(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、外輪と、複数のころを備えたころ軸受において、
上記ころの外周面と上記内輪の軌道面または上記外輪の軌道面とを無負荷状態で接触させて、上記ころの軸を通る平面と上記ころの外周面との交線であるころ輪郭線と、上記外輪の軌道面と上記外輪の軸を通る平面との交線である外輪輪郭線とを、または、上記ころ輪郭線と、上記内輪の軌道面と内輪の軸を通る平面との交線である内輪輪郭線とを無負荷状態で接触させたときに、上記ころ輪郭線と、上記外輪輪郭線または上記内輪輪郭線との間の隙間の大きさをＹ(x)とし、弾性接触理論に基づいて、上記ころの外周面と上記外輪の軌道面または上記内輪の軌道面との接触面同士の間に一様の応力を加えることのできる上記ころ輪郭線と上記内輪輪郭線または上記外輪輪郭線との間の隙間の大きさをＹp(x)としたときに、
Ｙ(x)＝kＹp(x)
ここで、x：ころの軸方向の中心から無負荷状態で接触している両輪郭
線の共通接線方向の距離、
ｋ：正の定数、
Ｙp(x)={(１−ν１２)／Ｅ１＋(１−ν２２)／Ｅ２}Ｑd
×log{１−(２x／la)２}−１／(π・la)
Ｅ１:ころのヤング率、
Ｅ２:内外輪のヤング率、
ν１:ころのポアソン比、
ν２:内外輪のポアソン比、
Ｑd:転動体の荷重、
la: ころの輪郭線有効長さ
で示される上記Ｙ(x)と上記Ｙp(x)とは対数曲線であり、
上記kの値は、軸方向端部の応力集中をなくすべく、かつ、ころ外周面の軸方向中央の荷重が大きくなるのを防ぐべく１.５〜１０の範囲内にあることを特徴とするころ軸受。
【請求項２】
請求項１に記載のころ軸受において、
上記ころ軸受は円錐ころ軸受であることを特徴とするころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒ころ軸受や円錐ころ軸受に関し、より詳しくは、重荷重や高モーメント負荷がかかる場合に用いれば好適なころ軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のころ軸受としては、内輪と外輪と間に円錐ころを配置し、この円錐ころの外周面の両端部に台形クラウニングを施すことによって、この円錐ころの両端部にかかるエッジロードを軽減するようにしたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の円錐ころの外周面の両端部に台形クラウニングを施した円錐ころ軸受であっても、図５に示すように、局部的に極めて接触応力が高くなる箇所が有るという問題がある。
【０００４】
図５中の上段の横軸は、内輪の軌道中心から内輪の軌道面の母線方向の距離すなわち内輪母線位置を示し、縦軸には円錐ころと軌道面との隙間であるクラウニング深さを示している。また、図５中の下段の横軸には、上記内輪母線位置を示し、縦軸にはころと内輪の軌道面との間に発生する接触応力を示している。図５から分かるように、この円錐ころ軸受は、クラウニングの始まる箇所に接触応力が集中して生じていることが分かる。
なお、図５は、軸受にモーメント荷重が加えられた状態を想定して、軸受の内輪と外輪との傾き角を０°６'としたものであるが、この場合、一方のクラウニングの始まる箇所に特に接触応力が集中するため、さらに軸受の寿命が短くなってしまう。
【０００５】
このように、上記従来の円錐ころ軸受は、クラウニングが始まる箇所に応力集中が発生するため、重荷重や高モーメント負荷がかかる場合には、寿命が短くなるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ころと軌道との間の隙間の形状を最適化することによって、ころと軌道の接触応力が均一化されるころ軸受を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１のころ軸受は、内輪と、外輪と、複数のころを備えたころ軸受において、上記ころの外周面と上記内輪の軌道面または上記外輪の軌道面とを無負荷状態で接触させて、上記ころの軸を通る平面と上記ころの外周面との交線であるころ輪郭線と、上記外輪の軌道面と上記外輪の軸を通る平面との交線である外輪輪郭線とを、または、上記ころ輪郭線と、上記内輪の軌道面と内輪の軸を通る平面との交線である内輪輪郭線とを無負荷状態で接触させたときに、上記ころ輪郭線と、上記外輪輪郭線または上記内輪輪郭線との間の隙間の大きさをＹ(x)とし、弾性接触理論に基づいて、上記ころの外周面と上記外輪の軌道面または上記内輪の軌道面との接触面同士の間に一様の応力を加えることのできる上記ころ輪郭線と上記内輪輪郭線または上記外輪輪郭線との間の隙間の大きさをＹp(x)としたときに、
Ｙ(x)＝kＹp(x)
ここで、x：ころの軸方向の中心から無負荷状態で接触している両輪郭
線の共通接線方向の距離、
ｋ：正の定数、
Ｙp(x)={(１−ν１２)／Ｅ１＋(１−ν２２)／Ｅ２}Ｑd
×log{１−(２x／la)２}−１／(π・la)
Ｅ１:ころのヤング率、
Ｅ２:内外輪のヤング率、
ν１:ころのポアソン比、
ν２:内外輪のポアソン比、
Ｑd:転動体の荷重、
la:ころの輪郭線有効長さ
で示される上記Ｙ(x)と上記Ｙp(x)とは対数曲線であり、
上記kの値は、軸方向端部の応力集中をなくすべく、かつ、ころ外周面の軸方向中央の荷重が大きくなるのを防ぐべく１.５〜１０の範囲内にあることを特徴としている。
【０００８】
請求項１の発明のころ軸受によれば、上記ころの輪郭線と、上記外輪輪郭線または上記内輪輪郭線との間の隙間の大きさをＹ(x)が、上記ころの外周面と上記外輪の軌道面または上記内輪の軌道面との接触面同士の間に弾性接触理論に基づいて一様な応力を加えることのできる上記ころ輪郭線と上記内輪輪郭線または上記外輪輪郭線との間の隙間の大きさＹp(x)をk(正数)倍にした値になっている。上記弾性接触理論は、無限長さを想定していて、現実の有限長さのころには適用できない。そこで、上記Ｙp(x)を単にk(正数)倍したＹ(x)＝kＹp(x)の上記隙間を設けることによって、有限長さのころについて、エッジロードが緩和されて、比較的均一な荷重がころおよび軌道面にかかることになる。したがって、請求項１のころ軸受は重荷重、高モーメント負荷に対して耐えることができる。また、上記Ｙp(x)が上記対数曲線であるので、ころと軌道との接触応力が極めて均一化され、繰り返し疲労による破壊が起こりにくくなり、ころ軸受の寿命が長くなる。
【０００９】
上記 kの値が１.５未満の場合には、エッジロードが大きくなり、また、kが１０を越えると、この外周面の軸方向の中央の荷重が大きくなることが実験により分かった。請求項１の発明の如く上記 kの値が１.５〜１０の範囲にあると、従来に比して耐久性の向上が認められた。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１１】
図１,２に示すように、本発明の１実施の形態の円錐ころ軸受１は、内輪２と外輪３と円錐ころ６と保持器７(図２のみで示し、図１では省略している)を備えている。上記円錐ころ６の大径側端部は、内輪２の大鍔９に押し付けられて、円錐ころ６の軸方向の位置が定まるようになっている。
【００１２】
図２に示すように、上記内輪２の略円錐面状の軌道面４または外輪３の略円錐面状の軌道面５と円錐ころ６の外周面８とが無負荷状態で互いに接触しているときに、図示しないが、それらの間に後述の隙間が生じるようにしている。
【００１３】
上記円錐ころ６の軸１０を通る平面と上記円錐ころ６の外周面８との交線である輪郭線と円錐軌道面４または５との間の距離が下記のＹ(x)＝kＹp(x)を満たすようにする。つまり、円錐ころ６の外周面８の輪郭線の形状をその輪郭線に接する面に対して、このＹ(x)で定義される形状にしている。
【００１４】
ここで、上記Ｙp(x)は、無限幅の板ところの間で接触応力を均一化するための弾性接触理論に基づいた下記ルンドベルグ(Ｌundberg)の式Ｙp(x)であり、kは１.５〜１０の正数である。
【００１５】
Ｙp(x)={(１−ν１２)／Ｅ１＋(１−ν２２)／Ｅ２}Ｑd
×log{１−(２x／la)２}−１／(π・la)
但し、  x :   円錐ころの軸方向の中心からころの外周面と軌道面との共通接
線の方向の距離
Ｅ１:  ころのヤング率、    Ｅ２:  内外輪のヤング率
ν１:  ころのポアソン比、ν２:  内外輪のポアソン比
Ｑd:  転動体の荷重、      la:   円錐ころの外周面が円錐面だと想
定した場合の母線の有効長さ
(面取り部分を除いた母線の長さ)
したがって、上記円錐ころ６の外周面８と上記内輪２の軌道面４とが無負荷状態で接触しているときに、上記円錐ころ６の輪郭線と内輪２または外輪３の輪郭線との間の隙間の大きさは、Ｙ(x)＝kＹp(x)となる。
【００１６】
図３は、上記実施の形態の実験結果を示す。図３中の上段には、横軸に円錐ころ６の外周面８と、内輪２の円錐軌道面４または外輪３の円錐軌道面５とが無負荷状態で接触しているときに、円錐ころ６の軸方向の中心から、円錐軌道面４または５の母線方向の距離すなわち輪郭線基準座標を示し、縦軸に円錐ころと円錐軌道面４または５との隙間であるクラウニング深さを示す。図４中の下段には、横軸に上記輪郭線基準座標を示し、縦軸にころと軌道面との間に発生する接触応力を示す。なお、図４の場合も軸受の内輪２と外輪３との傾き角を０°６'としている。ここで、０以外の同じ輪郭線座標の値に対して、kが１より大きい正の値である場合、kの値が大きい程、クラウニング深さも大きな値になる。図３から明らかなように、k＝１.０では、接触応力の集中が起きてしまうが、k＝４.０では接触応力の集中はみられず、接触応力の分布はなだらかになることが分かる。
【００１７】
上記 kの値が１.５より小さい場合は、円錐ころ６の外周面８の軸方向の中央部の接触応力は小さくなるが、クラウニング深さは小さくなり、円錐ころ６の外周面８の軸方向の端部に応力が集中する。一方、上記 kの値が１０より大きい場合は、上記円錐ころ６の外周面８の軸方向の端部の接触応力が小さくなるが、上記円錐ころ６の外周面８の軸方向略中央部の接触応力が過大になる。
【００１８】
上記 kの値が１.５〜１０の範囲であると、接触応力の分布が平坦になって、耐久性が向上することが実験により分かった。
【００１９】
図４は、この実験結果を示す。図４の実験は、k＝４.０の円錐ころ６を使用し、外輪３と内輪２との傾き角度が０°６'、荷重が０.７２×有効動定格荷重の下、清浄油中で実施されたものである。図４において、本実施の形態の寿命時間は実線Ａで示され、従来型の台形クラウニングの寿命時間は破線Ｂで示されている。図４から明らかなように、本実施の形態の円錐ころ軸受は、累積破損確率１０％の所で、従来型の台形クラウニングの円錐ころ軸受に比較して、寿命が約２.７倍である。このことから、この実施の形態の円錐ころ軸受の寿命が極めて長くなることが分かる。
【００２０】
なお、上記実施の形態では、円錐ころ軸受について述べたが、本発明は円筒ころ軸受にも適用できることは勿論である。
【００２１】
また、上記実施の形態では、円錐ころの外周面にルンドベルグの式Ｙp(x)の定数 k倍したものＹ(x)を適用したが、内輪または外輪の軌道面に適用してもよく、または、ころの外周面と軌道面との間の隙間が上記Ｙ(x)を満たすように、それらの形状を、円錐面または円筒面から変形してもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１のころ軸受は、内輪と、外輪と、複数のころを備えたころ軸受において、上記ころの外周面と上記内輪の軌道面または上記外輪の軌道面とを無負荷状態で接触させて、上記ころの軸を通る平面と上記ころの外周面との交線であるころ輪郭線と、上記外輪の軌道面と上記外輪の軸を通る平面との交線である外輪輪郭線とを、または、上記ころ輪郭線と、上記内輪の軌道面と内輪の軸を通る平面との交線である内輪輪郭線とを無負荷状態で接触させたときに、上記ころ輪郭線と、上記外輪輪郭線または上記内輪輪郭線との間の隙間の大きさをＹ(x)とし、弾性接触理論に基づいて、上記ころの外周面と上記外輪の軌道面または上記内輪の軌道面との接触面同士の間に一様の応力を加えることのできる上記ころ輪郭線と上記内輪輪郭線または上記外輪輪郭線との間の隙間の大きさをＹp(x)としたときに、
Ｙ(x)＝kＹp(x)
ここで、x：ころの軸方向の中心から無負荷状態で接触している両輪郭
線の共通接線方向の距離、
ｋ：正の定数、
Ｙp(x)={(１−ν１２)／Ｅ１＋(１−ν２２)／Ｅ２}Ｑd
×log{１−(２x／la)２}−１／(π・la)
Ｅ１:ころのヤング率、
Ｅ２:内外輪のヤング率、
ν１:ころのポアソン比、
ν２:内外輪のポアソン比、
Ｑd:転動体の荷重、
la:ころの輪郭線有効長さ
で示される上記Ｙ(x)と上記Ｙp(x)とは対数曲線であり、
上記kの値は、軸方向端部の応力集中をなくすべく、かつ、ころ外周面の軸方向中央の荷重が大きくなるのを防ぐべく１.５〜１０の範囲内にあるので、ころと軌道との接触応力が簡単に均一化でき、ころに繰り返し疲労による破壊が起こりにくくなって、ころ軸受を長寿命化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の１実施の形態の円錐ころ軸受の正面図である。
【図２】  図１のＩ-Ｉ線断面図を示す。
【図３】  本発明の円錐ころ軸受の対数クラウニングに対する応力分布を示す。
【図４】  本発明の対数クラウニングの円錐ころ軸受と、従来の台形クラウニングの円錐ころ軸受との寿命比較試験の結果を示す。
【図５】  従来の円錐ころ軸受の台形クラウニングと応力分布を示す。
【符号の説明】
１…円錐ころ軸受、  ２…内輪、  ３…外輪、  ４…内輪の軌道面、
５…外輪の軌道面、  ６…円錐ころ、  ７…保持器、  ８…円錐ころの外周面、９…内輪の鍔、  １０…円錐ころの軸。
【図１】
0004011677.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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