JP2003343552A - 円錐ころ軸受 - Google Patents

円錐ころ軸受

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JP2003343552A JP2002152528A JP2002152528A JP2003343552A JP 2003343552 A JP2003343552 A JP 2003343552A JP 2002152528 A JP2002152528 A JP 2002152528A JP 2002152528 A JP2002152528 A JP 2002152528A JP 2003343552 A JP2003343552 A JP 2003343552A
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博樹 松山
Kanichi Kouda
寛一 耕田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 円錐ころ軸受において、その負荷容量の低下
をできるだけ抑制しながら、摩擦トルクを低減する。 【解決手段】 外径がDの外輪と、内径がdの内輪と、
ピッチ円の直径がdmである複数の円錐ころとを備える
円錐ころ軸受において、2dm/(D+d)によって表
されるPCDパラメータが0.96〜0.985の範囲
内の値であるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、円錐ころ軸受に関
する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】自動車
のディファレンシャルギヤにおいてピニオン軸を支持す
るために用いられる円錐ころ軸受は、多量の高粘度ギヤ
オイルによって潤滑される。そのため、転がり粘性抵抗
及び油の攪拌抵抗に起因する摩擦(動摩擦)トルクが大
きく、自動車の燃費を悪くする一因となっている。従っ
て、さらなる低燃費化促進のためには、できるだけ摩擦
トルクを低減したいところである。摩擦トルクを低減す
るには、例えば、円錐ころの数を減らすか、長さを短く
するか、又は直径を小さくすることが知られている。し
かしながら、そのようにして摩擦トルクを低減させるこ
とは、軸受としての負荷容量の大幅低下を招くので得策
ではない。
【0003】上記のような従来の問題点に鑑み、本発明
は、円錐ころ軸受において、その負荷容量の低下を抑制
しながら摩擦トルクを低減することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の円錐ころ軸受
は、外径がDの外輪と、内径がdの内輪と、前記外輪と
内輪との間に介装され、ピッチ円の直径がdmである複
数の円錐ころとを備え、2dm/(D+d)によって表
されるPCDパラメータが0.96〜0.985の範囲
内の値であることを特徴とする(請求項1)。上記のよ
うな円錐ころ軸受の摩擦トルクはPCDパラメータと相
関関係を有して変化し、上記範囲にPCDパラメータを
設定することにより、負荷容量の低下を抑制しながら摩
擦トルクを低減することができる。
【0005】また、上記円錐ころ軸受において、外輪の
接触角αが、22度≦α≦26度であることが好ましい
(請求項2)。この場合、剛性及び負荷容量を低下させ
ることなく、摩擦トルクを低減することができる。
【0006】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施形態によ
る円錐ころ軸受の断面図である。これは、例えば自動車
のディファレンシャルギヤにおいてピニオン軸を支持す
るために用いられる円錐ころ軸受である。図において、
当該円錐ころ軸受10は、外輪1と内輪2との間に複数
の円錐ころ3が介装されたものである。円錐ころ3は、
保持器4によって保持されている。ここで、外輪1の外
径をD、内輪2の内径をd、円錐ころ3のピッチ円の直
径(Pitch Circle Diameter)をdmとする。また、外輪
1の接触角すなわち、内周面1aが軸線Aに対して成す
角度をαとする。
【0007】図2の(a)は、円錐ころ軸受10の摩擦
トルクを測定する装置の概略構成を示す断面図である。
摩擦トルクは、(a)に示すように、円錐ころ軸受10
の外輪1側に円筒状のハウジング51と円盤状の負荷プ
レート52とを取り付けて、負荷プレート52をエアー
ベアリング(図示せず。)で支持し、この状態で内輪2
に内挿された主軸部53をモータMで回転させる。
(b)は負荷プレート52の平面図である。内輪2の回
転により外輪1が連れ回りしようとして、負荷プレート
52の外周に設けた係合部54が、静止側の歪みゲージ
55に当たる。このとき歪みゲージ55によって検知さ
れる力と、負荷プレート52の中心から係合部54まで
の半径との積により、摩擦トルクを測定することができ
る。なお、ディファレンシャルギヤにおける使用条件を
想定し、ハウジング51の注油孔51aから潤滑油Lを
供給して、軸受背面側に潤滑油Lが完全に満たされた状
態でトルクを測定する。また、負荷プレート52とハウ
ジング51とによるアキシャル加重は6kN、モータの
回転速度は500〜3000rpmの範囲で設定可能と
し、潤滑油Lは温度50℃のギヤオイルを用いた。
【0008】ε=2dm/(D+d)によって表される
数値をPCDパラメータとして、このPCDパラメータ
εと、接触角αとが異なる13種類のサンプルについ
て、定格荷重C及びトータル変位δがどのような値とな
るか、また、上記モータを所定速度で回転させた状態に
おける摩擦トルクTがどのような値となるかを調べたと
ころ、以下の表1に示す結果が得られた。
【0009】
【表1】
【0010】なお、サンプル1は、従来の設計による円
錐ころ軸受であり、トルク比はこれを1として計算した
ものである。
【0011】図3は、上記表1の結果を基に、PCDパ
ラメータεと摩擦トルクTとの関係を表すグラフであ
る。プロット点の記号は接触角αによって異なり、図中
に記載しているとおりである。また、プロット点の傍ら
の数字はサンプルNo.を示している。このグラフに明ら
かなように、PCDパラメータεと摩擦トルクTとの間
には、略V字状の相関関係があることが判明した。従っ
て、摩擦トルクTを抑制するための、PCDパラメータ
εの範囲を画定することができる。そして、サンプル1
に対して10%以上のトルク低下を実現している0.9
6〜0.985のPCDパラメータεを、摩擦トルクT
を抑制するための最適範囲とすることができる。
【0012】なお、上記最適範囲内のプロット点のう
ち、接触角αが20度のサンプル3〜5は、表1に示す
ようにトータル変位δ(ラジアル変位とアキシャル変位
の二乗平均)がサンプル1より増大しているので、剛性
が僅かに低下していると考えられる。しかしながら、定
格荷重Cはサンプル1と比べて同等若しくは増大してお
り、実用には耐えうると考えられる。また、上記最適範
囲内のプロット点のうち、接触角28度のサンプル13
は、定格荷重Cすなわち負荷容量がサンプル1に比べて
低下しているが、その低下率は5%程度であり、かろう
じて許容限度内であると考えられる。但し、より好まし
くは、接触角αが20度又は28度になることを避け、
22度≦α≦26度とすることが好ましいと考えられ
る。
【0013】次に、寸法の異なる2種類の円錐ころ軸受
について、PCDパラメータεが0.96〜0.985
の範囲内にある本発明の実施例1及び2と、当該範囲内
にはない比較例(従来例)1及び2とをそれぞれ対比し
て、回転速度に対する摩擦トルクの変化や、定格荷重
比、トータル変位比、計算寿命比の比較を行った。以下
の表2及び表3に、比較データを示す。表2は、d=3
5mm、D=80mm、軸方向の幅が32.75mmで
ある円錐ころ軸受についての比較データであり、表3
は、d=40mm、D=85mm、軸方向の幅が24.
75mmである円錐ころ軸受についての比較データであ
る。
【0014】
【表2】
【0015】
【表3】
【0016】図4並びに図5はそれぞれ、比較例1及び
実施例1並びに比較例2及び実施例2について、回転速
度に対して摩擦トルクがどのように変化するかを示すグ
ラフである。図4に示すように、実施例1の円錐ころ軸
受は、比較例1の円錐ころ軸受より常に摩擦トルクが小
さい。また、回転速度の増大に伴って摩擦トルクも増大
するが、実施例1の方が増大率が小さく、従って両者の
差が拡大する傾向にある。実施例2の円錐ころ軸受及び
比較例2の円錐ころ軸受についても、図5に示すよう
に、同様である。
【0017】図6及び図7はそれぞれ、表2及び表3に
おけるトータル変位比をグラフ化したものである。図示
のように、実施例1のトータル変位比は、比較例1より
小さく、剛性において比較例1より優れている。実施例
2のトータル変位比は、比較例と同等であり、少なくと
も従来のレベルの剛性を確保している。
【0018】図8及び図9はそれぞれ、表2及び表3に
おける寿命比をグラフ化したものである。グラフより明
らかなように、実施例1及び2は共に、それぞれ比較例
1及び2に比べて寿命が大幅に延びていることがわか
る。
【0019】
【発明の効果】請求項1の円錐ころ軸受によれば、摩擦
トルクはPCDパラメータと相関関係を有して変化し、
0.96〜0.985の範囲にPCDパラメータを設定
することにより、負荷容量の低下を抑制しながら摩擦ト
ルクを低減した円錐ころ軸受を提供することができた。
【0020】請求項2の円錐ころ軸受によれば、剛性及
び負荷容量を低下させることなく、摩擦トルクを低減す
ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による円錐ころ軸受の断面
図である。
【図2】(a)は、円錐ころ軸受の摩擦トルクを測定す
る装置の概略構成を示す図であり、(b)は、当該装置
の負荷プレートの平面図である。
【図3】表1を基に、PCDパラメータεと摩擦トルク
との関係を示すグラフである。
【図4】比較例1と本発明の実施例1とについて、回転
速度に対する摩擦トルクの変化を示すグラフである。
【図5】比較例2と本発明の実施例2とについて、回転
速度に対する摩擦トルクの変化を示すグラフである。
【図6】比較例1と本発明の実施例1とについて、トー
タル変位比を示すグラフである。
【図7】比較例2と本発明の実施例2とについて、トー
タル変位比を示すグラフである。
【図8】比較例1と本発明の実施例1とについて、寿命
比を示すグラフである。
【図9】比較例2と本発明の実施例2とについて、寿命
比を示すグラフである。
【符号の説明】
1 外輪 2 内輪 3 円錐ころ 10 円錐ころ軸受

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外径がDの外輪と、内径がdの内輪と、前
    記外輪と内輪との間に介装され、ピッチ円の直径がdm
    である複数の円錐ころとを備えた円錐ころ軸受におい
    て、 2dm/(D+d)によって表されるPCDパラメータ
    が0.96〜0.985の範囲内の値であることを特徴
    とする円錐ころ軸受。
  2. 【請求項2】前記外輪の接触角αが、22度≦α≦26
    度である請求項1記載の円錐ころ軸受。
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