JP2002276652A - 円筒ころ軸受 - Google Patents

円筒ころ軸受

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JP2002276652A
JP2002276652A JP2001078924A JP2001078924A JP2002276652A JP 2002276652 A JP2002276652 A JP 2002276652A JP 2001078924 A JP2001078924 A JP 2001078924A JP 2001078924 A JP2001078924 A JP 2001078924A JP 2002276652 A JP2002276652 A JP 2002276652A
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roller
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JP2001078924A
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Yoshinori Ueshima
好紀 植島
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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    • F16C23/082Ball or roller bearings self-adjusting by means of at least one substantially spherical surface
    • F16C23/084Ball or roller bearings self-adjusting by means of at least one substantially spherical surface sliding on a complementary spherical surface
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高負荷容量で調心性があり、且つ、ころと軌
道を線接触として、ころの摩擦モーメントバランスの不
釣り合いを生じ難くする。 【解決手段】 内輪12と外輪10の間に円柱状のころ
14が挿入された円筒ころ軸受において、外輪10の外
径面10Bを、軸受中心からの距離よりも大きな半径の
球面形に形成し、前記外径面10Bに、外輪10の外表
面が略円筒形となるよう、外輪よりも変形し易い弾性素
材30をコーティングする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、円筒ころ軸受に係
り、特に、ロールの撓みや施工時のミスアライメントが
問題となる部位に用いるのに好適な、ミスアライメント
許容型の円筒ころ軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば圧延ロールのような高負荷の回転
体を支持する、高負荷容量の軸受の1つに、図1に示す
如く、図の下方の軸受箱(図示省略)側に配置される外
輪10の内表面によって構成される外輪軌道10Aが、
軸中心と一致する球面形で構成されており、図上方の回
転体(図示省略)側に配置される内輪12との間に配設
される転動体(ころと称する)14が軌道10Aからは
み出さない範囲で、0.5°以上の調心が可能な、いわ
ゆる自動調心ころ軸受がある。図において、16は、こ
ろ14を保持するための保持器である。
【0003】又、図2に示す如く、外輪軌道10Aの球
面中心は、軸中心と一致しないが、ころ14端部と軌道
の隙間及び軸受全体での隙間により調心(設計次第で自
動調心並の調心可能)可能としたトロイダル軸受もあ
る。このトロイダル軸受は、軸受内部で、軸方向の逃げ
が、可能(一般的に軸受幅の10%まで可能)であり、
更に、低速では、保持器16を省略した総ころ化も可能
である。
【0004】あるいは、図3に示す如く、球面座18と
外輪10の外径面10Bで調心可能とした球面座付円筒
ころ軸受もある。この球面座付円筒ころ軸受の内部機構
は、通常の円筒ころ軸受と同じであり、軸受内部で軸方
向に逃げが可能であると共に、低速では総ころ化も可能
である。
【0005】又、図4に示す如く、球面座18と外輪1
0の外径面10Bの球面間で調心可能とした球面座付円
錐ころ軸受もある。この球面座付円錐ころ軸受の内部機
構は、通常の円錐ころ軸受と同様である。
【0006】あるいは、図5に示す如く、内径面20A
を球面にした専用の軸受箱(チョックとも称する)20
と、球面に成形した外輪10の外径面10Bの間で調心
する調心機能付軸受ユニットもある。この調心機能付軸
受ユニットの内部構造は、通常の円筒ころ軸受などと同
じである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図1に
示した自動調心ころ軸受は、曲面間の傾斜接触であるた
め、ころ14に紙面に垂直な方向のスキューモーメント
が常時作用し、ころ14が横向きになる傾向があるた
め、潤滑条件が悪く、摩擦力の絶対値が大きいと、ころ
スキューの影響が出るという問題点を有する。
【0008】又、図2に示したトロイダル軸受は、温度
の高い定常使用状態で正立位置を保つように、温度の低
い組込み時に、熱膨張分だけオフセットして組み込む必
要があり、正立状態を保てなければ、自動調心ころ軸受
より程度は軽いが、同様の挙動不安定の問題を内在す
る。
【0009】又、図3及び図4に示した球面座付ころ軸
受は、いずれも、ころ14のサイズが球面座18の分だ
け小さくなるという物理的制約のため、特に、保持器1
6付の場合には、負荷容量が小さく、例えば自動調心こ
ろ軸受の場合より20%程度小さくなる。又、球面座1
8の部分でのクリープ(スベリ)やフレッティング(微
動摩耗)の問題を内在する。
【0010】更に、図4に示した球面座付円錐ころ軸受
は、分割しないと組み込めないが、隙間を空けると開い
てしまうため、軸への固定は、ベアリングナットやボル
トによる押え込みが必要であり、部品及び組み込み工数
が増えるという問題点も有する。
【0011】又、図5に示した調心機能付軸受ユニット
では、軸受箱20を専用、且つ、消耗品的に扱う必要が
あると共に、軸受箱20に形成された、球面座を構成す
る内径面20Aでのクリープやフレッティングの問題を
内在する。
【0012】一方、本発明に類似するものとして、実公
平3−11458には、ハウジングの内側に、外周面の
少なくとも両端側に凹部を有し、且つ、内周面に中央部
より両端側にいくに従って、その肉厚を厚くする傾斜部
を有したクッション材を配設した滑り軸受が提案されて
いるが、ころ軸受に関するものではなかった。
【0013】又、実開平2−116025には、車軸管
の外端部分において車軸を支持する半浮動式後車軸用軸
受装置において、外輪外周面と車軸管内周面との間に弾
性体を介在することが記載されているが、やはりころ軸
受に関するものではなかった。
【0014】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、高負荷容量で調心性があり、且つ、
ころと軌道を線接触として、ころの摩擦モーメントバラ
ンスの不釣り合いを生じ難くした、ミスアライメント許
容型の円筒ころ軸受を提供することを課題とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】前記のように、球面座の
ような調心専用の機能部品を設けると、物理的制約のた
め、負荷容量を大きくできない。又、自動調心ころ軸受
やトロイダル軸受のように、ころと内外輪軌道が曲面間
接触になると、(1)接触角度をもって接触する、
(2)境界潤滑域で摩擦力の絶対値が大きい、(3)高
速で発熱による油膜破断が起き易い、ようなケースで、
ころ廻りの摩擦モーメントバランスが狂い易く、スキュ
ーの問題が顕在化する。
【0016】以上のことから、球面座のような調心専用
の機能部品を設けず、軸受内部のころと軌道の間は線接
触状態を維持するという条件を満たす軸受として、通常
の円筒穴の軸受箱と外輪外径面の間で直接調心させる軸
受を考案した。
【0017】即ち、本発明は、内輪と外輪の間に円筒状
のころが挿入された円筒ころ軸受において、前記外輪の
少なくとも端部の外径面を、軸受中心からの距離よりも
大きな半径の球面形に形成し、前記外径面に、外輪の外
表面が略円筒形となるよう、外輪よりも変形し易い弾性
素材をコーティングすることにより、前記課題を解決し
たものである。
【0018】このようにして、軸受幅方向の両端寄りで
弾性素材の厚みを厚くすることで、ミスアライメントや
軸の撓みによって軸受にモーメントが作用した場合で
も、端部側の変位量を大きくでき、軸受全体が傾くこと
で、モーメントを吸収することが可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。
【0020】本発明の第1実施形態は、図6に示す如
く、図3と同様の外輪10、内輪12、ころ14及び保
持器16を有する円筒ころ軸受において、外輪10の外
径面10Bを、軸受中心からの距離よりも大きな半径の
球面形に形成すると共に、前記外径面10Bに、例えば
フッ素樹脂もしくはゴムの高分子弾性素材30をコーテ
ィングし(弾性コーティングとも称する)、最終的に通
常の軸受と同様に円筒形の外表面30Aとなるように成
型したものである。図において、20は、円筒形の内径
面20Aを有する、通常の軸受箱、Aは、回転体から力
Fが加わった時のころ一外輪間面圧分布、Bは、同じく
外輪一軸受箱間面圧分布である。
【0021】このように、軸受幅方向の両端寄りで弾性
コーティング30の厚みを厚くすることで、ミスアライ
メントや軸の撓みによって、軸受に図7に示す如くモー
メントMが作用した場合でも、弾性素材30のばね性を
利用して端部側の変位量を大きくでき、軸受全体が傾く
ことで、モーメントMを吸収することが可能となる。
【0022】図8に、前記弾性素材30を選択するため
の各種材料の縦弾性係数と引張強さの関係の例を示す
(出典:「プラスチックデータハンドブック」)。高強
度素材になるほど、縦弾性係数も大きくなり、荷重に対
する素材の歪み(変形量)も小さくなる。例えば、普通
鋼とフッ素樹脂では縦弾性係数は100倍もの開きがあ
り、ゴムとフッ素樹脂との間でも100倍の開きがあ
る。これにより、高分子弾性素材で、ミスアライメント
や撓みによる軸受全体に作用するモーメントを開放し易
いことが分かる。
【0023】円筒ころ軸受を考えた場合、作用するラジ
アル荷重をFrとすると、一般的な使用条件下での最大
転動体荷重Qmaxは、次式のように表わされる。
【0024】 Qmax=5(Fr/Z) …(1) ここでZはころ数である。
【0025】仮に、この円筒ころ軸受のころ長さがLで
等しいと考えた場合、ころと外輪軌道間の平均変位量δ
meanは次式で表わされる。
【0026】 δmean=4.36×10-7(Qmax0.9/L0.8) …(2)
【0027】ここで、モーメントの作用によって、ころ
と外輪軌道の接触部面圧が一端で零となるような接触状
態になった場合に、他端側での変位量がδmeanの2倍に
なると仮定すると、変位量の大きい側での変位増大分を
軸受外径面で調心できれば、ころと外輪軌道間の平坦接
触状態を維持できる。
【0028】一般に、ころと外輪軌道の接触による変位
量は50μm以下のレベルであり、縦弾性率100Kgf
/mm2、弾性限界1Kgf/mm2の樹脂で、この変位を
弾性範囲内で吸収しようとすると、1%の歪みが50μ
mに相当する厚み、即ち、変位量の大きな端部で5mm
の厚みの樹脂がコーティングされていれば実現可能であ
る。
【0029】以上のように、外輪外径面にコーティング
する樹脂やゴムの素材と、その厚みを選択することで、
ミスアライメントや軸撓みを吸収する軸受が実現でき
る。
【0030】なお、前記実施形態においては、弾性素材
30が外輪外径面10Bの全面に渡ってコーティングさ
れていたが、図9に示す第2実施形態のように、例えば
中央部30Bを空けてコーティングすることも可能であ
る。
【0031】コーティング材もフッ素樹脂に限定され
ず、金属よりも変形し易い材料であれば、例えばポリエ
チレンやゴムを用いることが可能である。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、ミスアライメントや軸
の撓みによって軸受にモーメントが作用した場合でも、
端部側の変位量を大きくでき、軸受全体が傾くことで、
モーメントを吸収することが可能となる。従って、球面
座のような調心専用の機能部品を設けることなく、通常
の円筒穴の軸受箱と外輪外径面の間で直接調心させるこ
とが可能となる。よって、高負荷容量で調心性があり、
且つ、転動体と軌道を線接触として、ころの摩擦モーメ
ントバランスの不釣り合いを生じ難くした軸受を実現で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の自動調心ころ軸受の要部構成を示す断面
【図2】同じくトロイダル軸受の要部構成を示す断面図
【図3】同じく球面座付円筒ころ軸受の要部構成を示す
断面図
【図4】同じく球面座付円錐ころ軸受の要部構成を示す
断面図
【図5】同じく調心機能付軸受ユニットの要部構成を示
す断面図
【図6】本発明の第1実施形態の要部構成を示す断面図
【図7】同じくモーメントが作用した状態を示す断面図
【図8】本発明で弾性素材を選択するための、各種材料
の弾性係数と引張強さの関係の例を示す線図
【図9】本発明の第2実施形態の要部構成を示す断面図
【符号の説明】
10…外輪 10B…外径面 12…内輪 14…転動体(ころ) 16…保持器 20…軸受箱 20A…内径面 30…弾性素材(コーティング) 30A…外表面

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内輪と外輪の間に円筒状のころが挿入され
    た円筒ころ軸受において、 前記外輪の外径面の少なくとも端部が、軸受中心からの
    距離よりも大きい半径の球面形に形成され、 前記外径面に、外輪の外表面が略円筒形となるよう、外
    輪よりも変形し易い弾性素材がコーティングされている
    ことを特徴とする円筒ころ軸受。
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