WO2018020951A1 - 自動車用円すいころ軸受 - Google Patents

自動車用円すいころ軸受 Download PDF

Info

Publication number
WO2018020951A1
WO2018020951A1 PCT/JP2017/023981 JP2017023981W WO2018020951A1 WO 2018020951 A1 WO2018020951 A1 WO 2018020951A1 JP 2017023981 W JP2017023981 W JP 2017023981W WO 2018020951 A1 WO2018020951 A1 WO 2018020951A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tapered roller
crowning
roller bearing
tapered
outer ring
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/023981
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
知樹 松下
Original Assignee
Ntn株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ntn株式会社 filed Critical Ntn株式会社
Priority to CN201780042851.4A priority Critical patent/CN109416075B/zh
Priority to US16/319,605 priority patent/US11268571B2/en
Priority to EP17833960.2A priority patent/EP3492759B1/en
Publication of WO2018020951A1 publication Critical patent/WO2018020951A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • 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
    • F16C19/36—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 with a single row of rollers
    • F16C19/364—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 with a single row of rollers with tapered rollers, i.e. rollers having essentially the shape of a truncated cone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • 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
    • F16C19/38—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 with two or more rows of rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/34—Rollers; Needles
    • F16C33/36—Rollers; Needles with bearing-surfaces other than cylindrical, e.g. tapered; with grooves in the bearing surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/34—Rollers; Needles
    • F16C33/36—Rollers; Needles with bearing-surfaces other than cylindrical, e.g. tapered; with grooves in the bearing surfaces
    • F16C33/366—Tapered rollers, i.e. rollers generally shaped as truncated cones
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/583—Details of specific parts of races
    • F16C33/585—Details of specific parts of races of raceways, e.g. ribs to guide the rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/62—Selection of substances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/64—Special methods of manufacture
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • 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
    • F16C19/38—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 with two or more rows of rollers
    • F16C19/383—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 with two or more rows of rollers with tapered rollers, i.e. rollers having essentially the shape of a truncated cone
    • F16C19/385—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 with two or more rows of rollers with tapered rollers, i.e. rollers having essentially the shape of a truncated cone with two rows, i.e. double-row tapered roller bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00—Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • F16C2204/66—High carbon steel, i.e. carbon content above 0.8 wt%, e.g. through-hardenable steel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00—Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • F16C2204/70—Ferrous alloys, e.g. steel alloys with chromium as the next major constituent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2223/00—Surface treatments; Hardening; Coating
    • F16C2223/10—Hardening, e.g. carburizing, carbo-nitriding
    • F16C2223/12—Hardening, e.g. carburizing, carbo-nitriding with carburizing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2326/00—Articles relating to transporting
    • F16C2326/01—Parts of vehicles in general
    • F16C2326/06—Drive shafts

Definitions

  • the present invention relates to a tapered roller bearing for automobiles, and more particularly to a tapered roller bearing for automobiles suitable for automobile transmissions and differentials.
  • Patent Document 1 discloses three designs in the Johns-Gohar equation as a method for optimizing the contact surface pressure and extending the bearing life by minimizing the stress generated in the raceway surface. We propose logarithmic crowning type and roller bearings with parameters.
  • Patent Document 2 As a crowning shape for optimizing the surface pressure, there is Patent Document 2 that defines a range of crowning drop amounts at two points in the direction of the generatrix of the roller from the center of the rolling element or the raceway regardless of the crowning shape.
  • Patent Document 3 proposes to provide logarithmic crowning to the rollers and to provide logarithmic crowning to either the inner ring or the outer ring.
  • the inner and outer rings have a single-shaped crowning shape with a small drop amount or a straight raceway surface without a crowning shape.
  • carburized steel is desirable for the material of the race, and carburized steel is also used for the rollers.
  • an object of the present invention is to provide a tapered roller bearing for an automobile that realizes suppression of contact surface pressure and long life at low cost.
  • the present inventor has found that the working surface is designed to provide logarithmic crowning only to the rolling surface of the tapered roller, and the heat treatment effect applied to extend the service life.
  • the present invention has been reached by a new idea of the material not to be reduced.
  • the present invention is incorporated between an inner ring having a conical raceway surface on the outer periphery, an outer ring having a conical raceway surface on the inner periphery, and the both raceway surfaces.
  • a tapered roller bearing for an automobile comprising a plurality of tapered rollers and a cage that accommodates the tapered rollers, wherein the inner ring and the outer ring are made of carburized steel, and the raceway surfaces of the inner ring and the outer ring are straight busbar shapes.
  • the tapered roller is made of high carbon chrome bearing steel, and the rolling surface of the tapered roller is made up of a straight portion at the center portion in the axial direction and a crowning portion from the straight portion to both ends. The crowning portion is formed by logarithmic crowning.
  • autonomous means “a vehicle equipped with a prime mover, a steering device, etc., which can be used to travel on the ground” defined in JIS D 0101-1993. Typical examples include passenger cars, buses, trucks, ATVs (all-terrain vehicles), motorcycles, construction vehicles, and industrial vehicles.
  • Such a tapered roller bearing for automobiles usually has an outer ring outer diameter of about ⁇ 50 mm to ⁇ 150 mm.
  • the logarithmic crowning is meant to include a crowning approximated to a logarithmic curve in which a plurality of arcs having different curvatures are smoothly connected, in addition to a crowning consisting of a logarithmic curve.
  • the straight bus bar shape of the raceway surface includes a straight bus bar shape and a substantially straight bus bar shape having a crowning with a drop amount of about several ⁇ m.
  • the ratio Dr / Dw with respect to the drop amount Dr and the diameter Dw of the crowning portion of the rolling surface is in the range of 0.003 to 0.03. Thereby, an edge surface pressure can be made into an appropriate value.
  • the tapered roller bearing for automobiles of the present invention is particularly suitable for transmissions and differentials.
  • the present invention it is possible to suppress the contact surface pressure of a tapered roller bearing for automobiles, and to realize a long service life at a low cost.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a part of an automobile transmission in which a tapered roller bearing for an automobile according to an embodiment of the present invention is used. It is a longitudinal cross-sectional view of the tapered roller bearing for motor vehicles concerning one Embodiment of this invention. It is the front view which expanded the tapered roller of FIG. It is the figure which expanded the B section of FIG. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the differential in which the tapered roller bearing for motor vehicles based on one Embodiment of this invention is used.
  • a tapered roller bearing for automobiles (hereinafter also simply referred to as a tapered roller bearing) will be described with reference to FIGS.
  • summary of the transmission for motor vehicles (automobile transmission) in which the tapered roller bearing of this embodiment is used is demonstrated based on FIG.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an essential part of an example of an automobile transmission to which a tapered roller bearing according to this embodiment is mounted.
  • the transmission 30 is a synchronous mesh transmission.
  • An input shaft 32 is rotatably supported by the mission case 31 via the tapered roller bearing 2, and a main shaft 33 is disposed coaxially with the input shaft 32.
  • the input shaft 32 and the main shaft 33 are supported by a tapered roller bearing 3 in a pilot portion so as to be relatively rotatable. Although illustration is omitted, other portions of the main shaft 33 are also supported by tapered roller bearings.
  • An input shaft 32 and a main shaft 33 and a sub shaft 34 arranged in parallel at a predetermined interval are rotatably supported by the mission case 30.
  • the countershaft 34 is supported by the tapered roller bearing 1 and another tapered roller bearing (not shown).
  • An input shaft gear (hereinafter simply referred to as a gear) 35 is integrally provided on the input shaft 32, and always meshes with a counter shaft gear (hereinafter also simply referred to as a gear) 36 of the counter shaft 34.
  • a main shaft gear (hereinafter also simply referred to as a gear) 43 is rotatably mounted on the main shaft 33 via a tapered roller bearing 4 in an idler portion.
  • the main shaft gear 43 is always meshed with the gear 37 of the sub shaft 34.
  • the tapered roller bearing for automobiles according to the present embodiment refers to the tapered roller bearings 1 to 4 described above and other tapered roller bearings not shown.
  • the tapered roller bearing 3 in the pilot part includes an outer ring 3o serving as a part also serving as a gear 35
  • the tapered roller bearing 4 serving as an idler part includes an outer ring 4o serving also as a part serving as a gear 43.
  • These outer ring 3o and outer ring 4o also mean the outer ring in the present specification and claims.
  • a dog clutch 38 is connected to the adjacent portion of the gear 35 of the input shaft 32.
  • the dog clutch 38 has a dog tooth 38a on the outer periphery and a conical cone 38b on one side.
  • a synchro mechanism 39 is disposed in the vicinity of the dog clutch 38. Similar to the gear 35 of the input shaft 32, a dog clutch 38 is connected to the adjacent portion of the gear 43 of the main shaft 33.
  • the dog clutch 38 has a dog tooth 38a on the outer periphery and a conical cone 38b on one side.
  • a synchro mechanism 39 is disposed in the vicinity of the dog clutch 38.
  • the synchronizer mechanism 39 includes a sleeve 40 that moves in the axial direction (left-right direction in FIG. 1) by the operation of a selector (not shown), a synchronizer key 41 that is mounted on the inner periphery of the sleeve 40 so as to be movable in the axial direction, A hub 42 engaged and connected to the outer peripheral surface of 33, a synchronizer ring 44 slidably mounted on the outer peripheral surface of the cone 38b of the dog clutch 38, and an inner periphery of the synchronizer key 41 are elastically pressed.
  • a presser pin 45 and a spring 46 are provided.
  • the sleeve 40 and the synchronizer key 41 are held in the neutral position by the presser pin 45.
  • the synchronizer key 41 moves to the right in the axial direction following the sleeve 40, and the synchronizer ring 44 is connected to the cone 38 b of the dog clutch 38. Press against the inclined surface. Thereby, the rotational speed of the dog clutch 38 falls, and conversely, the rotational speed on the synchro mechanism 39 side is increased.
  • the sleeve 40 When the rotational speeds of the two are synchronized, the sleeve 40 is further moved to the right in the axial direction, the synchronizer key 41 is engaged with the dog 38a of the dog clutch 38, and the sync mechanism 39 is connected between the main shaft gear 43 and the main shaft 33. It is connected via. Thereby, the rotation of the countershaft gear is transmitted to the main shaft gear 43, and the main shaft 33 rotates at a predetermined speed ratio. Conversely, when the sleeve 40 moves to the left in the axial direction from the state shown in FIG. 1, the input shaft 32 and the main shaft 33 are directly connected via the synchro mechanism 36, and the main shaft 33 rotates at the same high rotational speed as the input shaft 32. To do. In this way, the speed change operation is performed.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the upper half from the center line of the tapered roller bearing of the present embodiment.
  • the tapered roller bearing 1 that supports the countershaft 34 in FIG. 1 will be described as an example, and the tapered roller bearings 2 to 4 are the same as the tapered roller bearing 1, and thus the description thereof is omitted.
  • the tapered roller bearing 1 includes an inner ring 12, an outer ring 13, a tapered roller 14 incorporated between the inner ring 12 and the outer ring 13, and a cage 15 that holds the tapered roller 14.
  • the inner ring 12 has a conical raceway surface 12a formed on the outer periphery, a small collar portion 12b provided on the small diameter side, and a large collar portion 12c provided on the large diameter side.
  • the outer ring 13 has a conical raceway surface 13a formed on the inner periphery.
  • a plurality of tapered rollers 14 are incorporated between the raceway surface 12 a of the inner ring 12 and the raceway surface 13 a of the outer ring 13. Each tapered roller 14 is accommodated in a pocket 15a of the cage 15 and is held at equal intervals in the circumferential direction.
  • a grinding relief portion 12f is formed at a corner portion where the raceway surface 12a of the inner ring 12 and the large collar surface 12e of the large collar portion 12c intersect, and grinding is performed at a corner portion where the raceway surface 12a and the small collar surface 12d of the small collar portion 12b intersect.
  • An escape portion 12g is formed.
  • a bus bar extending in the axial direction of the raceway surface 12a is formed in a straight line.
  • the generatrix extending in the axial direction of the raceway surface 13a of the outer ring 13 is also formed in a straight line.
  • the effective raceway surface width Li of the raceway surface 12a is the effective rolling surface width Le of the rolling surface 16 of the tapered roller 14 (see FIG. 3). ) Is smaller. Accordingly, the contact surface pressure is disadvantageous.
  • a conical rolling surface 16 is formed on the outer periphery of the tapered roller 14, a small end surface 14 a is formed on the small diameter side, and a large end surface 14 b is formed on the large diameter side.
  • the tapered end of the tapered roller 14 is the inner ring 12. It is received at the large brim surface 12e.
  • the rolling surface 16 of the tapered roller 14 includes a straight portion 16a at the center portion in the axial direction and crowning portions 16b and 16c at both ends.
  • the drop amounts of the crowning portions 16b and 16c shown in FIG. 3 are exaggerated. Details of the crowning portions 16b and 16c will be described later. As shown in FIG.
  • the retainer 15 includes a plurality of column portions 15d that connect the small diameter side annular portion 15b, the large diameter side annular portion 15c, and the small diameter side annular portion 15b and the large diameter side annular portion 15c in the axial direction. It consists of.
  • FIG. 3 is an enlarged front view of the tapered roller of FIG. 2
  • FIG. 4 is an enlarged view of a portion B of FIG.
  • the characteristic configuration of the tapered roller bearing of the present embodiment is based on the idea from the machining surface that only provides logarithmic crowning to the rolling surface of the tapered roller and the material aspect that does not reduce the heat treatment effect for extending the life.
  • the raceway surfaces of the inner and outer rings as raceways are straight busbars and the inner and outer rings are made of carburized steel and logarithm only on the rolling surfaces of the tapered rollers as rolling elements.
  • the crown roller is provided and the tapered roller is made of high carbon chrome bearing steel.
  • the raceway surface 12a of the inner ring 12 and the raceway surface 13a of the outer ring 13 have a straight bus bar shape.
  • the raceway surface 12a and the raceway surface 13a are exemplified as those having a straight busbar shape.
  • the present invention is not limited to this, and a single radius crowning with a small curvature with a drop amount of about 5 ⁇ m (medium convex shape) You may make it the substantially straight bus-bar shape.
  • the inner ring 12 and the outer ring 13 are made of carburized steel such as chrome steel (for example, SCR435) or chrome molybdenum steel (for example, SCM435). Although illustration is omitted, on the surfaces of the raceway surface 12a of the inner ring 12 and the raceway surface 13a of the outer ring 13, a hardened hardening layer is formed by carburizing quenching and tempering, and has a surface hardness of about HRC 58 to 63.
  • the effective hardened layer depth of the hardened hardened layer is 0.3 mm to 0.5 mm or more on the raceway surfaces 12a and 13a after grinding.
  • the effective hardened layer depth is generally in the range of Hv513 (HRC50) or more.
  • the outer rings 3o and 4o are parts that also serve as the gears 35 and 43, respectively, but also in this case, carburized steel is used. Carburized, quenched and tempered.
  • carburized steel examples include chrome steel and chrome molybdenum steel, but are not limited thereto.
  • ASTM A534 standard 5120 material, 4118 material, 8620 material, 4320 material, 9310 material, etc. are applied. Also good.
  • the rolling surface 16 of the tapered roller 14 is composed of a straight portion 16a at the central portion in the axial direction and crowning portions 16b, 16c at both ends, and the crowning portions 16b, 16c are formed by logarithmic crowning. ing. Since the width Ls of the straight portion 16a of the rolling surface 16 of the tapered roller 14 is set in the range of 50% to 85% of the effective rolling surface width Le, the skew is suppressed and the contact surface pressure is reduced. In addition, the processability is good, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the tapered roller 14 is made of high carbon chrome bearing steel (for example, SUJ2).
  • the tapered roller 14 is completely cured from the surface to the inside by the entire quenching (submerged quenching), and is uniform with a hardness of about HRC 58 to 63. For this reason, even if there is much grinding amount in order to form the logarithmic crowning with a large drop amount, the rolling surface 16 of the tapered roller 14 can maintain quenching hardness, and can maintain a bearing function. Thereby, the tapered roller bearing for automobiles of the present embodiment can suppress the contact surface pressure and can realize a long life at low cost.
  • the high carbon chromium bearing steel may be SUJ3, SUJ5, or equivalent materials such as ASTM A295 standard 52100 material, ASTM A485 standard Grade1 material, Grade2 material, etc., in addition to SUJ2.
  • the logarithmic crowning will be described.
  • the buses of the crowning units 16b and 16c are obtained based on a logarithmic curve of logarithmic crowning represented by the following equation.
  • the logarithmic crowning equation the one described in Japanese Patent No. 5037094 of the present applicant is cited.
  • Design parameters K 1 , K 2, and z m in the above logarithmic crowning equation are designed.
  • a mathematical optimization method for logarithmic crowning is described.
  • An optimal logarithmic crowning design can be achieved by appropriately selecting K 1 and z m in a functional expression representing logarithmic crowning after defining the design parameter K 2 .
  • Crowning is generally designed to reduce the maximum surface pressure or stress at the contact.
  • K 1 and z m are selected so as to minimize the maximum value of the equivalent stress of Mises.
  • K 1 and z m can be selected using an appropriate mathematical optimization method.
  • Various algorithms for mathematical optimization methods have been proposed.
  • One of the direct search methods is that optimization can be performed without using the derivative of the function. Useful when functions and variables cannot be directly represented by mathematical expressions.
  • K 1 and z m are obtained by using Rosenblock method which is one of direct search methods.
  • the shape of the crowning portions 16b and 16c of the tapered roller 14 in the present embodiment is a logarithmic curve crowning obtained by the above formula.
  • the present invention is not limited to the above mathematical formula, and a logarithmic curve may be obtained using another logarithmic crowning formula.
  • Crowning portions 16b and 16c of the tapered roller 14 shown in FIG. 3 are formed with a crowning shape that approximates the logarithmic curve of the logarithmic crowning obtained by the above formula. Details of the crowning portion 16b formed on the large end surface 14b side of the tapered roller 14 will be described with reference to FIG. 4 is exaggerated more than the tapered roller 4 shown in FIG. 3 so that the drop amount of the crowning 16b portion can be easily understood.
  • the crowning portion 16b has a complex arc shape in which three arcs having large radii of curvature R1, R2, and R3 are smoothly connected to the straight portion 16a.
  • the drop amount of the crowning portion 16b is approximated to a logarithmic curve by defining a first gate drop amount Dr1, an intermediate second gate drop amount Dr2, and a maximum third gate drop amount Dr3. It becomes the crowning shape.
  • the drop amount Dr3 is Dr in the present specification and claims. Further, it corresponds to z m in the above-described Equation 1. Thereby, the edge surface pressure can be avoided and the surface pressure distribution in the axial direction can be made uniform.
  • the drop amount varies depending on the size and the model number, but is about 60 ⁇ m at the maximum. Since the crowning portion 16c formed on the small end surface 14a is the same as the crowning portion 16b, description thereof is omitted.
  • the straight portion of the rolling surface of the tapered roller in the present specification and claims is used in the sense of including a linear shape and a substantially linear shape having a crowning with a drop amount of about several ⁇ m.
  • the raceway surface 16 of the tapered roller 14 does not need to be logarithmic crowning, and may be a straight line or an arc that is smoothly connected to the crowning portions 16b and 16c, or other shapes. Thereby, the grinding amount can be suppressed, the processing efficiency of the rollers can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the clearance S between the small end surface 14a and the small collar surface 12d of the tapered roller 14 shown in FIG. 2 is set to 0.3 mm or less, the effect of suppressing the skew is obtained and the familiar rotation when the tapered roller bearing 1 is assembled. As a result, the ease of assembly is improved.
  • the tapered roller bearing 1 of the present embodiment has a problem in the bearing function surface and the processing surface even when the amount of crowning drop is increased by making the tapered roller 14 a high carbon chrome bearing steel as a heavy load specification.
  • the ratio Dr / Dw between the drop amount Dr and the diameter Dw of the crowning portions 16b and 16c of the rolling surface 16 is in the range of 0.003 to 0.03.
  • the verification results are shown in Table 1.
  • the drop amount becomes large. For example, if the roller diameter is ⁇ 20 mm, a drop amount of about 0.1 mm is required. However, if a grinding process of 0.1 mm is performed, there is a risk that the life of the carburized steel will be shortened at the depth of the hardened hardened layer. Therefore, the relationship between the amount of crowning drop at each roller diameter was verified. The verification results are shown in Table 2.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a general automobile differential.
  • a drive pinion shaft 101 is accommodated on the input side of the differential case 100 and is rotatably supported by a pair of tapered roller bearings 5 and 6.
  • a propeller shaft 102 is connected to one end of the drive pinion shaft 101, and a drive pinion gear (reduction small gear) 104 that meshes with a link gear (reduction large gear) 103 is integrally provided at the other end.
  • the link gear 103 is connected to a differential gear case 105, and the differential gear case 105 is rotatably supported with respect to the differential case 100 by a pair of tapered roller bearings 7 and 8.
  • a pair of pinion gears 106 and a pair of side gears 107 that mesh with the pinion gears 106 are disposed inside the differential gear case 105.
  • the pinion gear 106 is attached to the pinion shaft 108, and the side gear 107 is attached to the differential gear case 105.
  • the left and right drive shafts (not shown) are connected to the inner diameter portion of the side gear 107 (such as serration connection).
  • the tapered roller bearings for automobiles of the present embodiment are the tapered roller bearings 5 to 8 described above.
  • the driving torque of the propeller shaft 102 is transmitted through a path of drive pinion gear 104 ⁇ link gear 103 ⁇ differential gear case 105 ⁇ pinion gear 106 ⁇ side gear 107 ⁇ drive shaft.
  • the raceway surfaces of the inner and outer rings as the raceway are straight busbars and the material of the inner and outer rings is carburized steel, and the cone as a rolling element.
  • Logarithmic crowning is applied only to the rolling surface of the roller, and the tapered roller is made of high carbon chrome bearing steel. Since the specific configurations and operational effects of the tapered roller bearings 5 to 8 are the same as those of the tapered roller bearing 1, the description of the tapered roller bearing 1 is applied mutatis mutandis and description thereof is omitted.

Landscapes

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

Abstract

外周に円錐状の軌道面（１２ａ）を有する内輪（１２）と、内周に円錐状の軌道面（１３ａ）を有する外輪（１３）と、両軌道面（１２ａ、１３ａ）間に組込まれた複数の円すいころ（１４）と、この円すいころ（１４）を収容する保持器（１５）とからなる自動車用円すいころ軸受（１）において、内輪（１２）および外輪（１３）は浸炭鋼からなり、内輪（１２）および外輪（１３）の軌道面（１２ａ、１３ａ）はストレート状の母線形状を有し、円すいころ（１４）は高炭素クロム軸受鋼からなり、円すいころ（１４）の転動面（１６）は、その軸方向中央部分のストレート部（１６ａ）と、このストレート部（１６ａ）から両端部までのクラウニング部（１６ｂ、１６ｃ）とからなり、このクラウニング部（１６ｂ、１６ｃ）が対数クラウニングで形成されていることを特徴とする。

Description

自動車用円すいころ軸受
　本発明は、自動車用円すいころ軸受に関し、特に、自動車のトランスミッションやデファレンシャルに好適な自動車用円すいころ軸受に関する。
　トランスミッションやデファレンシャル等の自動車用円すいころ軸受は、大きな荷重やミスアライメントに対処するために、円すいころ軸受の軌道面（ころの転動面を含む）に発生する接触応力を適正な大きさに抑える必要がある。円すいころ軸受の軌道面の接触面圧（エッジ面圧）を適正な範囲にするには、クラウニングの付与が必要である。具体的には、内輪、外輪およびころの各々にクラウニングを付与する手法や、ころにのみ大きなクラウニングあるいは対数クラウニングを付与する手法など、これまでに様々な手法が試みられている。
　このような手法の中で、接触面圧を最も適正化し、軌道面内部に発生する応力の最小化により軸受寿命の延長が図れる手法として、特許文献１は、Ｊｏｈｎｓ－Ｇｏｈａｒの式に３つの設計パラメータを導入して整理した対数クラウニング式およびころ軸受を提案している。
　また、面圧を適正化するクラウニング形状には、クラウニング形状を問わず転動体又は軌道輪の中心からのころの母線方向の２点のクラウニングドロップ量の範囲を規定した特許文献２がある。その他、特許文献３は、ころに対数クラウニングを付与すると共に、内輪、外輪のどちらか一方にも対数クラウニングを付与することを提案している。
特許第５０３７０９４号公報 特許第３７３１４０１号公報 特開２０１０－１０６９７４号公報
　クラウニングを付与する場合は、加工性、コストを考慮すると、転動体としての円すいころの転動面にドロップ量の大きい単一アールのクラウニングあるいは対数クラウニングを付与することが好ましい。さらに、加工性、コストを考慮すると、内外輪はドロップ量の小さい単一アールのクラウニング形状やクラウニング形状のないストレート形状の軌道面とすることが好ましいことが判明した。
　円すいころ軸受の使用用途においては、強いしまり嵌めで使用されることがあるため、軌道輪の材質は浸炭鋼が望ましく、ころも浸炭鋼が用いられる。
　ところが、円すいころの転動面にのみクラウニングを付与する場合を考えると、大きなドロップ量を付けなければならないが、ドロップ量が大きくなるということは研削量が多くなるということに繋がり、結果として、長寿命を得るために施している表層の熱処理硬化層が浅くなるという問題に至った。これに着目したのが本発明である。
　本発明は、上記の問題に鑑み、接触面圧の抑制、長寿命化を低コストで実現する自動車用円すいころ軸受を提供することを目的とする。
　本発明者は、上記の目的を達成するために種々検討した結果、円すいころの転動面にのみ対数クラウニングを付与するという加工面の着想と、長寿命化のために施している熱処理効果を低減させないという材料面の新たな着想により、本発明に至った。
　前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、外周に円錐状の軌道面を有する内輪と、内周に円錐状の軌道面を有する外輪と、前記両軌道面間に組込まれた複数の円すいころと、この円すいころを収容する保持器とからなる自動車用円すいころ軸受において、前記内輪および前記外輪は浸炭鋼からなり、前記内輪および前記外輪の軌道面はストレート状の母線形状を有し、前記円すいころは高炭素クロム軸受鋼からなり、前記円すいころの転動面は、その軸方向中央部分のストレート部と、このストレート部から両端部までのクラウニング部とからなり、このクラウニング部が対数クラウニングで形成されていることを特徴とする。
　上記の構成により、自動車用円すいころ軸受の接触面圧を抑制し、長寿命化を低コストで実現することができる。
　ここで、本明細書および請求の範囲における用語を次のように定義する。自動車とは、ＪＩＳ　Ｄ　０１０１－１９９３に規定された「原動機、かじ取り装置などを備え、これらを用いて乗車して地上を走行できる車両」を意味する。代表的には、乗用車、バス、トラック、ＡＴＶ（全地形型車両）、自動二輪車、建設車両、産業車両などを含む。このような自動車用円すいころ軸受は、通常、外輪外径がφ５０ｍｍ～φ１５０ｍｍ程度である。また、対数クラウニングとは、対数曲線からなるクラウニングの他、曲率の異なる複数円弧が滑らかに接続された対数曲線に近似したクラウニングを含む意味のものである。さらに、軌道面のストレート状の母線形状とは、直線状の母線形状の他、ドロップ量が数μｍ程度のクラウニングのある概略直線状の母線形状を含む意味のものである。
　上記の転動面のクラウニング部のドロップ量Ｄｒところ径Ｄｗとの比Ｄｒ／Ｄｗを０．００３～０．０３の範囲にすることが好ましい。これにより、エッジ面圧を適正な値にすることができる。
　本発明の自動車用円すいころ軸受は、特に、トランスミッション用、デファレンシャル用として好適である。
　本発明によれば、自動車用円すいころ軸受の接触面圧を抑制し、長寿命化を低コストで実現することができる。
本発明の一実施形態に係る自動車用円すいころ軸受が使用される自動車用変速機の一部を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る自動車用円すいころ軸受の縦断面図である。 図２の円すいころを拡大した正面図である。 図３のＢ部を拡大した図である。 本発明の一実施形態に係る自動車用円すいころ軸受が使用されるデファレンシャルを示す縦断面図である。
　本発明の一実施形態に係る自動車用円すいころ軸受（以下、単に円すいころ軸受ともいう）を図１～図５に基づいて説明する。まず、本実施形態の円すいころ軸受が使用される自動車用変速機（自動車用トランスミッション）の概要を図１に基づいて説明する。
　図１は、本実施形態の円すいころ軸受が装着される自動車用変速機の一例として、その要部を示す縦断面図である。この変速機３０は同期噛合式変速機である。ミッションケース３１に円すいころ軸受２を介して入力軸３２が回転自在に支持され、入力軸３２と同軸上に、主軸３３が配置されている。入力軸３２と主軸３３は、パイロット部の円すいころ軸受３により、相対回転可能に支持されている。図示は省略するが、主軸３３の他の部位も円すいころ軸受によって支持されている。入力軸３２および主軸３３と所定間隔で平行配置された副軸３４とがミッションケース３０に回転自在に支持されている。副軸３４は円すいころ軸受１と他の円すいころ軸受（図示省略）によって支持されている。入力軸３２には入力軸歯車（以下、単に歯車ともいう）３５が一体に設けられ、副軸３４の副軸歯車（以下、単に歯車ともいう）３６に常時噛合っている。
　また、主軸３３にはアイドラ部の円すいころ軸受４を介して主軸歯車（以下、単に歯車ともいう）４３が回転自在に装着されている。主軸歯車４３は、副軸３４の歯車３７に常時噛合っている。本実施形態に係る自動車用円すいころ軸受は、上記の円すいころ軸受１～４および図示を省略した他の円すいころ軸受を指す。その中で、パイロット部の円すいころ軸受３は、歯車３５と兼用する部品としての外輪３ｏを備え、アイドラ部の円すいころ軸受４は、歯車４３と兼用する部品としての外輪４ｏを備えている。これらの外輪３ｏおよび外輪４ｏも、本明細書および請求の範囲における外輪を意味する。
　入力軸３２の歯車３５の隣接部にドッグクラッチ３８が連結されている。ドッグクラッチ３８は、外周にドッグ歯３８ａ、一側に円錐形のコーン３８ｂを一体に有する。ドッグクラッチ３８に近接してシンクロ機構３９が配設されている。入力軸３２の歯車３５と同様に、主軸３３の歯車４３の隣接部にドッグクラッチ３８が連結されている。ドッグクラッチ３８は、外周にドッグ歯３８ａ、一側に円錐形のコーン３８ｂを一体に有する。ドッグクラッチ３８に近接してシンクロ機構３９が配設されている。
　シンクロ機構３９は、セレクタ（図示省略）の作動によって軸方向（図１の左右方向）移動するスリーブ４０と、スリーブ４０の内周に軸方向に移動自在に装着されたシンクロナイザーキー４１と、主軸３３の外周面に係合連結されたハブ４２と、ドッグクラッチ３８のコーン３８ｂの外周面に摺動自在に装着されたシンクロナイザーリング４４と、シンクロナイザーキー４１の内周に弾性的に押圧する押えピン４５とばね４６とを備える。
　図１に示す状態は、スリーブ４０およびシンクロナイザーキー４１が押えピン４５によって中立位置に保持されている。セレクタの作動により、スリーブ４０が図１に示す状態から軸方向右側に移動すると、スリーブ４０に従動してシンクロナイザーキー４１が軸方向右側に移動し、シンクロナイザーリング４４をドッグクラッチ３８のコーン３８ｂの傾斜面に押し付ける。これにより、ドッグクラッチ３８の回転速度が落ち、逆にシンクロ機構３９側の回転速度が高められる。そして、両者の回転速度が同期した時、スリーブ４０がさらに軸方向右側に移動して、シンクロナイザイキー４１がドッグクラッチ３８のドッグ３８ａに噛合い、主軸歯車４３と主軸３３との間がシンクロ機構３９を介して連結される。これにより、副軸歯車の回転が主軸歯車４３に伝達され、所定の変速比で主軸３３が回転する。逆にスリーブ４０が図１に示す状態から軸方向左側に移動すると、入力軸３２と主軸３３との間がシンクロ機構３６を介して直結され、入力軸３２と同じ高い回転数で主軸３３が回転する。このようにして変速操作が行われる。
　次に、本実施形態の円すいころ軸受の詳細を図２～図５に基づいて説明する。図２は、本実施形態の円すいころ軸受の中心線から上側半分を示す縦断面図である。ここでは、図１中の副軸３４を支持する円すいころ軸受１を例にして説明し、円すいころ軸受２～４は、円すいころ軸受１と同様であるので、説明を省略する。
　図２に示すように、円すいころ軸受１は、内輪１２、外輪１３、内輪１２と外輪１３との間に組込まれた円すいころ１４、円すいころ１４を保持する保持器１５からなる。内輪１２は外周に円錐状の軌道面１２ａが形成され、小径側に小つば部１２ｂが設けられ、大径側に大つば部１２ｃが設けられている。外輪１３は内周に円錐状の軌道面１３ａが形成されている。内輪１２の軌道面１２ａと外輪１３の軌道面１３ａとの間に複数の円すいころ１４が組み込まれている。各円すいころ１４は、保持器１５のポケット１５ａに収容され、円周方向等間隔に保持されている。
　内輪１２の軌道面１２ａと大つば部１２ｃの大つば面１２ｅとが交わる隅部に研削逃げ部１２ｆが形成され、軌道面１２ａと小つば部１２ｂの小つば面１２ｄとが交わる隅部に研削逃げ部１２ｇが形成されている。軌道面１２ａの軸方向に延びる母線は直線状に形成されている。また、外輪１３の軌道面１３ａの軸方向に延びる母線も直線状に形成されている。内輪１２の軌道面１２ａには研削逃げ部１２ｆ、１２ｇが設けられているので、軌道面１２ａの有効軌道面幅Ｌｉは円すいころ１４の転動面１６の有効転動面幅Ｌｅ（図３参照）より小さい。その分、接触面圧は不利になる。
　円すいころ１４の外周には、円錐状の転動面１６が形成され、小径側に小端面１４ａ、大径側に大端面１４ｂが形成され、円すいころ１４は、その大端面１４ｂが内輪１２の大つば面１２ｅで受けられる。円すいころ１４の転動面１６は、図３に示すように、軸方向中央部分のストレート部１６ａと両端部のクラウニング部１６ｂ、１６ｃとからなる。図３に示すクラウニング部１６ｂ、１６ｃのドロップ量は誇張して表示している。クラウニング部１６ｂ、１６ｃの詳細は後述する。図２に示すように、保持器１５は、小径側環状部１５ｂと、大径側環状部１５ｃと、小径側環状部１５ｂと大径側環状部１５ｃとを軸方向に繋ぐ複数の柱部１５ｄとからなる。
　本実施形態の円すいころ軸受の概要は以上のとおりである。次に、本実施形態の円すいころ軸受の特徴的な構成を図２～図４に基づいて説明する。図３は、図２の円すいころを拡大した正面図で、図４は、図３のＢ部を拡大した図である。本実施形態の円すいころ軸受の特徴的な構成は、円すいころの転動面にのみ対数クラウニングを付与するという加工面からの着想と、長寿命化のための熱処理効果を低減させないという材料面からの着想が相俟ったもので、軌道輪としての内外輪の軌道面はストレート状の母線形状とし内外輪の材質を浸炭鋼とすると共に、転動体としての円すいころの転動面にのみ対数クラウニングを付与し円すいころの材質を高炭素クロム軸受鋼としたものである。
　図２に示すように、内輪１２の軌道面１２ａおよび外輪１３の軌道面１３ａは、ストレート状の母線形状を有する。本実施形態では、軌道面１２ａおよび軌道面１３ａが直線状の母線形状のものを例示したが、これに限られず、ドロップ量が５μｍ程度（中凸状）の小さな曲率の単一アールのクラウニングとした概略直線状の母線形状にしてもよい。
　内輪１２および外輪１３は、クロム鋼（例えば、ＳＣＲ４３５）やクロムモリブデン鋼（例えば、ＳＣＭ４３５）などの浸炭鋼からなる。図示は省略するが、内輪１２の軌道面１２ａおよび外輪１３の軌道面１３ａの表面には、浸炭焼入れ焼戻しによる焼入れ硬化層が形成され、ＨＲＣ５８～６３程度の表面硬さを有する。焼入れ硬化層の有効硬化層深さは、研削加工後の軌道面１２ａ、１３ａにおいて０．３ｍｍ～０．５ｍｍ以上である。軌道面１２ａ、１３ａは、ストレート状の母線形状であるので、研削加工量が少なく研削加工後にも必要量の有効硬化層深さを確保することができる。これにより、軸受機能を確保すると共に強いしまり嵌めで使用される用途にも対応することができる。有効硬化層深さとは、一般的にＨｖ５１３（ＨＲＣ５０）以上の範囲とされている。
　図１に示すパイロット部の円すいころ軸受３およびアイドラ部の円すいころ軸受４では、それぞれ、外輪３ｏ、４ｏが歯車３５、４３を兼用する部品となっているが、この場合も、浸炭鋼を用い浸炭焼入れ焼戻しが施される。
　浸炭鋼として、クロム鋼やクロムモリブデン鋼を例示したが、これに限られず、相当する材料として、例えば、ＡＳＴＭ　Ａ５３４規格の５１２０材、４１１８材、８６２０材、４３２０材、９３１０材などを適用してもよい。
　円すいころ１４の転動面１６は、図３に示すように、軸方向中央部分のストレート部１６ａと両端部のクラウニング部１６ｂ、１６ｃとからなり、このクラウニング部１６ｂ、１６ｃが対数クラウニングで形成されている。円すいころ１４の転動面１６のストレート部１６ａの幅Ｌｓは、有効転動面幅Ｌｅの５０％～８５％の範囲に設定されているので、スキューを抑制すると共に接触面圧を低減し、かつ、加工性もよく、製造コストを低減することができる。
　材料面では、円すいころ１４は高炭素クロム軸受鋼（例えば、ＳＵＪ２）からなる。そして、円すいころ１４は、全体焼入れ（ズブ焼入れ）により、表面から内部まで全硬化されており、ＨＲＣ５８～６３程度の硬度で均一になっている。このため、ドロップ量の大きい対数クラウニングを形成するために研削加工量が多くても、円すいころ１４の転動面１６は焼入れ硬さを保つことができ、軸受機能を維持することができる。これにより、本実施形態の自動車用円すいころ軸受は、接触面圧を抑制し、長寿命化を低コストで実現することができる。
　高炭素クロム軸受鋼は、ＳＵＪ２の他、ＳＵＪ３、ＳＵＪ５あるいは、相当する材料として、例えば、ＡＳＴＭ　Ａ２９５規格の５２１００材やＡＳＴＭ　Ａ４８５規格のＧｒａｄｅ１材、Ｇｒａｄｅ２材などを適用してもよい。
　ここで、上記対数クラウニングに関して説明する。クラウニング部１６ｂ、１６ｃの母線は、一例として、次式で表される対数クラウニングの対数曲線に基づいて求められる。この対数クラウニング式は、本出願人の特許第５０３７０９４号公報に記載されたものを引用した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　上記の対数クラウニング式中の設計パラメータＫ1、Ｋ2およびｚmが設計の対象となる。対数クラウニングの数理的最適化手法について説明する。設計パラメータＫ2を定めた上で、対数クラウニングを表す関数式中のＫ1、ｚmを適切に選択することによって、最適な対数クラウニング設計することができる。クラウニングは一般的に接触部の面圧もしくは応力の最大値を低下させるように設計する。ここでは、転動疲労寿命は、Ｍｉｓｅｓの降伏条件に従って発生すると考え、Ｍｉｓｅｓの相当応力の最大値を最小にするようにＫ1、ｚmを選択する。Ｋ1、ｚmは適当な数理的最適化手法を用いて選択することが可能である。数理的最適化手法のアルゴリズムには種々のものが提案されているが、その一つである直接探索法は、関数の微係数を使用せずに最適化を実行することが可能であり、目的関数と変数が数式によって直接的に表現できない場合に有用である。ここでは、直接探索法の一つであるＲｏｓｅｎｂｒｏｃｋ法を用いてＫ1、ｚmを求める。
　本実施形態における円すいころ１４のクラウニング部１６ｂ、１６ｃの形状は、上記の数式によって求められた対数曲線クラウニングとした。ただし、上記の数式に限られるものではなく、他の対数クラウニング式を用いて対数曲線を求めてもよい。
　図３に示す円すいころ１４のクラウニング部１６ｂ、１６ｃには上記の数式で求められた対数クラウニングの対数曲線に近似する形状のクラウニングが形成されている。円すいころ１４の大端面１４ｂ側に形成されたクラウニング部１６ｂの詳細を図４に基づいて説明する。図４はクラウニング１６ｂ部のドロップ量を理解しやすいように図３に示す円すいころ４よりも更に誇張して表示している。クラウニング部１６ｂは、ストレート部１６ａに大きな曲率半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３をもつ３つの円弧が滑らかに接続され複合的な円弧形状で構成されている。そして、クラウニング部１６ｂのドロップ量として、第１のゲートのドロップ量Ｄｒ１、中間の第２のゲートのドロップ量Ｄｒ２、最大の第３のゲートのドロップ量Ｄｒ３を規定することにより、対数曲線に近似したクラウニング形状となる。ドロップ量Ｄｒ３が、本明細書および請求の範囲におけるＤｒである。また、前述した数式１中のｚmに相当する。これにより、エッジ面圧を回避し軸方向の面圧分布を均一化できる。ドロップ量は、サイズや型番によって異なるが、最大でも６０μｍ程度である。小端面１４ａに形成されたクラウニング部１６ｃは、クラウニング部１６ｂと同様であるので、説明を省略する。本明細書および請求の範囲における円すいころの転動面のストレート部は、直線状の他、ドロップ量が数μｍ程度のクラウニングのある概略直線状のものを含む意味で用いる。
　図２の内輪１２の研削逃げ部１２ｆ、１２ｇに相対するクラウニング部１６ｂ、１６ｃの領域は、内輪１２とは接触しない。この領域は、円すいころ１４の軌道面１６が対数クラウニングである必要はなく、クラウニング部１６ｂ、１６ｃの滑らかに接続される直線あるいは円弧、その他の形状としてもよい。これにより、研削量を抑え、ころの加工効率の向上を図り、製造コストの低減を図ることができる。
　図２に示す円すいころ１４の小端面１４ａと小つば面１２ｄとのすきまＳを０．３ｍｍ以下に設定したので、スキューの抑制効果が得られると共に、円すいころ軸受１の組込時の馴染み回転を減らし組付け性も良好となる。
　次に、本実施形態の円すいころ軸受１が、重荷重仕様として、円すいころ１４を高炭素クロム軸受鋼とすることにより、クラウニングのドロップ量を大きくしても軸受機能面、加工面で問題とはならないことを説明する。図３に示す円すいころ１４は、転動面１６のクラウニング部１６ｂ、１６ｃのドロップ量Ｄｒところ径Ｄｗとの比Ｄｒ／Ｄｗを０．００３～０．０３の範囲とした。この検証結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表１に示すように、ころのクラウニングドロップ量Ｄｒところ径Ｄｗとの比Ｄｒ／Ｄｗが０．００３より小さくなると、接触面圧（エッジ面圧）が大きくなり実用困難という結果が得られた。一方、比Ｄｒ／Ｄｗが０．０３より大きくなると製造困難になることが確認できた。以上の検証結果より、比Ｄｒ／Ｄｗが０．００３～０．０３の範囲とすることにより、エッジ面圧を適正な値にすることができ、かつ、加工性もよく、製造コストを低減することができる。
　これに対して、開発過程における従来の円すいころ軸受の検証結果を説明する。従来の円すいころ軸受は、軌道輪としての内外輪および転動体としての円すいころは、いずれも、浸炭鋼を用い浸炭焼入れ焼戻しを施していた。そして、重荷重仕様として、内外輪の軌道面にはカットクラウニングを施し、円すいころの転動面にはフルクラウニング（ドロップ量が数μｍ程度の単一アールのクラウニング）を施していた。エッジ面圧を低減させるためには、内外輪の軌道面にカットクラウニングの適用により大きなドロップ量を必要としていた。上記カットクラウニングは、エッジ面圧を低減させるため、内輪には１５～３０μｍ程度のドロップ量が必要となる。また、外輪に適用する場合は軌道面幅が円すいころの転動面よりも長い事からより大きなドロップ量となるため、５０～１００μｍ程度となる。
　従来のクラウニングドロップ量を主に円すいころにのみ持たせると、大きなドロップ量となる。例えば、ころ径がφ２０ｍｍであれば、０．１ｍｍ程度のドロップ量が必要になるが、０．１ｍｍの研削加工を行うと、浸炭鋼の焼入れ硬化層深さでは寿命低下を引き起こす恐れがある。そのため、各ころ径ところのクラウニングドロップ量の関係を検証した。その検証結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表２に示すように、ころ径φ１０ｍｍの円すいころでクラウニングドロップ量Ｄｒを０．０１５ｍｍとしたとき、有害なエッジ面圧が生じたことにより、実用不可の判定結果となった。また、ころ径φ２０ｍｍを超える円すいころでは、クラウニングドロップ量Ｄｒが大きくなり過ぎることにより、浸炭鋼の焼入れ硬化層深さでは、研削加工後の硬化層深さが浅くなり、実用不可の判定結果となった。
　上記のような従来の円すいころ軸受の検証結果を基に、種々検討した結果、円すいころの転動面にのみ対数クラウニングを付与するという加工面からの着想と、長寿命化のための熱処理効果を低減させないという材料面からの着想とによって、軌道輪としての内外輪の軌道面はストレート状の母線形状とし内外輪の材質を浸炭鋼とすると共に、転動体としての円すいころの転動面にのみ対数クラウニングを付与し円すいころの材質を高炭素クロム軸受鋼とした本実施形態の自動車用円すいころ軸受に至った。
　次に、本実施形態の自動車用円すいころ軸受が適用される自動車のデファレンシャルを図５に基づいて説明する。図５は一般的な自動車のデファレンシャルの縦断面図である。デファレンシャルケース１００の入力側にドライブピニオン軸１０１が収容され、一対の円すいころ軸受５、６により回転自在に支持される。ドライブピニオン軸１０１の一端部にはプロペラシャフト１０２が連結され、他端部にはリンクギヤ（減速大歯車）１０３とかみ合うドライブピニオンギヤ（減速小歯車）１０４が一体に設けられている。
　リンクギヤ１０３は差動歯車ケース１０５に連結され、差動歯車ケース１０５は一対の円すいころ軸受７、８によりデファレンシャルケース１００に対して回転自在に支持される。差動歯車ケース１０５の内部に、一対のピニオンギヤ１０６と、これとかみ合う一対のサイドギヤ１０７とがそれぞれ配設される。ピニオンギヤ１０６はピニオン軸１０８に装着され、サイドギヤ１０７は差動歯車ケース１０５に装着されている。サイドギヤ１０７の内径部に左右のドライブシャフト（図示省略）が連結（セレーション連結等）される。本実施形態の自動車用円すいころ軸受は、上記の円すいころ軸受５～８である。
　プロペラシャフト１０２の駆動トルクは、ドライブピニオンギヤ１０４→リンクギヤ１０３→差動歯車ケース１０５→ピニオンギヤ１０６→サイドギヤ１０７→ドライブシャフトという経路で伝達される。
　円すいころ軸受５～８も、前述した円すいころ軸受１と同様に、軌道輪としての内外輪の軌道面はストレート状の母線形状とし内外輪の材質を浸炭鋼とすると共に、転動体としての円すいころの転動面にのみ対数クラウニングを付与し円すいころの材質を高炭素クロム軸受鋼としたものである。円すいころ軸受５～８の具体的な構成や作用効果は、円すいころ軸受１と同様であるので、円すいころ軸受１について説明した内容を準用し、説明を省略する。
　本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
１　　　　　　自動車用円すいころ軸受
２　　　　　　自動車用円すいころ軸受
３　　　　　　自動車用円すいころ軸受
４　　　　　　自動車用円すいころ軸受
５　　　　　　自動車用円すいころ軸受
６　　　　　　自動車用円すいころ軸受
７　　　　　　自動車用円すいころ軸受
８　　　　　　自動車用円すいころ軸受
１２　　　　　内輪
１２ａ　　　　軌道面
１２ｂ　　　　小つば部
１２ｃ　　　　大つば部
１２ｄ　　　　小つば面
１２ｅ　　　　大つば面
１２ｆ　　　　研削逃げ部
１２ｇ　　　　研削逃げ部
１３　　　　　外輪
１３ａ　　　　軌道面
１４　　　　　円すいころ
１４ａ　　　　小端面
１４ｂ　　　　大端面
１５　　　　　保持器
１６　　　　　転動面
１６ａ　　　　ストレート部
１６ｂ　　　　クラウニング部
１６ｃ　　　　クラウニング部
Ｄｒ　　　　　クラウニング端部ドロップ量
Ｄｗ　　　　　ころ径
Ｌ　　　　　　ころ長さ
Ｌｅ　　　　　有効転動面幅
Ｌｉ　　　　　有効軌道面幅
Ｌｓ　　　　　ストレート部の幅
Ｓ　　　　　　すきま

Claims (3)

  1. 　外周に円錐状の軌道面を有する内輪と、内周に円錐状の軌道面を有する外輪と、前記両軌道面間に組込まれた複数の円すいころと、この円すいころを収容する保持器とからなる自動車用円すいころ軸受において、
    　前記内輪および前記外輪は浸炭鋼からなり、
    　前記内輪および前記外輪の軌道面はストレート状の母線形状を有し、
    　前記円すいころは高炭素クロム軸受鋼からなり、
    　前記円すいころの転動面は、その軸方向中央部分のストレート部と、このストレート部から両端部までのクラウニング部とからなり、このクラウニング部が対数クラウニングで形成されていることを特徴とする自動車用円すいころ軸受。
  2. 　前記転動面のクラウニング部のドロップ量（Ｄｒ）ところ径（Ｄｗ）との比Ｄｒ／Ｄｗが０．００３～０．０３の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の自動車用円すいころ軸受。
  3. 　前記自動車用円すいころ軸受の用途がトランスミッション又はデファレンシャルであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自動車用円すいころ軸受。
PCT/JP2017/023981 2016-07-26 2017-06-29 自動車用円すいころ軸受 WO2018020951A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201780042851.4A CN109416075B (zh) 2016-07-26 2017-06-29 机动车用圆锥滚子轴承
US16/319,605 US11268571B2 (en) 2016-07-26 2017-06-29 Tapered roller bearing for automobile
EP17833960.2A EP3492759B1 (en) 2016-07-26 2017-06-29 Tapered roller bearing for automobile

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016146151A JP6740050B2 (ja) 2016-07-26 2016-07-26 自動車用円すいころ軸受
JP2016-146151 2016-07-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018020951A1 true WO2018020951A1 (ja) 2018-02-01

Family

ID=61017398

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/023981 WO2018020951A1 (ja) 2016-07-26 2017-06-29 自動車用円すいころ軸受

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11268571B2 (ja)
EP (1) EP3492759B1 (ja)
JP (1) JP6740050B2 (ja)
CN (1) CN109416075B (ja)
WO (1) WO2018020951A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11078955B2 (en) * 2016-04-01 2021-08-03 Ntn Corporation Tapered roller bearing
WO2021153793A1 (ja) * 2020-01-30 2021-08-05 日本精工株式会社 ころ軸受

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2024021306A (ja) * 2022-08-03 2024-02-16 Ntn株式会社 ころ軸受

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5037094B1 (ja) 1971-02-17 1975-11-29
WO2004092603A1 (ja) * 2003-04-16 2004-10-28 Nsk Ltd. ベルト式無段変速機用ころ軸受
JP2005155763A (ja) * 2003-11-25 2005-06-16 Ntn Corp ころ軸受
JP3731401B2 (ja) 1999-08-31 2006-01-05 日本精工株式会社 ころ軸受
JP2006234087A (ja) * 2005-02-25 2006-09-07 Ntn Corp 円すいころ軸受
JP2007051714A (ja) * 2005-08-18 2007-03-01 Jtekt Corp 円錐ころ軸受、及びこれを用いた車両用ピニオン軸支持装置
JP2010106974A (ja) 2008-10-30 2010-05-13 Nsk Ltd 円すいころ軸受
JP2010255730A (ja) * 2009-04-24 2010-11-11 Ntn Corp 円すいころ軸受およびその設計方法
JP2011208751A (ja) * 2010-03-30 2011-10-20 Ntn Corp ころ軸受、ころの製造方法およびころの加工装置
JP2012107693A (ja) * 2010-11-17 2012-06-07 Jtekt Corp カムフォロワ用の転がり軸受装置
JP2014052069A (ja) * 2012-08-06 2014-03-20 Nsk Ltd 円筒ころ軸受

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4158845B2 (ja) 1999-10-13 2008-10-01 株式会社ジェイテクト 円錐ころ軸受
JP2005076675A (ja) * 2003-08-28 2005-03-24 Ntn Corp 自動車トランスミッション用円錐ころ軸受
JP2007170418A (ja) * 2005-12-19 2007-07-05 Ntn Corp 円すいころ軸受
JP5037094B2 (ja) 2006-11-15 2012-09-26 Ｎｔｎ株式会社 ころ軸受
JP2010248568A (ja) * 2009-04-15 2010-11-04 Nsk Ltd 水素雰囲気用転がり軸受
CN202108870U (zh) * 2011-06-09 2012-01-11 上虞市英耐特轴承有限公司 一种圆锥滚柱汽车轮毂轴承
CN203257879U (zh) * 2013-05-28 2013-10-30 哈尔滨新哈精密轴承股份有限公司 内圈无挡边无角度外圈双挡边无油槽油孔的精密轴承
DE102014219702A1 (de) * 2014-09-29 2016-03-31 Aktiebolaget Skf Laufbahnstruktur für ein Wälzlager und Verfahren
CN104565022A (zh) * 2014-12-31 2015-04-29 浙江大学 变接触角圆锥滚子轴承
JP6798780B2 (ja) * 2015-01-28 2020-12-09 Ntn株式会社 円すいころ軸受
JP2017094404A (ja) * 2015-11-18 2017-06-01 Ntn株式会社 軸受用ころの超仕上げ加工方法および超仕上げ加工装置
CN105583588B (zh) * 2016-03-24 2017-12-12 哈尔滨汽车轴承有限公司 一种用于圆锥滚子轴承内外圈的加工方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5037094B1 (ja) 1971-02-17 1975-11-29
JP3731401B2 (ja) 1999-08-31 2006-01-05 日本精工株式会社 ころ軸受
WO2004092603A1 (ja) * 2003-04-16 2004-10-28 Nsk Ltd. ベルト式無段変速機用ころ軸受
JP2005155763A (ja) * 2003-11-25 2005-06-16 Ntn Corp ころ軸受
JP2006234087A (ja) * 2005-02-25 2006-09-07 Ntn Corp 円すいころ軸受
JP2007051714A (ja) * 2005-08-18 2007-03-01 Jtekt Corp 円錐ころ軸受、及びこれを用いた車両用ピニオン軸支持装置
JP2010106974A (ja) 2008-10-30 2010-05-13 Nsk Ltd 円すいころ軸受
JP2010255730A (ja) * 2009-04-24 2010-11-11 Ntn Corp 円すいころ軸受およびその設計方法
JP2011208751A (ja) * 2010-03-30 2011-10-20 Ntn Corp ころ軸受、ころの製造方法およびころの加工装置
JP2012107693A (ja) * 2010-11-17 2012-06-07 Jtekt Corp カムフォロワ用の転がり軸受装置
JP2014052069A (ja) * 2012-08-06 2014-03-20 Nsk Ltd 円筒ころ軸受

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3492759A4

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11078955B2 (en) * 2016-04-01 2021-08-03 Ntn Corporation Tapered roller bearing
WO2021153793A1 (ja) * 2020-01-30 2021-08-05 日本精工株式会社 ころ軸受
JP7468550B2 (ja) 2020-01-30 2024-04-16 日本精工株式会社 ころ軸受

Also Published As

Publication number Publication date
EP3492759B1 (en) 2022-06-08
US11268571B2 (en) 2022-03-08
US20210301867A1 (en) 2021-09-30
JP6740050B2 (ja) 2020-08-12
EP3492759A4 (en) 2020-06-24
CN109416075A (zh) 2019-03-01
CN109416075B (zh) 2021-09-14
EP3492759A1 (en) 2019-06-05
JP2018017263A (ja) 2018-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018047641A1 (ja) 円すいころ軸受
JP5375969B2 (ja) ピニオン軸用回転支持装置
JP4957274B2 (ja) 車両用ディファレンシャル装置
WO2018020951A1 (ja) 自動車用円すいころ軸受
CN110325748B (zh) 圆锥滚子轴承
US20130017921A1 (en) Apparatus for supporting a pinion shaft of a differential for a motor vehicle
WO2011062257A1 (ja) タンデムアンギュラ型玉軸受
CN108368869B (zh) 轴承用轴和轴承
JP6799426B2 (ja) インホイールモータ駆動装置
JP2017025938A (ja) ベルト式無段変速機
WO2017170104A1 (ja) 円すいころ軸受
JP6594719B2 (ja) トリポード型等速自在継手
US20220290750A1 (en) Method of making an interaxle differential unit and an annular case
JP7394939B2 (ja) 円すいころ軸受
JP6351645B2 (ja) 回転軸構造
JP3184564U (ja) 減速機用プラネタリギヤ装置
JP2012172730A (ja) ピニオン軸用回転支持装置
JP2006105259A (ja) 転がり軸受
JP2006336827A (ja) 玉軸受
JP2017031994A (ja) 無段変速機

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17833960

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017833960

Country of ref document: EP

Effective date: 20190226