JPS602533B2 - 分割軸受リングの製作方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、クランクピン軸受等に使用される分割軸受
リングの製作方法、特に軸受リングの非転送面となる内
径面又は外蓬面に一方の側面から他方の側面にかけて譲
りングの鞠線方向に対して斜方向又は山形に走る断面Ｖ
形の功欠溝を形成し、熱処理硬化後この溝に沿ってクサ
ビ状の治工具で以て軸受リングの半径方向に被断荷重を
作用させ、軸受リングを上記切欠溝に沿って破断分割す
る方法に関するものである。

一般に、分割軸受リングは、破断分割しようとする軸受
リングの端面又は内径の一部に予め切欠溝を入れ、リン
グ圧嬢の方法で破断分割して釆た。

ところが、この従来の方法であると、軸受リングの破断
分割線が軸受リングの軸方向と平行な方向に限られる点
に問題があった。即ち、破断分割線が藤受リングの鞠線
と平行であると、、分割軸受として使用した際、荷重負
荷により分割軸受リングが楕円形に変形し、かつ、その
合わせ目にスキマができ、この合わせ目のスキマの位置
を軸受リングの麹線と平行にころがる転動体（コロやニ
ードルの場合は特に顕著）が通過するとき、このスキマ
に転勤体が落ち込むようになり、転勤体及び軸受リング
に損傷が生じ、振動騒音が激しくなると共に、逆に、上
記合わせ目が強く当綾し合って大きな応力集中を起こす
ことがあり、軸受寿命を低下させる問題点があった。

これを防止するためには、破断分割線を軸受リングの鞠
方向に対して所定の角度でもつて斜めに或いは山形に破
断分割することが望ましいのである。ところが、従釆、
そのような破断分割が困難であって、特に肉厚品の場合
は通常は旋削カッターによって分割を行っている。この
旋削の場合は、軸に対して所定の角度で以て分割するこ
とは可能であるが旋削カッターの厚さに相当する切断代
が必要となり、両方を合わせたとき、上読切断代だけ小
さいリングとなるため、２個の素材から１個の製品しか
得られず、材料の無駄が大きいため、材料の歩留まりが
悪くまた生産性の点で問題がある。従って、材料歩留ま
りの点からは破断分割が有利であり、その場合、軸受リ
ングの破断分割に当って鞠線に対して所定の角度で以て
割ることは、軸受転送面において、破断分割線（合わせ
目）が接触楕円の長軸方向と平行以外の角度で交わって
いることが大切であり、線接触或いはこれに近似の転動
体接触に対しては、接触面が破断分割線のほんの一部分
と接触することになり、破分割部における応力集中を大
中に減じ、軸受寿命の著しい改善につながるため必須条
件といえる。この発明は、上記課題に鑑み開発したもの
で、以下この発明の構成を第１図乃至第１１図に示す実
施例に従って説明すると次の通りである。第１図は、こ
の発明を適用する第１の実施例を示す図面である。図面
において、１は軸受リング、２は軸受リング１の破断分
割のために予め軸受リング１の非転走面となる内径面又
は外径面の一方の側面から他方の側面に及んで軸線方向
に対して斜めに設けられるほぼ断面Ｖ形の切欠溶である
。即ち、軸受リング１は第２図に示すクサビ状の治工具
３によって、斜めの切欠溝２に沿って半径方向の破断荷
重を作用させて破断分割させる。外径１０８．５■×内
径８５■×中４１側のりングを破断分割するに要した破
断荷重は約６トンであった。第３図及び第４図は、この
発明を適用する第２の実施例を示す図面及び要部拡大図
で、軸受リング１１を山形の切欠溝１３，１４に沿って
破断分割する場合である。図面において、１２は軸受リ
ングの軸万向幅の中央に予め設けられる小孔、１３及び
１４は両側面からこの小孔１２に向かって設けられるほ
ぼ山形をなす断面Ｖ形の切欠溝である。即ち、軸受リン
グ１１の軸方向幅の中央に小孔１２を予め設け、両側か
ら対称な山形をなすようにほぼＶ形の切欠溝１３及び１
４を入れる。そして、この素材を熱処理硬化及び研磨し
、熱処理硬化及び研磨の後、クサビ状の治工具で軸受リ
ング１１の半径方向に被断荷重を作用させて、先ず切欠
溝１３側を破断させ、次いで他方の切欠溝１４側を破断
させる。軸受リング１又は１１の切欠澄２又は１３及び
１４に作用させるクサビ状の治工具の応力状態を説明す
ると次の通りである。

一般に、切欠先端の応力場を表すための座標を第５ａ図
の如く取ると、切欠溝底近傍Ａ点のＹ方向応力成分ｏｙ
は、日，ＴＡＤＡ、Ｐ，ＰＡＲＩＳ、Ｇ ，ＩＲＷ瓜著
１９７３年ＤＥＬ ＲＥＳＥＡＲＣＨＣＯＲＰＯＲＡＴ
ＩＯＮ（米国）発行「ｍｅ ＳｔｒｅｓｓＡｎａｌ侭ｉ
ｓ ｏｆ Ｃｒａｃｋｓ ＨＥｎｄ ｂｏｏｋ」Ｐ．１
．１〜１．８、Ｐ．２．２ふＰ．２．２６の記載により
次式で表される。

上記式は切欠溝底、すなわち、ｒ＝２、８＝０で最大値
を取るので、 で表される。

今、第５ｂ図の如くクサビ状梢工具の破断荷重の作用方
向と直交する方向の応力Ｐが作用する時の応力拡大係数
Ｋは前記文献より一般にＫ＝−声・Ｆ（ａノｂ）…．・
・（２） で表される。

前記（２）式を（１）式に代入すると 。

ｍ似＝；≦；・Ｆ事砦……（３）が得られる。

ここで、ｐは切欠溝の曲率、ａは切欠きの深さ、ｂは肉
厚寸法、Ｆ（ａ／ｂ）は補正係数であって、この補正係
数は前記文献より一般に下記の実験式が用いられる。

ところで、Ｆ（ａ／ｂ）／ノ夕は切欠きの深さａによっ
て第６図の如く変化する。

前記（３）式において、ｐを一定とし、破断応力として
のｏｍａｘは材料によって一義的に決まるとすれば、Ｆ
（ａ／ｂ）／ゾ；が大きくなればＰが小さくなる。

すなわち破断荷重が４・さくなる。故に、切欠き深さａ
は小さい方が有利である。又、圧縮応力Ｗと応力Ｐの間
の関係はクサビ状袷工具の刃先角度２のこ依存し、次式
で表される。Ｐ＝Ｗすｏｔ８ 即ち、クサビ状沿工具の刃先角度は４・さし、方が有利
である。

但し上記刃先角度は切欠溝の切欠角度よりも大きい。今
、軸受鋼の破断応力ｏｍａｘを１８０ｋｇ／側２とすれ
ば、亀裂発生時の亀裂尖端の応力拡大係数Ｋｃは、（１
）式のＫをＫｃに置き代えた式肌似＝努葦肌（１′）よ
りＫＣ＝。

ｍ生布で．．…・（５）で表され・この式にｏｍａｘ＝
１８０ｋ９／脚２ を代入してＫＣ＝型無＝９叫句・・
．・・・（５′）とも表すことができる。

また、破断発生時の荷重をＰｃ、破断発生時にできた亀
裂深さ（切欠深さと同じと考える）をＣ（ｃｒｉｔｉｃ
ａｌ）を添字してａｃと表し、Ｆｃ（ａ／ｂ）も同様に
破断発生時のａｃを用いて第６図から求められる補正係
数を用いて表すと、Ｋｃはまた、（２）式から、ＫＣ＝
劣芸Ｃ（ａ／ｂ）・・…・（６） 比：髪鱈悪仙（６′） 一方、亀裂発生後、さらに破断発生時の荷重Ｐｃがその
まま作用してさらに亀裂が進展してゆく時の亀裂尖端の
拡大係数Ｋは、（２）式のＰの代わりにＰｃを代入して
Ｋ＝者Ｆ（ａ／ｂ）と表すことができ、この式に（６′
）式を代入するとＫ：−者Ｆ（ａ／ｂ） ＝｛Ｋ器鰐憲｝‐ゾ≧ａＦ（ａ／ｂ） 帯鯖・筆砦 ＝ＫＣ無機殻 と変形でき、この式に（５）式を代入するとＫ＝９０布
市無難篭・・・・・・（７）が得られる。

上記（７）式中のＦ（ａ／ｂ）／ゾ；の関数値は第６図
のグラフからわかるように実用的な範囲（ｂ；１０〜６
０豚、ａ＝１〜３肋）では、ほぼ１前後であり、少なく
とも０．５以上であると共に、バエノＦｃ（ａ／ｂ）も
実用的範囲（ｂ＝１０〜６Ｑ舷、ａＣ＝１〜３肌）では
ず交／Ｆｃ（ａ／ｂ）＝１，４〜０．７となるので、上
記（７）式中の関数値の分母、分子は、署髪器＞〇．５ の値となり、上記（７）式は Ｋ〉９０ゾ；不×０．５ ……（７′）
となる。

今、軸受鋼の破壊靭性値Ｋ１ｃ（亀裂をもつ材料が亀裂
から破断する時の強さを表したもので、定性的には、硬
い材料ほどこの値が小さくなり、添字１は引張応力がか
かった場合で第７図のような式及び関数で表され、また
、添字ＣはｃｒｉｔｉＣａｌを意味する）をＫに＝５０
ｋ９〆嵐ノ側２ とすれば、（７′）式のＫはＫ＞Ｋ１
ｃ：５０より、ｐ＞０．４肌に対しては切欠溝に亀裂発
生後、一挙に被断することがわかる。

尚、上記において、功欠溝の切欠き角度は、亀裂停止孔
径公、切欠溝底曲率ｐ、クサビ状袷工具の刃先角度２８
、切欠形状の各々の実用的範囲の条件は次の通りである
。

イ 切欠き角度Ｑ： 単に軸受リングの非転走面となる内径面又は外隆面の一
方の側面から他方の側面に及んで鞠線方向に対して角度
Ｑをもたせて斜め方向に破断分割する場合、一定荷重に
対する亀裂尖端の応力拡大係数Ｋは、のこ対して第７図
のように変化し、Ｑが小さい程破断荷重が小さくて良い
。

ところで、角度Ｑが小さいと転動接触による応力集中が
大きく、両者の兼ね合いで角度ばは決定されるべきであ
る。この応力集中の程度は、転勤体、軸受リングの転送
面の曲率に左右され、その点においてＱは決められるべ
きものであるが、破断分割時の破断荷重が大きいことは
、分割軸受リングの製作上特別大きな問題ではないため
、角度Ｑは１０〜３０ｏが適当である。ロ 亀裂停止孔
径×：一方山形に破断分割する場合は、第３図及び第４
図で示す軸受リングの軸方向幅の中央の孔で亀裂が止ま
ってくれることが必要条件となる。

従って、孔の半径をｒとし孔から離れた位置に発生した
亀裂が孔に向けて進展してゆくものと考えた時の亀裂尖
端の応力拡大係数ＫはＫ：方声Ｆ（ａ／ｂ）……（２′
と表し得る。

即ち、上記（２′）式は第８ａ図の如く、亀裂が板の中
央にあると考えた場合であり、この場合は、第８ｂ図の
左図と右図とを合体させたもの（第８ｂ図の右図は第８
ｃ図に対応）と同じと考えてよいのであり、第８ａ図と
第８ｂ図を比較すれば、Ｐ′＝がであるので、上記（２
′）式は（２）式と同じように表し得ることがわかる。

次に、上記亀裂が第８ｄ図の如く孔に向けて進展してゆ
き、孔に到達したとすると、この時の孔内周の応力ｐｍ
ａｘは一郎 −一一一・”．・・（１′） 。

肌Ｘ一〆市と表すことができ、また、このとき、最初の
功欠溝底曲率をｐとすると、亀裂尖端の応力拡大係数Ｋ
は、前記（７）式と同様にＫ＝９０岬箸．吉鰐寿肌（７
） 叢書を偽点；三，嘉薄紫 Ｆ５濠ｂ）１洲・７の範囲となる。

上記事項を第８ｄ図に示す如く、最初の亀裂深さを松と
し、孔位置が軸受リングの鞠方向幅の中央にある場合で
考えると、この場合は、ａ／ｂ＝０．５となり、これを
（４）式に代入して補正係数Ｆ（ａ／ｂ）を求めると、
Ｆ（ａ／ｂ）＝４８７となり、この値と、Ｆ再審声の実
用的範囲での下限値０．７とを（７）式に代入して上記
、亀裂が孔に到達した場合の亀裂尖端の応力拡大係数Ｋ
を考えると、Ｋ＝９０何様馬Ｘ竿 〉９０布下柳Ｘ料 となり、次に、亀裂発生後、一挙に破断する条件（ｐ＞
０．４）で考えると、上記Ｋは、Ｋ＞９肌技町柳Ｘ砦業 ところで、亀裂が孔に到達した瞬間には、第９図に示す
如き状態となり、孔の拡大係数Ｋは２倍となる。

従って、上式は Ｋ＞２×竿 となり、これを前記（１′）式に代入して考えると、と
なる。

即ち、第８ｄ図のような条件をとった場合で、例えば、
軸受リングの麹方向の中４ｂが、１８．６×４肋の場合
、ａ／ｂ；０．５の関係より、ａは９．３となり、この
場合での孔の半径ｒは上式よりｒ＞２であることが亀裂
が孔で止まる必要条件である。一挙に彼断する場合は、
ｐＺＯ．４であり、ｒはｐが大きくなるにつれて増加す
る。転勤寿命の面から孔径公は小さい方が望ましいから
、切欠溝底曲率ｐを小さくすることが望ましく、特に切
欠溝底曲率ｐは０．４〆下が適当である。但し、切欠溝
底曲率ｐが４・さし、と、熱処理硬化時に焼割れが発生
する可能性があるので、切欠溝底曲率ｐには下限が必要
で、次にそれを述べる。ハ 切欠溝底曲率ｐ： 燐割れ発生の際の軸受材料に作用する応力を３０ｋｇ／
側２以上と考え、熱処理硬化後の残留応力を十５ｋ９／
柳２以下とすると、断面Ｖ形の切欠の形状係数ｋｔはｋ
ｔ＜６の範囲で焼割れを発生しない。

これを切欠溝底曲率の領域として第１０図に示した。切
欠溝曲率ｐはｐ＝０．４側とする場合、切欠き深さａは
６肋まで許されることになる。ニ クサビ状拾工具の刃
先角度２８： クサピ状袷工具の刃先角度２８‘ま、小さい方が破断荷
重が小さくなるので良いが、クサビ状袷工具の刃先の観
点から２０ｏ＜２０Ｓ６０ｏが適当と考える。

ホ 切欠溝の断面形状： 第１１図に示す通りで、２０＜２０である。

クサビ状袷工具による破断応力を作用させることによっ
て、軸受リング、クサビ状給工具は共に塑性変形するた
め、？、８間の角度差は、ある程度必要であるが、クサ
ビ状袷工具による破断応力の大きさ、材料の硬度に左右
されるので必ずしも明確ではないが、一般の軸受リング
では２０−２０＞２００あれば十分である。以上説明し
たように、この発明は軸受リングの非転送面となる内径
面又は外蓬面に一方の側面から他方の側面にかけて譲り
ングの軸線方向に対して斜め方向又は山形に走る断面Ｖ
形の切欠溝を形成させ、熱処理硬化後、上記切欠溝の断
面Ｖ形の切欠角度よりも大きいクサビ角度の刃先を備え
るクサビ状の治工具を上記切欠溝に当接し、軸受リング
の半径方向に破断荷重を作用させて軸受リングを上記切
欠溝に沿って破断分割することを特徴とする分割軸受リ
ングの製作方法が要旨であり、従って、この発明の製作
方法によって、任意の方向に容易に軸受リングをわるこ
とができ、歩止まりも良く、生産性も良い。

即ち、クサピ状袷工具を利用する際の破断荷重は、切欠
き溝底の曲率には左右されるが、肉厚の大小の影響は少
ないので、肉厚品においてもこの方法は極めて有効であ
る。しかも構成が簡単で、実用上のメリットが極めて大
きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示す立体図、第２図
まその割り方を示す図面である。 第３図はこの発明の第２の実施例を示す立体図で、第４
図はその要部の拡大図である。第５ａ図は平板の場合の
クサビ状袷工具による応力状態を示す図面で、第５ｂ図
は軸受リングに適用した場合の説明図である。第６図は
切欠き深さａに対する割れの変化Ｆ（ａ／ｂ）／ゾ；を
示す図面である。第７図は切欠角度Ｑに対するＫＩの変
化を示す図面である。第８ａ図〜第８ｄ図は軸受リング
に設けられる孔と亀裂の関係を示す図面である。第９図
は亀裂が孔に到達した瞬間を示す図面である。第１０図
は切欠き深さａに対する暁割れしない為の切欠き溝底曲
率ｐ領域を示す図面である。そして第１１図は軸受リン
グの切欠溝角度２０に対するクサビ状袷工具の刃先角度
２０の関係を示す図面である。１・・・・・・軸受リン
グ、２・・・・・・断面Ｖ形の切欠溝、３・・・・・・
クサビ状給工具、１１・・・・・・軸受リング、１２・
・・・・・小孔、１３，１４・・・・・・切欠溝。 第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第８図 第６図 第７図 第９図 第１０図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 軸受リングの非転送面となる内径面又は外径面に一
   方の側面から他方の側面にかけて該リングの軸線方向に
   対して斜め方向又は山形に走る断面Ｖ形の切欠溝を形成
   させ、熱処理硬化後、上記切欠溝の断面Ｖ形の切欠角度
   よりも大きいクサビ角度の刃先を備えるクサビ状の治工
   具を上記切欠溝に当接し、軸受リングの半径方向に破断
   荷重を作用させて軸受リングを上記切欠溝に沿って破断
   分割することを特徴とする分割軸受リングの製作方法。