JP2016038081A

JP2016038081A - 円すいころ軸受

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Publication number: JP2016038081A
Application number: JP2014163775A
Authority: JP
Inventors: 村田　順司; Junji Murata; 順司村田; 鎌本　繁夫; Shigeo Kamamoto; 繁夫鎌本
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2014-08-11
Filing date: 2014-08-11
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2034-08-11
Also published as: CN105370727A; DE102015112964A1; US9599160B2; US20160040718A1; JP6350099B2; CN105370727B

Abstract

【課題】円すいころの大端面と内輪の鍔面との間で生じる摩擦抵抗を効果的に低減する。
【解決手段】円すいころ軸受１は、内輪２と、外輪３と、凸曲面からなる大端面１４を有する複数の円すいころ４と、複数の円すいころ４を周方向に沿って間隔をあけて保持する環状の保持器１０とを備えている。内輪２は、大端面１４と接触する凹曲面からなる鍔面８を有する大鍔部７を備えている。大端面１４の曲率半径をＲｒ、内輪２の縦断面における鍔面８の曲率半径をＲｉ、コーンセンターＣから大端面１４と鍔面８とが接触することで得られる接触楕円Ｍの中心Ｃｍまでの距離をＲとすると、Ｒ＞Ｒｉ＞Ｒｒを満たす。
【選択図】図２

Description

本発明は、円すいころ軸受に関する。

図７に示すように、円すいころ軸受９０は、テーパ状の内輪軌道面９２を有する内輪９１と、テーパ状の外輪軌道面９４を有する外輪９３と、内輪軌道面９２及び外輪軌道面９４を転動する複数の円すいころ９５と、これら円すいころ９５を周方向に沿って間隔をあけて保持する環状の保持器９６とを備えている。内輪９１は、大径側に径方向外側へ突出している大鍔部９７を有しており、この大鍔部９７は、円すいころ９５の大端面９８と接触する環状の鍔面９９を有している。

円すいころ軸受９０が回転すると、円すいころ９５の大端面９８は、内輪９１の鍔面９９に摺接する。そこで、これら大端面９８と鍔面９９との間の摩擦抵抗（すべり摩擦抵抗）を低減するために、大端面９８を、所定の曲率半径を有する凸曲面とし、鍔面９９を、所定の曲率半径を有する凹曲面としている（例えば、特許文献１参照）。

実開平５−７５５２０号公報

前記のような円すいころ軸受９０では、円すいころ９５の大端面９８の曲率半径、及び内輪９１の鍔面９９の曲率半径をどのように設定すべきかについて、具体的な指針が明確となっておらず、大端面９８及び鍔面９９それぞれの曲率半径の値によっては、摩擦抵抗を低減するという効果がさほど期待できないこともあり得る。

そこで、本発明は、円すいころの大端面と内輪の鍔面との間で生じる摩擦抵抗を効果的に低減することが可能となる円すいころ軸受を提供することを目的とする。

本発明の円すいころ軸受は、テーパ状の内輪軌道面を有する内輪と、テーパ状の外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面を転動可能であると共に凸曲面からなる大端面を有する複数の円すいころと、前記複数の円すいころを周方向に沿って間隔をあけて保持する環状の保持器とを備え、前記内輪は、当該内輪の大径側に前記大端面と接触する凹曲面からなる鍔面を有する大鍔部を備え、前記大端面の曲率半径をＲｒ、前記内輪の縦断面における前記鍔面の曲率半径をＲｉ、コーンセンターから前記大端面と前記鍔面とが接触することで得られる接触楕円の中心までの距離をＲとすると、Ｒ＞Ｒｉ＞Ｒｒを満たす。
本発明によれば、円すいころの大端面と内輪の鍔面とが接触することで得られる接触楕円の形状が、内輪の周方向に小さく、この周方向に直交する方向に大きい楕円となる。そして、円すいころ軸受が回転すると、鍔面における潤滑油の流れ方向は内輪の周方向となる。このため、前記接触楕円の形状により広い範囲で潤滑油の流れが制限され、円すいころの大端面と内輪の鍔面との間で油膜が厚くなる。この結果、円すいころの大端面と内輪の鍔面との間の摩擦抵抗を効果的に低減することが可能となる。

また、本発明の円すいころ軸受は、テーパ状の内輪軌道面を有する内輪と、テーパ状の外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面を転動可能であると共に凸曲面からなる大端面を有する複数の円すいころと、前記複数の円すいころを周方向に沿って間隔をあけて保持する環状の保持器とを備え、前記内輪は、当該内輪の大径側に前記大端面と接触する凹曲面からなる鍔面を有する大鍔部を備え、前記円すいころの前記大端面と前記大鍔部の前記鍔面とが接触することで得られる接触楕円の形状が、前記内輪の周方向に小さく、当該周方向に直交する方向に大きい楕円となる。
本発明によれば、円すいころ軸受が回転すると、鍔面における潤滑油の流れ方向は内輪の周方向となる。このため、前記接触楕円の形状により広い範囲で潤滑油の流れが制限され、円すいころの大端面と内輪の鍔面との間で油膜が厚くなる。この結果、円すいころの大端面と内輪の鍔面との間の摩擦抵抗を効果的に低減することが可能となる。

本発明によれば、円すいころの大端面と内輪の鍔面との間で油膜が厚くなり、これら大端面と鍔面との間の摩擦抵抗を効果的に低減することが可能となる。この結果、円すいころ軸受の耐摩耗性を向上させることができる。

本発明の円すいころ軸受の実施の一形態を示す縦断面図である。内輪の鍔面及び円すいころの大端面等の各形状を説明するための図である。鍔面の形状を説明する模式図である。接触する凸曲面（大端面）と凹曲面（鍔面）との接触幅を説明する説明図であり、（Ａ）は、曲率半径の差が小さい場合の図であり、（Ｂ）は、曲率半径の差が大きい場合の図である。従来の円すいころ軸受の場合における接触楕円の説明図である。本実施形態の円すいころ軸受の場合における接触楕円の説明図である。従来の円すいころ軸受の縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の円すいころ軸受１の実施の一形態を示す縦断面図である。円すいころ軸受１は、内輪２と、その外周側において内輪２と同心位置に設けられている外輪３と、これら内輪２と外輪３との間に設けられている複数の円すいころ４と、これら円すいころ４を周方向に沿って間隔をあけて保持している環状の保持器１０とを備えている。

内輪２は、軸受鋼や機械構造用鋼等を用いて形成された環状の部材であり、その外周側に、テーパ状の（円すい面の一部からなる）内輪軌道面１２を有している。
外輪３も、内輪２同様、軸受鋼や機械構造用鋼等を用いて形成された環状の部材であり、その内周側に、テーパ状の（円すい面の一部からなる）外輪軌道面１３を有している。
内輪軌道面１２と外輪軌道面１３とは対向しており、円すいころ軸受１が回転すると、円すいころ４は、内輪軌道面１２及び外輪軌道面１３を転動する。
円すいころ４は、軸受鋼等を用いて形成された円すい台形状の部材であり、軸方向一方側に直径の大きい大端面１４を有しており、軸方向他方側に直径が小さい小端面１５を有している。大端面１４は、凸曲面形状に形成されている。

内輪２は、その外周側において、直径が大きい側である大径側に大鍔部７を有している。大鍔部７は、内輪軌道面１２の軸方向一端側に隣接し径方向外方に突出して設けられている。大鍔部７の内輪軌道面１２側の端面である鍔面８は、凹曲面形状に形成されている。大鍔部７は環状であることから、鍔面８も環状の面となる。
また、内輪２は、その外周側において、直径が小さい側である小径側に小鍔部５を有している。小鍔部５は、内輪軌道面１２の軸方向他端側に隣接し径方向外方に突出して設けられている。

そして、円すいころ４の大端面１４は、鍔面８に接触可能であり、円すいころ軸受１が回転すると、鍔面８と大端面１４とは摺接する。大端面１４は凸曲面からなり鍔面８は凹曲面からなるため、これらが接触（摺接）すると、その接触面（摺接面）は楕円となる。つまり、大端面１４と鍔面８との間には接触楕円Ｍ（図２参照）が形成される。また、円すいころ軸受１には、潤滑油（グリースを含む）が供給されており、円すいころ軸受１が回転すると（例えば内輪２が回転すると）、潤滑油は環状である鍔面８に沿って周方向に流れる。

図２は、内輪２の鍔面８及び円すいころ４の大端面１４等の各形状を説明するための図である。なお、図２は、内輪２の縦断面に、円すいころ４を（断面として）重ねて記載したモデル図である。また、図２では、説明のために各部の形状をデフォルメしており、さらに、実際では円すいころ４の大端面１４と内輪２の鍔面８とは接触しているが、説明のために、これら大端面１４と鍔面８とを離して記載している。内輪２の縦断面とは、内輪２の中心線Ｌ０を含む断面である。

大端面１４は、球面の一部からなり、この大端面１４の曲率半径を「Ｒｒ」と定義している。したがって、内輪２の縦断面と同じ断面に表した円すいころ４の縦断面（図２）における大端面１４の曲率半径は「Ｒｒ」である他に、その縦断面（図２）に直交しかつ円すいころ４の中心線Ｌ２を通過する断面における大端面１４の曲率半径も「Ｒｒ」である。

また、内輪２の縦断面（図２）における鍔面８の曲率半径を「Ｒｉ」と定義する。図３は、鍔面８の形状を説明する模式図である。前記のとおり、内輪２の縦断面（図２）における鍔面８の曲率半径は「Ｒｉ」であるが、図３に示すように、コーンセンターＣと接触楕円Ｍの中心Ｃｍとを結ぶ仮想直線Ｌ３に直交する方向であって径方向外側から内側へ向かう方向（矢印Ｖ１方向：以下、仮想径方向ともいう）から鍔面８を見ると、その鍔面８の曲率半径は「Ｒ」である。つまり、鍔面８は、見る方向によって２つの曲率半径「Ｒｉ」と「Ｒ」とを有する。

また、図２において、コーンセンターＣから大端面１４と鍔面８とが接触することで得られる接触楕円Ｍの中心Ｃｍまでの距離を「Ｒ」と定義する。なお、前記コーンセンターＣは、円すいころ４のコーンセンターであり、円すいころ４が有する円すい形状である側面の頂点を意味する。また、コーンセンターＣは、内輪２の縦断面において内輪軌道面１２の延長線Ｌ１と内輪２の中心線Ｌ０との交点でもある。
また、コーンセンターＣと、大端面１４の中心Ｃｒと、鍔面８の中心Ｃｉとはそれぞれ異なる位置に存在している。中心Ｃｒは、円すいころ４の中心線Ｌ２の延長線上に位置している。

そして、この円すいころ軸受１において、Ｒ＞Ｒｉ＞Ｒｒを満たしている。これにより、以下に説明するとおり、円すいころ４の大端面１４と内輪２の鍔面８とが接触することで得られる接触楕円Ｍの形状が、図６に示すように、内輪２の周方向に小さく、この周方向に直交する方向（周方向の直交方向）に大きい楕円となる。

以下、「Ｒ＞Ｒｉ＞Ｒｒ」と、接触楕円Ｍの形状との関係について説明する。
前記のとおり、円すいころ４の大端面１４は球面の一部であることから、内輪２の縦断面（図２参照）における大端面１４の曲率半径は「Ｒｒ」であり、この縦断面に直交しかつ円すいころ４の中心線Ｌ２を通過する断面における大端面１４の曲率半径も「Ｒｒ」である。
これに対して、内輪２の縦断面（図２参照）における大鍔部７の鍔面８の曲率半径は「Ｒｉ」であるが、コーンセンターＣと接触楕円Ｍの中心Ｃｍとを結ぶ仮想直線Ｌ３に直交する方向であって径方向外側から内側へ向かう方向（矢印Ｖ１方向）から内輪２の鍔面８を見ると、この鍔面８の曲率半径は「Ｒ」である（図３参照）。

ここで、円すいころ４の凸曲面からなる大端面１４と、内輪２の凹曲面からなる鍔面８との接触形態を、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、一般化した凸曲面Ｆと凹曲面ｆとにより簡単な例を挙げて説明する。

図４（Ａ）に示すように、凸曲面Ｆの曲率半径がＲｒであり、凹曲面ｆの曲率半径がＲｉであるとする。図４（Ａ）において、凸曲面Ｆの曲率半径Ｒｒが例えば値として「１０００」であり、凹曲面ｆの曲率半径Ｒｉが例えば値として「１００３」である場合、これら曲率半径Ｒｒ，Ｒｉの差δ１は（１００３−１０００＝）「３」となる。
また、図４（Ｂ）に示すように、凸曲面Ｆの曲率半径が図４（Ａ）と同じＲｒであるが、凹曲面ｆの曲率半径が（前記Ｒｉよりも大きい）Ｒであるとする。この図４（Ｂ）において、凸曲面Ｆの曲率半径Ｒｒが「１０００」であり、凹曲面ｆの曲率半径Ｒが例えば値として「１００５」である場合、これら曲率半径Ｒｒ，Ｒの差δ２は（１００５−１０００＝）「５」となる。

図４（Ａ）に示す場合のように、曲率半径Ｒｒと曲率半径Ｒｉとの差δ１（＝３）が、（図４（Ｂ）の場合の曲率半径の差δ２（＝５）と比較して）小さいと、凸曲面Ｆと凹曲面ｆとの間の接触幅（接触長さ）Ｂは、（図４（Ｂ）の場合よりも）大きくなる。
これに対して、図４（Ｂ）に示す場合のように、曲率半径の差δ２（＝５）が、（図４（Ａ）の場合の曲率半径の差δ２（＝３）と比較して）大きいと、凸曲面Ｆと凹曲面ｆとの間の接触幅（接触長さ）ｂは、（図４（Ａ）の場合よりも）小さくなる（ｂ＜Ｂ）。
すなわち、曲率半径が相違する凸曲面Ｆと凹曲面ｆとが接触する場合において、両者の曲率半径の差が小さいと（図４（Ａ））、両者間の接触幅Ｂは比較的大きくなり（広くなり）、これとは反対に、両者の曲率半径の差が大きいと（図４（Ｂ））、両者間の接触幅ｂは比較的小さくなる（狭くなる）。なお、凸曲面Ｆと凹曲面ｆとの間で曲率半径の差が小さいほど、接触幅（Ｂ）は増え、凸曲面Ｆと凹曲面ｆとの間で曲率半径の差が大きいほど、接触幅（ｂ）は減少する。

この一般化した場合の説明をふまえて、本実施形態について説明すると、前記のとおり、本実施形態（図２参照）では、Ｒ＞Ｒｉ＞Ｒｒの関係となっている。つまり、コーンセンターＣから接触楕円Ｍの中心Ｃｍまでの距離（曲率半径）「Ｒ」、及び、鍔面８の曲率半径「Ｒｉ」は、それぞれ円すいころ４の大端面１４の曲率半径「Ｒｒ」よりも大きく（Ｒ＞Ｒｒ、Ｒｉ＞Ｒｒ）、また、前記「Ｒ」は前記「Ｒｉ」よりも大きい（Ｒ＞Ｒｉ）。
そこで、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す形態を、本実施形態に当てはめると、図４（Ａ）に示す図が内輪２の縦断面図（図２）に相当し、図４（Ｂ）に示す図が前記仮想径方向（図２及び図３の矢印Ｖ１方向）から見た場合の断面図に相当する。

これにより、内輪２の縦断面（図４（Ａ））で現れる接触楕円Ｍの幅寸法（Ｂ）の方が、前記仮想径方向から見た場合の断面（図４（Ｂ））で現れる接触楕円Ｍの幅寸法（ｂ）よりも大きくなる。すなわち、円すいころ４の大端面１４と内輪２の鍔面８とが接触することで得られる接触楕円Ｍの形状が、図６に示すように、内輪２の周方向に小さく、この周方向に直交する方向に大きくなった楕円となる。つまり、内輪２の鍔面８と円すいころ４の大端面１４との間において、内輪２の周方向よりもその直交方向に長くなる接触楕円Ｍが形成され、接触楕円Ｍの楕円率（Ｂ／ｂ）が、１よりも大きくなる（楕円率＞１）。

なお、従来用いられている円すいころ軸受の接触楕円について説明する。内輪の縦断面において、前記特許文献１に開示されているように内輪の鍔面が凹曲面のものが提案されているが、現在市販の円すいころ軸受では、内輪の鍔面が凹曲面ではなく平面であるものが一般的である。この場合、内輪の鍔面の曲率半径Ｒｉ（図２参照）は無限大であると言える。したがって、図４を参考に説明すると、曲率半径Ｒｉが無限大で大きくて、Ｒｒ＜Ｒｉであり、Ｒ＜Ｒｉとなることから、Ｂ＜ｂとなり、この結果、接触楕円Ｍの形状は、図５に示すように内輪の周方向に長く、その直交方向に短い楕円となる。つまり、接触楕円のＭの楕円率は、１よりも小さくなる（楕円率＜１）。

これに対して、前記のとおり、本実施形態では、円すいころ４の大端面１４と内輪２の鍔面８とが接触することで得られる接触楕円Ｍの形状は、内輪２の周方向に小さく、この周方向に直交する方向に大きい楕円となる（図６参照）。
また、前記のとおり、円すいころ軸受１が回転すると、鍔面８における潤滑油の流れ方向は内輪２の周方向となるため、本実施形態の接触楕円Ｍの前記形状（図６参照）によれば、鍔面８において広い範囲で潤滑油の流れが制限され、円すいころ４の大端面１４と内輪２の鍔面８との間で油膜が厚くなる。この結果、円すいころ４の大端面１４と内輪２の鍔面８との間の摩擦抵抗を効果的に低減することが可能となる。

なお、図５に示す従来例によれば、接触楕円Ｍの形状が、周方向に大きく、この周方向に直交する方向に小さい楕円となるため、鍔面８に沿って流れる潤滑油のほとんどが接触楕円Ｍを通過し、油膜を厚くする機能は極小さい。

以上より、本実施形態の円すいころ軸受１では、円すいころ４の大端面１４と内輪２の鍔面８とが接触することで得られる接触楕円Ｍの形状が、内輪２の周方向に小さく、この周方向に直交する方向に大きい楕円となる。この円すいころ軸受１によれば、例えば内輪２が回転すると、鍔面８における潤滑油の流れ方向は内輪２の周方向となるため、前記接触楕円Ｍの形状により広い範囲で潤滑油の流れが制限され、円すいころ４の大端面１４と内輪２の鍔面８との間で油膜が厚くなる。これにより、大端面１４と鍔面８との間の摩擦抵抗を効果的に低減することが可能となり、この結果、円すいころ軸受１の耐摩耗性を向上させることができる。

また、本発明の円すいころ軸受は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよく、保持器１０の形状は、図示した以外のものであってもよい。

１：円すいころ軸受２：内輪３：外輪
４：円すいころ７：大鍔部８：鍔面
１０：保持器１２内輪軌道面１３外輪軌道面
１４大端面Ｍ：接触楕円Ｃｍ：接触楕円の中心
Ｒｒ：大端面の曲率半径Ｒｉ：内輪の縦断面における鍔面の曲率半径
Ｒ：コーンセンターから接触楕円の中心までの距離

Claims

テーパ状の内輪軌道面を有する内輪と、テーパ状の外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面を転動可能であると共に凸曲面からなる大端面を有する複数の円すいころと、前記複数の円すいころを周方向に沿って間隔をあけて保持する環状の保持器と、を備え、
前記内輪は、当該内輪の大径側に前記大端面と接触する凹曲面からなる鍔面を有する大鍔部を備え、
前記大端面の曲率半径をＲｒ、前記内輪の縦断面における前記鍔面の曲率半径をＲｉ、コーンセンターから前記大端面と前記鍔面とが接触することで得られる接触楕円の中心までの距離をＲとすると、Ｒ＞Ｒｉ＞Ｒｒを満たすことを特徴とする円すいころ軸受。
テーパ状の内輪軌道面を有する内輪と、テーパ状の外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面を転動可能であると共に凸曲面からなる大端面を有する複数の円すいころと、前記複数の円すいころを周方向に沿って間隔をあけて保持する環状の保持器と、を備え、
前記内輪は、当該内輪の大径側に前記大端面と接触する凹曲面からなる鍔面を有する大鍔部を備え、
前記円すいころの前記大端面と前記大鍔部の前記鍔面とが接触することで得られる接触楕円の形状が、前記内輪の周方向に小さく、当該周方向に直交する方向に大きい楕円となることを特徴とする円すいころ軸受。