上部旋回体４に設置されてい
る旋回モータ１５の出力軸に設けた旋回ピニオン１６が
噛合している。従って、旋回ピニオン１６を回転させる
と、この旋回ピニオン１６が内輪１０の内歯１４に沿っ
て転動することになる結果、上部旋回体４が下部走行体
２に対して旋回することになる。従って、フロント作業
機構６で土砂を掘削して、掘削した土砂をダンプトラッ
クに積載する等の作業を行うことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した内
輪１０の下部フレーム２への固定及び外輪１１の上部フ
レーム８への固定はボルト１７を用いて行われる。この
ために、内輪１０及び外輪１１には、それぞれボルト挿
通孔１８，１９が穿設されている。上部旋回体４に連結
される外輪１１のボルト挿通孔１９は、通常は等ピッチ
間隔で設けられるが、上部旋回体４には最も大きな荷重
が作用するのはフロント作業機構６を連結した部位であ
ることから、ボルト挿通孔１９のピッチ間隔は、フロン
ト作業機構６側の部位のピッチ間隔を密にする場合もあ
る。これに対して、下部走行体３側では、最大荷重が作
用する部位が特定されないことから、内輪１０にはボル
ト挿通孔１８は実質的に均等なピッチ間隔に設け、各ボ
ルト挿通孔１８を介して下部走行体３の下部フレーム２
に止着する。

【０００６】ここで、内輪１０に設けられるボルト挿通
孔１８の数は、内輪１０の下部フレーム２への連結強度
に基づいて設定されるものである。これに対して、内輪
１０に形成される内歯１４の数は、旋回の円滑性や旋回
力の伝達効率等の観点から設定される。従って、これら
ボルト挿通孔１８の数及び位置と、内歯１４の数及び位
置とは相互に無関係に設定されている。

【０００７】内輪１０には内歯１４が設けられており、
この内歯１４には旋回ピニオン１６が噛合しているか
ら、旋回時には、内歯１４に大きな荷重が作用する。内
輪１０におけるリム厚及びリム幅が十分大きくなってお
れば、ボルト挿通孔１８をどの位置にどの程度の数を穿
設しても、それが内歯１４の強度に実質的な影響を与え
ることはない。しかしながら、近年においては、内輪１
０を構成する材料の節減及び重量の軽減を図るために、
内輪１０のリム厚を薄くする傾向にある。しかも、前述
した掘削作業、その他油圧ショベル等の建設機械による
作業をより効率化するために、旋回力や掘削力を増強さ
せる傾向にある。以上のことから、内輪１０、特に旋回
ピニオン１６と噛合する内歯１４に過大な応力が発生し
て、早期に内歯１４が損傷する等、寿命の点で問題があ
る。とりわけ、内歯１４の損傷事故が発生する頻度が最
も高いのは、内歯１４における歯元位置に亀裂が入る点
である。

【０００８】本発明は以上の点に鑑みてなされたもので
あって、その目的とするところは、旋回輪を構成する内
輪のリム厚を薄くして、しかも内歯の損傷、特に内歯の
歯元部分における亀裂の発生等を抑制して、その長寿命
化を図ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明は、内周面に内歯を形設した内輪と、こ
の内輪に対して相対回転自在に連結した外輪とから構成
され、これら内輪及び外輪を、それぞれ下部走行体及び
上部旋回体にボルトで固定するようにした建設機械の旋
回装置であって、その内輪に設けられるボルト挿通孔
を、その半径方向における内歯の歯底のほぼ延長線上の
位置に設ける構成としたことをその特徴とするものであ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態について説明する。従来技術において説明した
ように、内輪のリム厚を薄くして、大きな負荷が作用す
る状態で旋回させると、内歯が早期に損傷するが、その
損傷箇所は内歯の歯元部分であり、しかも損傷度合いは
内輪に設けられる全ての内歯に対して均等なものではな
い。以上の点を考慮して、本発明者等は、従来技術によ
る歯元位置での亀裂の原因について研究を行った。その
結果、内歯の早期損傷箇所は、内歯と内輪を固定するた
めに設けられるボルト挿通孔の位置に密接な関係がある
ことを知見して、本発明を完成するに至った。

【００１１】而して、図３に内輪２０の内歯２１と旋回
ピニオン２２との噛合部分を示す。旋回ピニオン２２が
停止しており、内歯２１と旋回ピニオン２２との噛合部
に負荷が作用しない状態では、内輪２０は仮想線で示し
た真円形状を保っている。そこで、旋回ピニオン２２を
矢印Ａ方向に回転させると、内輪２０が駆動されて矢印
Ｂ方向に回転する。この時に、旋回ピニオン２２の駆動
力が符号２１ａで示した内歯に作用して、矢印Ｃ方向に
押し出される方向に力が加わり、この内歯２１ａの旋回
ピニオン２２への噛合側では引っ張り力が、それとは反
対側では圧縮力が加わる。このように内歯２１ａに作用
する力により内輪２０はこの矢印Ｃ方向に突出するよう
に変形させる力を受ける。内輪２０のリム厚が大きく、
内歯２１ａの全長が長いと、前述した引っ張り力及び圧
縮力を十分に受承できる。しかしながら、リム厚を薄く
すると、内歯２１ａに作用する引っ張り力及び圧縮力に
対する強度が低下することから、繰り返しこのような力
が作用することにより、やがては損傷に至る。特に、引
っ張り及び圧縮時における応力は内歯２１ａの歯元部分
が最も大きくなり、内歯の歯元部分に生じる亀裂は、そ
れに作用する引っ張り及び圧縮に対する応力集中の結果
である。

【００１２】以上のことから、内歯２１ａに作用する力
に対して強度を向上させる必要があるが、内輪２０の材
質及び形状の関係からの制約がある。そこで、内歯２１
における歯元部分に作用する応力を低減させると、その
耐久性を向上させることができる。内歯２１に駆動力が
加わった時に、内歯２１の近傍部位を変形させることに
より応力を吸収すれば、応力の低減が図られる。

【００１３】内輪２０は下部走行体１の下部フレーム２
にボルトで固定される関係から、ボルト挿通孔２３を設
けなければならない。そこで、このボルト挿通孔２３を
応力低減用の穿孔部として利用することは可能である。

【００１４】内輪２０には、複数箇所においてボルト挿
通孔２３が穿設されているが、このボルト挿通孔２３の
位置によっては、内輪２０における内歯２１の歯元部分
における応力が変化する。そこで、図４乃至図６にボル
ト挿通孔２３の位置による内歯２１の歯元部分に作用す
る応力分布を示す。

【００１５】図４には符号２３Ａで示したように、ボル
ト挿通孔が内歯２１ａの歯底から半径方向の延長線Ｌ上
に位置する状態が示され、また図５には内歯２１ａの近
傍にはボルト挿通孔２３が設けられていない場合が示さ
れており、さらに図６においては、符号２３Ｂで示した
ように、歯の中心での半径方向の延長線Ｒ上の位置にボ
ルト挿通孔が位置している。

【００１６】これらの図から明らかなように、旋回ピニ
オン２２が内歯２１ａと噛合して、駆動力が作用してい
る状態では、図４にあるように、ボルト挿通孔２３Ａが
歯底に近い位置にあると、旋回ピニオン２２による駆動
力が作用した時に、ボルト挿通孔２３Ａが変形すること
になり、このボルト挿通孔２３Ａの変形により応力の吸
収機能を発揮する。この結果、図示のような応力分布と
なり、内歯２１ａの歯元部分における応力は低減する。
一方、図５のように、ボルト挿通孔が存在しない部位で
は、内歯近傍の強度が高い分だけ、応力も低くなるが、
なお孔の変形による応力吸収がない分だけ、図４に示し
たものより僅かに高い応力分布を有する。また、図６に
おいては、ボルト挿通孔２３Ｂの位置は内歯２１ａの歯
元部分から最も遠いものであるから、このボルト挿通孔
２３Ｂによっては、応力を有効に吸収する機能は期待で
きず、しかも図５のようにボルト挿通孔そのものが存在
しない場合より強度が低い。この結果、内歯２１ａにお
いて、引っ張り側と圧縮側との中間位置にボルト挿通孔
２３Ｂを設けることは、この穿孔部に向けて応力が集中
する強度上で最も不利な位置になる。従って、この応力
集中部に亀裂が発生することになる。なお、以上の応力
分布は内歯２１ａにおける引っ張り側について示した
が、圧縮側でもほぼ同様の応力分布を示す。

【００１７】以上の点から、本願発明においては、実質
的に全てのボルト挿通孔２３を最も応力の低減が図られ
る部位、即ち図４に示した内歯２１の歯底の半径方向の
延長線の位置乃至その近傍位置に穿設する。しかも、こ
の位置に穿孔部を設けると、全く穿孔部を設けない場合
より応力そのものの低減が図られることにあり、かえっ
て穿孔による応力低減効果が得られるから、ボルトを挿
通するために必要なボルト挿通孔をこの位置に設けるの
はもとより、ボルトを装着しない応力低減用の穿孔部を
設けることもできる。

【００１８】要するに、少なくともボルト挿通孔２３は
内歯２１の歯底の半径方向の延長線の位置に設けるが、
内歯２１のピッチ間隔に応じて、実質的に等ピッチ間隔
をもって、それぞれの内歯２１の歯底近傍部分に穿孔
し、それらの全てまたはそのうちの所要数の穿孔部をボ
ルト挿通孔とする。そして、内輪２０のリム厚を３ｍ
（モジュール）以下とした時には、内歯２１における歯
底に対して１〜３ｍ（モジュール）の距離に穿孔部を形
成するのが、内歯２１の強度が最も高くなる。

【００１９】そこで、本発明の実施の形態についての具
体例を図面に基づいて説明する。而して、図１に旋回輪
の外観を示し、図２に内輪の平面の要部を拡大して示
す。

【００２０】図１から明らかなように、旋回輪３０は、
外輪３１と旋回軸受３２を介して相対回転自在に連結し
た内輪３３を有し、内輪３３には、その内周面に内歯３
４が形成されており、この内歯３４は旋回ピニオンと噛
合するものである。外輪３１には、所定のピッチ間隔を
もってボルト挿通孔３５が接続されている。一方、内輪
３３側にも、穿孔部３６が所定のピッチ間隔をもって穿
設されている。穿孔部３６は、ピッチ間隔が一定である
だけでなく、各穿孔部３６は内歯３４と所定の位置関係
を持っている。即ち、各穿孔部３６は、図２に示したよ
うに、内歯３４の歯底を通る半径方向における延長線Ｌ
上の位置に穿設されている。さらに具体的に言えば、内
歯３４の歯底の部分であって、内歯３４の１個置きの位
置に穿孔部３６が形成されている。

【００２１】以上のような規則性を持って設けられる穿
孔部３６のうち、所要の数の穿孔部３６はボルト挿通孔
として兼用され、残りの穿孔部３６が有る場合はボルト
を挿通しない応力低減用の穿孔部として利用することも
できる。そこで、図１及び図２にボルト挿通孔として用
いる穿孔部を３６Ａの符号を用い、またボルトを挿通し
ない穿孔部を３６Ｂの符号を用いて示す。同図から明ら
かなように、内歯３４の１個置きに穿孔部３６を設け
て、これら各穿孔部３６のうち、穿孔部３６Ａと穿孔部
３６Ｂとが交互に配列されている。従って、穿孔部３６
Ａ及び穿孔部３６Ｂはそれぞれ内歯３４の数の１／４の
数が設けられることになる。

【００２２】このように構成することによって、内輪３
３に設けた内歯３４に作用する歯元応力が低減され、し
かもほぼ全ての内歯３４に実質的に均等な応力が作用す
ることになるから、内歯３４が部分的に耐久性が低下す
るという事態が発生することがなく、全体として旋回輪
３０を構成する内輪３３の寿命が長くなり、しかも内輪
３３のリム部を薄肉化を図ることができるので、材料の
節約及び旋回装置の軽量化が図られる。

【００２３】ここで、内輪３３に設けられる内歯３４の
数は、穿孔部３６Ａ及び穿孔部３６Ｂの整数倍とはなら
ない場合がある。このような場合には、これら穿孔部３
６Ａ及び穿孔部３６Ｂが内歯３４の歯底を通る半径方向
における延長線Ｌ上の位置に穿設されているという条件
を満足させる必要はあるが、穿孔部３６Ａや穿孔部３６
Ｂの配置ピッチ間隔を均等となるように配置しなくても
良い。要するに、内輪３３に設けられる穿孔部３６は、
内歯３４に対して常に一定の位置関係を持たせるように
する。即ち、図４と図５とを比較すると、内歯３４の歯
元に作用する応力に大きな変化がなく、従って内歯の近
傍に穿孔部を設ける必要がない場合には、応力低減用の
穿孔部として設けても、また穿孔部を設けなくても良
い。内輪３３を下部走行体に固定するために、最低限設
けなければならないボルト挿通孔は全て図６に示したよ
うに、強度の観点から最も不利な位置に形成するのを避
け、応力の最も低い図４の位置乃至その近傍に形成す
る。これによって、内輪の長寿命化が図られる。従っ
て、穿孔部の数やピッチ間隔は内歯３４の数や内輪３３
の固定性等の都合や、その他の事情に基づいて適宜設定
すれば良い。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、内輪に
設けられるボルト孔を、その半径方向における内歯の歯
底のほぼ延長線上の位置に設けるように構成したので、
内輪を固定するために必ず設けられるボルト挿通孔の位
置を歯元に対する応力が低い位置に設定することによ
り、内輪の歯元部分の損傷が抑制されて、その長寿命化
を図ることができ、また応力の低減により内輪のリム部
の薄肉化が図られる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における一具体例を示す旋
回輪の外観図である。

【図２】内輪の要部拡大平面図である。

【図３】内輪の内歯と旋回ピニオンとの噛合状態を示す
作用説明図である。

【図４】ボルト挿通孔を内歯の歯底から半径方向の延長
線上に位置させた時の応力分布図である。

【図５】内歯の近傍にボルト挿通孔が設けられていない
場合の応力分布図である。

【図６】内歯における歯の中心での半径方向の延長線上
の位置にボルト挿通孔が位置した時の応力分布図であ
る。

【図７】建設機械の一例としての油圧ショベルの外観図
である。

【図８】油圧ショベルにおける旋回装置の要部構成を示
す断面図である。

【図９】従来技術による旋回輪の外観図である。

【符号の説明】

１ 走行体 ２ 下部フレーム ３ 下部走行体 ４ 上部旋回体 ８ 上部フレーム ２０，３３ 内輪 ２１，２１ａ，３４ 内歯 ２２ 旋回ピニオン ２３，２３Ａ，２３Ｂ ボルト挿通孔 ３０ 旋回輪 ３１ 外輪 ３２ 旋回軸受 ３５，３６Ａ，３６Ｂ 穿孔部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内周面に内歯を形設した内輪と、この内
   輪に対して相対回転自在に連結した外輪とからなり、こ
   れら内輪及び外輪を、それぞれ下部走行体及び上部旋回
   体にボルトで固定するようにしたものにおいて、前記内
   輪に設けられるボルト挿通孔を、その半径方向における
   内歯の歯底のほぼ延長線上の位置に設ける構成としたこ
   とを特徴とする建設機械の旋回装置。
2. 【請求項２】 前記内輪に形成される内歯の数と同じ
   か、またはほぼ等ピッチ間隔で穿孔部を、それぞれ半径
   方向における内歯の歯底のほぼ延長線上の位置に設け、
   これらの穿孔部のうち、所定数の穿孔部を前記ボルト孔
   とする構成としたことを特徴とする請求項１記載の建設
   機械の旋回装置。