JPS6346288B2 - - Google Patents

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JPS6346288B2
JPS6346288B2 JP57141565A JP14156582A JPS6346288B2 JP S6346288 B2 JPS6346288 B2 JP S6346288B2 JP 57141565 A JP57141565 A JP 57141565A JP 14156582 A JP14156582 A JP 14156582A JP S6346288 B2 JPS6346288 B2 JP S6346288B2
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JP
Japan
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inner ring
tapered roller
ring
thrust
curvature
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JP57141565A
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English (en)
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JPS5934018A (ja
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Koichi Baba
Ichita Horiuchi
Yukio Sato
Tsunetaka Riki
Susumu Matsumoto
Tadahisa Myaguchi
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NSK Ltd
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/30Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for axial load mainly
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2322/00Apparatus used in shaping articles
    • F16C2322/12Rolling apparatus, e.g. rolling stands, rolls

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、複列スラスト円すいころ軸受に関
し、とくに、軸受の内輪の端面がカラーを介して
軸に固定されているスラスト円すいころ軸受にお
いて、内輪の肉厚寸法とカラーの端面高さ寸法と
円すいころのクラウニング量とを規制することに
より、内輪の軸方向たわみに起因する円すいころ
の転動接触面におけるエツジロードの発生と発熱
とを軽減して、スラスト負荷能力を大幅に増大さ
せるようにしたものである。
たとえば、圧延機のロールネツク用のスラスト
軸受としては、小さな容積でスラスト負荷能力が
大きい複列スラスト円すいころ軸受が適している
が、最近の高荷重圧下においては、ロールに発生
するスラスト荷重がきわめて大きくなる。従来の
複列スラスト円すいころ軸受では、このように大
きなスラスト荷重が負荷されると、円すいころの
尾部側の転動面と軌道面との負荷分布が高くなつ
てエツジロードが発生するだけでなく、異常な高
熱が発生して焼付事故が生ずるなど、長期間の使
用に耐えないという欠点があつた。
このような現象が発生する原因を究明するた
め、種々の実験を繰返して調査したところ、内輪
の軸方向のたわみによるものであることが判明し
た。すなわち、エツジロードについては、内輪の
たわみによつて円すいころの尾部側が強く軌道面
と接触するためであり、とくに円すいころのクラ
ウニングの形状が適切でない場合に発生し易いこ
と、発熱については、内輪のたわみによつて内輪
軌道面と外軸軌道面との母線の交点が、軸受の中
心軸線(回転中心)からずれるために、軌道面に
接触する円すいころも変位してそのコーンセンタ
ーが中心軸線からずれて転動することになり、接
触面において回転差によるすべりが発生すること
によるものである。
さらに、内輪の軸方向たわみの原因について検
討したところ、従来の内輪は肉厚が薄く、しか
も、内輪の位置決め用のカラーの端面高さが低い
ために内輪の固定力が不十分となつて自由支持に
近い状態になつていることによるものであるとの
結論に達した。ちなみに、従来の内輪とカラーと
の端面における面圧は30Kg/mm2以上となり、この
場合の内輪の最大たわみ量を、内輪が自由支持さ
れているものとして計算した結果、固定支持の場
合の15〜40倍の大きさとなる。
この発明は、上記の観点に鑑みてなされたもの
であり、この発明の目的は、大きいスラスト荷重
に対しても内輪の軸方向のたわみが実質的に生じ
ないスラスト円すいころ軸受を提供することにあ
り、またこの発明の目的は、円すいころと軌道輪
との転動接触面におけるエツジロードと発熱とが
軽減されるスラスト円すいころ軸受を提供するこ
とにあり、さらにこの発明の目的は、大きな負荷
能力を有する複列スラスト円すいころ軸受を提供
することにある。
すなわち、この発明は、たとえば図示する圧延
機ロールネツクにおける実施例のように、軸(ロ
ールネツク)12の肩部13とカラー43との
間、もしくはカラー42,43相互間に挾んで位
置決め固定された内輪41と、ハウジング14,
15に嵌着された外輪44との間に、円すいころ
48が保持器51を介して複列に配設されてなる
スラスト円すいころ軸受40において、前記内輪
41は、その全体がほぼ均一な肉厚を有する円環
状体であつて、その肉厚Wが内輪41の内周縁か
ら軌道面41aと円すいころ48の大端面49と
の母線の交点に至半径方向長さHに対して80%以
上の厚さであり、かつ前記内輪41の内周縁と保
持器51の内周縁との間に、内輪41の内周縁か
ら軌道面41aと円すいころ48の大端面49と
の母線の交点Cに至る半径方向長さHの26%以上
のすき間Hcが形成されており、しかも前記円す
いころ48の転動面と内輪および外輪の軌道面と
の少なくとも一方の面の中間部48cと頭部側お
よび尾部側の両端部48a,48bとに、母線が
共通の接線を有する曲率半径の異なるクラウニン
グが施され、中間部の長さl2が円すいころの全有
効長lrの70%であつて中間部48cの曲率半径R2
が両端部の48a,48bの曲率半径R1の30倍
以上であることを特徴とする複列スラスト円すい
ころ軸受に係る。
以下、この発明の実施例について、図面を参照
して説明する。
第1図は、この発明の実施例であり、同図にお
いて、符号10は圧延機のロール、12はロール
ネツク、14,15はハウジングをそれぞれ示
し、ハウジング14内においてロールネツク12
の大径部12aがラジアル円すいころ軸受16に
よつて半径方向に支持されている。ラジアル円す
いころ軸受16は、2個の複列内輪17、2個の
単列外輪18、1個の複列外輪19、4列の円す
いころ20とから成る。21は保持器、22は外
輪間座、23は内輪間座である。単列外輪18は
ハウジング14に嵌合された押え部材25と押え
リング26とによつて軸方向の位置決めがなされ
ている。押え部材25には2個のシール28が間
座29を介して嵌着され、ロール10の肩部とロ
ールネツク12の大径部12aとに嵌合したフイ
レツトリング30の外周面にシール28のリツプ
を摺接させている。また、押え部材25の軸方向
端部にはシール31をシール押え32により嵌着
してフイレツトリング30に摺接させ、シール押
え32とロール10との間にはシール33が設け
てある。34は給油穴であり、この給油穴34か
ら潤滑油を強制循環させる。
ロールネツク12の小径部12bには、この発
明のスラスト円すいころ軸受40が設けてある。
この軸受は、中間輪41をロールネツク12の小
径部12bに嵌合し、その両側端面にカラー4
2,43を当接させて位置決め固定して内輪と
し、ハウジング14,15には、それぞれつば付
外輪44を嵌合して、外輪44の軌道面45と前
記内輪41の両側端面との間に円すいころ48を
転動自在に接触させて、ロールネツク12を軸方
向に支持する複列のスラスト軸受として構成され
ている。51は円すいころ48を保持案内する保
持器、52は外輪44の位置決め用の間座であ
り、間座52には通油穴53を設け、ハウジング
14の下部には、間座52の通油穴53に連通す
る排油穴55が複数個設けてある。
上記の円すいころ48の大端面49と摺接する
外輪44のつば46の案内面(つば面)47は、
球面形状に成形され、円すいころ48の大端面4
9の曲率半径を外輪44のつば面47の曲率半径
に対して70〜85%の範囲に設定して、円すいころ
48の大端面49と外輪44のつば面47との間
の接触状態が良好になるようにしている。
また、外輪44には、軌道面45とつば面47
との境界部(研削にげ部)に開口する給油穴60
と尾部側の軌道面45に開口する給油穴62と
を、それぞれ背面側から複数個穿設して、これら
の給油穴60,62をハウジング14,15に設
けた油通路64にそれぞれ連通させてある。
さらに、ハウジング15とカラー43との間に
は、間座65を介して両側に2個のシール65を
配設して密封している。
上記のスラスト軸受40の潤滑は、潤滑油をオ
イルジエツトにしてハウジング14,15の油通
路64を経て外輪44の給油穴60,62から噴
射し、給油穴60により円すいころ48の大端面
49と外輪44のつば面47との間のすべり面を
潤滑し、給油穴62により内輪41と外輪44と
の軌道面と円すいころ48の転動面との間の接触
面を潤滑して軸受内部を循環したのち、間座52
の通油穴53を通つてハウジング14の排油穴5
5から外部に排出される。
而して、上記スラスト軸受40における内輪4
1は、全体がほぼ均一な肉厚を有する円環状体で
あるが、その肉厚を次のように設定する。第2図
に示すように、内輪41の肉厚をW、内輪41の
内周縁から内輪41の軌道面41aとこれに接触
する円すいころ48の大端面49の母線の延長線
との交点Cに至る半径方向の長さ(接触上限高
さ)をHとすると、 W/H≧0.8 となるようにして、肉厚Wを増大させる。W/H
の上限値は、軸受部分の組付スペースの許容範囲
によつて制約されるが、1.1程度までとすること
ができる。
また、内輪41の内周縁と保持器51の内周縁
との間の半径方向すき間Hcと前記内輪41の接
触上限高さHとの比Hc/Hを、 Hc/H≧0.26 となるようにする。Hc/Hの上限値については、
Hcを過度に大きくすると、与えられた接触上限
高さHに対して円すいころ48の長さが減少し、
軸受定格荷重の低下を招くことになるので、組付
スペースの許容範囲内で適宜選定する必要がある
が、0.35程度までとすることができる。このよう
にして、半径方向すき間Hcを大きくすることに
より、内輪41の位置決め用のカラー42,43
の端面高さの寸法を大きくして内輪41の両側端
面に当接させることができる。
上記のように、内輪41とカラー42,43と
の寸法を設定すると、内輪41自体の曲げ剛性が
増大するとともに、内輪41のロールネツク12
bに対する支持を強固な固定支持とすることがで
きるから、内輪41に大きなスラスト荷重が作用
しても内輪41の軸方向たわみを減少させること
が可能となる。ただし、内輪41の肉厚Wの増大
のみによつて軸方向たわみを減少させることがで
きる場合は、必ずしもカラー42,43の端面厚
さを大きくする必要はない。
上記実施例の内輪41は、両側端面にカラー4
2,43を当接させて位置決め固定しているが、
一方のカラー42を省略して内輪41のロールネ
ツク12a側の端面をロールネツク12aの肩部
13に当接させて固定するようにしてもよい。
また、上記軸受の円すいころ48の転動面に
は、第3図に示すようなクラウニングが施されて
いる。円すいころ48の全有効長さlr、頭部48
aと尾部48bとの長さをそれぞれl1、中間部4
8cの長さをl2とすると、中間部48cには曲率
半径R2のクラウニング、頭部48aおよび尾部
48bには曲率半径R1のクラウニングをそれぞ
れ施し、中間部48cの母線と頭部48aおよび
尾部48bの母線とが、その交点A,Bにおいて
共通の接線を有する円弧とする。そして、中間部
48bの長さl2は全有効長lrに対して、l2=0.7lr
であり、中間部48cの曲率半径R2は、頭部4
8aおよび尾部48bの曲率半径R1に対して、
R2≧30R1であるようにする。このように、円す
いころ48の転動面の全部にクラウニングを施
し、しかも頭部48aおよび尾部48bの両端部
の曲率半径R1を中間部48cの曲率半径R2より
も著しく小さくすることにより、円すいころ48
の転動面におけるエツジロードの発生を抑制する
ことができる。
上記のクラウニングは、内輪および外輪の軌道
面に施してもよく、また、円すいころと内輪およ
び外輪との双方に施してもよい。
さらに、上記軸受においては、内輪41の軸方
向たわみが生じた場合に、内輪と外輪との軌道面
の母線の交点と円すいころのコーンセンターとが
一致するようにした、いわゆるオフセツト構成が
設けてある。すなわち、従来の軸受においては、
第4図aに示すように軸受が無負荷時の状態で
は、円すいころ48のコーンセンターP1と内輪
41と外輪44との軌道面41a,45の母線の
交点P2とが軸受の中心軸線O−Oに一致してい
るが、いま、内輪41が軸方向にたわんで破線で
示す位置に角度θだけ傾き、円すいころ48の転
動面の母線が外輪44の軌道面45の母線と一致
しているものとすると、P2は中心軸線O−Oか
ら距離XだけずれたP2′の位置となる。
X=Ra−lr/cosβ・tanθ/tan2β+tanθ ここに、 Ra=円すいころの大端面とコーンセンター間の
長さ(P1P3) lr=円すいころの転道面の母線長(P3P4) 2β=円すいころの円すい角度 このようにして、コーンセンターP1と軌道面
母線の交点P2とが中心軸線O−Oからずれる結
果、円すいころ48の転動面と軌道面との間で差
動すべりが生ずることになる。
そこで、同図bに示すように、内輪41と外輪
44との軌道面41a,45の母線の交点P2
中心軸線O−Oの左側、円すいころ48のコーン
センターP1を中心軸線O−Oの右側の位置とな
るようにして、内輪41と外輪44との軌道面4
1a,45の母線のなす角度ηを円すいころ48
の円すい角度2βより内輪41の傾き角度θだけ
小さくして、η=2β−θとする。
コーンセンターP1と軌道面母線の交点P2との
中心軸線O−Oからの距離をそれぞれS1,S2とす
ると、 S1=Ra・θ・Sin2β S2=Ra・θ〔cosec(2β−θ)−Sin2β〕 ここに、Ra=P1P3=P0P3 したがつて、このように設定された軸受の内軸
41がスラスト荷重を受けて軸方向にたわみ、破
線で示すように角度θだけ傾くと、円すいころ4
8もこれと同一角度だけ傾いて、コーンセンター
P1と軌道面母線の交点P2とは、ともに中心軸線
O−O上の点P0に一致するから、荷重時におけ
る内輪41と外輪44との軌道面の母線のなす角
度η0は、円すいころ48の円すい角度2βと等しく
なる。この結果、円すいころ48の転動面と軌道
面との間に差動すべりが生じないことになる。
上記のオフセツトは、軌道面の母線交点と円す
いころのコーンセンターのうち、少なくとも軌道
面の母線交点に設けるだけで十分であるが、必要
に応じ省略することもできる。
以上、説明したように、この発明のスラスト円
すいころ軸受は、内輪の肉厚を円すいころとの接
触上限高さを規準として所定値以上の厚さに設定
して、内輪の曲げ剛性を大きくする構成としてい
る。したがつて、この発明によれば、軸受の内部
スペースの許容範囲内で内輪の肉厚を接触上限高
さに対して最大限の厚さとすることができるか
ら、大きなスラスト荷重が作用した場合でも、内
輪の軸方向たわみが実質的に無視できるほど小さ
くなり、円すいころの転動面と軌道輪の軌道面と
の負荷分布が均等となつて、エツジロードの発生
を防止することが可能となる。
また、この発明のスラスト円すいころ軸受は、
内輪の内周縁と保持器の内周縁との間の半径方向
すきまを内輪に対する円すいころの接触上限高さ
に対して所定値以上の大きさに設定している。こ
のため内輪の位置決め用のカラーによる内輪の固
定力が強固になると同時に、内輪の曲げ剛性もさ
らに高く、軸方向のたわみもさらに小さくなるか
ら、エツジロードの発生と発熱の防止効果が格段
にすぐれたものとなる。
さらに、この発明のスラスト円すいころ軸受の
円すいころの転動面と内輪および外輪の軌道面と
の少なくとも一方の面に施されるクラウニング
は、従来の2つの曲率半径の異なる面のつながり
部分を別途加工によつてなめらかに接合したもの
とは異なり、円すいころの軌道面と内輪および外
輪の軌道面との少なくとも一方の面の中間部と両
端部とは、母線が共通の接線を有する曲率半径の
異なるクラウニングであるから、曲率半径の異な
る面がきわめてなめらかなつながりとなり、つな
がり部分の局部当たりもなく、クラウニング効果
が十二分に発揮されるとともに、クラウニング加
工においてもつながり部分に特別の加工を付加す
る必要がなくなる。また円すいころの転動面の中
間部の長さが全有効長の70%以上になつているか
ら、負荷容量を減少させることなくクラウニング
効果を発揮させることができる。
また、この発明によれば、内輪の軸方向たわみ
が抑制されるため、円すいころのコーンセンター
と軌道輪母線の交点とは、オフセツト構成とする
までもなく、荷重時においても軸受の中心軸線か
らずれることがないから、転動面と軌道面との接
触面におけるすべり摩擦による発熱を防止するこ
とが併せて可能となる。
したがつて、この発明のスラスト円すいころ軸
受は、負荷能力が大幅に増大するから、大きなス
ラスト荷重が発生する、たとえば、圧延機のロー
ルネツクに最も好適な軸受として使用することが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の実施例を示す縦断側面
図、第2図は、その要部拡大図、第3図は、この
発明の円すいころの転動面の母線図、第4図は、
円すいころのコーンセンターと軌道輪の軌道面母
線の交点との位置関係を示し、同図aはオフセツ
トを設けない軸受、同図bはオフセツトを設けた
軸受の断面図である。 図中、12はロールネツク(軸)、13はロー
ルネツクの肩部、14,15はハウジング、40
はスラスト軸受、41は内輪、41aは内輪の軌
道面、42,43はカラー、44は外輪、45は
外輪の軌道面、48は円すいころ、49は円すい
ころの大端面、51は保持器、Wは円すいころの
肉厚、Hは内輪の内周縁から軌道面と円すいころ
の大端面との母線の交点に至る半径方向長さであ
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 軸の肩部とカラーとの間、もしくはカラー相
    互間に挟んで位置決め固定された内輪と、ハウジ
    ングに嵌着された外輪との間に、円すいころが保
    持器を介して複列に配設されてなるスラスト円す
    いころ軸受において、前記内輪は、その全体がほ
    ぼ均一な肉厚を有する円環状体であつて、その肉
    厚が内輪の内周縁から軌道面と円すいころの大端
    面との母線の交点に至る半径方向長さに対して80
    %以上の厚さであり、かつ前記内輪の内周縁と保
    持器の内周縁との間に、内輪の内周縁から軌道面
    と円すいころの大端面との母線の交点に至る半径
    方向長さの26%以上のすき間が形成されており、
    しかも前記円すいころの転動面と内輪及び外輪の
    軌道面との少なくとも一方の間の中間部と頭部側
    および尾部側の両端部とに、母線が共通の接線を
    有する曲率半径の異なるクラウニングが施され、
    中間部の長さが円すいころの全有効長の70%であ
    つて中間部の曲率半径が両端部の曲率半径の30倍
    以上であることを特徴とする複列スラスト円すい
    ころ軸受。
JP57141565A 1982-08-14 1982-08-14 複列スラスト円すいころ軸受 Granted JPS5934018A (ja)

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JP5056115B2 (ja) * 2007-03-29 2012-10-24 日本精工株式会社 ころ軸受

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