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1. WO2020116488 - 円すいころ軸受

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明 細 書

発明の名称 円すいころ軸受

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005  

課題を解決するための手段

0006  

発明の効果

0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016  

図面の簡単な説明

0017  

発明を実施するための形態

0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040  

符号の説明

0041  

請求の範囲

1   2   3  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8A   8B   8C   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25   26   27   28   29   30   31   32   33   34   35   36   37   38  

明 細 書

発明の名称 : 円すいころ軸受

技術分野

[0001]
 この発明は、ロボットや建設機械の減速機で使用される円すいころ軸受、特に、外輪の外輪軌道面の小径側端部と大径側端部、および内輪の内輪軌道面の小径側端部と大径側端部の4つの端部のうち、外輪の外輪軌道面の大径側端部にのみ半径方向内方に突出する鍔部を形成した円すいころ軸受に関するものである。

背景技術

[0002]
 内輪の内輪軌道面の大径側端部に鍔部を形成しないで、外輪の外輪軌道面の大径側端部にのみ半径方向内方に突出する鍔部を形成した円すいころ軸受は、特許文献1または特許文献2に開示はされているものの、製品としてはほとんど見かけない。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 実開平1-85521号公報
特許文献2 : 特開2016-196944号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 その理由としては、内輪の内輪軌道面の大径側端部に鍔部を形成したものに対し、外輪の外輪軌道面の大径側端部に鍔部を形成したものは、純アキシャル荷重の負荷能力が極端に下がってしまうということが一番に挙げられる。
[0005]
 そこで、この発明は、外輪の外輪軌道面の大径側端部に鍔部を形成した円すいころ軸受において、純アキシャル荷重の負荷能力を極端に低下させることなく、高モーメント剛性、長寿命化を図ることを課題とするものである。

課題を解決するための手段

[0006]
 前記の課題を解決するために、この発明は、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に配置される複数の円すいころと、この複数の円すいころを所定の間隔で収容保持する複数のポケットを有する保持器とを備え、前記外輪の外輪軌道面の小径側端部と大径側端部、および内輪の内輪軌道面の小径側端部と大径側端部の4つの端部のうち、外輪の外輪軌道面の大径側端部に半径方向内方に突出する鍔部を形成した円すいころ軸受において、接触角(軸受中心軸と外輪軌道面のなす角度)を40~50°とし、且つ、ころ角度を3.5°以下にすることにより、純アキシャル荷重の負荷能力を極端に低下させることなく、高モーメント剛性、長寿命化を図るようにしたものである。

発明の効果

[0007]
 円すいころ軸受の場合、ころサイズ、ころ本数、接触角、ころ角度、鍔部に対するころの接点位置と鍔側軌道面との角度xが同じ諸元の場合、内輪の内輪軌道面の大径側端部に鍔部を形成した図2に示すもの(以下、「内輪鍔軸受」という。)と、外輪の外輪軌道面の大径側端部に鍔部を形成した図1に示すもの(以下、「外輪鍔軸受」という。)を比較すると、純アキシアル(Fa)負荷時に、外輪鍔軸受の方が、内輪鍔軸受よりも転動体荷重(外輪側転動体荷重Fo、内輪側転動体荷重Fi)及び転動体と軌道輪との接触面圧が増加するが、この発明のように、接触角を40~50°とし、且つ、ころ角度を3.5°以下にした場合、純アキシアル(Fa)負荷時の転動体荷重(外輪側転動体荷重Fo、内輪側転動体荷重Fi)及び軌道輪との接触面圧の増加を抑制し、純ラジアル(Fr)負荷時の転動体荷重及び軌道輪との接触面圧も抑制することができる。
[0008]
 図1に示す外輪鍔軸受と図2に示す内輪鍔軸受における純アキシアル負荷時の転動体荷重の算出式は、
  Fio:外輪側の転動体荷重(内輪鍔軸受)
  Foo:外輪側の転動体荷重(外輪鍔軸受)
  Fii:内輪側の転動体荷重(内輪鍔軸受)
  Foi:内輪側の転動体荷重(外輪鍔軸受)
  Fir:鍔側の転動体荷重(内輪鍔軸受)
  For:鍔側の転動体荷重(外輪鍔軸受)
  α:外輪半角度
  θ:内輪半角度
  β:ころ角度
  x:鍔部に対するころの接点位置と鍔側軌道面との角度
  Y:ころ大端面と内輪鍔部との接点角度(θ+x)
  δ:ころ大端面と内輪鍔部との接点角度(α-x)
とした場合に、次のようになる。
  Fio=Fa/sinα
  Fio=Fi(sinθ・sinδ+cosθ・cosδ)/(cosα・cosδ+sinα・sinδ)
  Fii=Fo(sinα・sinY+cosα・cosY)/(cosθ・cosY+sinθ・sinY)
  Foi=Fa/sinθ
  Fir=(Ficosθ-Focosα)/sinY
  For=(Ficosθ-Focosα)/sinδ
[0009]
 上記の計算式により、純アキシアル荷重Faを負荷して、接触角が40~50°で、ころ角度を3.5°以下にした各例と、接触角が40°以下で、ころ角度が3.5°以上にした各例について、最大転動体荷重と最大接触面圧を求めると、表1~表6のとおりとなる。
[0010]
[表1]


[0011]

[表2]


[0012]
[表3]


[0013]
[表4]


[0014]
[表5]


[0015]
[表6]


[0016]
 上記表1~表6の結果から、軸受寸法が同一の外輪鍔軸受と内輪鍔軸受とについて、内輪鍔軸受の最大転動体荷重及び最大接触面圧を100%にして比較すると、この発明で規定される外輪鍔軸受は、最大転動体荷重及び最大接触面圧を共に、内輪鍔軸受の10%以内の増加率に抑制できるのに対し、この発明の規定外の外輪鍔軸受は、最大転動体荷重及び最大接触面圧の少なくとも一方が、内輪鍔軸受よりも増加率が10%を超えるということが確認された。

図面の簡単な説明

[0017]
[図1] 外輪の外輪軌道面の大径側端部に鍔部を形成した円すいころ軸受に純アキシアル荷重を負荷した時の外輪側転動体荷重と内輪側転動体荷重と鍔側転動体荷重の分力を模式的に示した説明図である。
[図2] 内輪の内輪軌道面の大径側端部に鍔部を形成した円すいころ軸受に純アキシアル荷重を負荷した時の外輪側転動体荷重と内輪側転動体荷重と鍔側転動体荷重の分力を模式的に示した説明図である。
[図3] この発明の実施形態に係る円すいころ軸受を保持器の柱部で切断した拡大部分断面図である。
[図4] 図3の円すいころ軸受をハウジングに組み付けた状態を示す拡大部分断面図である。
[図5] 図3の円すいころ軸受の外輪側の大つば部と円すいころの接触面積を概念的に示した概略図である。
[図6] 図3の実施形態の保持器のころ案内面に円すいころを押し当てた状態を示す拡大図である。
[図7] 図3の実施形態の保持器の爪に円すいころを押し当てた状態を示す拡大図である。
[図8A] 図8Aは、ころ-保持器アッシーを外輪に挿入する手順を示す拡大部分断面図である。
[図8B] 図8Bは、ころ-保持器アッシーを外輪に挿入する手順を示す拡大部分断面図である。
[図8C] 図8Cは、ころ-保持器アッシーを外輪に挿入する手順を示す拡大部分断面図である。
[図9] 図3の実施形態の外輪の正面図である。
[図10] 図3の実施形態の外輪の背面図である。
[図11] 図3の実施形態の外輪の左側面図である。
[図12] 図3の実施形態の外輪の右側面図である。
[図13] 図3の実施形態の外輪の平面図である。
[図14] 図3の実施形態の外輪の底面図である。
[図15] 図9のA-A線の断面図である。
[図16] 図15のB-B線の拡大断面図である。
[図17] 図3の実施形態の保持器の正面図である。
[図18] 図3の実施形態の保持器の背面図である。
[図19] 図3の実施形態の保持器の左側面図である。
[図20] 図3の実施形態の保持器の右側面図である。
[図21] 図3の実施形態の保持器の平面図である。
[図22] 図3の実施形態の保持器の底面図である。
[図23] 図17のA-A線の断面図である。
[図24] 図3の実施形態の保持器を小径側から見た斜視図である。
[図25] 図3の実施形態の保持器を大径側から見た斜視図である。
[図26] 図17のH-H線の断面図である。
[図27] 図23のB-B線の拡大断面図である。
[図28] 図17のC-C線の拡大断面図である。
[図29] 図24のD-D線の拡大断面図である。
[図30] 図24のE-E線の拡大断面図である。
[図31] 図25のF-F線の拡大断面図である。
[図32] 図25のG-G線の拡大断面図である。
[図33] 図26のI-I線の拡大断面図である。
[図34] 接触角を各種変化した例のモーメント剛性比を示すグラフである。
[図35] 接触角を各種変化した例の寿命比を示すグラフである。
[図36] 従来の円すいころ軸受を保持器の柱部で切断した拡大断面図である。
[図37] 図36の円すいころ軸受をハウジングに組み付けた状態を示す拡大部分断面図である。
[図38] 図36の円すいころ軸受の内輪側の大つば部と円すいころの接触面積を概念的に示した概略図である。

発明を実施するための形態

[0018]
 以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
[0019]
 この発明に係る円すいころ軸受11は、接触角αが40°~50°という急勾配で、ころ角度が3.5°以下という低勾配のものである。図3~図33に示す実施形態に係る円すいころ軸受11は、接触角αが45°、ころ角度が3.5°のものである。
[0020]
 この発明の実施形態に係る円すいころ軸受11は、図3に示すように、内周面に外輪軌道面12aを有する外輪12と、外周面に内輪軌道面13aを有する内輪13と、前記外輪軌道面12aと前記内輪軌道面13aとの間に転動自在に配置される複数の円すいころ14と、この複数の円すいころ14を所定の間隔で収容保持する複数のポケットを有する保持器15とを備える。
[0021]
 この発明の円すいころ軸受11は、接触角αを40~50°の急こう配に設定して高モーメント剛性化を図っており、図3の実施形態に係る円すいころ軸受11は、接触角αを45°に設定している。
[0022]
 この発明の実施形態に係る円すいころ軸受11は、前記外輪12の外輪軌道面12aの小径側端部と大径側端部、および内輪13の内輪軌道面13aの小径側端部と大径側端部の4つの端部のうち、外輪12の外輪軌道面12aの大径側端部にのみ半径方向内方に突出する鍔部12bを形成している。
[0023]
 内輪13の小径側端部の小鍔をなくし、小鍔の分だけころ長さを長くして高負荷容量化を図ると共に、外輪12の外輪軌道面12aの大径側端部にのみ半径方向内方に突出する鍔部12bを形成し、内輪13の内輪軌道面13aの大径側端部の鍔部をなくしている。
[0024]
 接触角が40~50°の急こう配の円すいころ軸受11は、外輪12の外輪軌道面12aの大径側端部と内輪13の大径側の端面との間に軸方向に大きなスペースが空くので、このスペースを利用してこの発明では半径方向内方に突出する鍔部12bを形成している。
[0025]
 外輪12の外輪軌道面12aの大径側端部にのみ半径方向内方に突出する鍔部12bを形成し、内輪13の内輪軌道面13aの大径側端部の鍔部をなくすことにより、軸方向のコンパクト化が図れる。
[0026]
 即ち、図3に2点鎖線で示すように、内輪13の内輪軌道面13aの大径側端部に鍔部12bを形成した場合の軸方向幅をT’とすると、内輪13の内輪軌道面13aの大径側端部の鍔部をなくすことによって、内輪13の軸方向幅を薄くすることができ、外輪12の外輪軌道面12aの大径側端部に半径方向内方に突出する鍔部12bを形成した場合の軸方向幅がTであるから、T’-Tの分だけ軸方向幅をコンパクトにすることができる。
[0027]
 この発明のように、外輪12の外輪軌道面12aの大径側端部に半径方向内方に突出する鍔部12bを形成することにより、内輪13の内輪軌道面13aの大径側端部に鍔部を形成する図36に示す従来例の円すいころ軸受1に比し、鍔部を高剛性化できる。
[0028]
 即ち、図3に示すように、外輪12の外輪軌道面12aの大径側端部に半径方向内方に突出する鍔部12bを形成する場合と、図36に示すように、内輪3の内輪軌道面3aの大径側端部に鍔部3bを形成する場合とを比較すると、鍔部の高さC(軌道面と鍔面の交点と鍔部頂点からなる径方向の距離)が同じだとしても、図5に示すころ端面と外輪鍔面の接触面積は、図38に示す従来例のころ端面と内輪鍔面の接触面積よりも約7%大きくなり、ころに発生する誘起スラスト力を受ける面積が外輪鍔の方が大きくなるので、接触部の応力が低くなり、ころ端面と鍔面の接触ひずみが小さくなる。
[0029]
 また、図36に示す従来例のように、内輪3の大径側端部に鍔部3bを設けると、円すいころ4に発生する誘起スラスト力は、図37に白抜き矢印で示すように、鍔部3bで受けることになり、鍔部3bに掛かる曲げ応力によって鍔部3bにひずみが生じる可能性があるが、図4に示すこの発明のように、外輪12の大径側端部に鍔部12bを設けた場合には、円すいころ14に発生する誘起スラスト力は、白抜き矢印で示すように、外輪12の鍔部12bに掛かる曲げ応力をハウジング6で受けることができるため、鍔部12bの剛性が高くなる。図36の従来例において、符号2は外輪、2aは外輪軌道面、5は保持器を示している。
[0030]
 この発明において、保持器15としては、樹脂製のものを使用することができる。
[0031]
 保持器15は、図6および図7に示すように、大径側に大径リング部15aと、小径側に小径リング部15bを有し、外径部に円すいころ14を案内するころ案内面15cを有し、内径面に円すいころ14を保持する爪15dを有する。円すいころ14を案内するころ案内面15cと円すいころ14を保持する爪15dは逆でもよい。また、保持器15の大径リング部15aの外周面に、外輪12の鍔部12bとの干渉を避ける切欠き部15eを設けている。
[0032]
 図6に示すように、円すいころ14を保持器15の外径側にあるころ案内面15cに押し当てたときのころ外接円径をPとし、図7に示すように、保持器15の内径側の爪15dに円すいころ14を押し当てたときのころ外接円径をP’とした場合、図8A、8B、8Cに示す手順で、ころ-保持器アッシーを外輪12に挿入する際に、鍔部12bの鍔高さCが同一で、接触角αと、鍔外径角度γ、|P-P’|を各種変更し、ころ-保持器アッシーの外輪12への挿入のし易さを判定した結果を表7~表11に示す。
 表7~表11の結果から、接触角が40~50°のものは、|P-P’|≧C、且つ、鍔大径側角度γが35°~50°の場合において、ころ-保持器アッシーの外輪12への挿入性が良好であるということが確認できた。
[0033]
[表7]


[0034]
[表8]


[0035]
[表9]


[0036]
[表10]


[0037]
[表11]


[0038]
 この発明の円すいころ軸受11は、接触角が40~50°であるが、外部荷重を一定とし、また軸受のPCDところのサイズと個数は一定で接触角のみを変化させたときのモーメント剛性は図34のグラフのとおりであり、また、寿命比は図35に示すグラフのとおりである。この図34と図35のグラフから各接触角に対する総合評価を行うと表12に示すとおりとなり、接触角を40~50°にすることにより、軸受のモーメント剛性と寿命を両立させることができるということが確認できた。
[0039]
[表12]


[0040]
 この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、この発明の要旨を逸脱しない範囲において、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、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内の全ての変更を含む。

符号の説明

[0041]
11  :軸受
12  :外輪
12a :外輪軌道面
12b :鍔部
13  :内輪
13a :内輪軌道面
15  :保持器
15a :大径リング部
15b :小径リング部
15c :案内面
15d :爪
15e :切欠き部

請求の範囲

[請求項1]
 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に配置される複数の円すいころと、この複数の円すいころを所定の間隔で収容保持する複数のポケットを有する保持器とを備え、前記外輪の外輪軌道面の小径側端部と大径側端部、および内輪の内輪軌道面の小径側端部と大径側端部の4つの端部のうち、外輪の外輪軌道面の大径側端部に半径方向内方に突出する鍔部を形成した円すいころ軸受において、接触角が40~50°、且つ、ころ角度が3.5°以下であることを特徴とする円すいころ軸受。
[請求項2]
 保持器の外径側もしくは内径側に円すいころの案内面を有し、且つ保持器の案内面と逆側に円すいころの脱落を防止する爪を1つ以上有し、さらに保持器の大径リング部外周面に、当該リング部の肉厚が保持器案内面を有する柱部の肉厚よりも薄くなる切欠部を形成したことを特徴とする請求項1に記載の円すいころ軸受。
[請求項3]
 保持器の案内面にころを当てたときの、ころ外接円径Pと、保持器の爪にころを当てたときのころ外接円径P’が、軌道面からの外輪つば高さCに対して|P-P’|≧Cの関係であること、且つ、鍔外径角度γが35°~50°であることを特徴とする請求項2に記載の円すいころ軸受。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8A]

[ 図 8B]

[ 図 8C]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]

[ 図 15]

[ 図 16]

[ 図 17]

[ 図 18]

[ 図 19]

[ 図 20]

[ 図 21]

[ 図 22]

[ 図 23]

[ 図 24]

[ 図 25]

[ 図 26]

[ 図 27]

[ 図 28]

[ 図 29]

[ 図 30]

[ 図 31]

[ 図 32]

[ 図 33]

[ 図 34]

[ 図 35]

[ 図 36]

[ 図 37]

[ 図 38]