JPH04282024A - 環状体の取付装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、たとえば軸受の内輪
，外輪などの環状体と、この環状体を取り付ける相手部
材との線膨張係数が相違する場合における環状体の取付
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、たとえば転がり軸受とこれを取り
付ける相手部材との線膨張係数が相違する場合の取付構
造に関する報文が、ＬＵＢＲＩＣＡＴＩＯＮ　ＥＮＧＩ
ＮＥＥＲＩＮＧ　１９８１年７月号の４０７〜４１５頁
に掲載されている。

【０００３】この転がり軸受は、図３に示すように、軸
１に取り付けられた内輪２と、図示を省略した軸箱に取
り付けられた外輪３との間に、保持器６付きの円筒ころ
５が配設されており、軸１は鋼材により、内輪２はセラ
ミック材により作られている。内輪２の軸方向の両側端
面は中心軸線に対して外開きに拡径するテーパ面であっ
て、軸１にすきまばめにより嵌合されている。この内輪
２の両側端面は、軸１にしまりばめにより嵌合された鋼
材からなる一対の間座４によって挟着されており、軸１
や間座４が熱膨張したときに、内輪２と間座４とが挟着
面上で相対的に摺動することによって過大な負荷が作用
しないようにしてある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の転がり軸受にお
いては、軸受に負荷される荷重は内輪２の両側端面のく
さび作用により拡大されて間座４に伝達されるため、内
輪２の両側端面における接触面圧が著しく増大して摩耗
，破損したり、負荷荷重が限界に達して破壊するなどの
不都合が生じることがあり、負荷荷重の上限値が小さい
値に制約されるという問題がある。

【０００５】また、内輪２と間座４とを軸１に組み付け
るに当たって、すきまばめにより嵌合されているな内輪
２と、しまりばめにより嵌合されている間座４との間で
相対滑りが生じるため、正確な心出しが困難であって組
付け作業に熟練を要し、作業性の点でも支障がある。

【０００６】この発明は上記の問題を解決して、相手部
材とは異なる線膨張係数を有する環状体の運転使用中に
、環状体の摩耗，破損等が生じ難く、また相手部材に対
して環状体の正確な組付けが容易にできる取付装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明においては、相手部材の外周または内周に
嵌合された環状体がその相手部材とは異なる線膨張係数
を有し、この環状体は、相手部材との嵌合面とは反対側
の軸方向両側の周面に、相手部材の外周または内周と固
く係合する一対の間座の円筒部を嵌合して支持してなる
取付装置であって、前記間座は、環状体とは異なる線膨
張係数を有し、環状体を相手部材に対し半径方向に弾性
的に支持した構成としてある。

【０００８】環状体に対する間座の弾性支持構造として
は、間座の円筒部を薄肉に成形するか、または、この円
筒部の基端側の底面に肉抜き部分を設けるか、あるいは
間座をばね鋼その他の弾性変形し易い材料を用いて成形
するのが好ましい。

【０００９】なお、間座の円筒部の環状体との嵌合面に
、軸方向のスリットを円周方向に間隔をおいて形成して
もよい。

【００１０】

【作用】この発明の取付装置によって相手部材に取り付
けられた環状体は、環状体に負荷された荷重を、環状体
に嵌合された間座を介して相手部材に伝達する。

【００１１】環状体の取付時と使用時または運転時との
間で温度変化が生じて、環状体と間座との間に熱応力、
しめ代の変化が発生しても、間座の円筒部が弾性変形し
て熱応力を緩和し、しめ代の変化分を吸収する。このた
め、環状体に負荷された荷重は間座を介して有効に相手
部材に伝達される。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、この発明を円筒ころ軸受の内輪（環状
体）と軸（相手部材）との組付けに適用した実施例であ
る。同図の円筒ころ軸受は、内輪２０，外輪３０および
内輪２０と外輪３０との間で保持器５１に保持案内され
る円筒ころ５０により構成されている。

【００１３】内輪２０の内周側嵌合面２１は、軸１０に
対してすきまばめにより嵌合し、内輪２０の軸方向両側
端面２２に形成された垂直面を一対の間座４０により挟
着支持した状態で取り付けてある。

【００１４】内輪２０の両側端面２２と間座４０の対向
端面とは、接触させる場合だけに限らず、適当な軸方向
すきまを介して対向させてもよい。

【００１５】各間座４０は、軸１０の外周面に嵌合する
円環部４０ａと、円環部４０ａから軸方向に突出して内
輪２０の軸方向両側端部の外周側嵌合面２３に嵌合する
円筒部４０ｂとにより構成されているが、円筒部４０ｂ
は肉厚が薄く、容易に半径方向に弾性変形し易い構造に
なっており、さらに円筒部４０ｂの基端側の底面には肉
抜き部分４１を設けて、弾性変形がより容易にできるよ
うにしてある。上記の円筒部４０ｂの薄肉構造と肉抜き
構造とは、何れか一方のみを設けてもよい。なお、間座
４０の円筒部４０ｂの内周面４３に、軸方向のスリット
を円周方向に間隔をおいて形成してもよい（図示を省略
）。

【００１６】この間座４０は、円環部４０ａの内周面４
２が、軸１０に対してしまりばめにより嵌合、または接
着，溶接，ねじ締結等により固く係合し、円筒部４０ｂ
の内周面４３が、内輪２０に対してしまりばめにより嵌
合し、内輪２０の軸方向両端部を軸１０に対して半径方
向に弾性的に支持している。

【００１７】上記の円筒ころ軸受の内輪２０の構成材料
は、たとえば窒化珪素のようなセラミック材、軸１０の
構成材料が鋼材である。外輪３０および円筒ころ５０の
構成材料は軸受鋼である。間座４０の構成材料は鋼材が
一般的であり、とくにばね鋼が好ましいが、他の弾性変
形し易い材料を用いてもよい。

【００１８】いま、上記構成の軸受の使用時における温
度が取付時よりも高温になった場合について考えると、
内輪２０を構成する窒化珪素の線膨張係数αｊ　が間座
４０を構成するばね鋼の線膨張係数αｋ　よりも小さく
、取付時における内輪２０は軸１０に対してすきまばめ
、間座４０は軸１０および内輪２０に対してしまりばめ
であるから、温度が上昇するにつれて内輪２０の外周側
嵌合面２３と間座４０の円筒部４０ｂの内周面４３との
間のしめ代は、取付時よりも減少するはずであるのに対
し、間座４０の円筒部４０ｂは内輪２０を半径方向に弾
性支持しているため、このしめ代の減少分の多くの部分
は、円筒部４０ｂが半径方向外方へ膨張（弾性変形）す
ることによって吸収されることになる。とくに、この実
施例のように間座４０をばね鋼で構成した場合には、し
め代の減少分のより多くの部分を、円筒部４０ｂの弾性
変形によってあらかじめ吸収しておくことができる。

【００１９】その結果、温度上昇の前後によって内輪２
０と間座４０との間に生じる熱応力を含む嵌合い応力の
変化は、円筒部４０ｂのこのような顕著な弾性変形がな
い場合に比べて減少し、取付時と比べてほとんど変化す
ることがない。このため、温度変化に伴う熱応力の増大
によって内輪２０を破壊するということがない。

【００２０】また、このような取付状態で軸受が負荷を
受けたときは、軸１０に作用した荷重は間座４０の円筒
部４０ｂを介して内輪２０に伝達されるが、間座４０の
円筒部４０ｂは弾性変形しながら荷重を伝達するので、
内輪２０を破壊することがない。したがって、この軸受
は有効に荷重を伝達することができる。

【００２１】また、上記実施例において、内輪２０の内
周側嵌合面２１と外周側嵌合面２３とが、それぞれ軸１
０と間座４０とに対して遅くとも軸受の使用時に固い嵌
合状態となり、かつ、内輪１０の内周側嵌合面２１にお
ける最大引張応力と、外周側嵌合面２３における最大圧
縮応力とが、それぞれ内輪２０の構成材料の各許容最大
応力よりも小さくなるように、各嵌合面２１，２３の寸
法を設定することもできる。

【００２２】このように構成すると、軸受に負荷された
荷重の一部は、間座４０を介するだけでなく、内輪２０
の内周側嵌合面２１をも介して軸１０に伝達されるから
、間座４０の分担荷重が軽減し、内輪２０の外周側嵌合
面２３に加えられる応力を減少することができ、かつ、
内輪２０が負荷された荷重によって破壊することは確実
に防止できることになる。

【００２３】なお、この円筒ころ軸受においては、間座
４０の円筒部４０ｂの軸方向端部４４の端面が円筒ころ
５０の端面に近接対向して円筒ころ５０の案内つばとし
ての機能を兼ね、さらにその軸方向端部４４の外径面が
保持器５１の内径面に近接対向して保持器５１の案内輪
としての機能を兼ねている。これらの機能はいずれか一
方のみを兼ねるようにしてもよい。

【００２４】図２は、この発明を玉軸受の内輪（環状体
）と軸（相手部材）との組付けに適用した実施例である
。同図の玉軸受は、内輪２０，外輪３０および内輪２０
と外輪３０との間で保持器５４に保持案内される玉５３
により構成され、内輪２０の内周側嵌合面２１が軸１０
にすきまばめにより嵌合され、内輪２０の軸方向両側端
部の外周側嵌合面２３には、軸１０に対して肩部１１と
軸１０に螺合したナット６０とにより固く係合する一対
の間座４０が、しまりばめにより嵌合されている。内輪
２０の軸方向両側端面２２は、中心軸線に対して外開き
方向に拡径するテーパ面に形成されており、この両側端
面２２と同一傾斜角度の対向端面をもつ一対の中間間座
４５を、軸１０に固く係合して内輪２０と間座４０との
間に配置し、中間間座４５を介して内輪２０を挟着して
ある。この実施例の間座４０は、円筒部４０ｂの先端部
分のみを薄肉構造にしてあり、図１の肉抜き部分は省略
している。

【００２５】この軸受を構成する軸１０、内輪２０、外
輪３０、玉５３および間座４０の構成材料は、図１の場
合と同じであり、中間間座４５は軸１０と同等の線膨張
係数をもつ材料により作られている。

【００２６】上記構成の玉軸受における間座４０が内輪
２０を軸１０に対して半径方向に弾性支持している構成
については、図１の場合と変わりはないが、軸受に負荷
された荷重は、内輪２０の外周側嵌合面２３を介して、
間座４０によって分担されるだけでなく、内輪２０の両
側端面２２を介して中間間座４５が分担した荷重を軸１
０に伝達することができるから、間座４０のみで荷重を
分担する場合に比べて、円筒部４０ｂの分担荷重が減少
する。

【００２７】したがって、この実施例によれば、間座４
０の円筒部４０ｂの弾性変形量が過大になることはない
ので、間座４０の構成材料から定まる許容応力の限界内
で円筒部４０ｂの一層の薄肉化を計ることができ、さら
には内輪２０の外周側嵌合面２３への熱応力を著しく減
少させることができる。

【００２８】なお、この実施例においても、内輪２０の
内周側嵌合面２１と外周側嵌合面２３とが、それぞれ軸
１０と間座４０とに対して遅くとも軸受の使用時におい
て固い嵌合状態になり、かつ、内輪２０の最大引張応力
と最大圧縮応力とが、その構成材料の各許容最大応力よ
りも小さくなるように、各嵌合面２１，２３の寸法を設
定してもよい。このように構成した場合は、軸受に負荷
された荷重は、内輪２０の内周側嵌合面２１を介しても
軸１０に伝達することができるから、間座４０と中間間
座４５の分担荷重がさらに減少し、内輪２０の外周側嵌
合面２３における応力の一層の軽減を計ることができ、
内輪２０の破壊防止もさらに確実になる。

【００２９】また、この実施例では、内輪２０の軸方向
両側端面２２の軸直角断面に対する傾斜角度θ１　，θ
２　と、内輪２０の肉厚中心における軸方向の長さＷｐ
　および直径Ｄｐ　との間に、次の関係式（１）が成立
するように角度，寸法を設定することができる。

【００３０】 　　ｔａｎθ１　＋ｔａｎθ２　＝２Ｗｐ　／Ｄｐ　…
…………（１）θ１　，θ２　は、内輪２０の軸方向両
側端面が外開き方向に拡径する場合を正、外開き方向に
縮径する場合を負とする。

【００３１】このように設定すると、内輪２０と軸１０
との線膨張係数が相違していても、軸受の取付時と使用
時との温度変化に伴う内輪２０の軸方向および半径方向
の変位差が打ち消され、内輪２０と中間間座４５との接
触面および内輪２０と軸１０との嵌合面に発生する熱応
力による影響を確実に防止することが可能となる。

【００３２】上式（１）の算定手順は次のとおりである
。いま、温度変化ΔＴによる内輪２０の軸方向両側端面
２２における軸方向の変位をΔｘ１　，Δｘ２　、半径
方向の変位をΔｙ１　，Δｙ２　とすると、　　Δｘ１
　＝（αｓ　−αｊ　）・ΔＴ・（Ｗｐ　−Ｄｐ　ｔａ
ｎθ１　）／２…（２ａ）　　Δｘ２　＝（αｓ　−α
ｊ　）・ΔＴ・（Ｗｐ　−Ｄｐ　ｔａｎθ２　）／２…
（２ｂ）　　Δｙ１　＝（αｓ　−αｊ　）・ΔＴ・（
Ｄｐ　−Ｗｐ　／ｔａｎθ１　）／２…（３ａ）　　Δ
ｙ２　＝（αｓ　−αｊ　）・ΔＴ・（Ｄｐ　−Ｗｐ　
／ｔａｎθ２　）／２…（３ｂ）ただし、αｓ　，αｊ
　は、それぞれ軸１０および内輪２０の線膨張係数であ
る。そこで、内輪２０の軸方向および半径方向に温度変
化による変位差が生じないときの条件として、 　　　　　　　　Δｘ１　＋Δｘ２　＝０………………
………………………………（４ａ）　　　　　　　　Δ
ｙ１　＋Δｙ２　＝０………………………………………
………（４ｂ）とおき、αｓ　≠αｊ　、ΔＴ≠０のも
とで式（２ａ），（２ｂ），（３ａ），（３ｂ），（４
ａ），（４ｂ）解くと、求める前記式（１）が得られる
。

【００３３】この実施例における中間間座４５は、内輪
２０の一方の側の軸方向端面のみに挟着してもよい。ま
た、中間間座４５の取付けについては、図示した場合の
ほか、中間間座４５を軸１０に固く係合したのち、中間
間座４５の外周面に間座４０をしまりばめ等により固く
係合するか、あるいは中間間座４５と間座４０とを接合
して一体にしたものとするか、または一体に形成したも
のを用いてもよい。

【００３４】前記各実施例では、セラミック材からなる
内輪を鋼材からなる軸に取り付けた場合について説明し
たが、この発明はこのような場合に限らず、たとえば鋼
材からなる内輪をステンレス鋼、黄銅、アルミニウム合
金等の材料からなる軸に取り付ける場合についても同様
に適用することができる。

【００３５】また、この発明は、内輪と軸との線膨張係
数が異なる軸受だけでなく、外輪と軸箱との線膨張係数
が異なる軸受についても適用することができる。また、
この発明は、軸受の使用時における温度が取付時の温度
よりも高温になる場合に限らず、軸受の取付時よりも使
用時の方が低温になる場合についても適用することがで
きる。

【００３６】さらに、この発明は、転がり軸受だけでな
く、滑り軸受その他の装置の構成部材である環状体を、
線膨張係数の異なる相手部材に取り付ける場合にも適用
することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
、相手部材と相手部材に嵌合される環状体との線膨張係
数が異なる場合に、環状体に負荷された荷重を、環状体
に嵌合された間座を介して相手部材に伝達することがで
き、環状体の取付時と使用時との間の温度変化により、
環状体と間座との間で熱応力、あるいはしめ代の変化が
発生しても、環状体に嵌合されている間座の円筒部は、
環状体を相手部材に対して半径方向に弾性支持している
ため、発生した熱応力やしめ代の変化分を緩和、吸収し
て、環状体を破壊することなく、荷重を有効に伝達する
ことが可能となる。

【００３８】さらに、この発明によれば、環状体の相手
部材に対するはめ合いすきまを小さくすることができる
ため、取付時における心出しが容易になるだけでなく、
運転使用時においても、相手部材に対する同心性を高精
度に保持することができるため、取り付けられた装置の
高性能が維持され、信頼性の高い取付装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を円筒ころ軸受に適用した実施例を示
す上半部縦断側面図である。

【図２】この発明を玉軸受に適用した実施例を示す上半
部縦断側面図である。

【図３】従来の円筒ころ軸受の取付装置を示す上半部縦
断側面図である。

【符号の説明】

１０　　　　軸（相手部材） ２０　　　　内輪（環状体） ２１　　　　内輪の内周側嵌合面 ２３　　　　内輪の外周側嵌合面 ４０　　　　間座 ４０ｂ　　間座の円筒部 ４１　　　　肉抜き部分 ４２　　　　間座の軸に対する嵌合面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　相手部材の外周または内周に嵌合され
   た環状体がその相手部材とは異なる線膨張係数を有し、
   この環状体の相手部材との嵌合面とは反対側の軸方向両
   側の周面に、相手部材の外周または内周と固く係合する
   一対の間座の円筒部を嵌合してなる取付装置であって、
   前記間座は、環状体とは異なる線膨張係数を有して環状
   体を相手部材に対し半径方向に弾性的に支持しているこ
   とを特徴とする環状体の取付装置。
2. 【請求項２】　　間座の円筒部を薄肉に成形するか、ま
   たは円筒部の基端側の底面に肉抜き部分を設けた請求項
   １記載の環状体の取付装置。
3. 【請求項３】　　間座が、ばね鋼その他の弾性変形し易
   い材料からなる請求項１または２記載の環状体の取付装
   置。