TW202106990A - 交叉滾子軸承 - Google Patents

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TW202106990A
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伊藤秀司
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日商Ｎｔｎ股份有限公司
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    • F16C19/22—Bearings 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
    • F16C19/34—Bearings 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 both radial and axial load
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Abstract

本發明之目的在於提供一種藉由使圓筒滾子與軌道面之滑動接觸阻力減少或穩定化而實現低轉矩化或延長滾動壽命的交叉滾子軸承。 本發明之交叉滾子軸承設為內環2與外環3之V字狀軌道槽7、8之傾斜軌道面7a、7b、8a、8b之45度徑向之算術平均面粗糙度與圓周方向之算術平均面粗糙度滿足下式(1)之比： 45度傾斜方向面粗糙度/圓周方向面粗糙度≦1.2・・・・(1)。

Description

交叉滾子軸承
本發明係關於一種減速機所採用之交叉滾子軸承。
減速機用之交叉滾子軸承中，機器人用之減速機所搭載之交叉滾子軸承需要高剛性。此外，亦要求低轉矩或具有持續穩定使用之滾動壽命。
該交叉滾子軸承之先前品多數情況下使軌道環(內環與外環)之軌道面與滾動體之外徑面大體直線接觸，例如，下述專利文獻1之「交叉滾子軸承」亦如此。
軸承所使用之滾動體通常為圓筒滾子。認為多用該圓筒滾子之理由之一在於其較高之產量及成本上之優勢。
然而，使用圓筒滾子之交叉滾子軸承因滾子於內環與外環間沿45度徑向(圓筒滾子之滾動面所接觸之側之軌道面之寬度方向)自由移動，故亦存在圓筒滾子之端面與軌道面接觸而產生摩擦阻力的缺點。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第3739056號公報
[發明所欲解決之問題]
使用圓筒滾子之交叉滾子軸承如上所述，軌道環之軌道面與滾動體(圓筒滾子)之外徑面大體直線接觸。嚴格而言，該接觸在圓筒滾子傾斜之狀態下進行。
參照圖4～圖6說明該接觸狀態。於圖4中，假定內環2自近前側朝裏側旋轉，外環3固定。
又，圓筒滾子4為以與軸承之圓周方向上相鄰之圓筒滾子(未圖示)90度交叉之姿勢組入至內、外環間者。
圖4為圓筒滾子4位於內環2之傾斜軌道面7a與外環3之傾斜軌道面8b間之狀態，藉由來自外部之荷重或預壓間隙而預先承受荷重之狀態。
於上述條件中，內環2之傾斜軌道面7a之a部之圓周方向長度較傾斜軌道面7a之b部之圓周方向長度更短。又，外環3之傾斜軌道面8b之c部之圓周方向長度較傾斜軌道面8b之d部之圓周方向長度更短。
因此，圓筒滾子4之位於上述a部與c部間之部位和位於b部與d部間之部位相比，計算上於圓周上行進得更快，但一體之圓筒滾子4實際上無法實現此種行進方式，故該圓筒滾子4變為傾斜(偏斜)之狀態。
該傾斜之圓筒滾子4一面保持傾斜狀態滾動一面沿圖4之A方向移動，且接觸外環3之傾斜軌道面8a。圖5係顯示該接觸之狀態者。再者，圖6係顯示自圖5之B方向觀察者。圖6之箭頭C表示圓筒滾子4之滑動方向。
於包含內環、外環、滾動體之交叉滾子軸承中，作為滾動體之圓筒滾子，必須使用寬度尺寸(兩端面間之長度)較外徑尺寸更小者。
因此，位於內環與外環各者之軌道面間之圓筒滾子於端面與軌道面之間具有若干間隙，可沿滾子軸方向(自身軸心之長邊方向)移動。
使交叉滾子軸承於承受荷重負載之狀態下旋轉之情形時，如圖6所示，該圓筒滾子之端面相對於外環3之傾斜軌道面8a稍微傾斜而接觸，且該接觸部中之接觸阻力對軸承之旋轉轉矩造成較大影響。
另，施加於接觸部之荷重之大小亦與使位於內環與外環間之圓筒滾子4沿滾子軸方向滑動之力有關，且因荷重或預壓間隙間之大小而異。
若細分接觸部分之阻力，則施加於接觸部分之荷重(面壓)、軸承之旋轉速度或因潤滑劑黏度引起之油膜之有無、油膜之厚度等皆會對該阻力之大小造成影響。
然而，於幾乎不高速旋轉使用之本軸承之情形時，因無法期待確保油膜厚度，故考慮圓筒滾子之端面與軌道面發生固定之切實之金屬接觸(實質性接觸)即可。
包含該切實之金屬接觸狀態在內之接觸狀態會對交叉滾子軸承之低轉矩化或滾動壽命之延長造成較大之影響，但未發現有效改善該接觸狀態之交叉滾子軸承。
本發明係鑑於上述現狀技術而完成者，其目的在於提供一種藉由使圓筒滾子與軌道面之滑動接觸阻力減少或穩定化而實現低轉矩化或延長滾動壽命的交叉滾子軸承。 [解決問題之技術手段]
為解決上述問題，本發明提供一種交叉滾子軸承，其具有： 內環，其於外周具備有V字狀軌道槽；外環，其於內周具備與上述內環之V字狀軌道槽對向之V字狀軌道槽；及圓筒滾子，其沿圓周方向以固定間距組入上述內環與外環之V字狀軌道槽內；且 上述內環與外環之V字狀軌道槽各自具有傾斜方向相差90度之2個傾斜軌道面， 上述圓筒滾子之圓周方向上相鄰者以90度交叉之姿勢組入，且 上述內環與外環之V字狀軌道槽之上述傾斜軌道面之45度徑向之算術平均面粗糙度與圓周方向之算術平均面粗糙度，滿足下式(1)之比： 45度傾斜方向面粗糙度/圓周方向面粗糙度≦1.2・・・・(1)。
此處所提之圓周方向之算術平均面粗糙度為沿圓周方向測定軌道面之粗糙度者，45度徑向之算術平均面粗糙度為對具有45度斜率之軌道面沿該軌道面之寬度方向測定而得者。
該交叉滾子軸承較佳為將45度徑向與圓周方向之算術平均面粗糙度設為0.1 μmRa～0.4 μmRa者。
又，本發明改善之對象較佳為設定有圓筒滾子與傾斜軌道面間之間隙成為負值之預壓間隙，且使用軸承時對圓筒滾子與軌道面之接觸部始終施加荷重的類型之交叉滾子軸承。 [發明之效果]
本發明之交叉滾子軸承藉由使傾斜軌道面之45度徑向之算術平均面粗糙度近似於圓周方向之算術平均面粗糙度，以減少圓筒滾子之端面與軌道面之滑動接觸阻力而減少旋轉轉矩。
又，藉由使傾斜軌道面之45度徑向之算術平均面粗糙度與圓周方向之算術平均面粗糙度近似，使得圓筒滾子之端面與軌道面接觸之部位之接觸面積增加而減少該部位之面壓，藉此，亦延長因磨耗引起之滾動壽命。
發揮該等效果之作用之詳情將於實施方式之項中詳細地進行說明。
以下，基於隨附圖式之圖1～圖3說明本發明之交叉滾子軸承之實施形態。
如圖1所示，例示之交叉滾子軸承1具有：內環2，其於外周面具有V字狀軌道槽7；外環3，其於內周面具有與V字狀軌道槽7對向之V字狀軌道槽8；及圓筒滾子4，其沿圓周方向以固定間距組入至內環2與外環3之V字狀軌道槽7、8內。
內環2與外環3之V字狀軌道槽7、8各自具有傾斜方向相差90度之2個傾斜軌道面7a、7b、8a、8b。圖1之5為形成於傾斜方向相差90度之2個傾斜軌道面7a、7b間、及8a、8b間的退避槽部。
圓筒滾子4如圖2所示，其圓周方向上相鄰者以交替地90度交叉之姿勢組入。所組入之各圓筒滾子4係兩端之外周邊緣經倒角處理者。
圖2之6為用以將介存於圓周方向上相鄰之圓筒滾子4間之圓筒滾子之排列間隔保持為固定的圓盤狀之隔離件。另，圖2中展開顯示使用隔離件之交叉滾子軸承，但本發明之交叉滾子軸承亦可為不使用隔離件之全滾子型。
例示之交叉滾子軸承1為了提高剛性，專供在內環2及外環3間賦予預壓之狀態下使用，即，在組裝該軸承時以使內環2與圓筒滾子4間之間隙及外環3與圓筒滾子4間之間隙為負值之方式預先賦予內部應力的狀態下使用。
內環2與外環3之V字狀軌道槽7、8之傾斜軌道面7a、7b、8a、8b為45度徑向之算術平均面粗糙度與圓周方向之算術平均面粗糙度近似者。
各傾斜軌道面7a、7b、8a、8b之45度徑向之算術平均面粗糙度與圓周方向之算術平均面粗糙度之比，理想上為45度傾斜方向面粗糙度/圓周方向面粗糙度≦1，但對於例示之交叉滾子軸承1，設為滿足下式(1)者： 45度傾斜方向面粗糙度/圓周方向面粗糙度≦1.2・・・・(1)。
以通常之研磨加工予以精加工之傾斜軌道面之45度徑向之算術平均面粗糙度與圓周方向之算術平均面粗糙度未滿足式(1)之比。
軸承之內環與外環之軌道面之精加工多由研磨加工進行。且，該研磨加工為一次性加工45度傾斜部之直進切削。於該直進切削加工中，形成於經研磨之面之加工痕為沿圓周方向連續者。
以粗糙度測定機沿45度傾斜方向與圓周方向分別測定產生該加工痕之傾斜軌道面之面粗糙度之情形時，45度傾斜方向之面粗糙度為大於圓周方向之面粗糙度之值(峰部較高且粗糙之面)。
圓筒滾子4如上所述，一面以稍微傾斜之狀態旋轉一面與該傾斜軌道面接觸。該接觸為圓筒滾子4之端面沿相對於傾斜軌道面之加工齒傾斜之方向滑動之接觸。
圓筒滾子4之端面與圖4所示之e部(傾斜方向與圖4相反之圓筒滾子4為圖4之d部)與其附近之傾斜軌道面8a、8b接觸，且保持該接觸狀態而旋轉。e部及d部為外環3之傾斜軌道面8a、8b與凹圓弧之退避槽部5相交之交點。
該端面之與交點e部、d部及其近邊之傾斜軌道面8a、8b之接觸部之接觸面積相當小。因此，與交點e部、d部及45度徑向之粗糙面之加工齒之齒峰之接觸部中產生之面壓相當大。
傾斜軌道面以通常之直進切削之研磨加工予以精加工之先前之交叉滾子軸承，與以所謂之超精加工研磨之面不同，保持傾斜軌道面之45度傾斜方向之面粗糙度為大於圓周方向之面粗糙度之值不變。
因此，對接觸部施加較大之面壓，因此招致滑動阻力增加或促進產生滑動接觸之面之磨耗。
於本發明中，為緩和外環3之傾斜軌道面8a、8b與圓筒滾子4之接觸部之面壓，將以研磨加工產生之圓周上連續之加工齒，藉由實施轉鼓、滾筒處理、噴丸處理、酸之化學研磨、或發黑處理等調整得較小，並將該傾斜軌道面8a、8b之45度徑向(圖3之箭頭D方向)之算術平均面粗糙度與圓周方向(圖3中自紙面之近前朝裏之方向)之算術平均面粗糙度之比設為1.2以下。
將粗糙度之參數設為算術平均粗糙度之原因在於，該算術平均粗糙度普遍適用於軸承。
調整加工齒後之傾斜軌道面8a、8b之粗糙度較佳落於研磨加工位準之0.1 μmRa～0.4 μmRa左右之範圍內。
另，與圓筒滾子4之端面產生滑動接觸的是外環3之傾斜軌道面8a、8b，但因不期望同一圓筒滾子之滾動面(所接觸之外周面)所接觸之內環2之傾斜軌道面7a、7b與外環3之傾斜軌道面8a、8b之面性狀不同，故設為內環2之傾斜軌道面7a、7b之45度徑向之算術平均面粗糙度與圓周方向之算術平均面粗糙度之比亦與外環3同樣者。
1:交叉滾子軸承 2:內環 3:外環 4:圓筒滾子 5:退避槽部 6:隔離件 7:V字狀軌道槽 7:a傾斜軌道面 7:b傾斜軌道面 8:V字狀軌道槽 8:a傾斜軌道面 8:b傾斜軌道面 A:方向 B:方向 C:方向 D:方向 a～e:傾斜軌道面與退避槽部之交點
圖1係顯示本發明之交叉滾子軸承之一形態之一部分之縱剖視圖。 圖2係以省略外環之狀態顯示圖1之交叉滾子軸承之圓筒滾子與隔離件之排列狀態的展開圖。 圖3係放大顯示外環之傾斜軌道面之剖視圖。 圖4係顯示圓筒滾子之端面與傾斜軌道面間之間隙的縱剖視圖。 圖5係顯示圓筒滾子之端面與外環之傾斜軌道面接觸之狀態之縱剖視圖。 圖6係自圖5之箭頭B方向觀察並顯示圓筒滾子之傾斜狀態與圓筒滾子之端面對外環之傾斜軌道面接觸之狀態的圖。
1:交叉滾子軸承
2:內環
3:外環
4:圓筒滾子
5:退避槽部
7:V字狀軌道槽
7a:傾斜軌道面
7b:傾斜軌道面
8:V字狀軌道槽
8a:傾斜軌道面
8b:傾斜軌道面

Claims (3)

  1. 一種交叉滾子軸承，其具有： 內環，其於外周具備V字狀軌道槽；外環，其於內周具備與上述內環之V字狀軌道槽對向之V字狀軌道槽；及圓筒滾子，其沿圓周方向以固定間距組入上述內環與外環之V字狀軌道槽內；且 上述內環與外環之V字狀軌道槽各自具有傾斜方向相差90度之2個傾斜軌道面， 上述圓筒滾子之圓周方向上相鄰者以90度交叉之姿勢組入，且 上述內環與外環之V字狀軌道槽之上述傾斜軌道面之45度徑向之算術平均面粗糙度與圓周方向之算術平均面粗糙度，滿足下式(1)之比： 45度傾斜方向面粗糙度/圓周方向面粗糙度≦1.2・・・・(1)。
  2. 如請求項1之交叉滾子軸承，其中將上述傾斜軌道面之45度徑向與圓周方向之算術平均面粗糙度設為0.1 μm～0.4 μmRa。
  3. 如請求項1或2之交叉滾子軸承，其中設定有使上述圓筒滾子與上述內環及外環之上述傾斜軌道面間之間隙成為負值的預壓間隙。
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