WO2014189042A1 - 円すいころ軸受 - Google Patents

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WO2014189042A1
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cage
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roller bearing
tapered
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八木　隆司
宏之 宮崎
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Ntn株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a tapered roller bearing in which an inner ring does not have a large brim.
  • Rolling bearings for industrial robots that require a high moment load and high rigidity such as rolling bearings used in industrial robots, must have a large load capacity in the radial direction and a large load capacity in the axial direction, and must be used in a preload state. Is needed.
  • a tapered roller bearing is optimal as a rolling bearing type.
  • the general tapered roller bearing includes an inner ring 51 having a tapered raceway surface 51 a on the outer peripheral surface, an outer ring 52 having a tapered raceway surface 52 a on the inner peripheral surface, and a raceway of the inner ring 51.
  • the retainer 54 is formed by connecting a large-diameter ring portion 55 and a small-diameter ring portion 56 with a plurality of column portions 57, and houses tapered rollers 53 between the column portions 57.
  • a large brim 58 and a small brim 59 are integrally formed at the large diameter end of the inner ring 51 and the small diameter end of the inner ring 51 so that the tapered roller 53 and the retainer 54 do not fall off the inner ring 51 (for example, (See FIGS. 8 to 10 of Patent Document 1.)
  • Patent Document 1 in the double row tapered roller bearing, when the cages in each row move to the small diameter side of the inner ring, the cages come into contact with each other, and the movement of the cage and the tapered rollers is restricted. By doing so, it has been proposed to increase the load capacity by eliminating the small brim of the inner ring and extending the length of the tapered roller.
  • an object of the present invention is to increase the load capacity by eliminating the large brim of the inner ring of the tapered roller bearing.
  • a tapered roller bearing includes an inner ring having a tapered raceway surface formed on an outer peripheral surface, an outer ring having a tapered raceway surface formed on an inner peripheral surface, and the inner ring.
  • the tapered rollers are housed between the pillars.
  • the tapered rollers have a large diameter from the small diameter side. The component force toward the radial side is received by the large-diameter ring portion of the cage.
  • the component force from the small diameter side of the tapered roller acting on the cage toward the large diameter side tries to spread the large diameter ring portion of the cage, but the large diameter ring portion of the cage
  • the load capacity can be increased.
  • the material of the cage is preferably brass, iron-based material subjected to surface treatment or surface modification, polyether ether ketone (PEEK) -based or polyphenylene sulfide (PPS) -based resin.
  • PEEK polyether ether ketone
  • PPS polyphenylene sulfide
  • the angle formed by the contact surface between the large-diameter ring portion of the cage and the tapered roller with the axis of the rotating shaft is 40 to 50 degrees (preferably 45 degrees).
  • a lubricating oil groove having both ends opened is provided on the outer peripheral surface and the outer surface of the large-diameter ring portion of the cage, the cross section thereof is increased in order to increase the rigidity of the large-diameter ring portion of the cage. Even if the space for communicating the inside and outside of the tapered roller bearing is reduced by increasing the size, the circulating oil supply to the inside of the tapered roller bearing can be sufficiently performed.
  • the tapered roller bearing of the present invention is configured such that, among the forces acting on the tapered roller, the component force from the small diameter side to the large diameter side of the tapered roller is received by the large diameter ring portion of the cage. Therefore, the length of the tapered roller can be extended by eliminating the large collar of the conventional inner ring, and the load capacity can be increased. Moreover, since it is not necessary to process the inner ring with a large collar, the inner ring can be manufactured at a lower cost than the conventional one.
  • Vertical sectional view of the tapered roller bearing of the embodiment 1 is a perspective view of the main part of the tapered roller bearing of FIG. Vertical section of a conventional tapered roller bearing
  • FIG. 1 shows a state in which the tapered roller bearing 1 of the embodiment is mounted between the housing 2 and the rotating shaft 3.
  • the tapered roller bearing 1 includes an inner ring 4 having a tapered raceway surface 4 a on the outer peripheral surface, an outer ring 5 having a tapered raceway surface 5 a on the inner peripheral surface, and a raceway surface 4 a of the inner ring 4 and a raceway surface of the outer ring 5.
  • a plurality of tapered rollers 6 incorporated between 5a and 5a, and a cage 7 for holding each tapered roller 6 so as to roll freely.
  • the housing 2 has a cylindrical shape arranged on the outer side in the radial direction of the rotary shaft 3, and the outer ring 5 of the tapered roller bearing 1 is fitted into the inner peripheral surface of the end 2b formed with an inner diameter larger than the central portion 2a.
  • the inner end surface of the outer ring 5 is in contact with the step surface between the central portion 2a and the end portion 2b.
  • the rotating shaft 3 is formed by separately forming a central portion 3a and an end portion 3b having a flange so as to rotate integrally, and an inner ring 4 of the tapered roller bearing 1 is formed on the outer peripheral surface of the end portion 3b.
  • the outer end surface of the inner ring 4 is in contact with the inner surface of the flange of the end portion 3b.
  • the cage 7 is made of brass and has a large-diameter ring portion 8 and a small-diameter ring portion 9 connected by a plurality of column portions 10.
  • the tapered rollers 6 are accommodated between the column portions 10, and the cones are conical.
  • a component force from the small diameter side to the large diameter side of the tapered roller 6 is received by the roller receiving surface 8 a of the large diameter ring portion 8. It is like that.
  • the cross section of the large-diameter ring portion 8 is formed larger than the conventional one (see FIG. 3).
  • the contact surface between the large-diameter ring portion 8 of the cage 7 and the tapered roller 6, that is, the roller receiving surface 8 a of the large-diameter ring portion 8 and the large-diameter side end surface of the tapered roller 6 are the axis of the rotating shaft 3.
  • the angle formed (angle ⁇ formed with the straight line X parallel to the axis of the rotary shaft 3 in FIG. 1) is set to be 40 to 50 degrees (preferably 45 degrees).
  • the outer circumferential surface of the large-diameter ring portion 8 of the cage 7 has a lubricating oil groove 8b extending in the axial direction and having both ends opened, and the outer surface extending in the radial direction and having both ends thereof. Opened lubricating oil grooves 8c are respectively provided.
  • the tapered roller bearing 1 is made of brass as the material of the cage 7 and the cross section of the large diameter ring portion 8 is increased to increase the rigidity of the large diameter ring portion 8.
  • the component force from the small diameter side to the large diameter side of the tapered roller 6 is received by the large diameter ring portion 8 of the cage 7, so that the cage 7 Due to the rigidity of the large-diameter ring portion 8, the movement of the tapered roller 6 toward the large-diameter side of the inner ring 4 is restricted, and it is not necessary to provide a large collar on the inner ring 4. Therefore, it is possible to increase the load capacity by extending the length of the tapered roller as compared with the conventional case.
  • the angle formed by the contact surface between the large-diameter ring portion 8 of the cage 7 and the tapered roller 6 with the axis of the rotary shaft 3 is about 45 degrees, the force for pushing the cage 7 toward the large-diameter side of the inner ring 4 Further, the ratio of the moving amount of the tapered roller 6 to the inner ring 4 large diameter side with respect to the radial deformation amount of the large diameter ring portion 8 of the cage 7 is moderately suppressed, and the tapered roller 6 moves toward the inner ring 4 large diameter side. The movement can be reliably regulated.
  • the entire cage 7 is made of brass having high rigidity, a low friction coefficient, and high wear strength, not only the rigidity of the large-diameter ring portion 8 of the cage 7 is large, but also the large diameter of the cage 7. An increase in rotational torque and wear of both members due to sliding friction generated between the ring portion 8 and the large-diameter side end surface of the tapered roller 6 are also suppressed.
  • the material of the cage 7 is not limited to brass, but is preferably a material having characteristics such as high rigidity, low friction coefficient, and high wear strength.
  • surface treatment such as DLC, hard chrome plating, phosphate film, etc.
  • an iron-based material subjected to surface modification such as shot peening, or a PEEK-based or PPS-based resin can be used.
  • the lubricating oil grooves 8b and 8c having both ends opened are provided on the outer peripheral surface and the outer surface of the large-diameter ring portion 8 of the cage 7, the cross-section of the large-diameter ring portion 8 of the cage 7 is smaller than the conventional one. Even if the space for communication between the inside and outside of the tapered roller bearing 1 is small, the circulating oil supply to the inside of the tapered roller bearing 1 can be sufficiently performed.

Abstract

　円すいころ軸受の内輪の大つばをなくして負荷容量の増大を図る。円すいころ軸受（１）の内輪（４）および外輪（５）から円すいころ（６）に作用する力のうち、円すいころ（６）の小径側から大径側へ向かう分力を保持器（７）の大径リング部（８）で受け、その保持器（７）の大径リング部（８）の剛性により、円すいころ（６）の内輪（４）大径側への移動が規制されるようにした。これにより、円すいころ軸受（１）の内輪（４）には大つばを設ける必要がなくなるので、従来よりも円すいころ（６）の長さを延長して、負荷容量の増大を図ることができる。

Description

円すいころ軸受
　本発明は、内輪に大つばのない円すいころ軸受に関する。
　産業用ロボットに用いられる転がり軸受等、高いモーメント荷重を負荷し、かつ高剛性が求められる産業用の転がり軸受は、ラジアル方向の負荷容量とアキシアル方向の負荷容量がともに大きく、予圧状態で使用できることが必要とされる。その条件を考慮すると、転がり軸受の形式としては、円すいころ軸受が最適となる。
　一般的な円すいころ軸受は、図３に示すように、外周面にテーパ状の軌道面５１ａを有する内輪５１と、内周面にテーパ状の軌道面５２ａを有する外輪５２と、内輪５１の軌道面５１ａと外輪５２の軌道面５２ａとの間に組み込まれる複数の円すいころ５３と、各円すいころ５３を転動自在に保持する保持器５４とを備えている。その保持器５４は、大径リング部５５と小径リング部５６とを複数の柱部５７で連結したもので、その柱部５７どうしの間に円すいころ５３を収納している。そして、内輪５１の大径側端部に大つば５８を小径側端部に小つば５９を一体形成して、円すいころ５３および保持器５４が内輪５１から脱落しないようにしている（例えば、下記特許文献１の図８乃至１０参照。）。
特許第４９６４６９６号公報
　ところで、上記のような従来の円すいころ軸受では、軸受全体の幅寸法に対して、円すいころの長さを内輪の大つばと小つばの分だけ短くする必要があり、それによって負荷容量が抑えられるという問題があった。
　これに対して、上記特許文献１では、複列円すいころ軸受において、各列の保持器が内輪の小径側へ移動すると保持器どうしが接触して、保持器および円すいころの移動が規制されるようにすることにより、内輪の小つばをなくして円すいころの長さを延長し、負荷容量の増大を図ることが提案されている。
　しかしながら、円すいころ軸受の内輪の大つばをなくす技術については、これまでに提案されたことがない。これは、円すいころ軸受の内輪および外輪から円すいころに力が加わると、幾何学的に円すいころの小径側から大径側へ向かう力が発生し、内輪に大つばがないと、円すいころが内輪の大径側へ移動してしまい、軸受として機能しなくなるからである。
　そこで、本発明は、円すいころ軸受の内輪の大つばをなくして負荷容量の増大を図ることを課題とする。
　上記の課題を解決するために、本発明の円すいころ軸受は、外周面にテーパ状の軌道面が形成された内輪と、内周面にテーパ状の軌道面が形成された外輪と、前記内輪の軌道面と外輪の軌道面との間に組み込まれる複数の円すいころと、前記各円すいころを転動自在に保持する保持器とを備え、前記保持器は、大径リング部と小径リング部とを複数の柱部で連結したもので、その柱部どうしの間に前記円すいころを収納しており、前記内輪および外輪から円すいころに作用する力のうち、前記円すいころの小径側から大径側へ向かう分力を前記保持器の大径リング部で受ける構成とした。
　すなわち、上記の構成によれば、保持器に作用する円すいころの小径側から大径側へ向かう分力は保持器の大径リング部を押し広げようとするが、保持器の大径リング部の剛性を大きくして、その変形を小さくすることにより、円すいころの内輪大径側への移動を規制することができ、内輪に大つばを設ける必要がなくなるので、円すいころの長さを延長して、負荷容量の増大を図ることができる。
　ここで、保持器の大径リング部と円すいころの大径側端面の間では滑り摩擦が発生するため、保持器の特性としては、高剛性に加えて、低摩擦係数および高摩耗強度が求められる。したがって、保持器の材質には、黄銅、表面処理や表面改質を施した鉄系材料、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系またはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）系の樹脂が望ましい。なお、鉄系材料の表面処理としては、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、硬質クロムメッキ、りん酸塩皮膜を、表面改質としてはショットピーニングなどをそれぞれ採用することができる。
　また、前記保持器の大径リング部と円すいころとの接触面が回転軸の軸心となす角度は、４０～５０度（好ましくは４５度）とすることが望ましい。その角度が大きいほど、保持器の大径リング部を押し広げようとする力が小さくなる（保持器を内輪大径側へ押す力が大きくなる）一方、その角度が小さいほど、大径リング部の径方向の変形量に対する円すいころの内輪大径側への移動量の割合が大きくなるからである。
　また、前記保持器の大径リング部の外周面と外側面に、両端が開放された潤滑油溝を設けるようにすれば、保持器の大径リング部の剛性を大きくするためにその断面を大きくすることによって円すいころ軸受の内外を連通する空間が狭くなっても、円すいころ軸受の内部への循環給油を十分に行うことができる。
　上述したように、本発明の円すいころ軸受は、円すいころに作用する力のうち、円すいころの小径側から大径側へ向かう分力を保持器の大径リング部で受けるようにしたものであるから、従来の内輪の大つばをなくして円すいころの長さを延長し、負荷容量の増大を図ることができる。また、内輪の大つば加工が不要となるので、従来よりも安価に製造することができる。
実施形態の円すいころ軸受の取付状態の縦断面図 図１の円すいころ軸受の要部の斜視図 従来の円すいころ軸受の縦断面図
　以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１は実施形態の円すいころ軸受１をハウジング２と回転軸３との間に取り付けた状態を示す。この円すいころ軸受１は、外周面にテーパ状の軌道面４ａを有する内輪４と、内周面にテーパ状の軌道面５ａを有する外輪５と、内輪４の軌道面４ａと外輪５の軌道面５ａとの間に組み込まれる複数の円すいころ６と、各円すいころ６を転動自在に保持する保持器７とを備えている。
　前記ハウジング２は、回転軸３の径方向外側に配される筒状のもので、中央部２ａよりも大きい内径に形成された端部２ｂの内周面に円すいころ軸受１の外輪５が嵌め込まれ、その外輪５の内側端面が中央部２ａと端部２ｂの間の段差面に当接している。
　前記回転軸３は、中央部３ａとフランジを有する端部３ｂとを別体で形成して一体回転するように連結したもので、その端部３ｂの外周面に円すいころ軸受１の内輪４が嵌め込まれ、内輪４の外側端面が端部３ｂのフランジの内側面に当接している。
　前記保持器７は、黄銅製で、大径リング部８と小径リング部９とを複数の柱部１０で連結したものであり、その柱部１０どうしの間に円すいころ６を収納し、円すいころ軸受１の使用中に内輪４および外輪５から円すいころ６に作用する力のうち、円すいころ６の小径側から大径側へ向かう分力を大径リング部８のころ受け面８ａで受けるようになっている。その大径リング部８の断面は、従来（図３参照）よりも大きく形成されている。
　そして、この保持器７の大径リング部８と円すいころ６との接触面、すなわち大径リング部８のころ受け面８ａおよび円すいころ６の大径側端面は、回転軸３の軸心となす角度（図１中の回転軸３の軸心に平行な直線Ｘとなす角度θ）が４０～５０度（好ましくは４５度）となるように設定されている。
　また、図２に示すように、保持器７の大径リング部８の外周面には軸方向に延びて両端が開放された潤滑油溝８ｂが、外側面には径方向に延びて両端が開放された潤滑油溝８ｃがそれぞれ設けられている。
　この円すいころ軸受１は、上述したように、保持器７の材質を黄銅とするとともに、その大径リング部８の断面を大きくして、大径リング部８の剛性を大きくしたうえで、内輪４および外輪５から円すいころ６に作用する力のうち、円すいころ６の小径側から大径側へ向かう分力を保持器７の大径リング部８で受けるようにしたので、その保持器７の大径リング部８の剛性により、円すいころ６の内輪４大径側への移動が規制され、内輪４に大つばを設ける必要がない。したがって、従来よりも円すいころの長さを延長して、負荷容量の増大を図ることができる。
　ここで、保持器７の大径リング部８と円すいころ６との接触面が回転軸３の軸心となす角度を約４５度としているので、保持器７を内輪４大径側へ押す力、および保持器７の大径リング部８の径方向の変形量に対する円すいころ６の内輪４大径側への移動量の割合が適度に抑えられ、円すいころ６の内輪４大径側への移動を確実に規制することができる。
　また、保持器７全体を剛性が高くかつ低摩擦係数で高摩耗強度の黄銅で形成しているので、保持器７の大径リング部８の剛性が大きいだけでなく、保持器７の大径リング部８と円すいころ６の大径側端面の間で発生する滑り摩擦による回転トルクの増大や両部材の摩耗も抑えられるようになっている。
　なお、保持器７の材質としては、黄銅に限らず、高剛性、低摩擦係数および高摩耗強度という特性を備えたものが望ましく、例えば、ＤＬＣ、硬質クロムメッキ、りん酸塩皮膜等の表面処理あるいはショットピーニング等の表面改質を施した鉄系材料や、ＰＥＥＫ系またはＰＰＳ系の樹脂を採用することができる。
　また、保持器７の大径リング部８の外周面と外側面に両端が開放された潤滑油溝８ｂ、８ｃを設けているので、従来よりも保持器７の大径リング部８の断面が大きく、円すいころ軸受１の内外を連通する空間が狭くても、円すいころ軸受１の内部への循環給油を十分に行うことができる。
１　円すいころ軸受
２　ハウジング
３　回転軸
４　内輪
４ａ　軌道面
５　外輪
５ａ　軌道面
６　円すいころ
７　保持器
８　大径リング部
８ａ　ころ受け面
８ｂ、８ｃ　潤滑油溝
９　小径リング部
１０　柱部

Claims (3)

  1. 　外周面にテーパ状の軌道面が形成された内輪と、内周面にテーパ状の軌道面が形成された外輪と、前記内輪の軌道面と外輪の軌道面との間に組み込まれる複数の円すいころと、前記各円すいころを転動自在に保持する保持器とを備え、前記保持器は、大径リング部と小径リング部とを複数の柱部で連結したもので、その柱部どうしの間に前記円すいころを収納しており、前記内輪および外輪から円すいころに作用する力のうち、前記円すいころの小径側から大径側へ向かう分力を前記保持器の大径リング部で受けるようにした円すいころ軸受。
  2. 　前記保持器の大径リング部と円すいころとの接触面が回転軸の軸心となす角度を、４０～５０度とした請求項１に記載の円すいころ軸受。
  3. 　前記保持器の大径リング部の外周面と外側面に、両端が開放された潤滑油溝を設けた請求項１または２に記載の円すいころ軸受。
PCT/JP2014/063330 2013-05-23 2014-05-20 円すいころ軸受 WO2014189042A1 (ja)

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