WO2007049389A1 - 円すいころ軸受 - Google Patents

Abstract

　円すいころ軸受は、内輪（４）と外輪（３）とを含む軌道輪と、内輪（４）と外輪（３）との間を転がるころ（１）と、ころ（１）を保持するポケット部を有し、外輪（３）の近傍に位置する保持器（２）とを備える。ここで、保持器（２）が中立位置にあるときの該保持器（２）と外輪（３）との径方向の隙間δと、ポケット部に保持されたころ（１）と保持器（２）との径方向の隙間δprと、ポケット部に保持されたころ（１）と保持器（２）との周方向の隙間δpcとが、 δpr＞δpc，かつ，－２≦（δ－δpr）／（δpr－δpc）≦０ の関係を満たしている。

Description

明 細 書

円すいころ軸受

技術分野

[0001] 本発明は、円すいころ軸受に関し、特に、保持器と軌道面との接触が許容された円 すいころ軸受に関する。

背景技術

[0002] 転がり軸受の分野においては、一般的に、負荷容量を向上させる手法として、転動 体の数を増加させる方法が知られている。転動体の数を増加させる場合、転動体の 周方向間隔が狭くなる。これに対し、保持器の直径を拡大することで、該保持器の周 方向幅を比較的広くして、保持器の剛性を確保することができる。したがって、保持 器剛性の向上という観点力もは、保持器と軌道面 (外輪 Z内輪)との隙間をできるだ け小さくすることが望ましい。

[0003] 運転中での保持器と外輪軌道面との接触を許容した軸受としては、たとえば、特開 2005— 188738号公報 (特許文献 1)に記載されたものなどが挙げられる。

特許文献 1 :特開 2005— 188738号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 運転中に保持器が軌道輪に接触する円すいころ軸受においては、両者の干渉に より保持器の挙動が変化し、これに応じて、ころと保持器の干渉パターンも変化する。 したがって、保持器と軌道輪とが接触し得ない円すいころ軸受と比較して、ころ一保 持器間の干渉力が急激に増大する場合がある。このことは、保持器の強度を確保す る観点から、好ましくない。

[0005] これに対し、特許文献 1においては、保持器と軌道輪との隙間の下限については全 く開示されていない。

[0006] 本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ころ 一保持器間の干渉力の増大が抑制された円すいころ軸受を提供することにある。 課題を解決するための手段 [0007] 本発明に係る円すいころ軸受は、 1つの局面では、内輪と外輪とを含む軌道輪と、 内輪と外輪との間を転がる転動体と、転動体を保持するポケット部を有し、外輪の近 傍に位置する保持器とを備える。ここで、保持器が中立位置にあるときの該保持器と 外輪との径方向の隙間 δと、ポケット部に保持された転動体と保持器との径方向の 隙間 δ と、ポケット部に保持された転動体と保持器との周方向の隙間 δ とが、 pr pc δ > δ ，かつ， 2≤( δ— δ ) / ( δ — δ )≤0

pr pc pr pr pc

の関係を満たしている。

[0008] 本発明に係る円す 、ころ軸受は、他の局面では、内輪と外輪とを含む軌道輪と、内 輪と外輪との間を転がる転動体と、転動体を保持するポケット部を有し、内輪の近傍 に位置する保持器とを備える。ここで、保持器が中立位置にあるときの該保持器と内 輪との径方向の隙間 δと、ポケット部に保持された転動体と保持器との径方向の隙 間 δ prと、ポケット部に保持された転動体と保持器との周方向の隙間 δ pcとが、 δ > δ ，かつ

pr pc ， 2≤( δ— δ ) / ( δ — δ )≤0

pr pr pc

の関係を満たしている。

[0009] 上述した関係が満たされることにより、円すいころ軸受において、ころ一保持器間の 干渉力が増大することが抑制され、保持器の寿命低下が防止される。

[ooio] なお、本願明細書において、「保持器と外輪 Z内輪との隙間 δ」とは、保持器と外 輪 Ζ内輪との最小の隙間を意味する。また、「保持器の中立位置」とは、（Α)ころの転 動面と内輪軌道面とが接触し、かつ、（Β)ころの転動面と外輪軌道面とが接触し、か つ、（C)ころ大端面と内輪大つば面とが接触し、かつ、（D)ころ大端面と保持器ボケ ット部とが接触する条件下で、保持器の中心と軸受の軸心とがー致する位置を意味 する。また、「転動体と保持器との径方向の隙間 δ Ζ周方向の隙間 δ 」とは、外輪

pr pc

、内輪および一個の転動体が上記 (A)〜 (D)の条件を満足する位置に固定された まま、保持器のみを径方向すなわちその転動体への方向およびこれに直交する周方 向に動力した場合における、それぞれの方向での移動可能距離を意味する。

[0011] 上記円すいころ軸受において、 1つの例として、保持器は金属により構成される。

ころ—保持器間の干渉力は、保持器が榭脂により構成される場合と比較して、保持 器が金属により構成される場合に大きくなる。これに対し、上記円すいころ軸受にお いては、上述した関係が満たされることにより、保持器が金属により構成される場合で も、ころ—保持器間の干渉力の増大を抑制することができる。

発明の効果

[0012] 本発明によれば、円すいころ軸受において、ころ一保持器間の干渉力が増大する ことが抑制され、保持器の寿命低下が防止される。

図面の簡単な説明

[0013] [図 1]本発明の実施の形態 1に係る円すいころ軸受を示した断面図である。

[図 2]図 1に示される円すいころ軸受における、保持器のポケット部と転動体との隙間 を説明する図である。

[図 3]3次元動力学解析で考慮した干渉力を説明する図 (その 1)である。

[図 4]3次元動力学解析で考慮した干渉力を説明する図 (その 2)である。

[図 5]3次元動力学解析における内輪回転速度の変化を示す図である。

[図 6]3次元動力学解析により得られた、隙間比 φところ一保持器間干渉力との関係 を示す図である。

[図 7]本発明の実施の形態 2に係る円すいころ軸受を示した断面図である。

符号の説明

[0014] 1 ころ、 2 保持器、 3 外輪、 4 内輪。

発明を実施するための最良の形態

[0015] 以下に、本発明に基づく円すいころ軸受の実施の形態について説明する。なお、 同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合があ る。

[0016] (実施の形態 1)

図 1は、実施の形態 1に係る円すいころ軸受を示した断面図である。図 1において、 矢印 DR1は軸受の径方向を示し、矢印 DR2は軸受の軸方向を示す。図 1を参照し て、本実施の形態に係る円すいころ軸受は、「転動体」としてのころ 1と、ころ 1を保持 するポケット部を有する保持器 2と、「軌道輪」としての外輪 3および内輪 4とを含んで 構成される。ころ 1は、外輪 3と内輪 4との間を転がる。保持器 2は、たとえば鉄により 構成される。そして、保持器 2は、外輪 3の近傍に配設される。

[0017] なお、図 1においては、

(A)ころ 1の転動面と内輪 4の軌道面とが接触し、かつ、

(B)ころ 1の転動面と外輪 3の軌道面とが接触し、かつ、

(C)ころ 1の大端面と内輪大つば面とが接触（図 1中の ex部）し、かつ、

(D)ころ 1の大端面と保持器 2の大径側ポケット部とが接触（図 1中の β部）して 、る。 (Α)〜 (D)が満たされる条件下で、保持器の中心と軸受の軸心とを一致させた場合 、保持器 2と外輪 3との径方向の隙間は δである。

[0018] 図 2は、図 1に示される円すいころ軸受における、保持器 2のポケット部ところ 1との 隙間を説明する図である。図 2において、矢印 DR3は軸受の周方向を示す。図 2を 参照して、上記 (A)〜(D)が満たされる条件下で、保持器の中心と軸受の軸心とを 一致させた場合、保持器 2のポケット部に保持されたころ 1と保持器 2との径方向の隙 間は δ であり、保持器 2のポケット部に保持されたころ 1と保持器 2との周方向の隙 pr

間は δ である。そして、図 2の例では、 δ > δ である。また、保持器 2のポケット部 pc pr pc

の窓角は 0である。

[0019] 図 1,図 2に示される円すいころ軸受においては、 δ≤ δ の場合に、運転中に保

pr

持器 2と外輪 3とが接触し得る。この結果、保持器 2の干渉パターンが変化して、保持 器 2と外輪 3とが接触し得ない円すいころ軸受と比較して、ころ 1—保持器 2間の干渉 力が急激に増大することが懸念される。したがって、保持器 2と外輪 3との隙間をどの 程度小さくすることができるかについて検討することは重要である。

[0020] 本願発明者らは、 φ = ( δ— δ ) / ( δ — δ )で規定される隙間比 φを定義し、

pr pr pc

この隙間比を変化させながら、ころ 1—保持器 2間の干渉力を解析により求めた。

[0021] 図 3,図 4は、本願発明者らが行なった 3次元動力学解析で考慮した干渉力を説明 する図である。本解析の仮定条件を以下に示す。

'ころ 1および保持器 2には、 6自由度を与える。

•外輪 3は空間に固定。

•内輪 4には一定速の自転と設定荷重に相当する並進変位を強制的に与える（自由 度は 0)。 •遠心力等の見かけの力を全て含む。

•重力を考慮する。

•各要素は剛体とみなすが、要素間の局所的な弾性接触を考慮する。

•ころ 1の転動面の干渉力分布は、スライス法で評価する。

•流体潤滑下のトラクシヨン係数 hdは、村木らの簡易理論式 (村木，木村:潤滑， 28,

10 (1983) 753)で与えるが、等温条件とする。

'境界潤滑下の摩擦係数 は、 Kragelskii(Kragelskii, I. V. , Friction and Wear, B bd

utterworths(1965))のモデルを修正した式（1)で与える。

μ =(-0. 1 + 22. 28s)exp(-181.46s) +0. 1··· (1)

bd

•ころ 1と軌道面との間の接触力（図 3,図 4中の Fl, F2)に対する接線力係数は、潤 滑領域の変化を考慮し、式 (2— 1)〜（2— 3)で与える。また EHL状態下では転がり 粘性抵抗を考慮する。

•ころ 1の大端面と内輪 4の大つば面との干渉力（図 4中の F8)は、最大近接点に全 て作用するものと仮定する。接線力係数は、式（2— 1)〜（2— 3)で与えられる。 μ =μ (Α<0.01)···(2-1)

r bd

μ ={(μ -μ ) Ζ (0.01— 1· 5) ⁶} X (A— 1· 5) ⁶+ （0.01≤ Α< 1. 5) · · r bd hd hd

•(2-2)

μ =μ (1. 5≤Α)···(2— 3)

r hd

なお、 :接線力係数、 A:油膜パラメータ、である。

•ころ 1と保持器 2との間の接触力（図 3,図 4中の F3〜F6)に対する接線力係数は、 境界潤滑下のみを仮定する。

•ころ端面に対する小つば面とポケット面との接触（図 4中の F5〜F7)は、最大めり込 み点に全ての接触力および接線力が作用する。

[0022] また、解析対象となる軸受および運転条件を表 1に示す。そして、当該解析におけ る内輪回転速度の変化を図 5に示す。

[0023] [表 1] 軸受

φ 40 X φ 76 X 17. 5

(内径 X外径 X幅， mm)

油温（°C) 100

潤滑剤動粘度（_mmVs)

2. 520@100で

{ cSt }

内輪回転速度（rpm)

ラジァノレ荷重（kN) 5

アキシアル荷重（kN) L 7

[0024] 上述したように、上記円すいころ軸受においては、 δ≤ δ の場合に、保持器 2と外

pr

輪 3の軌道面とが軸受の運転中に接触し得る。したがって、 δ > δ の条件下では

pr pc

ο

ο

、 φ≤0の場合に、保持器 2と外輪 3の軌道面 ΐとが軸受の運転中に接触し得る。また、 Φが小さくなるほど、保持器 2と外輪 3の軌道面の ΐ干渉の度合いが大きくなる。

[0025] 上述した 3次元動力学解析による解析結果を図 6に o

o示す。図 6では、隙間比 φとこ o

ろ 1—保持器 2間の干渉力との関係を示している。図 6を参照して、保持器 2と外輪 3 の転動面とが軸受の運転中に接触し得ない φ >0の領域では、ころ 1一保持器 2間 の干渉力に有意な変化は見られない。そして、 2≤φ≤0 ( φ =—0. 5,— 1. 0,— 1. 5, - 2. 0)の範囲では、 φ >0の範囲と比較して、僅かにころ 1一保持器 2間の干 渉力が低下し、 φ く — 2の領域では、ころ 1—保持器 2間の干渉力が増大している。 したがって、軸受の運転中にころ 1と保持器 2とが接触し得る円すいころ軸受（φ≤0) では、 φ≥— 2とすることで、ころ 1一保持器 2間の干渉力の急激な増大を抑制するこ とがでさる。

[0026] 上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に 係る円すいころ軸受は、内輪 4と外輪 3とを含む軌道輪と、内輪 4と外輪 3との間を転 がるころ 1と、ころ 1を保持するポケット部を有し、外輪 3の近傍に位置する保持器 2と を備える。ここで、保持器 2が中立位置にあるときの該保持器 2と外輪 3との径方向の 隙間 δと、ポケット部に保持されたころ 1と保持器 2との径方向の隙間 δ と、ポケット

pr

部に保持されたころ 1と保持器 2との周方向の隙間 δ とが、

pc

δ > δ ，かつ， 2≤( δ— δ ) / ( δ — δ )≤0

pr pc pr pr pc

の関係を満たしている。 [0027] なお、本実施の形態においては、保持器 2におけるころ 1に面する部分が平面形状 に形成されたものについて説明したが、当該部分の形状は曲面形状であってもよぐ 保持器 2の断面形状が変化した場合も、隙間比 φの範囲を規定することで、上記と 同様の効果を奏することができる。

[0028] また、上記の解析にぉ ヽては、保持器 2が金属 (鉄)で構成されると仮定して！/ヽる。

保持器 2を榭脂で構成した場合には、ころ 1—保持器²間の干渉力が急激に変化す る臨界値は φ =— 2よりも若干小さくなると考えられる。

[0029] (実施の形態 2)

図 7は、実施の形態 2に係る円すいころ軸受を示した断面図である。図 7を参照して 、本実施の形態に係る円すいころ軸受は、実施の形態 1に係る円すいころ軸受の変 形例であって、保持器 2が内輪 4の近傍に位置することを特徴とする。この場合には、 保持器 2が内輪 4に接触することにより、ころ 1と保持器 2との干渉パターンが変化して 、ころ 1一保持器 2間の干渉力が増大することが懸念される。

[0030] 本実施の形態においても、実施の形態 1と同様に、隙間比 φを規定することにより、 保持器 2と内輪 4とが軸受の運転中に接触する場合にも、ころ 1—保持器 2間の干渉 力の増大を抑制することができる。すなわち、本実施の形態に係る円すいころ軸受は 、内輪 4と外輪 3とを含む軌道輪と、内輪 4と外輪 3との間を転がるころ 1と、ころ 1を保 持するポケット部を有し、内輪 4の近傍に位置する保持器 2とを備える。ここで、保持 器 2が中立位置にあるときの該保持器 2と内輪 4との径方向の隙間 δと、ポケット部に 保持されたころ 1と保持器 2との径方向の隙間 δ と、ポケット部に保持されたころ 1と

pr

保持器 2との周方向の隙間 δ とが、

pc

δ > δ ，かつ， 2≤( δ— δ ) / ( δ — δ )≤0

pr pc pr pr pc

の関係を満たしている。

[0031] 以上、本発明の実施の形態について説明した力 今回開示された実施の形態は全 ての点で例示であって制限的なものではな 、と考えられるべきである。本発明の範囲 は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変 更が含まれることが意図される。

Claims

請求の範囲

[1] 内輪 (4)と外輪 (3)とを含む軌道輪と、

前記内輪 (4)と前記外輪 (3)との間を転がる転動体 (1)

と、

前記転動体 (1)を保持するポケット部を有し、前記外輪 (3)の近傍に位置する保持 器 (2)とを備え、

前記保持器 (2)が中立位置にあるときの該保持器 (2)と前記外輪 (3)との径方向の 隙間 δと、

前記ポケット部に保持された前記転動体 (1)と前記保持器 (2)との径方向の隙間 δ prと、

前記ポケット部に保持された前記転動体 (1)と前記保持器 (2)との周方向の隙間 δ とが、

pc

δ > δ ，かつ， 一 2≤( δ— δ ) / ( δ — δ )≤0の関係を満たす、円すいころ pr pc pr pr pc

軸受。

[2] 前記保持器 (2)は金属により構成される、請求項 1に記載の円すいころ軸受。

[3] 内輪 (4)と外輪 (3)とを含む軌道輪と、

前記内輪 (4)と前記外輪 (3)との間を転がる転動体 (1)と、

前記転動体（1)を保持するポケット部を有し、前記内輪 (4)の近傍に位置する保持 器 (2)とを備え、

前記保持器 (2)が中立位置にあるときの該保持器 (2)と前記内輪 (4)との径方向の 隙間 δと、

前記ポケット部に保持された前記転動体 (1)と前記保持器 (2)との径方向の隙間 δ と、

pr

前記ポケット部に保持された前記転動体 (1)と前記保持器 (2)との周方向の隙間 δ pcとが、

δ > δ ，かつ， 一 2≤( δ— δ ) / ( δ — δ )≤0の関係を満たす、円すいころ pr pc pr pr pc

軸受。

[4] 前記保持器 (2)は金属により構成される、請求項 3に記載の円すいころ軸受。