WO2000070235A1 - Cage pour roulement a deux rangees de rouleaux cylindriques - Google Patents

Cage pour roulement a deux rangees de rouleaux cylindriques Download PDF

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    • F16C19/26Bearings 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 radial load mainly with a single row of rollers

Definitions

  • the present invention relates to a roller bearing used in a location accompanied by large vibration, such as an axle of a railway vehicle or a vibrating sieve, that is, a roller bearing used at least in a position where vibration is repeatedly received at least in a bearing radial direction.
  • the present invention relates to a comb-shaped retainer incorporated in the bearing.
  • roller bearings are widely used in vehicles and various industrial machines to support rotating shafts.
  • the roller bearing includes an outer ring 1 having an outer raceway 1a on an inner peripheral surface, an inner racer 2 having an inner raceway 2a on an outer peripheral surface, the outer raceway 1a and the inner raceway 2a.
  • a plurality of rollers 3 that are rotatably mounted between the outer raceway 1a and the inner raceway 2a while holding the plurality of rollers 3.
  • the plurality of rollers 3 are arranged in multiple rows between the outer raceway 1a and the inner raceway 2a, and the rollers 3 in each row are held by individual comb cages 4.
  • FIG. 1 is an example of the one provided with two comb-shaped retainers 4.
  • each of the above-mentioned comb cages 4 has an annular portion 5 axially facing the roller end surface 3a, and a roller rolling surface protruding from one axial side of the annular portion 5.
  • the space surrounded by the annular portion 5 and the pillars 7 and 7 is called a pocket 8 for storing the rollers 3 and has a predetermined clearance between the cages 4 and 3.
  • the rollers 3 are rotatably held by the holder 4.
  • the roller bearing having the double row rollers 3 as described above as shown in FIG. 1, when an individual cage 4 is incorporated for each row of the rollers 3, as shown in FIG. Two comb-shaped retainers having a shape in which the column portion 7 protrudes from only one axial side of the annular portion 5 are used.
  • a comb-shaped cage with pillars 7 protruding from both sides in the axial direction of the annular portion 5 as shown in Fig. 3 is used.
  • a comb-shaped cage having a shape in which the part 7 protrudes is referred to as an integral type.
  • the cage 4 When the cage 4 is used in a place accompanied by large vibrations, the cage 4 repeatedly vibrates in the radial direction of the bearing, and the column 7 of the cage 4 collides with the rollers 3 many times. Due to such a collision, as shown in FIG. 4, a radial load W, acts on the column 7 of the cage 4 from the rollers 3, and the cage 4 is moved in the directions shown in FIGS. It transforms like
  • each bending stress and 3 ' can be expressed by the following formulas based on material mechanical force balance conditions and the like.
  • At and A 3 in the above formulas (3) and (4) are the cross-sectional areas of the annular portion 5 and the column portion 7, respectively.
  • each of the geometrical moment of inertia I i,, the coordinate system of the 1 3 ' are those defined as follows. That is, the second moment of area
  • I ⁇ ' is, as shown in FIG. 1, on the cross-section of the annular portion 5, with the centroid of the cross-section as the origin, and the axis in the direction normal to the conical surface or the cylindrical surface whose cage outer diameter surface is regulated. taken, and axes, is due to the axial direction and the conical surface or yt- z t Cartesian coordinate system taken in the tangential direction of the cylindrical surface, the second moment for parallel neutral axis in the longitudinal direction of the bar portion 7 It is.
  • moment of inertia of 1 3 ' on the cross section of the bar portion 7, the centroid of the cross section as an origin, takes y 3 axis in the normal direction of the conical surface or cylindrical surface, and z 3 axes In the circumferential direction and in the tangential direction of the above-mentioned conical surface or cylindrical surface in the y 3 — z 3 orthogonal coordinate system, and is the second moment of area with respect to the neutral axis parallel to the circumferential direction of the cage.
  • the length direction of the column portion 7 is a direction facing the axial direction or substantially the axial direction of the bearing.
  • E in the above equation (1) is the cross-sectional circumference of the annular portion 5 on the column side. Indicates the maximum value of coordinates at the edge.
  • e 3 ′ in the above formula (2) represents the maximum value of the absolute value of the y 3 coordinate at the periphery of the cross section of the column 7.
  • the I, 1 3 respectively annular portion 5
  • the cross-sectional secondary mode of the bar portion 7 - a reinforcement the geometrical moment of inertia I ⁇ I 3 is defined by the following equation.
  • a 3 is the cross-sectional area of the annular portion 5 and the column portion 7, respectively.
  • the (5), (6) ei in the formula, e 3 is described below As shown in the figure, it is the maximum value of the distance from the centroid to the periphery of the cross section in each coordinate system described later.
  • the coordinate system of each of the above moments of inertia Ii and I3 is defined as follows, as described above. That is, as shown in FIG. 1, the secondary moment Ii of the cross section is, on the cross section of the annular portion 5, with the centroid of the cross section as the origin, the normal to the cylindrical surface on which the outer diameter surface of the cage is regulated. The axis is taken in the direction, and the axis is taken in the axial direction and the tangent direction of the above-mentioned cylindrical surface in the y1-z1 rectangular coordinate system. Next moment. Further, moment of inertia of 1 3, as shown in FIG.
  • the cross-sectional shape of the column portion 7 does not change in the axial direction, but for example, such as a cage for a self-aligning roller bearing, etc. In some cases, the cross-sectional shape of the column 7 may change in the axial direction. In such a case, the 1 3, the bar portion 7, it is assumed that a cross-sectional secondary mode one instrument in connection portion C of the annular portion 5.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and a roller bearing retainer capable of improving the strength of the retainer without lowering the load capability of the bearing into which the retainer is incorporated.
  • the task is to provide containers. Disclosure of the invention
  • the annular portion is By optimizing the bending stress and the bending stress of the column part so that they do not greatly differ from each other, it is possible to improve the strength of the cage without reducing the load capacity of the bearing and suppressing the increase in the weight of the cage. It focuses on.
  • the invention described in claim 1 is based on one annular portion axially opposed to the end face of each roller, and from one or both sides in the axial direction of the annular portion.
  • a comb-shaped roller bearing retainer having a plurality of pillars protruding and facing the rolling surface of each roller and arranged in a circumferential direction, wherein a cross section of the annular portion with respect to a neutral shaft parallel to the length direction of the pillars
  • roller bearing retainer characterized by satisfying the condition of 0.2 ⁇ (I! ′ / 1/3 ′) ⁇ 2.5.
  • a retainer bar portion projects from only one axial side of the annular portion, in the roller bearing cage incorporated in a double row cylindrical roller bearing ⁇ 0. 3 ⁇ (I! '/ 1 3 ') ⁇ 1.1 It is good to satisfy the condition of 1. Further, in the cage in which the pillar portions protrude from both sides in the axial direction of the annular portion, and in a roller bearing cage incorporated in a double-row cylindrical roller bearing, 0.3 ⁇ (I! '/ 1/3 ') It is better to satisfy the condition of ⁇ 0.9.
  • the secondary moment of area of the above-mentioned annular portion with respect to the neutral axis perpendicular to the length direction of the column is I
  • the secondary moment of area of the above-mentioned column with respect to the neutral axis perpendicular to the circumferential direction of the cage is I3.
  • the bending stress of each annular portion and the bending stress of the column portion are designed so as not to be largely different from each other according to the type of the cage while taking into account the load direction acting from the rollers. Therefore, the strength of the cage can be improved without reducing the load capacity of the bearing.
  • each load in the radial direction (radial direction) and the circumferential direction of the bearing acts as a single load or a combined load depending on the use site of the bearing to be incorporated.
  • the secondary moment I 3 ′ of the cross section of the column 7 may be reduced so that the volume of the space holding 3 is not reduced.
  • the cross section is usually made larger, and in order to reduce the second moment of area, the cross section is usually made smaller.
  • the second moment of area it is also possible to change the second moment of area by devising the sectional shape.
  • the present invention increases only the moment of inertia of the portion where the bending stress increases.
  • the purpose of this is to consider the optimal design that increases the load capacity of the entire cage. From this viewpoint, the present invention was defined the maximum value of the bending stress from the size specification value of each part of the possible range in design is minimized (I '/ 1 3') .
  • the bending stress of the annular portion 5 at the connecting portion between the annular portion 5 and the column portion 7 and the bending of the column portion 7 at the connecting portion of the annular portion 5 and the column portion 7 are based on the above definition. This is the largest of the stresses 3 '. This indicates that the smaller the rib, the more difficult it is for the cage 4 to be damaged due to the collision between the roller 3 and the column 7.
  • Is three of the parameters Isseki (I ⁇ , / 1 3,), ( ⁇ !, / E 3 '), be calculated given the (di / da,) it can.
  • FIG. 4 (B) is the circumferential distance between two adjacent pillar portions 7 and 7 in the circumferential direction.
  • the two column portions 7, 7 adjacent in the circumferential direction are, as shown in FIG. 3, mutually axially relative to the annular portion 5, as shown in FIG. Protruding from the opposite side.
  • d 3 5 is on the side of the bar portion 7 facing the rolling surface of the roller, the load W by collision with this filtrate 3 from acting position (Fig. 4 arrow W in, position), the rollers This is the axial distance from the end face of No. 3 to the side face of the annular portion 5 facing the end face.
  • D 3 ′ is usually the same value as d 3 described below.
  • the body shape holder it is preferable for the body shape holder to be optimally designed to be o.s ⁇ di '/ ia'i ⁇ i.o.
  • the present invention does not increase the strength of the cage 4 by increasing all of the moment of inertia of each part of the cage 4 as in the related art, but increases the bending stress.
  • the purpose of this study was to increase the second moment of area of the part to increase the load capacity of the entire cage and to carry out an optimal design.
  • the present invention has defined (I i / 13) that the maximum value of the bending stress is minimized from the dimensional data of each part in the range that can be taken in design.
  • a description will be given critical significance of the values of the (I i / 1 3).
  • d i is a circumferential distance between two adjacent pillar portions 7 in the circumferential direction.
  • the two pillars 7, 7 adjacent in the circumferential direction are opposite to each other in the axial direction of the cage with respect to the annular portion 5, as shown in FIG. Protruding from the side.
  • the roller bearing cage can be made less likely to be damaged.
  • the present invention stipulates that 0.3 ⁇ (I t / la) ⁇ 1.6.
  • double-row cylindrical roller bearings and self-aligning roller bearings are often used in places where the load applied to the bearings is extremely large, such as in various rolling mills for steelmaking.
  • FIG. 1 is a diagram showing a double-row cylindrical roller bearing, (A) showing a partial cross-sectional view thereof, and (B) showing a bb cross-sectional view thereof.
  • FIG. 2 is a partial plan view of a two-body cage for a double-row cylindrical roller bearing.
  • FIG. 3 is a partial plan view of the integrated cage for a double-row cylindrical roller bearing.
  • Fig. 4 is a schematic view showing deformation of a cage in a cage for a double-row cylindrical roller bearing due to a collision between a roller and a column in a radial direction, where (A) is a partial cross-sectional view, and (B) and (C). ) Respectively show partial perspective views.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing deformation of a cage in a cage for a double-row cylindrical roller bearing due to a collision between a roller and a column from the circumferential direction.
  • FIG. 6 is a view showing a calculation result of a dimensionless maximum bending stress in a collision between a roller and a column according to the roller bearing cage of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a calculation result of a dimensionless maximum bending stress in a collision between a roller and a column according to the two-body cage for a double-row cylindrical roller bearing of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a calculation result of a dimensionless maximum bending stress in a collision between a roller and a column according to the integrated cage for a double-row cylindrical roller bearing of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a calculation result of a dimensionless maximum bending stress in a collision between a roller and a column according to the two-piece cage for a self-aligning roller bearing of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a calculation result of a dimensionless maximum bending stress in a collision between a roller and a column according to the two-piece cage for a self-aligning roller bearing of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing a calculation result of a dimensionless maximum bending stress in a collision between a roller and a column according to the integrated cage for a self-aligning roller bearing of the present invention.
  • FIG. 11 is a view showing a calculation result of a dimensionless maximum bending stress in a collision between a roller and a column according to the roller bearing cage of the present invention.
  • FIG. 12 is a view showing a calculation result of a dimensionless maximum bending stress in a collision between a roller and a column portion in the two-body cage for a double-row cylindrical roller bearing of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing a calculation result of a dimensionless maximum bending stress in a collision between a roller and a column portion according to the integrated cage for a double-row cylindrical roller bearing of the present invention.
  • FIG. 14 shows a roller and a two-body cage for a self-aligning roller bearing of the present invention. It is a figure which shows the calculation result of the dimensionless maximum bending stress in the collision of a column part.
  • FIG. 12 is a view showing a calculation result of a dimensionless maximum bending stress in a collision between a roller and a column portion in the two-body cage for a double-row cylindrical roller bearing of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing a calculation result of a dimensionless maximum bending stress in a collision between a roller
  • FIG. 15 is a diagram showing a calculation result of a dimensionless maximum bending stress in a collision between a roller and a column according to the integrated cage for a self-aligning roller bearing of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating the results of the drop impact test according to the example.
  • FIG. 17 is a diagram showing the results of a comparative durability test of the retainer of the present invention according to the example and a conventional retainer.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating the results of the drop impact test according to the example. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the first embodiment vibrations in the radial direction of the bearing of a cage such as a railway vehicle frequently occur, and the rollers relatively repeatedly hit the column portion of the cage from the radial direction.
  • This is an example of a cage incorporated in a roller bearing used in a location.
  • the second embodiment is an example of a cage incorporated in a roller bearing used in a place where the roller repeatedly hits a pillar portion of the cage in a circumferential direction due to a change in the revolution speed of the roller. is there.
  • the cage 4 of the first embodiment is incorporated in a double-row cylindrical roller bearing as shown in FIG.
  • the strength of the retainer 4 was improved without significantly reducing the number of the pockets 8 and the size of the space of each pocket 8.
  • the optimal design was made so that the bending stress of the annular portion 5 and the bending stress of the column portion 7 did not greatly differ from each other, so that the cage 3 due to the collision between the roller 3 and the column portion 7 was maintained without reducing the load capacity of the bearing. Less likely to break I was able to.
  • the cage 4 of the present embodiment is incorporated in a double-row cylindrical roller bearing as shown in FIG.
  • the width of the annular portion 5 and the column portion 7 was set so that 0. S ⁇ d Ia i ⁇ l.
  • the strength of the cage 4 was improved without significantly reducing the number of the pockets 8 and the size of the space of each pocket.
  • the optimal design was made so that the bending stress of the annular portion 5 and the bending stress of the column portion 7 did not greatly differ from each other. This made it harder for damage to occur.
  • the optimization of the strength for one of the radial collision and the circumferential collision is individually performed. in the case where both of the direction of impact and the circumferential collision is used in recurring place to each moment of inertia of area I of the pair of annular portions 5 and the bar portion 7, 1 3 ', and, I 3 There, 0. 2 ⁇ (I / 1 3 ,) ⁇ 2. 5,
  • each of the annular portion 5 and the column portion 7 may be set so that 0.3 ⁇ (I i / I 3 ) ⁇ 1.6. In this way, even if both radial and circumferential collisions are received individually or repeatedly as a combined load, the bending stress of the annular part 5 and the bending stress of the column part 7 Since the bearings are optimally designed so that they do not greatly differ from each other, it is possible to prevent the cage 4 from being damaged by the collision between the rollers 3 and the column portions 7 without lowering the load capacity of the bearing.
  • the type of cage is a two-piece comb type cage.
  • the bearing used in the test is a self-aligning roller bearing.
  • the durability of the cage is examined by repeatedly dropping the bearing together with the axle box.
  • the drop height was set so that the maximum value of the acceleration generated in the box was 150 times the gravity acceleration.
  • the present invention is suitable for preventing the cage from being damaged.o
  • the type of cage is an integral comb cage.
  • the bearing used in the test is a spherical roller bearing.
  • the cage according to the present invention incorporated in the bearing B has a significantly larger number of repeated impacts until breakage than the bearing A throughout.
  • the present invention is suitable for preventing the cage from being damaged.
  • the bearing used in the test was a self-aligning roller bearing under the same conditions except for the cage, and was created by changing the value of (I t / 13) of the cage incorporated in the bearing as shown in Fig. 18. Things.
  • the results shown in Figure 18, incorporating a retainer having a value of the same (I ⁇ / ⁇ 3) for each bearing is respectively are performed three times what was convex to the average value.
  • the values of (ei / e 3 ) and (di / d 3 ) are set so that (bi / bi) takes the minimum value in each (I i / I 3 ).
  • (I i / Is) of the cage of the bearing D is shown with reference to the X indicated in FIG. 18 which is out of the scope of the present invention, that is, the cage which has an unreasonable dimension design. .
  • the design will result in a reduced load capacity or a bearing that is too difficult to save space in the bearing.
  • making (I / 1 3 ) smaller than 0.3 means (secondary moment of cross section of column G 3) >> (Second moment of area Ii) of the ⁇ -shaped portion, and the width of the ⁇ -shaped portion in the axial direction is set small, and the width of the column portion in the circumferential direction is set large.
  • the diameter of the holding rollers is reduced in order to incorporate the same number of rollers, and the load capacity is smaller than that of bearings A to C.
  • the load capacity of the bearing decreases.
  • the bearing width must be increased, that is, the bearing itself must be enlarged, which is a design limitation.

Description

明 細 書 複列ころ軸受用保持器 技術分野
本発明は、 鉄道車両の車軸や振動篩等のように、 大きな振動を伴う 置で用いられるころ軸受、 つまり少なくとも軸受ラジアル方向の振動 繰り返し受けるような箇所で使用されるころ軸受に係り、 特にそのこ 軸受に組み込まれるくし形の保持器に関する。 背景技術
車両や各種産業機械等では回転軸を支承するために、 ころ軸受が広く 使用されている。 このころ軸受は、 例えば図 1に示すように、 内周面に 外輪軌道 1 aを有する外輪 1と、 外周面に内輪軌道 2 aを有する内輪 2 と、 上記外輪軌道 1 aと内輪軌道 2 aとの間に転動自在に組み込まれる 複数個のころ 3と、 この複数個のころ 3を保持した状態で、 上記外輪軌 道 1 aと内輪軌道 2 aとの間に回転自在に介装される保持器 4とを備え 上記複数のころ 3は、 外輪軌道 1 aと内輪軌道 2 aとの間に複列に配 置され、 各列のころ 3が個別のく し形保持器 4によって保持されている 。 つまり、 図 1は、 2個のくし形保持器 4を備えるものの例である。 上記各く し形保持器 4は、 図 1及び図 2に示すように、 ころ端面 3 a と軸方向で対向する環状部 5と、 その環状部 5の軸方向片側から突出し てころ転動面 3 bと対向して周方向に並ぶ複数の柱部 7とからそれぞれ 構成される。 上記環状部 5と柱部 7、 7で囲まれた空間は、 ころ 3を収 納するポケット 8と呼ばれ、 保持器 4ところ 3の間に所定のすきまを設 W
けることによって、 ころ 3は転動自在に当該保持器 4に保持される。 ここで、 上記のような複列のころ 3を有するころ軸受においては、 図 1に示すように、 各ころ 3の列毎に個別の保持器 4を組み込む場合には 、 上記図 2のように環状部 5の軸方向片側からのみ柱部 7が突出する形 状のくし形保持器が 2個用いられる。 一方、 複列のころ 3を 1個の保持 器で保持する場合には、 図 3のように環状部 5の軸方向両側からそれぞ れ柱部 7が突出する形状のくし形保持器が用いられる。
以下の説明では、 図 2のように環状部 5の軸方向片側から柱部 7が突 出する形状のくし形保持器を二体型、 図 3のように環状部 5の軸方向両 側から柱部 7が突出する形状のくし形保持器を一体型と呼ぶ場合もある ところで、 前述のような保持器 4を備えるころ軸受を、 車両の車軸や 駆動装置、 製鉄用圧延機、 あるいは振動篩等のような、 大きな振動を伴 う箇所で用いた場合には、 保持器 4が軸受のラジアル方向に繰り返し振 動し、 保持器 4の柱部 7がころ 3に何度も衝突する。 このような衝突に よって、 図 4に示すように、 ころ 3から保持器 4の柱部 7に対しラジア ル方向の荷重 W, が作用し、 当該保持器 4は図 4 ( B ) ( C ) のように 変形する。
このように、 曲げ応力が環状部 5および柱部 7に繰り返して負荷され ると、 長期の使用によって、 環状部 5または柱部 7に亀裂が発生して、 保持器 4に破損が生ずるのみならず、 軸受が回転不能になることがある 上記亀裂は、 環状部 5と柱部 7との連結部に発生するので、 この保持 器 4の破損を防止して軸受の寿命の劣化を防止するためには、 上記ラジ アル方向からの荷重 W' によって当該連結部に生ずる曲げ応力を、 緩和 する必要がある。 また、 前述のような保持器 4を備えるころ軸受を、 急激な加減速や負 荷変動が繰り返される箇所で用いた場合には、 ころ 3の公転速度が急激 に変化するため、 当該ころ 3が、 保持器 4の柱部 7に何度も衝突する。 このような衝突によって、 周方向から作用する荷重 Wが、 図 2に示すよ うに、 ころ 3から保持器 4の柱部 7に作用し、 当該保持器 4は図 5に示 すように変形する。
このように、 曲げ応力が環状部 5および柱部 7に繰り返して負荷され る場合も、 長期の使用によって、 環状部 5または柱部 7に亀裂が発生し て、 保持器 4に破損が生ずるのみならず、 軸受が回転不能になることが ある。
上記亀裂も、 環状部 5と柱部 7との連結部に発生するので、 この保持 器 4の破損を防止して軸受の寿命の劣化を防止するためには、 上記周方 向からの荷重 Wによって当該連結部に生ずる曲げ応力を緩和する必要が ある。
ここで、 保持器 4が振動によって図 4 ( A ) 中の白抜きの矢印方向に 移動すると、 ころ 3から作用するラジアル方向の荷重 W ' によって、 保 持器 4は図 4に示すように変形する。 すなわち、 柱部 7については、 こ ろの軸方向の略中央部と対向する位置に荷重 W ' が作用するとともに、 環状部 5と柱部 7との連結部にも上記荷重 W' と釣り合う荷重が作用し 、 これらの荷重によって環状部 5及び柱部 7はそれぞれ曲げモーメント M 、 M 3 ' を受けて、 図 4 ( B ) ( C ) に示すように変形する。 環 状部 5と柱部 7の連結部における環状部 5の A部分に生じる曲げ応力を び 、 環状部 5と柱部 7の連結部における柱部 7の C部分に生じる曲 げ応力をび 3 ' とすると、 各曲げ応力び 、 び 3 ' は、 材料力学的な 力の釣り合い条件等から次式で表わされる。
a , ,
Figure imgf000005_0001
' · e i ' / 1 χ ' ' · · ( 1 ) び 3 , =M3 , · e 3, / 13, · · · ( 2 ) 上記 Ii ' 、 13' は、 それぞれ環状部 5、 及び柱部 7の各断面二次 モーメントであって、 当該断面二次モーメント I 、 13 ' は次式で 疋我される。
Figure imgf000006_0001
I a ' = S A3y 3 2d A3 · · · ( 4 )
上記 (3)、 (4) 式中の At、 A3は、 それぞれ環状部 5、 及び柱 部 7の各断面積である。
また、 上記 (1)、 (2) 式中の e i , 、 e3, は、 後述するように 、 後述の各座標系における図心から断面周縁までの距離の最大値である ο
さらに、 上記各断面二次モーメント I i , 、 13' の座標系について は、 次のように定義したものである。 すなわち、 断面二次モーメント
I ι' は、 図 1に示すように、 環状部 5の断面上に、 当該断面の図心を 原点として、 保持器外径面が規制される円すい面もしくは円筒面の法線 方向に 軸をとり、 かつ 軸を、 軸方向且つ上記円すい面もしくは 円筒面の接線方向にとった y t— z t直交座標系によるものであり、 柱 部 7の長さ方向に平行な中立軸に対する断面二次モーメントである。 ま た、 断面二次モーメント 13' は、 柱部 7の断面上に、 当該断面の図心 を原点として、 上記円すい面もしくは円筒面の法線方向に y 3軸をとり 、 かつ z 3軸を、 円周方向且つ上記円すい面もしくは円筒面の接線方向 にとつた y 3— z 3直交座標系によるものであり、 保持器の円周方向に 平行な中立軸に対する断面二次モーメントである。
ここで、 柱部 7の長さ方向とは、 軸受の軸方向若しくは略軸方向を向 く方向である。
そして、 上記 (1) 式中の e , は、 上記環状部 5の柱部側の断面周 縁における 座標の最大値を表す。 また、 上記 (2) 式中の e3' は 、 上記柱部 7の断面周縁における y 3座標の絶対値の最大値を表す。 なお、 柱部 7の断面形状が、 軸方向に亙って変化しない場合、 柱部 7 の断面二次モ一メントも軸方向に亙って変化しないので、 その断面二次 モーメントの値をもって I 3 ' とするが、 柱部 7の断面形状が、 軸方向 に亙って変化する場合、 柱部 7の断面二次モーメントも軸方向に亙って 変化する。 その場合、 13 ' とは、 柱部 7における、 環状部 5との連結 部分 Cでの断面二次モーメントであるものとする。
上記 ( 1) 式及び (2) 式から分かるように、 全ての断面二次モ一メ ント I 、 I 3 ' を大きくすることで、 各応力び 、 び 3 ' が小さ くなることが分かる。
また、 上記ころ 3から作用する円周方向からの荷重 Wによって、 図 5 に示すように、 環状部 5と柱部 7との連結部にモーメント Mが作用する 。 環状部 5と柱部 7の連結部における環状部 5の A部分に生じる曲げ応 力をび L、 環状部 5と柱部 7の連結部における柱部 7の C部分に生じる 曲げ応力をび 3とすると、 各曲げ応力び t 、 cr3 は材料力学的な力の釣 り合い条件等から次式で表わされる。
σ·. =Μ · e t/ (2 I J · . · (5) cr3 =M · e 3/I 3 · · · ( 6 )
ここで、 上記 I ! 、 13 はそれぞれ環状部 5、 柱部 7の各断面二次モ —メントであって、 当該断面二次モーメント I ^ I 3 は次式で定義さ れる。
Figure imgf000007_0001
l a = S A3 z 3 2d A3 · · · ( 8 ) 上記 (7) 、 (8) 式中の 、 A3はそれぞれ環状部 5、 柱部 7の 各断面積である。 また、 上記 (5) 、 (6) 式中の ei、 e3 は、 後述 するように、 それぞれ後述の各座標系における図心から断面周縁までの 距離の最大値である。
さらに、 上記各断面二次モーメント I i、 I 3の座標系については、 上述と同様に、 次のように定義したものである。 すなわち、 断面二次モ 一メント I iは、 図 1に示すように、 環状部 5の断面上に、 当該断面の 図心を原点として、 保持器外径面が規制される円筒面の法線方向に 軸をとり、 かつ 軸を、 軸方向かつ上記円筒面の接線方向にとった y 1 - z 1 直交座標系によるものであり、 柱部 7の長さ方向に垂直な中 立軸に対する断面二次モーメントである。 また、 断面二次モーメント 1 3は、 図 1に示すように、 柱部 7の断面上に、 当該断面の図心を原点 として、 上記円筒面の法線方向に y 3軸をとり、 かつ z 3 軸を、 円周方 向かつ上記円筒面の接線方向にとった y 3— z 3 直交座標系によるもの であり、 保持器の円周方向に垂直な中立軸に対する断面二次モーメント である。
そして、 上記 (5 ) 式中の は、 上記環状部 5の柱部側の断面周縁 における z L座標の最大値を表す。 また、 上記 (6 ) 式中の e 3は、 上 記柱部 7の断面周縁における z 3 座標の最大値を表す。
なお、 くし形保持器にあっては、 柱部 7の断面形状は、 軸方向に亙つ て変化しないようにするのが一般的であるが、 例えば自動調心ころ軸受 用保持器等のように、 柱部 7の断面形状が軸方向に亙って変化する場合 もある。 このような場合は、 1 3とは、 柱部 7における、 環状部 5との 連結部分 Cでの断面二次モ一メントであるものとする。
上記 (5 ) 式及び (6 ) 式から分かるように、 全ての断面二次モ一メ ント I i、 I 3 を大きくすることで、 各応力び i、 び 3 が小さくなるこ とが分かる。
以上のことから、 従来にあっては、 環状部 5及び柱部 7の全ての断面 を大きくすることで、 断面二次モーメント I t , 及び 1 3 ' 若しくは I 1 及び 1 3 の少なくとも一方の断面二次モーメントの組を大きく設定 して、 保持器 4の強度を向上させ、 破損が生ずることを防止している。 ここで、 従来にあっては、 保持器強度が弱い場合に断面積を大きくし て強度を上げれば良いという経験的な認識はあるものの、 上記のように 環状部 5及び柱部 7の各断面二次モ一メントを検討しそれらの強度を最 適に組み合わせて設計していたわけではない。
このため、 いずれの形式の保持器であっても、 保持器や使用される軸 受用途に関係なく、 環状部 5および柱部 7の断面二次モーメント I 、 I 3 ' の全て、 若しくは断面二次モーメント I L、 I 3 の全てが大き くなるように設計すると、 ころ 3を保持する空間容積 (ボケット 8の大 きさや数) が小さくなるため、 保持器 4の強度を高めるにつれて、 軸受 内に組み込めるころ 3の数が少なくなつたり、 ころ 3の寸法を小さくす る必要が生じて、 軸受の負荷能力が低下するという問題がある。 また、 必要以上に保持器の重量増大に繋がる。
特に、 ラジアル方向の荷重 W' と円周方向からの荷重 Wとの両荷重に よる合成荷重に対して強度を高めようとすると、 断面二次モーメント I 、 I 3 ' 、 及び断面二次モーメント I!、 I 3 の全てについて大き くしょうとする結果、 更に上記問題が顕在化する。
本発明は、 このような問題点に着目してなされたもので、 保持器を組 み込む軸受の負荷能力を低下させることなく、 保持器の強度を向上させ ることが可能なころ軸受用保持器の提供を課題とする。 発明の開示
本発明はいずれも、 ころから受ける荷重方向を考慮しつつ、 環状部の 曲げ応力、 及び、 柱部の曲げ応力が互いに大きく異ならないように最適 化することによって、 軸受の負荷能力を低下させることなく、 しかも保 持器の重量増大を抑えつつ保持器の強度を向上できることに着目したも のである。
すなわち、 上記課題を解決するために、 請求の範囲第 1項に記載の発 明は、 各ころの端面と軸方向で対向する 1個の環状部と、 その環状部の 軸方向片側又は両側から突出し且つ各ころの転動面と対向して周方向に 並ぶ複数の柱部とを有するくし形のころ軸受用保持器において、 柱部の長さ方向に平行な中立軸に対する上記環状部の断面二次モーメ ントを I 、 保持器の円周方向に平行な中立軸に対する上記柱部の断 面二次モーメントを I 3' としたときに、
0. 2≤ (I! ' /13' ) ≤2. 5の条件を満足することを特徴と するころ軸受用保持器を提供するものである。
このとき、 上記環状部の軸方向片側のみから柱部が突出する保持器で あって、 複列円筒ころ軸受に組み込まれるころ軸受用保持器においては ^ 0. 3≤ (I! ' /13' ) ≤ 1. 1の条件を満足させると良い。 また、 上記環状部の軸方向両側から柱部が突出する保持器であって、 複列円筒ころ軸受に組み込まれるころ軸受用保持器においては、 0. 3≤ ( I! ' /13' ) ≤0. 9の条件を満足させると良い。
また、 上記環状部の軸方向片側のみから柱部が突出する保持器であつ て、 自動調心ころ軸受に組み込まれるころ軸受用保持器においては、 0. 3≤ ( I! ' /1 ) ≤2. 5の条件を満足させると良い。
また、 上記環状部の軸方向両側から柱部が突出する保持器であって、 自動調心ころ軸受に組み込まれるころ軸受用保持器においては、 0. 2≤ ( I! ' /13' ) ≤ 1. 0の条件を満足させると良い。
さらに、 上記いずれかの条件に加えて、 若しくは上記条件とは独立に 、 柱部の長さ方向に垂直な中立軸に対する上記環状部の断面二次モーメ ントを I 、 保持器の円周方向に垂直な中立軸に対する上記柱部の断面 二次モーメントを I 3としたときに、
0. 3≤ (Ι χ /13) ≤1. 6の条件を満足することにより、 優れ た強度特性を有するころ軸受用保持器を提供することができる。
このとき、 上記環状部の軸方向片側のみから柱部が突出する保持器で あって、 複列円筒ころ軸受に組み込まれるころ軸受用保持器においては 、 0. 3^ (^ /13) ≤0. 9の条件を満足させると良い。
また、 上記環状部の軸方向両側から柱部が突出する保持器であって、 複列円筒ころ軸受に組み込まれるころ軸受用保持器においては、
0. 7≤ ( I 1 /13) ≤ 1. 6の条件を満足させると良い。
また、 上記環状部の軸方向片側のみから柱部が突出する保持器であつ て、 自動調心ころ軸受に組み込まれるころ軸受用保持器においては、 0 . 5≤ (I i /13) ≤1. 5の条件を満足させると良い。
また、 上記環状部の軸方向両側から柱部が突出する保持器であって、 自動調心ころ軸受に組み込まれるころ軸受用保持器においては、
0. 3≤ (Ii /13) ≤ 1. 0の条件を満足させると良い。
上記いずれの本発明であっても、 ころから作用する荷重方向を考慮し つつ保持器の形式に応じて、 各環状部の曲げ応力、 及び柱部の曲げ応力 が互いに大きく異ならないように設計されるため、 軸受の負荷能力を低 下させることなく保持器の強度が向上する。
次に、 その根拠について説明する。
ここで、 軸受のラジアル方向 (半径方向) 及び円周方向の各荷重が、 単独若しくは合成荷重として、 組み込む軸受の使用部位によって作用す るが、 個々の荷重に対する根拠に分けて以下、 説明する。
まず、 保持器のラジアル方向への振動によって、 ころから保持器に対 し、 ラジアル方向からの荷重 W' が負荷される場合を説明する。
例えば、 環状部 5の曲げ応力び i 5 が柱部 7の曲げ応力び 3 ' に比べ て非常に大きい場合、 つまりび > σ 3 ' の場合には、 保持器 4の折 損は図 4に示す環状部 5の Α部分で生ずるから、 その強度を向上させる ために環状部 5の断面二次モーメント I を大きくする一方で、 ころ
3を保持する空間容積が小さくならないように柱部 7の断面二次モーメ ント I 3 ' を小さくすれば良い。
ここに、 断面二次モーメントを大きくするには、 通常その断面を大き くし、 断面二次モーメントを小さくするには、 通常その断面を小さくす ればよい。 勿論、 断面形状を工夫することでも断面二次モーメントを変 更することは可能である。
これとは逆に、 柱部 7の曲げ応力び 3 ' が環状部 5の曲げ応力び に比べて非常に大きい場合、 つまりび 3 ' 》び の場合には、 保持器
4の折損は柱部 7の C部分で生ずるから、 その強度を向上させるために 柱部 7の断面二次モーメント 1 3 ' を大きくする一方で、 ころ 3を保持 する空間容積が小さくならないように、 環状部 5の断面二次モーメント
I を小さくすれば良い。
すなわち、 環状部 5の曲げ応力び, ' と柱部 7の曲げ応力び 3 ' に大 きな差がある場合、 この応力の差を小さくすることによって、 ころ数や ころの寸法を小さくすることなく、 つまりラジアル方向の荷重 W' に対 し軸受の負荷能力を低下させることなく保持器 4の破損を生じ難くする ことができる。
従来のように保持器 4の各部の断面二次モーメントの全てを大きくし て保持器 4の強度を上げるのではなく、 本発明は、 曲げ応力が大きくな る部分の断面二次モーメントだけを大きくして保持器全体の負荷能力を 高めた最適設計を行うことを考えたものである。 そして、 この観点から、 本発明は、 設計上とり得る範囲の各部の寸法 諸元値から曲げ応力の最大値が最小となる (I ' /13' ) を規定し た。
次に、 上記請求の範囲第 1項〜第 5項の発明に係る、 ラジアル方向の 荷重 W, に対する各 (Ii , /13 , ) の臨界的意義についてそれぞれ 説明する。
無次元最大曲げ応力 (び, /び。 , ) と、 (I t , /13, ) の関係 を材料力学モデルに基づいて計算したところ、 図 6に示す結果を得た。 ここで、 無次元最大曲げ応力 (び, /び。 , ) で考えたのは、 無次元 化することにより、 どのような大きさの荷重にも適用できて汎用性が高 まるためである。
また、 上記び' は、 上述の定義に基づく、 環状部 5と柱部 7の連結部 における環状部 5の曲げ応力び 、 環状部 5と柱部 7の連結部におけ る柱部 7の曲げ応力び3' のうちの最大のものである。 このび' が小さ いほど、 ころ 3と柱部 7の衝突による保持器 4の破損は生じにくいこと を表している。
また、 び。 ' は、 一対の環状部 5を剛体とみなしたときの、 柱部 7に 生じる最大曲げ応力である。
この (び, /び。 , ) は、 三つのパラメ一夕 ( I丄 , /13 , )、 ( β ! , /e 3' )、 (d i/da , ) が与えられれば計算することが できる。
ここで、 図 4 (B) に示すように、 は、 円周方向で隣り合う 2個 の柱部 7, 7の円周方向距離である。 なお、 上記円周方向で隣り合う 2 個の柱部 7, 7は、 保持器が一体型の場合には、 図 3に示すように、 環 状部 5に対して保持器の軸方向の互いに反対の側面から突出する。 また、 d3 5 は、 ころの転動面と対向する柱部 7の側面における、 こ ろ 3との衝突による荷重 W, が作用する位置 (図 4中で矢印 W, の位置 ) から、 ころ 3の端面と対向する環状部 5の側面までの軸方向距離であ る。 なお、 d3 ' は、 通常、 後述の d3 と同じ値である。
そして、 大部分のくし形のころ軸受用保持器においては、 寸法の諸元 から可能な範囲は、 それぞれ (e /e3' ) = 1. 0〜: L . 8、 (di/d3 , ) =0. 2〜3. 0であることに基づき、 図 6は、
(e i' /e3, ) = 1. 0〜: L. 8、 (d x/d a' ) =
0. 2〜3. 0の範囲で (e /e3 , )、 (di /d3 ' ) の各パ ラメ一夕をランダムに変化させて、 (び, /び。' ) が最小値をとると きの ( I t ' /13, ) と、 上記 (び, /び。' ) の最小値との関係を 求めたものである。
この図 6から分かるように、 (I t , /13 , ) =0. 2〜2. 5で あれば、 設計可能な範囲の内から最適な値となって (び, /び。' ) が 最小になり、 ころ軸受用保持器の破損を生じにくくすることができる。 これに基づき、 本発明では、 o. z^ d i ' / i a ' i ^s. sと 規疋し/こ。
ここで、 図 6中の X印は、 (e i ' /e 3, ) 及び (d !/d a , ) のいずれかが、 それぞれ (e /e3, ) = 1. 0〜1. 8、
(di/d3 , ) =0. 2〜3. 0の範囲に入らない場合における、 ( び, /び。' ) を最小にする ( I i , /13 , ) を求めた例である。 ( I! ' /13' ) が上記範囲 ( I /13, ) = 0. 2〜2. 5に入 つていないが、 このような保持器は、 (e i' /e 3' ) もしくは
(di /d3 , ) の値が実際に用いられない、 非実用的な寸法のもので あ^ ) ο また、 大部分の複列円筒ころ軸受において、 保持器が二体型の場合に は、 (e /e3 ' ) = 1. 0〜1. 1、 (di /d3, ) =0. 6 〜2. 2の範囲であることに鑑み、 この範囲で (e i' /e 3 , )、 (d i /d 3 , ) をパラメ一夕としてランダムに変化させて、 (び, / び。' ) が最小値をとるときの (I i , /13' ) と、
上記 (び, /び。 , ) の最小値との関係を求めてみた。 その結果を図 7 に示す。
この図 7から分かるように ( 1 , /13, ) =0. 3〜1. 1であ れば (び, /び。 , ) が最小になり、 複列円筒ころ軸受用保持器の破損 を生じ難くすることができる。 すなわち、 複列円筒ころ軸受用の二体型 保持器としては、 0. 3≤ ( I!5 /I a , ) ≤ 1. 1となるように最 適設計することが好ましいことが分かる。
また、 大部分の複列円筒ころ軸受において、 保特器が一体型の場合に は、 (e /ea ' ^ l. C^l. L ( d t/d a ' ) =0. 6 〜 1. 8の範囲であることに鑑み、 この範囲で (e /e3 , )、 ( d X /d 3 , ) をパラメ一夕としてランダムに変化させて、
(び, /び。' ) が最小値をとるときの ( I i , /13' ) と上記
(び, /び。 , ) の最小値との関係を求めてみた。 その結果を図 8に示 す。
この図 8から分かるように (I i ' /13, ) =0. 3〜0. 9であ れば、 (び, /び。 , ) が最小になり、 複列円筒ころ軸受用保持器の破 損を生じ難くすることができる。 すなわち、 複列円筒ころ軸受用の一体 型保持器としては、 0. 3≤ ( I! , /13 , ) ≤0. 9となるように 最適設計することが好ましいことが分かる。
また大部分の自動調心ころ軸受において、 保持器が二体型の場合には 、 (e Zes ' i l . O〜: 1 . 8、 (d ^d a , ) = 0. 6〜 W
3. 0の範囲であることに鑑み、 この範囲で (e^ /e3 , ) 、 (d i /d 3 , ) をパラメ一夕としてランダムに変化させて、
(び, /び。' ) が最小値をとるときの (I i , /13' ) と上記
(び, /び。 , ) の最小値との関係を求めてみた。 その結果を図 9に示 す。
この図 9から分かるように、 ( , /13' ) =0. 3〜2. 5で あれば、 (び, /び。 , ) が最小になり、 自動調心ころ軸受用保持器の 破損を生じ難くすることができる。 すなわち、 自動調心ころ軸受用の二 体型保持器としては、 0. 3 ^ (1 /13 , ) ≤ 2. 5となるよう に最適設計することが好ましいことが分かる。
さらに、 大部分の自動調心ころ軸受において、 保持器が一体型の場合 には、 (e i' /e3 , ) = 1. 0〜: I . 8、 ( ά 13 , ) = 0. 2〜1. 2の範囲であることに鑑み、 この範囲で (e /e 3 , ) 、 ( d i /d 3 , ) をパラメ一夕としてランダムに変化させて
(び, /び。' ) が最小値をとるときの (I , /13, ) と上記
(び, /び。 , ) の最小値との関係を求めてみた。 その結果を図 10に 示す。
この図 10から分かるように、 (I i , /13, ) =0. 2〜 1. 0 であれば、 (び, /び。 ' ) が最小になり、 自動調心ころ軸受用保持器 の破損を生じ難くすることができる。 すなわち、 自動調心ころ軸受用の
—体型保持器としては、 o. s^ di' /ia ' i ^ i. oとなるよ うに最適設計することが好ましいことが分かる。
なお、 図 6〜図 10から分かるように、 (I /13 , ) の値が小 さくなるほど、 (び, /び。5 ) の値も大きくなり、 不利になることが 明らかであり、 耐衝撃性が弱くなる。 したがって、 使用される条件に応 じて、 上記各範囲内で ( 1 /13 , ) の値を大きく設定することが W
望ましい。
次に、 ころの公転方向 (円周方向) からの荷重 Wが負荷される場合、 つまり、 柱部の長さ方向に垂直な中立軸に対する上記環状部の断面二次 モーメント I t と、 保持器の円周方向に垂直な中立軸に対する断面二次 モーメントの値 1 3 との比 ( I ! / 1 3 ) の値の根拠について、 上記図 1 1〜 1 5等を参照しつつ説明する。
例えば、 環状部 5の曲げ応力び i が柱部 7の曲げ応力び 3に比べて非 常に大きい場合、 つまりび i 》び3の場合には、 保持器 4の折損は環状 部 5の A部分で生ずるから、 その強度を向上させるために環状部 5の断 面二次モーメント を大きくする一方で、 ころ 3を保持する空間容積 が小さくならないように柱部 7の断面二次モ一メント I 3を小さくすれ ばよい。 ここに、 断面二次モーメントを小さくするには、 通常その断面 を小さくすればよい。 勿論、 断面形状を工夫することでも断面二次モー メントを変更することは可能である。
これとは逆に、 柱部 7の曲げ応力び3 が環状部 5の曲げ応力び tに比 ベて非常に大きい場合、 つまりび 3 の場合には、 保特器 4の折損 は柱部 7の C部分で生ずるから、 その強度を向上させるために柱部 7の 断面二次モーメント 1 3を大きくする一方で、 ころ 3を保持する空間容 積が小さくならないように環状部 5の断面二次モーメント I を小さく すればよい。
すなわち、 環状部 5の曲げ応力 と柱部 7の曲げ応力び 3に大きな 差がある場合、 この応力の差を小さくすることによって、 ころ数やころ の寸法を小さくすることなく、 荷重 Wに対する保持器 4の破損を生じ難 くすることができる。
本発明は、 従来のように保持器 4の各部の断面二次モーメントの全て を大きくして保持器 4の強度を上げるのではなく、 曲げ応力が大きくな る部分の断面二次モーメントだけを大きくして、 保持器全体の負荷能力 を高めた最適設計を行うことを考えたものである。
そして、 この観点から、 本発明は、 設計上とり得る範囲の各部の寸法 諸元値から曲げ応力の最大値が最小となる ( I i/13 ) を規定した。 次に、 上記 ( I i /13 ) の値の臨界的意義について説明する。
無次元最大曲げ応力 (び/び。 ) と ) の関係を材料力学 モデルに基づいて計算したところ、 図 1 1に示す結果を得た。 ここで、 無次元最大曲げ応力 (び/び。) で考えたのは、 無次元化することによ り、 いかなる大きさの荷重にも適用できて汎用性が高まるためである。 また、 上記びは、 上述の定義に基づく、 環状部 5と柱部 7の連結部に おける環状部 5の曲げ応力び iと、 環状部 5と柱部 7の連結部における 柱部 7の曲げ応力び 3のうちの最大のものである。 このびが小さいほど 、 ころ 3と柱部 7の衝突による保特器 4の破損は生じ難いことを表して いる。 また、 び。は環状部 5を剛体とみなしたときの、 柱部 7に生じる 最大曲げ応力である。
この (び/び。 ) は三つのパラメ一夕 ( I i/ 13 )、 ( e! /e a )、 (dx /d3 ) が与えられれば計算することができる。
ここで、 図 2に示すように、 d i は、 円周方向で隣り合う二個の柱部 7、 7間の円周方向距離である。 なお、 上記円周方向で隣り合う 2個の 柱部 7, 7は、 保持器が一体型の場合には、 図 3に示すように、 環状部 5に対して保持器の軸方向の互いに反対の側面から突出する。
また、 d3は、 ころ 3の転動面と対向する柱部 7の側面における、 こ ろ 3との衝突による荷重 Wが作用する位置 (図 2中で矢印 Fの位置) か ら、 ころ 3の端面と対向する環状部 5の側面までの軸方向距離である。 そして、 大部分のころ軸受用保持器においては、 (e t/es ) = 0. 6〜3. 2、 (d! /d3 ) =0. 2〜3. 0であるから、 この範 囲 (e i/es ) = 0. 6〜3. 2、 (d i/d3 ) = 0. 2〜3. 0 の範囲で (ei/ea ) (d i /d3 ) の各パラメ一夕をランダムに 変化させて、 (び/び。) が最小値をとるときの (I i /13) と上記 (び/び。 ) の最小値との関係を求めたものが、 上記図 11である。 この図 1 1から分かるように ( I i /13) = 0. 3〜 1. 6であれ ば、 設計可能な範囲の内から最適な値となって (び/び。) が最小にな り、 ころ軸受用保持器の破損を生じ難くすることができる。
これに基づき、 本発明では、 0. 3≤ (I t/ l a ) ≤ 1. 6と規定 した。
ここで、 図 1 1中の X印は、 (ei /e 3) が (e i /e3 ) = 0. 6〜3. 2の範囲に入らない場合における、 (び/び。) を最小に する ( I! /13 ) を求めた例である。 この場合の ( I i/13 ) は上 記範囲 (I i /Ii -O. S l . Gに入っていないが、 このような 保持器は、 (e t/ea ) の値が実際に用いられない、 非実用的な寸法 のものである。
また、 製鉄用の各種圧延機のように、 軸受に負荷される荷重の非常に 大きな箇所では、 複列円筒ころ軸受ゃ自動調心ころ軸受が多用される。 大部分の複列円筒ころ軸受において、 保持器が二体型の場合には、 (e1/e3 ) =0. 6〜: 1. 8、 (di /d O. 6〜2. 2の 範囲であることに鑑み、 この範囲で (ei/ea ) 、 (di /d3 ) を パラメ一夕としてランダムに変化させて、 (び/び Q) が最小値をとる ときの ( I i /13) と上記 (び/び。 ) の最小値との関係を求めてみ た。 その結果を図 12に示す。 この図 1 2から分かるように ( Ι /13) =0. 3〜0. 9であれ ば (び び。 ) が最小になり、 複列円筒ころ軸受用保持器の破損を生じ 難くすることができる。 すなわち、 複列円筒ころ軸受用の二体型保持器 としては、 0. 3≤ ( I i/I 3 ) ≤ 0. 9となるように最適設計する ことが好ましいことが分かる。
また、 大部分の複列円筒ころ軸受において、 保持器が一体型の場合に は、 /e3 ) = 1. 4〜3. 2、 (di/dJ ^ O. 6〜
1. 8の範囲であることに鑑み、 この範囲で (e t/ea ) 、
(d 1 /d3 ) をパラメ一夕としてランダムに変化させて、 (び/び。
) が最小値をとるときの (I i /13) と上記 (び/び。 ) の最小値と の関係を求めてみた。 その結果を図 1 3に示す。
この図 1 3から分かるように ( I i /13) = 0. 7〜 1. 6であれ ば、 (び/び。 ) が最小になり、 複列円筒ころ軸受用保持器の破損を生 じ難くすることができる。 すなわち、 複列円筒ころ軸受用の一体型保持 器としては、 O . T ^ d i /I a i ^ l . 6となるように最適設計す ることが好ましいことが分かる。
また大部分の自動調心ころ軸受において、 保持器が二体型の場合には
、 (e i/eJ l . O S . C ( ά χ/ά 3 ) = 0. 6〜3. 0 の範囲であることに鑑み、 この範囲で (e i/es ) 、 (di /d3 ) をパラメータとしてランダムに変化させて、 (び/ σ。) が最小値をと るときの ( I i /13) と上記 (び/び。 ) の最小値との関係を求めて みた。 その結果を図 14に示す。
この図 14から分かるように、 (I i /13) =0. 5〜 1. 5であ れば、 (び/び。 ) が最小になり、 自動調心ころ軸受用保持器の破損を 生じ難くすることができる。 すなわち、 自動調心ころ軸受用の二体型保 持器としては、 0. 5≤ ( l i/ l 3 ) ≤ 1. 5となるように最適設計 することが好ましいことが分かる。
さらに、 大部分の自動調心ころ軸受において、 保持器が一体型の場合 には、 ノ e 3 ) =0. 6〜2. 0、 (di/d3 ) =0. 2〜
1. 2の範囲であることに鑑み、 この範囲で (e t/e s ) 、
(dx /d3 ) をパラメ一夕としてランダムに変化させて (び/び。) が最小値をとるときの (I t /13) と上記 (び/び。 ) の最小値との 関係を求めてみた。 その結果を図 15に示す。
この図 15から分かるように、 (I i /I O. 3〜1. 0であ れば、 (び/び。 ) が最小になり、 自動調心ころ軸受用保持器の破損を 生じ難くすることができる。 すなわち、 自動調心ころ軸受用の一体型保 持器としては、 o. s ^ d L/i s i ^ i . 0となるように最適設計 することが好ましいことが分かる。
なお、 図 11〜図 15から分かるように、 ( I i/I 3 ) の値が大き くなるほど、 (び/び 0) の値も大きくなり、 不利になることが明らか であり、 耐衝撃性が弱くなる。 したがって、 使用される条件に応じて、
( I l/l 3 ) の値を小さく抑えることが望ましい。
ここで、 上記説明では、 保持器の軸受ラジアル方向に作用する荷重
W 、 及びころの公転方向 (円周方向) に作用する荷重 Wが個別に作用 する場合で説明しているが、 請求の範囲 6項〜第 10項のいずれかに記 載されるように、 両荷重 W' 、 Wによる合成荷重が作用することに対す る強度を向上させるときには、 上記 (I /13 ) 、 及び
( I 1 ' /13 ' ) の両方がそれぞれ上記範囲に入るように設定すれば よい。 図面の簡単な説明
【図面の簡単な説明】 図 1は、 複列円筒ころ軸受を示す図であり、 (A) はその部分断面図 、 ( B ) はその b— b断面図を表す。
図 2は、 複列円筒ころ軸受用ニ体型保持器の部分平面図である。
図 3は、 複列円筒ころ軸受用一体型保持器の部分平面図である。
図 4は、 複列円筒ころ軸受用保持器における、 ころと柱部のラジアル 方向からの衝突による保持器の変形を示す模式図であり、 (A) は部分 断面図を、 (B ) ( C ) はそれそれ部分斜視図を表している。
図 5は、 複列円筒ころ軸受用保持器における、 ころと柱部の周方向か らの衝突による保持器の変形を示す模式図である。
図 6は、 本発明のころ軸受用保持器に係る、 ころと柱部の衝突におけ る無次元最大曲げ応力の計算結果を示す図である。
図 7は、 本発明の複列円筒ころ軸受用ニ体型保持器に係る、 ころと柱 部の衝突における無次元最大曲げ応力の計算結果を示す図である。 図 8は、 本発明の複列円筒ころ軸受用一体型保持器に係る、 ころと柱 部の衝突における無次元最大曲げ応力の計算結果を示す図である。 図 9は、 本発明の自動調心ころ軸受用ニ体型保持器に係る、 ころと柱 部の衝突における無次元最大曲げ応力の計算結果を示す図である。 図 1 0は、 本発明の自動調心ころ軸受用一体型保持器に係る、 ころと 柱部の衝突における無次元最大曲げ応力の計算結果を示す図である。 図 1 1は、 本発明のころ軸受用保持器に係る、 ころと柱部の衝突にお ける無次元最大曲げ応力の計算結果を示す図である。
図 1 2は、 本発明の複列円筒ころ軸受用ニ体型保持器に係る、 ころと 柱部の衝突における無次元最大曲げ応力の計算結果を示す図である。 図 1 3は、 本発明の複列円筒ころ軸受用一体型保持器に係る、 ころと 柱部の衝突における無次元最大曲げ応力の計算結果を示す図である。 図 1 4は、 本発明の自動調心ころ軸受用ニ体型保持器に係る、 ころと 柱部の衝突における無次元最大曲げ応力の計算結果を示す図である。 図 1 5は、 本発明の自動調心ころ軸受用一体型保持器に係る、 ころと 柱部の衝突における無次元最大曲げ応力の計算結果を示す図である。 図 1 6は、 実施例に係る落下衝撃試験の結果を示す図である。
図 1 7は、 実施例に係る本発明の保特器と従来の保持器との比較耐久 試験の結果を示す図である。
図 1 8は、 実施例に係る落下衝撃試験の結果を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
次に、 本発明の第 1の実施形態について図面を参照しつつ説明する。 ここで、 第 1の実施形態は、 鉄道車両など保持器の軸受ラジアル方向 の振動が頻繁に発生し、 相対的に、 ころが、 保持器の柱部にラジアル方 向からの衝突を繰り返すような場所に使用されるころ軸受に組み込まれ る保持器の例である。 また、 第 2の実施形態は、 ころの公転速度の変化 によって、 ころが、 保持器の柱部に周方向からの衝突を繰り返すような 場所に使用されるころ軸受に組み込まれる保持器の例である。
第 1の実施形態の保持器 4は、 上記図 1に示すような複列円筒ころ軸 受に組み込まれるものである。
そして、 環状部 5、 柱部 7の各断面二次モーメント I 、 1 3 ' が 0 . 2≤ ( I i , / 1 3 , ) 5となるように、 環状部 5及び柱部
7の幅を設定した。
これによつて、 ポケッ ト 8の数及び各ポケッ ト 8の空間の大きさをさ ほど小さくすることなく、 保持器 4の強度が向上した。
すなわち、 環状部 5の曲げ応力と柱部 7の曲げ応力が互いに大きく異 ならないように最適設計がなされたため、 軸受の負荷能力を低下させる ことなく、 ころ 3と柱部 7の衝突による保持器 4の破損を生じ難くする ことができた。
次に、 本発明の第 2の実施形態について図面を参照しつつ説明する。 本実施形態の保持器 4は、 上記図 1に示すような複列円筒ころ軸受に 組み込まれるものである。
そして、 環状部 5、 柱部 7の各断面二次モーメント I 13
0. S^ d Ia i ^l. 6となるように、 環状部 5及び柱部 7の 幅を設定した。
これによつて、 ポケッ ト 8の数及び各ポケッ卜の空間の大きさをさほ ど小さくすることなく、 保持器 4の強度が向上した。
すなわち、 環状部 5の曲げ応力と柱部 7の曲げ応力が互いに大きく異 ならないように最適設計がなされたため、 軸受の負荷能力を低下させる ことなく、 ころ 3と柱部 7の衝突による保持器 4の破損を生じ難くする ことができた。
ここで、 上記第 1及び第 2の実施形態では、 それぞれラジアル方向の 衝突及び円周方向の衝突の一方に対しての強度を最適化させることを、 個別に実施した実施形態であるが、 ラジアル方向の衝突及び円周方向の 衝突の両方が繰り返し発生する場所で使用される場合であれば、 一対の 環状部 5及び柱部 7の各断面二次モーメント I 、 13 ' 、 及び 、 I 3 が、 0. 2≤ (I /13, ) ≤2. 5、
且つ 0. 3≤ ( I i/I 3) ≤ 1. 6となるように、 各環状部 5及び柱 部 7の幅及び断面形状を設定すればよい。 このようにすれば、 ラジアル 方向からの衝突及び円周方向の衝突の両方が個々に、 若しくは合成荷重 としてして繰り返し受ける場合であっても、 環状部 5の曲げ応力、 柱部 7の曲げ応力が互いに大きく異ならないように最適設計がなされたため 、 軸受の負荷能力を低下させることなく、 ころ 3と柱部 7の衝突による 保持器 4の破損を生じにく くすることができる。 次に、 上記各実施形態に関連する実施例を説明する。
[実施例 1 ]
上記第 1の実施形態に基づき形成した本発明に基づく、 くし形の保 持器と、 従来のくし形の保持器とを比較する落下衝撃試験を行ったとこ ろ、 図 1 6に示す結果を得た。
保持器の形式は、 二体型くし形保持器である。 また、 試験に用いた軸 受は、 自動調心ころ軸受である。
軸受 Aは従来の保持器を用いており、 ( I i , / 1 3 , ) = 3 . 4と なっていた。 また、 軸受 Bはいずれも本発明に基づいて作成した保持器 であって、 ( I! , / 1 3 , ) = 1 . 1に設定したものである。
上記落下衝撃試験は、 軸受を軸箱ごと操り返し落下させることで保持 器の耐久性を調べるものであり、 図 1 6の試験においては、 軸受八、 B いずれの場合にも、 落下衝撃によって軸箱に生ずる加速度の最大値が重 力加速度の 1 5 0倍となるように落下高さを設定した。
図 1 6に示すように、 軸受 Bに組み込まれた本発明に基づく保持器の 全てに亙って、 破損までの衝撃繰り返し数が軸受 Aに比べて大幅に大き い。 このように、 本発明が保持器の破損防止に好適であることがわかる o
[実施例 2 ]
次に、 上記第 2実施形態に基づき形成した本発明に基づく、 くし型の 保持器と、 従来のくし型の保持器とを比較する落下衝撃試験を行ったと ころ、 図 1 7に示す結果を得た。
保持器の形式は、 一体型くし形保持器である。 また、 試験に用いた軸 受は自動調心ころ軸受である。
軸受 Aはいずれも従来の保持器を用いており、 ( I i/ 1 3 ) =
2 . 0 7となっていた。 また軸受 Bはいずれも本発明に基づいて作成し W /7
た保持器であって、 (I i/I a ) =1. 0に設定したものである。 上記落下衝撃試験は、 軸受を軸箱ごと繰り返し落下させることで保持 器の耐久性を調べるものであり、 図 17の実験においては、 軸受八、 B いずれの場合にも、 落下衝撃によって軸箱に生ずる加速度の最大値が重 力加速度の 150倍となるように落下高さを設定した。
図 17に示すように、 軸受 Bに組み込まれた本願発明に基づく保持器 は、 全てに亘つて破損までの衝撃繰り返し数が軸受 Aに比べて大幅に大 きい。 このように、 本発明が保持器の破損防止に好適であることがわか る。
さらに、 上記 (I i /13 ) を変更して、 上記と同一条件で落下衝撃 試験を行った。 その結果を図 18に示す。 使用する保持器の形式は、 二 体型くし形保持器とした。
試験に用いた軸受は、 保持器以外は同一条件の自動調心ころ軸受であ り、 その軸受に組み込む保持器の (I t/13) の値を図 18に示すよ うに変更して作成したものである。 なお、 図 18に示す結果は、 同一の (I ι/Ι3) の値を持つ保持器を組み込んだ各軸受について、 それぞ れ 3回実施しその平均値をとつたものである。
ここで、 (e i /e3 ) 及び (di/d3 ) の値は、 各 ( I i/ I 3 ) において (び/び。 ) が最小値をとるように設定してある。
図 18から分かるように、 ( I i/I 3) の値を小さくするほど、 保 持器の破損が発生しにく くなることが分かる。
ここで、 軸受 Dの保持器の (I i/Is) は、 本発明の対象外である 図 18における X印で示したもの、 つまり寸法設計上に無理がある保持 器を参考に示してある。 つまり、 設計上、 負荷容量が下がるか、 軸受の 省スペースの点で無理のある軸受となるものである。 すなわち、 (I /13) を 0. 3よりも小さくすることは、 (柱部の断面二次モーメン ト I 3) 》 (璟状部の断面二次モーメント I i ) となって、 璟状部の軸 方向の幅を小さく且つ柱部の円周方向の幅を大きく設定することとなる 。 このことから、 同一の数だけころを組み込むために、 保持するころの 径を小さくしてあり、 軸受 A〜軸受 Cと比べ負荷容量が小さくなつてい る。 つまり (I i/ 1 3 ) を小さくしすぎると軸受の負荷容量が下がり 、 その対策としては軸受の幅を大きくつまり軸受自体を大型化せざるを 得なく設計上の制限となる。
一方、 図 1 1〜図 1 5から分かるように、 ) の値が大き くなるほど、 実際にとれる (び/び。) の最小値も大きくなり、 不利に なることが明らかであり、 耐衝撃性が弱くなる。
したがって、 使用される条件に応じて、 (I t/ I n ) の値をできる だけ小さく抑えることが望ましい。 ただし、 上述のように現実に要求さ れる負荷容量及び軸受の大型化の点から ( I i/ 1 3 ) の値を 0 . 3以 上とする必要がある。 産業上の利用可能性
以上説明してきたように、 請求の範囲第 1項〜請求の範囲第 1 5項の いずれかに係る発明を採用すると、 くし形のころ軸受用保持器について 、 環状部の曲げ応力と柱部の曲げ応力とが互いに大きく異ならないよう に最適設計が実現できて、 軸受の負荷能力を低下させることなく、 ころ と柱部の衝突による保持器の破損を生じ難くすることができるという効 果が得られる。
特に、 請求の範囲第 2項若しくは第 7項若しくは第 1 2項に係る発明 を使用することで、 二体型の複列円筒ころ軸受に採用される保持器とし て、 より最適な設計が可能となる。
また、 請求の範囲第 3項若しくは第 8項若しくは第 1 3項に係る発明 を使用することで、 一体型の複列円筒ころ軸受に採用される保持器とし て、 より最適な設計が可能となる。
また、 請求の範囲第 4項若しくは第 9項若しくは第 1 4項に係る発明 を使用することで、 二体型の自動調心ころ軸受に採用される保持器とし て、 より最適な設計が可能となる。
また、 請求の範囲第 5項若しくは第 1 0項若しくは第 1 5項に係る発 明を使用することで、 一体型の自動調心ころ軸受に採用される保持器と して、 より最適な設計が可能となる。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 各ころの端面と軸方向で対向する 1個の環状部と、 その環状部の軸 方向片側又は両側から突出し且つ各ころの転動面と対向して周方向に並 ぶ複数の柱部とを有するくし形のころ軸受用保持器において、
柱部の長さ方向に平行な中立軸に対する上記環状部の断面二次モーメ ントを 1 、 保持器の円周方向に平行な中立軸に対する上記柱部の断 面二次モーメントを I 3' としたときに、
0. 2≤ (I! , /13' ) ≤2. 5の条件を満足することを特徴と するころ軸受用保持器。
2. 上記環状部の軸方向片側のみから柱部が突出する保持器であって、 複列円筒ころ軸受に組み込まれるころ軸受用保持器において、
0. 3≤ (I! ' /13' ) ≤ 1. 1の条件を満足することを特徴と する請求の範囲第 1項記載のころ軸受用保持器。
3. 上記環状部の軸方向両側から柱部が突出する保持器であって、 複列 円筒ころ軸受に組み込まれるころ軸受用保持器において、
0. 3≤ (I! ' /13' ) ≤0. 9の条件を満足することを特徴と する請求の範囲第 1項記載のころ軸受用保持器。
. 上記環状部の軸方向片側のみから柱部が突出する保持器であって、 自動調心ころ軸受に組み込まれるころ軸受用保持器において、
0. 3≤ (I! ' /13' ) ≤2. 5の条件を満足することを特徴と する請求の範囲第 1項記載のころ軸受用保持器。
5. 上記環状部の軸方向両側から柱部が突出する保持器であって、 自動 調心ころ軸受に組み込まれるころ軸受用保持器において、
0. 2≤ (I! , /13' ) ≤ 1 - 0の条件を満足することを特徴と する請求の範囲第 1項記載のころ軸受用保持器。
6. 各ころの端面と軸方向で対向する 1個の環状部と、 その環状部の軸 方向片側又は両側から突出し且つ各ころの転動面と対向して周方向に並 ぶ複数の柱部とを有するくし形のころ軸受用保持器において、
柱部の長さ方向に垂直な中立軸に対する上記環状部の断面二次モーメ ントを 1 保持器の円周方向に垂直な中立軸に対する上記柱部の断面 二次モーメントを I 3としたときに、
0. 3≤ d /13) ≤1. 6の条件を満足することを特徴とする ころ軸受用保持器。
7. 上記環状部の軸方向片側のみから柱部が突出する保持器であって、 複列円筒ころ軸受に組み込まれるころ軸受用保持器において、
0. 3≤ (I! /13) ≤0. 9の条件を満足することを特徴とする 請求の範囲第 6項記載のころ軸受用保持器。
8. 上記環状部の軸方向両側から柱部が突出する保持器であって、 複列 円筒ころ軸受に組み込まれるころ軸受用保持器において、
0. 7≤ (I! /13) ≤ 1. 6の条件を満足することを特徴とする 請求の範囲第 6項記載のころ軸受用保持器。
9. 上記環状部の軸方向片側のみから柱部が突出する保持器であって、 自動調心ころ軸受に組み込まれるころ軸受用保持器において、
0. 5≤ (I! /13) ≤1. 5の条件を満足することを特徴とする 請求の範囲第 6項記載のころ軸受用保持器。
10. 上記環状部の軸方向両側から柱部が突出する保持器であって、 自 動調心ころ軸受に組み込まれるころ軸受用保持器において、
0. 3≤ (I i /13) ≤1. 0の条件を満足することを特徴とする 請求の範囲第 6項記載のころ軸受用保持器。
11. 柱部の長さ方向に垂直な中立軸に対する上記環状部の断面二次モ 一メントを I 、 保持器の円周方向に垂直な中立軸に対する上記柱部の 断面二次モ一メントを I 3としたときに、
0. 3≤ d /13) ≤1. 6の条件を満足することを特徴とする 請求の範囲第 1項〜第 5項のいずれかに記載のころ軸受用保持器。
12. 柱部の長さ方向に垂直な中立軸に対する上記環状部の断面二次モ —メントを 1 保持器の円周方向に垂直な中立軸に対する上記柱部の 断面二次モーメントを I 3としたときに、
0. 3≤ (I! /13) ≤0. 9の条件を満足することを特徴とする 請求の範囲第 2項記載のころ軸受用保持器。
13. 柱部の長さ方向に垂直な中立軸に対する上記環状部の断面二次モ —メントを Ii、 保持器の円周方向に垂直な中立軸に対する上記柱部の 断面二次モーメントを I 3としたときに、
0. 7≤ (I r /13) ≤1. 6の条件を満足することを特徴とする 請求の範囲第 3項記載のころ軸受用保持器。
14. 柱部の長さ方向に垂直な中立軸に対する上記環状部の断面二次モ —メントを I 保持器の円周方向に垂直な中立軸に対する上記柱部の 断面二次モーメントを I 3としたときに、
0. 5≤ d /13) ≤1. 5の条件を満足することを特徴とする 請求の範囲第 4項記載のころ軸受用保持器。
15. 柱部の長さ方向に垂直な中立軸に対する上記環状部の断面二次モ —メントを I L、 保持器の円周方向に垂直な中立軸に対する上記柱部の 断面二次モーメントを I 3としたときに、
0. 3≤ (I ! /13) ≤ 1. 0の条件を満足することを特徴とする 請求の範囲第 5項記載のころ軸受用保持器。
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