JP2006105323A - 玉軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】玉軸受の玉や軌道輪の摩耗や焼付きを防止し、許容アキシアル荷重を増大することである。
【解決手段】玉3と内外輪1、2とを耐熱用高炭素クロムモリブデン鋼M50で形成して、素材の耐摩耗性を高めるとともに、玉3の表面に微小な凹部を無数にランダムに形成することにより、玉3と内外輪1、2との接触界面に十分な油膜が形成されるようにして、玉3のすべり速度が大きくなっても玉3や内外輪1、2の摩耗や焼付きを防止して、許容アキシアル荷重を増大できるようにした。
【選択図】図1
【解決手段】玉3と内外輪1、2とを耐熱用高炭素クロムモリブデン鋼M50で形成して、素材の耐摩耗性を高めるとともに、玉3の表面に微小な凹部を無数にランダムに形成することにより、玉3と内外輪1、2との接触界面に十分な油膜が形成されるようにして、玉3のすべり速度が大きくなっても玉3や内外輪1、2の摩耗や焼付きを防止して、許容アキシアル荷重を増大できるようにした。
【選択図】図1
Description
本発明は、玉軸受に関し、特に、アキシアル荷重を受けるものに好適な玉軸受に関する。
内外輪の各軌道輪の軌道面間に複数の玉を介在させた玉軸受には、各軌道輪の軌道面が、各玉と1点ずつで接触するように、単一の周回円弧面で形成された深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受等の2点接触玉軸受と、少なくとも一方の軌道輪の軌道面が、各玉と2点で接触するように、複数の周回面で形成された3点接触玉軸受や4点接触玉軸受とがある(例えば、特許文献1参照)。
深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受も、ラジアル荷重のほかにアキシアル荷重も受けることができるが、3点接触玉軸受や4点接触玉軸受は、単列で両方向のアキシアル荷重を受けることができ、コンパクトな設計が可能でラジアル荷重も受けることができるので、ジェットエンジン等のガスタービンエンジンの主軸のように、作動条件によって前向きと後向きの両方向に大きなアキシアル荷重を受ける回転軸の軸受に多く用いられている。
上述したアキシアル荷重を受ける各種の玉軸受では、大きなアキシアル荷重が負荷されると、転動体としての玉のすべり速度が大きくなり、玉や軌道輪の表面に摩耗や焼付きが発生する。この玉のすべり速度は、初期接触角度を有するアンギュラコンタクト玉軸受でより大きくなる。
近年、ジェットエンジン等の高出力化により、その主軸に負荷されるアキシアル荷重は増大する傾向があり、従来の玉や軌道輪をSUJ2等の高炭素クロム軸受鋼で形成した玉軸受では、摩耗の進行が早くなるとともに、焼付きも発生しやすくなって、使用に耐えないものとなっている。
そこで、本発明の課題は、玉軸受の玉や軌道輪の摩耗や焼付きを防止し、許容アキシアル荷重を増大することである。
上記の課題を解決するために、本発明は、内外輪の各軌道輪の軌道面間に、これらの軌道面と転動接触する複数の玉を介在させた玉軸受において、前記玉と各軌道輪とを耐熱用高炭素クロムモリブデン鋼M50で形成し、これらのうちの少なくとも玉の表面に微小な凹部を無数にランダムに形成した構成を採用した。
すなわち、玉と各軌道輪とを耐熱用高炭素クロムモリブデン鋼M50で形成して、素材の耐摩耗性を高めるとともに、これらのうちの少なくとも玉の表面に微小な凹部を無数にランダムに形成することにより、玉と各軌道輪との接触界面に十分な油膜が形成されるようにして、玉のすべり速度が大きくなっても玉や軌道輪の摩耗や焼付きを防止し、許容アキシアル荷重を増大できるようにした。
境界潤滑条件下での接触部の油膜形成を対象としたこれまでの研究によって、図4に示すように、転がり接触部材の表面に微小な凹部51を無数にランダムに形成すると、図中に矢印で示すように、接触部52を迂回する流体(潤滑剤)が、凹部51で流量を増加して接触部52の接触界面を通過することが、マイクロEHL(elasto-hydrodynamic lubrication)理論によってモデル化されている。したがって、このような微小な凹部51を、転がり接触する玉と各軌道輪との少なくとも玉の表面に無数にランダムに形成することにより、これらの接触界面に十分な油膜を形成することができる。
前記微小な凹部を無数にランダムに形成した表面の表面粗さのパラメータSK値は−1.6以下とするのが望ましい。
前記表面粗さのパラメータSK値は、図5に示すように、表面粗さの平均線に対しての振幅分布曲線の相対性を表す値であり、以下の式(1)で定義されている。
SK = ∫(x−x0)3・P(x)dx/σ3 (1)
ここに、x:粗さの高さ、x0:粗さの平均高さ、P(x):粗さの振幅の確率密度関数、σ:自乗平均粗さである。
SK = ∫(x−x0)3・P(x)dx/σ3 (1)
ここに、x:粗さの高さ、x0:粗さの平均高さ、P(x):粗さの振幅の確率密度関数、σ:自乗平均粗さである。
前記パラメータSK値は、図5の(A)に示すように、表面粗さの平均線に対して振幅分布曲線の山が多いときは正、(B)に示すように、山と谷が等しいときは零、(C)に示すように、谷が多いときは負の値となる。したがって、微小な凹部を無数にランダムに形成した表面の表面粗さのパラメータSK値は負の値となる。
上述した各玉軸受は、前記内外輪の少なくとも一方の軌道輪の軌道面が、前記玉と2点で接触するように複数の周回面で形成された、初期接触角度を有するアンギュラコンタクト玉軸受に好適である。
本発明の玉軸受は、玉と各軌道輪とを耐熱用高炭素クロムモリブデン鋼M50で形成して、素材の耐摩耗性を高めるとともに、これらのうちの少なくとも玉の表面に微小な凹部を無数にランダムに形成することにより、玉と各軌道輪との接触界面に十分な油膜が形成されるようにしたので、玉のすべり速度が大きくなっても玉や軌道輪の摩耗や焼付きを防止でき、許容アキシアル荷重を増大することができる。
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この玉軸受は、図1に示すように、内輪1と外輪2の各軌道面1a、2a間に複数の玉3を介在させて保持器4で保持し、内輪1の軌道面1aを玉3と2点で接触するように複数の周回面で形成し、外輪2の軌道面2aを玉3と1点で接触するように単一の周回円弧面で形成した3点接触玉軸受である。
前記内輪1、外輪2および玉3は耐熱用高炭素クロムモリブデン鋼M50で形成され、玉3の表面には、研磨仕上げ後の特殊なバレル研磨加工によって、微小な凹部が無数にランダムに形成され、その表面粗さのパラメータSK値が−1.6以下とされている。
まず、鋼素材の耐摩耗性を調査する予備試験として、サバン型摩擦摩耗試験を行った。
サバン型摩擦摩耗試験は、平板試験片を硬質の回転円筒の円筒面に一定時間押圧し、回転円筒との摺動で生じる平板試験片の摩耗痕の幅を測定して、体積摩耗量を算出するものである。平板試験片の素材としては、耐熱用高炭素クロムモリブデン鋼M50のほかに、高炭素クロム軸受鋼SUJ2、SUJ3、構造用中炭素クロム鋼SCr435および構造用炭素鋼S53Cを用意した。試験条件は以下の通りである。
・回転円筒 :SUJ2製
・最大接触面圧Pmax :0.49GPa
・すべり速度 :0.05m/s
・試験時間 :60分
・潤滑油 :低粘度油
サバン型摩擦摩耗試験は、平板試験片を硬質の回転円筒の円筒面に一定時間押圧し、回転円筒との摺動で生じる平板試験片の摩耗痕の幅を測定して、体積摩耗量を算出するものである。平板試験片の素材としては、耐熱用高炭素クロムモリブデン鋼M50のほかに、高炭素クロム軸受鋼SUJ2、SUJ3、構造用中炭素クロム鋼SCr435および構造用炭素鋼S53Cを用意した。試験条件は以下の通りである。
・回転円筒 :SUJ2製
・最大接触面圧Pmax :0.49GPa
・すべり速度 :0.05m/s
・試験時間 :60分
・潤滑油 :低粘度油
図2は、前記サバン型摩擦摩耗試験の結果を示す。このグラフは、高炭素クロム軸受鋼SUJ2の体積摩耗量を基準1.0とする体積摩耗比で表す。この結果より、耐熱用高炭素クロムモリブデン鋼M50の体積摩耗量はSUJ2の1/10程度であり、他の鋼素材と較べて耐摩耗性が非常に秀でていることが分かる。
実施例として、素材を耐熱用高炭素クロムモリブデン鋼M50とし、その外周面に微小な凹部を無数にランダムに形成して、表面粗さのパラメータSK値を−1.6以下とした耐焼付き性試験用のリング状試験片を用意した。比較例のリング状試験片として、素材を高炭素クロム軸受鋼SUJ2とし、その外周面を研磨仕上げのままとしたもの(比較例1)、素材を実施例と同じM50とし、その外周面を研磨仕上げのままとしたもの(比較例2)、および素材をSUJ2とし、その外周面に実施例のものと同様の微小な凹部を無数にランダムに形成したもの(比較例3)も用意した。
上記実施例と各比較例の各試験片について、耐焼付き性試験を行なった。耐焼付き性試験は、円筒部に緩やかな凸曲率を有する2つの同じリング状試験片を、一定速度で回転駆動される従動軸と、従動軸に等しい速度から徐々に増速される駆動軸とに取り付け、両試験片を互いに押し当てて転動させるものであり、耐焼付き強度は、試験片の円筒面に焼付きが発生した時点の駆動軸と従動軸の速度比で評価される。試験条件は以下の通りである。
・最大接触面圧Pmax :2.1GPa
・すべり速度 :0.42m/sから0.21m/sずつ増速
・潤滑油 :タービン油
・最大接触面圧Pmax :2.1GPa
・すべり速度 :0.42m/sから0.21m/sずつ増速
・潤滑油 :タービン油
図3は、前記耐焼付き性試験の結果を示す。耐焼付き強度としての焼付き発生速度比は、素材をSUJ2とし、外周面を研磨仕上げのままとした比較例1の焼付き発生速度比を基準1.0とする相対焼付き発生速度比で表した。素材をM50とし、外周面に微小な凹部を無数にランダムに形成した実施例のものは、焼付き発生速度比が比較例1のものの約2倍に向上している。これに対して、素材のみをM50とした比較例2のもの、および素材をSUJ2のままとし、外周面に微小な凹部を無数にランダムに形成した比較例3のものは、焼付き発生速度比の向上代がその半分程度である。
以上の試験結果より、素材をM50とし、外周面に微小な凹部を無数にランダムに形成した実施例のものは、素材自身の秀でた耐摩耗性と、前述した微小な凹部を無数にランダムに形成することによる接触界面での油膜形成効果とによって、アンギュラコンタクト玉軸受の玉や軌道輪の摩耗や焼付きを防止でき、許容アキシアル荷重を増大できることが期待される。
上述した実施形態では、玉軸受を3点接触玉軸受としたが、本発明に係る玉軸受は、2点接触玉軸受や4点接触玉軸受にも採用することができる。また、玉の表面のみに微小な凹部を無数にランダムに形成したが、これらの微小な凹部は軌道輪の軌道面にも形成してもよい。
1 内輪
2 外輪
1a、2a 軌道面
3 玉
4 保持器
2 外輪
1a、2a 軌道面
3 玉
4 保持器
Claims (3)
- 内外輪の各軌道輪の軌道面間に、これらの軌道面と転動接触する複数の玉を介在させた玉軸受において、前記玉と各軌道輪とを耐熱用高炭素クロムモリブデン鋼M50で形成し、これらのうちの少なくとも玉の表面に微小な凹部を無数にランダムに形成したことを特徴とする玉軸受。
- 前記微小な凹部を無数にランダムに形成した表面の表面粗さのパラメータSK値を−1.6以下とした請求項1に記載の玉軸受。
- 前記内外輪の少なくとも一方の軌道輪の軌道面が、前記玉と2点で接触するように複数の周回面で形成された請求項1または2に記載の玉軸受。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004295087A JP2006105323A (ja) | 2004-10-07 | 2004-10-07 | 玉軸受 |
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Publications (1)
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ID=36375300
Family Applications (1)
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009078797A (ja) * | 2007-07-12 | 2009-04-16 | Roller Bearing Co Of America Inc | スワッシュプレート組立部品 |
WO2010007979A1 (ja) | 2008-07-18 | 2010-01-21 | Ntn株式会社 | 打抜き保持器、自動調心ころ軸受、及び打抜き保持器の製造方法 |
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US11215240B2 (en) * | 2017-07-03 | 2022-01-04 | Ntn Corporation | Clutch release bearing device |
-
2004
- 2004-10-07 JP JP2004295087A patent/JP2006105323A/ja active Pending
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