JP2004239399A

JP2004239399A - 円すいころ軸受

Info

Publication number: JP2004239399A
Application number: JP2003031283A
Authority: JP
Inventors: Yuji Nakano; 裕司中野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】円すいころ軸受のすべり摩擦を低減する。
【解決手段】円すいころ軸受を、内周部に軌道面を有する外輪と、外周部に軌道面を有する内輪と、外輪の軌道面と内輪の軌道面との間に組み込まれる円すい台状のころと、前記内輪の軌道面の外周側に配置される環状の案内輪とを有し、案内輪はころの大端面に当接する面部を有し、案内輪と内輪との間に該内輪の軸心に沿った方向の荷重を負荷し得るスラスト軸受を備えてなる構成とする。案内輪はスラスト軸受によって内輪に対し、その軸心回りに回動可能である。したがって、案内輪は面部を介して当接するころによって回転力を受け、略ころの公転速度と同じ回転速度において回転するから、ころに加わるスキューモーメントが低減され、その結果ころの側面と内輪、外輪の軌道面とのすべり摩擦が低減される
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円すいころ軸受に関し、特に、転動時における摩擦の低減に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円すいころ軸受は、円すい台状のころを転動体とし、外輪と内輪とにそれぞれテーパ状に軸方向の径変化を設けて形成された軌道面を有する軸受である。このような円すいころ軸受は、ラジアル荷重および一方向のアキシアル荷重を負荷することができ、広く用いられている。
【０００３】
ところで、円すいころ軸受のころには、負荷によってころを大端面側に、軸方向に押す力が加わる。これに対し、ころを保持するため、通常内輪にころの大端面と当接するつば部が形成される。
【０００４】
このような円すいころ軸受において、純ころがりであったとすると、ころの側面と内輪の軌道面とのそれぞれの速度ベクトルは、軸受の軸方向にわたって等しくなる。これに対し、ころの大端面と内輪のつば部とのそれぞれの速度ベクトルは、ころの大端面の径方向に沿ってずれが生じ、すべり摩擦が発生する。
【０００５】
すなわち、図１は、円すいころ軸受の内輪の軌道面における回転時の速度ベクトルＡ１Ｂ１および、この軌道面より内輪の軸心Ｏ１からの径が大きいつば部の表面における速度ベクトルＣ１Ｄ１を示す図である。図１に示すように、各速度ベクトルは、軸受の軸心Ｏ１からの半径に比例して大きくなる。一方、図２は、ころの軌道面における回転時の速度ベクトルＡ２Ｂ２および、この軌道面よりころの軸心Ｏ２からの径が大きい大端面の表面における速度ベクトルＣ２Ｄ２を示す図である。図２に示すように、各速度ベクトルは、このの軸心Ｏ２からの半径に比例して大きくなる。
【０００６】
ここで、Ａ１Ｃ１間の距離と、Ａ２Ｃ２間の距離が等しく、かつＯ１Ａ１間の距離と、Ｏ１Ａ２間の距離が等しいとすると、軌道面およびころの側面における速度ベクトルＡ１Ｂ１とＡ２Ｂ２とは等しくなるから、ここではすべりが生じない。一方、大端面とつば面との接触面上の点、Ｃ１およびＣ２においては、内輪側の速度ベクトルＣ１Ｄ１は、ころ側の速度ベクトルＣ２Ｄ２よりも大きくなり、すべり摩擦が生ずる。
【０００７】
このようなすべり摩擦を低減することを目的として、２列の円すいころ列を対として組み合わせ、各列の円すいころの大端面どうしを接触させて円すいころのころ軸方向の移動を規制することが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特表２００１−５２０３５４号公報（第１ページ、図３等。）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来技術においては、各列の円すいころの公転速度が等しくなければならない。理論上、列ごとに公転速度を等しくすることは可能であるが、実際には製作上の誤差から異なってくると思われる。公転速度が列ごとに少しでも異なると、ころを正規の自転軸から傾けようとするスキューモーメントが生じ、ころの自転軸が傾く現象（スキューイング、またはスキューと称される。）が生ずる。スキューが生じると、ころの側面と内外輪の軌道面との間で相対すべりが生じ、すべり摩擦が増大することが懸念される。
【０００９】
上述した問題点に鑑み、本発明の課題は、円すいころ軸受のすべり摩擦を低減することにある。
【００１０】
【課題を解決する手段】
本発明は、内周部に軌道面を有する外輪と、外周部に軌道面を有する内輪と、外輪の軌道面と内輪の軌道面との間に組み込まれる円すい台状のころと、前記内輪の軌道面の外周側に配置される環状の案内輪とを有し、案内輪はころの大端面に当接する面部を有し、案内輪と内輪との間に該内輪の軸心に沿った方向の荷重を負荷し得るスラスト軸受を備えてなる円すいころ軸受によって上述した課題を解決する。
【００１１】
本発明によれば、案内輪はスラスト軸受によって内輪に対し、その軸心回りに回動可能である。したがって、案内輪は面部を介して当接するころによって回転力を受け、略ころの公転速度と同じ回転速度において回転するから、ころに加わるスキューモーメントが低減され、その結果ころの側面と内輪、外輪の軌道面とのすべり摩擦が低減されると同時に、案内輪ところ頭部のすべり摩擦が低減されるという効果がある。
【００１２】
なお、本発明におけるスラスト軸受は、ころが大端面側に進行しようとする力に相当するスラスト力、換言すればアキシアル力を負荷し得るものであればよいが、例えば、スラスト玉軸受を適用することができる。また、スラストころ軸受を適用することもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用してなる円すいころ軸受の一実施形態について説明する。図３は、本実施形態の円すいころ軸受の環状部を径方向に切断して見た状態を示す断面図である。図３に示すように、本実施形態の円すいころ軸受１は、支持対象の軸が挿入される筒状またはスリーブ状の内輪３と、内輪３と略同心となるように配置されるリング状の外輪５と、内輪３および外輪５の軌道面間に組み込まれるころ７とを有する。ころ７は円すい台状に形成されたいわゆる円すいころであり、その自転軸は、小端面側が内向き、大端面側が外向きとなるように、回転軸の軸方向に対し角度をつけられている。そして、内輪３および外輪５のそれぞれの軌道面９、１１は、ころ７の側面と適切なクリアランスを有して対向し、当接可能に形成されている。
【００１４】
そして、内輪３に対し径方向で見ると軌道面９よりも外周側であって、軸方向においてはころ７の大端面側に配置される環状の案内輪１３が設けられている。案内輪１３は、ころ７との大端面側の内縁部を面取りして形成され、この大端面と当接する面部を有する。図３に示すように、この面部は、ころ７の大端面に対し、大端面の中心部より内輪３の軸心に近い位置において接する。一方、内輪３は、案内輪１３のころと当接する側と反対側の端面に対向して、内輪３の端部から外側につば状に張り出して形成されたつば部１５を有する。そして、案内輪１３のつば部１５に対向する端面と、この端面に対向するつば部１５の表面とに、それぞれ円弧状に掘り込まれた溝が形成されている。この各溝の円弧は、略共通の中心を有する関係となっている。そして、両者の溝を軌道面として転動する玉１７が周状に複数配列されており、これによって内輪３と、案内輪１３とは、一組の単列スラスト玉軸受を構成している。なお、この玉１７の中心の位置は、軸受１の軸心からの半径に着目すると、ころ７と案内輪１３が当接する面部よりは半径が大きく、また、ころ７の大端面の中心よりは半径が小さいような位置となっている。なお、案内輪１３の内周面は、つば部１５を除く内輪３の外周面と適当な間隔を隔てている。
【００１５】
ここで、内輪３の径方向断面形状に着目すると、ころ７の小端面側に相当する軌道面の端部には、軌道面から突出してころ７の小端面と当接するつば部が形成されている。一方、ころ７の大端面側に相当する軌道面の端部には、大端面と当接するつば部は、本実施形態の場合には設けていない。なお、つば部１５の案内輪１３とは対向しない側の面は、内輪３の軸心に対して垂直な平坦面上に形成されている。
【００１６】
また、外輪５の外周面と内周面とは同心状に配置され、いずれも軸方向にわたって径の変化はない。軌道輪はその内周面から外周面にかけて、断面で見ると、ころ７の側面とは当接しない範囲も含めて直線状に形成されている。そして、外輪５の軌道面が形成されている側とは反対側の端面は、外輪５の軸心に対して垂直な平坦面として形成されている。
【００１７】
そして、案内輪１３は、内輪１５のつば部１５と略同じ外径を有する。ちなみに、外輪５の外径は、これらの外径よりも大きい。
【００１８】
次に、上述した本実施形態の円すいころ軸受の動作について説明する。まず、軸受本来の役割に起因して、内輪３と外輪５とが軸受１の軸周りに相対的に回転すると、ころ７は、内輪３と外輪５との相対運動に応じた回転速度で自転し、かつ公転する。なお、ころの自転とは、円すい台状のころがその円すい台の軸心回りに回転することを指し、公転とは、軸受１の軸心回りに回転することを指す。一方、案内輪１３は、スラスト玉軸受の介在により内輪１５に対し、ほとんど抵抗なく回動可能であるとともに、自転しかつ公転しているころ７の大端面からの入力を受ける。その結果、案内輪１３は、ころ７の公転速度と略同じ回転速度で軸受１の軸回りに回転する。なお、このとき、ころ７と玉１７との軸受１の軸心に対するいわゆる公転速度は、異なっていても問題ない。
【００１９】
以上のように、本実施形態によれば、ころの自転軸方向力を、ころの公転速度と略同じ回転速度で自転する案内輪によって負荷しているから、案内輪ところ頭部間で発生するすべり摩擦が小さく、スキューの発生を極限まで抑えることができるので、ころの側面と各軌道面とのすべり摩擦が低減される。
【００２０】
ところで、図４は、一般的な円すいころ軸受における回転数と、すべり摩擦、転がり摩擦およびこれらの和である全体の摩擦にそれぞれ消費されるトルクの関係を示したグラフである。これによれば、すべり摩擦は回転数が低いときに大きなトルクを消費する傾向がある。したがって、本発明によれば、すべり摩擦が低減される結果、軌道トルクおよび低速運転時の消費トルクを低減することができる。
【００２１】
なお、上述した実施形態においては、案内輪と内輪との間にスラスト玉軸受を適用しているが、この軸受はいわゆるスラスト力ないしはアキシアル力を負荷し得るものであれば、これに限らず適宜発明の範囲内で他の種類の軸受を適用することができる。例えば、スラストころ軸受を適用してもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、円すいころ軸受のすべり摩擦を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】円すいころ軸受の内輪の軌道面における回転時の速度ベクトルおよび、この軌道面より内輪の軸心からの径が大きいつば部の表面における速度ベクトルを示す図である。
【図２】ころの軌道面における回転時の速度ベクトルおよび、この軌道面よりころの軸心からの径が大きい大端面の表面における速度ベクトルを示す図である。
【図３】本発明を適用してなる円すいころ軸受の一実施形態の径方向断面図である。
【図４】円すいころ軸受における回転数と、すべり摩擦、転がり摩擦および全体の摩擦にそれぞれ消費されるトルクの関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１軸受
３内輪
５外輪
７ころ
９軌道面
１１軌道面
１３案内輪
１５つば部
１７玉

Claims

内周部に軌道面を有する外輪と、外周部に軌道面を有する内輪と、前記外輪の軌道面と前記内輪の軌道面との間に組み込まれる円すい台状のころと、前記内輪の軌道面より外周側に配置される環状の案内輪とを有し、前記案内輪は前記ころの大端面に当接する面部を有し、前記案内輪と前記内輪との間に該内輪の軸心に沿った方向の荷重を負荷し得るスラスト軸受を備えてなる円すいころ軸受。
前記スラスト軸受は、スラスト玉軸受であることを特徴とする請求項１に記載の円すいころ軸受。
前記スラスト軸受は、スラストころ軸受であることを特徴とする請求項１に記載の円すいころ軸受。