WO2018180290A1 - 円すいころ軸受 - Google Patents

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conical
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大碁 木村
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Ntn株式会社
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    • 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
    • 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
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    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/66—Special parts or details in view of lubrication

Definitions

  • the present invention relates to a tapered roller bearing, and more particularly to a tapered roller bearing used for railway vehicle axle bearings and various industrial machines.
  • the tapered roller bearing is disposed at the end of a shaft (axle) 101, and has raceway surfaces 106a and 106b on the outer peripheral surface, and the raceway surfaces 106a and 106b.
  • Cages 105a and 105b which are interposed between the raceway surfaces 107a and 107b and hold a plurality of tapered rollers 104a and 104b at predetermined intervals in the bearing circumferential direction; Comprising (Patent Document 1).
  • Sealing devices 120a and 120b are mounted on both sides of the bearing.
  • the sealing devices 120a and 120b are configured by seal cases 123a and 123b attached to the opening portions at both ends of the outer ring 103, and oil seal portions 124a and 124b held inside the seal cases 123a and 123b.
  • a seal sliding surface is formed, and an oil drain 114 for positioning at the time of bearing mounting is fitted to the axle 101 so as to exhibit a stable sealing effect during vehicle operation. I have to.
  • a rear lid 116 is disposed on the opposite shaft end side (the right side in FIG. 3).
  • the rear cover 116 is in contact with the inner ring 102b on the one hand and the step 111 of the axle 101 on the other hand.
  • the pair of inner rings 102a and 102b are sandwiched between the rear lid 116 and the oil drainer 114 in a state where the end surfaces on the small diameter side are abutted with each other.
  • the oil drain 114 and the sealing device 120a are used to seal the grease inside the bearing, and the rear lid 116 and the sealing device 120b are used to seal the grease inside the bearing.
  • grease is filled between the oil drain 114, the rear lid 116, the inner rings 102a and 102b, and the oil seal portions 124a and 124b to lubricate the tapered rollers. If the amount of grease is increased, the stirring resistance at the time of rotation is increased, and if it is decreased, the lubrication is poor.
  • axle bearings for railway vehicles the bearing size (inner diameter, outer diameter, width) is determined according to the user's required specifications, and the internal specifications (roller size, number, cage shape) are examined by the bearing manufacturer. Will be.
  • the plate thickness t of the cages 105a and 105b is increased as shown in FIG. 6, or as shown in FIG.
  • the thin shapes at the four corners of the pockets of the cages 105a and 105b are optimized.
  • the space around the oil seal portions 124a and 124b is also narrowed, so that the amount of grease charged is reduced and lubrication failure is likely to occur.
  • the grease gradually moves toward the large collar portions 109a and 109b due to centrifugal force, and tends to accumulate around the oil drain 114 outer diameter portion, the rear lid 116 outer diameter portion, and the oil seal portions 124a and 124b. Therefore, in particular, the supply of grease to the small diameter side of the cages 105a and 105b and the small diameter surface side of the tapered rollers 104a and 104b tends to be insufficient.
  • this invention can secure a sufficient amount of grease, and even if the grease is biased to the large diameter side due to centrifugal force, the small diameter side of the cage, the small diameter surface side of the tapered roller It is an object of the present invention to provide a tapered roller bearing that is unlikely to cause insufficient supply of grease.
  • the present invention has an outer ring having a conical raceway surface, a conical raceway surface, and a small flange portion and a large-diameter side end portion at a small-diameter side end portion of the raceway surface.
  • An inner ring having a large collar portion, a plurality of tapered rollers arranged to roll between the raceway surface of the outer ring and the raceway surface of the inner ring, and a cage that holds the tapered rollers at a predetermined circumferential interval.
  • the tapered roller is provided with a grease holding pocket from the end surface on the small diameter side toward the large diameter.
  • the grease retaining pocket is provided on the end surface on the small diameter side of the tapered roller, the grease retaining pocket can secure the amount of grease filled even if the bearing becomes compact.
  • the grease gradually moves to the inner ring large collar side due to centrifugal force and is biased to the periphery of the space on the large end face side, it is retained in the grease retaining pocket on the small diameter side of the cage and the small diameter side of the tapered roller. Supplied grease is supplied. Thereby, even if the bearing becomes compact, it is possible to prevent insufficient supply of grease.
  • the tapered roller is lightened by the grease retaining pocket, the strength (safety factor) of the cage can be increased.
  • FIG. 1 and 2 show an embodiment in which a tapered roller bearing is applied to a railway vehicle axle bearing.
  • This tapered roller bearing is disposed at the end of the axle 1 and has raceway surfaces 6a and 6b on the outer peripheral surface, and small flange portions 8a and 8b are formed on the small diameter side of the raceway surfaces 6a and 6b.
  • 4b is provided with retainers 5a and 5b for holding 4b at a predetermined interval in the bearing circumferential direction.
  • Sealing devices 20a and 20b are mounted on both sides of the bearing.
  • the sealing devices 20a and 20b are configured by seal cases 23a and 23b attached to both ends of the outer ring 3 and oil seal portions 24a and 24b held inside the seal cases 23a and 23b.
  • a seal sliding surface is formed, and an oil drain 14 for positioning when the bearing is mounted is fitted to the axle 1 so as to exhibit a stable sealing effect during vehicle operation. I have to.
  • a rear lid 16 is disposed on the opposite shaft end side (the right side in FIG. 1).
  • the rear cover 16 is in contact with the inner ring 2b on the one hand and the step 1b of the axle 1 on the other hand. Thereby, a pair of inner ring
  • the oil drain 14 and the sealing device 20a are used to seal the grease inside the bearing, and the rear lid 16 and the sealing device 20b are used to seal the grease inside the bearing.
  • grease is filled between the oil drain 14, the rear lid 16, the inner rings 2a and 2b, and the oil seal portions 24a and 24b, and lubricates the tapered rollers and the like. If the amount of grease is increased, the stirring resistance at the time of rotation is increased, and if it is decreased, the lubrication is poor.
  • the tapered rollers 4a and 4b are provided with grease holding pockets 25a and 25b from the end surface on the small diameter side toward the large diameter.
  • Chamfered portions 26a and 26b are provided around the holes on the opening side of the grease retaining pockets 25a and 25b, and when the tapered rollers 4a and 4b are heat-treated by the chamfered portions 26a and 26b, no burning crack occurs. I am doing so.
  • the depth of the holes of the grease retaining pockets 25a and 25b is formed deeper than half the axial length of the tapered rollers 4a and 4b. As the inner diameters of the grease holding pockets 25a and 25b can be maintained as long as the strength of the tapered rollers 4a and 4b can be maintained, the amount of grease held is preferably increased.
  • the roller weight can be reduced by 5 to 10%.
  • the strength (safety factor) of the cages 5a and 5b can be increased by reducing the roller weight.
  • Tapered roller bearings have tapered raceways 6a, 6b, 7a, and 7b. As the bearing rotates, grease gradually moves toward the large flanges 9a and 9b due to centrifugal force,
  • grease holding pockets 25a, 25b are formed on the end surfaces on the small diameter side of the tapered rollers 4a, 4b even if they are biased to the periphery of the space portion (large end surface of the inner ring, oil drain 14, rear cover 16, oil seal portions 24a, 24b). Since the grease in the grease holding pockets 25a and 25b is supplied to the small diameter side of the cages 5a and 5b and the small diameter side of the tapered rollers 4a and 4b, insufficient supply of grease can be prevented.
  • the grease retaining pockets 25a and 25b are provided on the end surfaces on the small diameter side of the tapered rollers 4a and 4b, when the tapered rollers 4a and 4b are assembled into the bearing, the end surfaces on the small diameter side of the tapered rollers 4a and 4b are large. The end face on the diameter side can be identified and assembly errors can be prevented.
  • Axle 1b Stepped portion 2a, 2b: Inner ring 3: Outer ring 5a, 5b: Retainer 6a, 6b, 7a, 7b: Track surface 8a, 8b: Small flange 9a, 9b: Large flange 14: Oil drain 16 : Rear lids 20a, 20b: Sealing devices 23a, 23b: Seal cases 24a, 24b: Oil seal portions 25a, 25b: Grease holding pockets 26a, 26b: Chamfered portions

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

Abstract

円すいころ軸受がコンパクト化しても、十分なグリース封入量を確保することができ、遠心力によりグリースが大径側に偏っても、保持器の小径側、円すいころの小径面側へのグリースの供給不足を解消することを課題とする。円すい状の軌道面７ａ、７ｂを有する外輪３と、円すい状の軌道面６ａ、６ｂを有し、この軌道面６ａ、６ｂの小径側端部に小鍔部８ａ、８ｂ、大径側端部に大鍔部９ａ、９ｂを有する内輪２ａ、２ｂと、外輪３の軌道面６ａ、６ｂと内輪２ａ、２ｂの軌道面６ａ、６ｂとの間に転動自在に配された複数の円すいころ４ａ、４ｂと、円すいころを円周所定間隔に保持する保持器５ａ、５ｂとを備える円すいころ軸受において、前記円すいころ４ａ、４ｂに、小径側の端面から大径が向かってグリース保持ポケット２５ａ、２５ｂを設けたことを特徴とする。

Description

円すいころ軸受
　この発明は、円すいころ軸受、特に鉄道車両車軸軸受や各種産業機械用として利用される円すいころ軸受に関する。
　円すいころ軸受は、図３および図４に示すように、軸（車軸）１０１の端部に配置したものであり、外周面に軌道面１０６ａ、１０６ｂを有し、かつ、この軌道面１０６ａ、１０６ｂの小径側に小鍔部１０８ａ、１０８ｂが形成されると共に大径側に大鍔部１０９ａ、１０９ｂが形成された一対の内輪１０２ａ、１０２ｂと、内周面に軌道面１０７ａ、１０７ｂを有する外輪１０３と、内輪の軌道面１０６ａ、１０６ｂと外輪の軌道面１０７ａ、１０７ｂとの間に転動自在に介在させる複数の転動体（円すいころ）１０４ａ、１０４ｂと、内輪の軌道面１０６ａ、１０６ｂ及び外輪の軌道面１０７ａ、１０７ｂの間に介在させ、複数の円すいころ１０４ａ、１０４ｂを軸受周方向に所定の間隔を隔てて保持する保持器１０５ａ、１０５ｂとを備える（特許文献１）。
　軸受の両側には密封装置１２０ａ、１２０ｂが装着してある。密封装置１２０ａ、１２０ｂは、外輪１０３の両端開口部に装着したシールケース１２３ａ、１２３ｂと、シールケース１２３ａ、１２３ｂの内部に保持させたオイルシール部１２４ａ、１２４ｂとで構成されている。
　軸端側（図３の左方）には、シール摺動面を形成し、軸受取付時の位置決めを行う油切り１１４が車軸１０１に嵌合され、車両運行時に安定したシール効果を発揮するようにしている。反軸端側（図３の右方）には、後蓋１１６が配置されている。
　後蓋１１６は一方で内輪１０２ｂと接し、他方で車軸１０１の段部１１１に接している。これにより、一対の内輪１０２ａ、１０２ｂは、小径側の端面同士が突き合わされた状態で、後蓋１１６と油切り１１４とで挟持されている。
　油切り１１４と密封装置１２０ａとにより、軸受内部のグリースを密封する構造がとられ、後蓋１１６と密封装置１２０ｂとにより軸受内部のグリースを密封する構造がとられている。これにより、油切り１１４、後蓋１１６、内輪１０２ａ、１０２ｂ、オイルシール部１２４ａ、１２４ｂの間にはグリースが充填され、円すいころ等の潤滑を行う。グリース量を多くすれば回転時の撹拌抵抗が大きくなり、少なくすれば潤滑不良になるため、使用条件に応じて内部空間容量に対して最適な割合が封入される。
特開２０１０－４８３９５号公報
　ところで、例えば、鉄道車両用車軸軸受などは、ユーザーの要求仕様により、軸受サイズ（内径、外径、幅）が決定し、軸受メーカーにおいて内部諸元（ころサイズ・本数・保持器形状）が検討されることになる。
　近年は、装置のコンパクト化、高速化の要求が高く、軸受の内部諸元を検討する際に、図５に示すような形状の保持器１０５ａ、１０５ｂの強度が満足しない場合がある。
　このような場合、従来は、保持器１０５ａ、１０５ｂの強度を満足させるために、図６に示すように、保持器１０５ａ、１０５ｂの板厚ｔをアップさせたり、あるいは、図７に示すように、保持器１０５ａ、１０５ｂのポケットの４隅のぬすみ形状（図７の鎖線で囲む個所）を最適化したりして対応している。
　また、特許文献１のような円すいころ軸受では、軌道面１０６ａ、１０６ｂ、１０７ａ、１０７ｂ、及び円すいころ１０４ａ、１０４ｂがテーパ形状となっているため、軸受が回転するにつれて、遠心力によりグリースは次第に大鍔部１０９ａ、１０９ｂ側に移動し、油切り１１４外径部、後蓋１１６外径部、及びオイルシール部１２４ａ、１２４ｂ周辺にたまる傾向がある（図４の薄墨部分）。
　装置がコンパクト化すると、オイルシール部１２４ａ、１２４ｂ周辺の空間も狭くなるため、グリースの封入量も少なくなり、潤滑不良が発生しやすい。
　グリースは、上記のように、遠心力により次第に大鍔部１０９ａ、１０９ｂ側に移動し、油切り１１４外径部、後蓋１１６外径部、及びオイルシール部１２４ａ、１２４ｂ周辺にたまる傾向があるため、特に、保持器１０５ａ、１０５ｂの小径側、円すいころ１０４ａ、１０４ｂの小径面側へのグリースの供給が不足しやすい。
　そこで、この発明は、装置がコンパクト化しても、十分なグリース封入量を確保することができ、遠心力によりグリースが大径側に偏っても、保持器の小径側、円すいころの小径面側へのグリースの供給不足が生じ難い円すいころ軸受を提供しようとするものである。
　前記の課題を解決するために、この発明は、円すい状の軌道面を有する外輪と、円すい状の軌道面を有し、この軌道面の小径側端部に小鍔部、大径側端部に大鍔部を有する内輪と、外輪の軌道面と内輪の軌道面との間に転動自在に配された複数の円すいころと、円すいころを円周所定間隔に保持する保持器とを備える円すいころ軸受において、前記円すいころに、小径側の端面から大径が向かってグリース保持ポケットを設けたことを特徴とする。
　以上のように、この発明は、円すいころの小径側の端面に、グリース保持ポケットを設けているので、軸受がコンパクトになっても、グリース保持ポケットにより、グリースの封入量を確保することが可能になると共に、遠心力によりグリースが次第に内輪大鍔側に移動し、大端面側の空間部の周辺に偏っても、保持器の小径側、円すいころの小径側には、グリース保持ポケットに保持されたグリースが供給される。これにより、軸受がコンパクトになっても、グリースの供給不足を防止できる。
　また、グリース保持ポケットにより円すいころが軽量化されるため、保持器の強度（安全率）を上げることが可能になる。
この発明の実施形態に係る円すいころ軸受を示す縦断面図である。 図１の実施形態に係る円すいころ軸受の一部を拡大して示す縦断面図である。 従来の円すいころ軸受を示す縦断面図である。 図３の円すいころ軸受の一部を拡大して示す縦断面図である。 図３の円すいころ軸受に使用されている保持器の斜視図である。 図５の保持器の部分縦断面図である。 図５の保持器のポケット部分の拡大図である。
　以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
　図１及び図２は、円すいころ軸受を鉄道車両車軸用軸受に適用した実施の形態を示している。この円すいころ軸受は、車軸１の端部に配置したものであり、外周面に軌道面６ａ、６ｂを有し、かつ、この軌道面６ａ、６ｂの小径側に小鍔部８ａ、８ｂが形成されると共に大径側に大鍔部９ａ、９ｂが形成された一対の内輪２ａ、２ｂと、内周面に軌道面７ａ、７ｂを有する外輪３と、内輪の軌道面６ａ、６ｂと外輪の軌道面７ａ、７ｂとの間に転動自在に介在させる複数の円すいころ４ａ、４ｂと、内輪の軌道面６ａ、６ｂ及び外輪の軌道面７ａ、７ｂの間に介在させ、複数の円すいころ４ａ、４ｂを軸受周方向に所定の間隔を隔てて保持する保持器５ａ、５ｂとを備える。
　軸受の両側には密封装置２０ａ、２０ｂが装着してある。密封装置２０ａ、２０ｂは、外輪３の両端開口部に装着したシールケース２３ａ、２３ｂと、シールケース２３ａ、２３ｂの内部に保持させたオイルシール部２４ａ、２４ｂとで構成されている。
　軸端側（図１の左方）には、シール摺動面を形成し、軸受取付時の位置決めを行う油切り１４が車軸１に嵌合され、車両運行時に安定したシール効果を発揮するようにしている。反軸端側（図１の右方）には、後蓋１６が配置されている。
　後蓋１６は一方で内輪２ｂと接し、他方で車軸１の段部１ｂに接している。これにより、一対の内輪２ａ、２ｂは、小径側の端面同士が突き合わされた状態で、後蓋１６と油切り１４とで挟持されている。
　油切り１４と密封装置２０ａとにより、軸受内部のグリースを密封する構造がとられ、後蓋１６と密封装置２０ｂとにより軸受内部のグリースを密封する構造がとられている。これにより、油切り１４、後蓋１６、内輪２ａ、２ｂ、オイルシール部２４ａ、２４ｂの間にはグリースが充填され、円すいころ等の潤滑を行う。グリース量を多くすれば回転時の撹拌抵抗が大きくなり、少なくすれば潤滑不良になるため、使用条件に応じて内部空間容量に対して最適な割合が封入される。
　そして、円すいころ４ａ、４ｂには、小径側の端面から大径が向かってグリース保持ポケット２５ａ、２５ｂが設けられている。このグリース保持ポケット２５ａ、２５ｂの開口側の穴の周囲には、面取り部２６ａ、２６ｂを設けており、この面取り部２６ａ、２６ｂによって円すいころ４ａ、４ｂを熱処理した際に、焼き割れが生じないようにしている。
　グリース保持ポケット２５ａ、２５ｂの穴の深さは、円すいころ４ａ、４ｂの軸方向長さの半分よりも深く形成されている。グリース保持ポケット２５ａ、２５ｂの内径は、円すいころ４ａ、４ｂの強度が維持できるのであれば大きいほどグリースの保持量が多くなり好ましい。
　また、円すいころ４ａ、４ｂにグリース保持ポケット２５ａ、２５ｂを設けることにより、ころ重量を５～１０％小さくすることが可能である。
　保持器５ａ、５ｂにかかる負荷はころ重量に比例するため、ころ重量を小さくすることにより保持器５ａ、５ｂの強度（安全率）を上げることが可能になる。
　円すいころ軸受は、軌道面６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂがテーパ状となっているため、軸受が回転するにつれて、遠心力によりグリースは次第に大鍔部９ａ、９ｂ側に移動し、大端面側の空間部（内輪大端面、油切り１４、後蓋１６、オイルシール部２４ａ、２４ｂの周辺に偏っても、この発明では、円すいころ４ａ、４ｂの小径側の端面に、グリース保持ポケット２５ａ、２５ｂを設けているので、グリース保持ポケット２５ａ、２５ｂ内のグリースが、保持器５ａ、５ｂの小径側、円すいころ４ａ、４ｂの小径側へ供給されるので、グリースの供給不足を防止できる。
　また、軸受がコンパクトになっても、円すいころ４ａ、４ｂのグリース保持ポケット２５ａ、２５ｂにより、グリースの封入量を確保することが可能である。
　また、円すいころ４ａ、４ｂの小径側の端面に、グリース保持ポケット２５ａ、２５ｂを設けているので、円すいころ４ａ、４ｂを軸受に組み込む際に、円すいころ４ａ、４ｂの小径側の端面と大径側の端面を判別でき、組み間違いを防止できる。
　以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
１　　　　：車軸
１ｂ　　　：段部
２ａ、２ｂ　　　：内輪
３　　　　：外輪
５ａ、５ｂ　　　：保持器
６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ　　　：軌道面
８ａ、８ｂ　　　：小鍔部
９ａ、９ｂ　　　：大鍔部
１４　　　：油切り
１６　　　：後蓋
２０ａ、２０ｂ　　：密封装置
２３ａ、２３ｂ　　：シールケース
２４ａ、２４ｂ　　：オイルシール部
２５ａ、２５ｂ　　：グリース保持ポケット
２６ａ、２６ｂ　　：面取り部

Claims (4)

  1. 　円すい状の軌道面を有する外輪と、円すい状の軌道面を有し、この軌道面の小径側端部に小鍔部、大径側端部に大鍔部を有する内輪と、外輪の軌道面と内輪の軌道面との間に転動自在に配された複数の円すいころと、円すいころを円周所定間隔に保持する保持器とを備える円すいころ軸受において、前記円すいころに、小径側の端面から大径が向かってグリース保持ポケットを設けことを特徴とする円すいころ軸受。
  2. 　前記グリース保持ポケットにより、円すいころを軽量化させたことを特徴とする請求項１記載の円すいころ軸受。
  3. 　前記グリース保持ポケットの開口側の穴の周囲に面取り部を設けた請求項１または２に記載の円すいころ軸受。
  4. 　鉄道車両の車軸用軸受装置に使用されることを特徴とする請求項１～３のいずれかの項に記載の円すいころ軸受。
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