JP2006292046A - Rolling bearing, and transmission for automobile, motor and generator using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、転がり軸受、及びそれを用いた自動車用トランスミッション、モータ及びジェネレータに関し、特に、マニュアルトランスミッションやオートマチックトランスミッションのギア支持、ハイブリッド自動車用トランスミッションのギア支持、或は、モータ、ジェネレータ支持等に用いられ、自動車用トランスミッションの低フリクション化及び低燃費化に好適な転がり軸受、及びそれを用いた自動車用トランスミッションに関する。 The present invention relates to a rolling bearing and a vehicle transmission, motor, and generator using the rolling bearing, and particularly used for supporting a gear for a manual transmission or an automatic transmission, for supporting a gear for a hybrid vehicle transmission, or for supporting a motor, a generator, or the like. In particular, the present invention relates to a rolling bearing suitable for reducing friction and fuel consumption of an automobile transmission, and an automobile transmission using the same.
従来の転がり軸受としては、金属製保持器の表面の少なくとも転動体案内面に被覆樹脂部を一体成形して低フリクション化を図ったものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。また、保持器をナイロン系合成樹脂で成形したものや、内輪軌道面及び外輪軌道面の溝半径を大きくしたものがある(例えば、特許文献2参照。)。 As a conventional rolling bearing, one in which a coating resin portion is integrally formed on at least a rolling element guide surface of a surface of a metal cage to reduce friction is known (for example, see Patent Document 1). Also, there are those in which the cage is formed of a nylon-based synthetic resin and those in which the groove radii of the inner ring raceway surface and the outer ring raceway surface are increased (for example, see Patent Document 2).
特許文献1に記載の転がり軸受の保持器は、鋼板を打抜き加工して形成した2つの環状部材の表面に、ポリアミド樹脂を含む被覆樹脂部を形成し、これらを転動体である玉を保持するように組み合わせてリベットで固定した構成となっている。
The cage of a rolling bearing described in
また、特許文献2に記載の転がり軸受の保持器は、ナイロン系合成樹脂、或いはグラスファイバを15〜35重量%含有するナイロン系合成樹脂によって成形されている。また、外輪軌道面及び内輪軌道面の外輪溝半径及び内輪溝半径が、転動体の直径の0.515倍以上に設定されている。
近年、自動車の経済性、環境問題等から自動車の燃費向上が強く求められている。これに対応するため、自動車用トランスミッションに対しても低フリクション化の厳しい要求があり、自動車用トランスミッションのギア支持に用いられる転がり軸受の低トルク化が熱望されている。また一方、開発期間が短縮化される傾向から、現行のトランスミッションをベースとして、その構造を大きく変更することなく低トルク化を達成する開発手法が主流となりつつある。従って、現行の転がり軸受の外径、内径、幅寸法等の基本寸法を維持した条件での転がり軸受の低トルク化が求められており、特許文献1または特許文献2に開示されている転がり軸受では、必ずしもこの要求を十分に満足させることが難しく、改善の余地があった。
In recent years, there has been a strong demand for improving the fuel efficiency of automobiles due to the economics of automobiles and environmental problems. In order to cope with this, there is a severe demand for lowering the friction of automobile transmissions, and there is a strong desire for lowering the torque of rolling bearings used for supporting gears of automobile transmissions. On the other hand, due to the tendency to shorten the development period, development methods that achieve low torque without changing the structure based on the current transmission are becoming mainstream. Accordingly, there is a demand for a reduction in torque of the rolling bearing under the condition that basic dimensions such as the outer diameter, inner diameter, and width dimension of the current rolling bearing are maintained, and the rolling bearing disclosed in
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、転がり軸受の外径、内径、幅寸法等の基本寸法を変更することなく、低トルク化を実現可能な転がり軸受及びそれを用いた自動車用トランスミッション、モータ及びジェネレータを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and its purpose is to provide a rolling bearing capable of realizing a low torque without changing basic dimensions such as an outer diameter, an inner diameter, and a width dimension of the rolling bearing, and An object of the present invention is to provide an automobile transmission, motor and generator using the same.
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) 内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動自在に配設される複数の転動体と、を備える転がり軸受であって、
前記転動体の直径をDa、前記転動体のピッチ円直径をDm、前記転動体の個数をZとしたとき、k={(π・Dm)/(Z・Da)}で表される関係式は、2.0≦k≦4.0であることを特徴とする転がり軸受。
(2) 前記内輪軌道面の内輪溝半径Ri、及び前記外輪軌道面の外輪溝半径Roが、それぞれRi≧0.515×Da、Ro≧0.515×Daに設定されることを特徴とする(1)に記載の転がり軸受。
(3) 前記転動体を回動自在に保持する保持器をさらに備え、該保持器は合成樹脂製保持器であることを特徴とする(1)または(2)に記載の転がり軸受。
(4) (1)〜(3)のいずれかに記載の転がり軸受を、ギア支持に使用することを特徴とする自動車用トランスミッション。
(5) (1)〜(3)のいずれかに記載の転がり軸受によって支持されることを特徴とするモータ。
(6) (1)〜(3)のいずれかに記載の転がり軸受によって支持されることを特徴とするジェネレータ。
The above object of the present invention can be achieved by the following constitution.
(1) A rolling bearing comprising: an inner ring having an inner ring raceway surface; an outer ring having an outer ring raceway surface; and a plurality of rolling elements that are rotatably arranged between the inner ring raceway surface and the outer ring raceway surface. Because
When the diameter of the rolling element is Da, the pitch circle diameter of the rolling element is Dm, and the number of the rolling elements is Z, a relational expression represented by k = {(π · Dm) / (Z · Da)}. Is a rolling bearing, wherein 2.0 ≦ k ≦ 4.0.
(2) An inner ring groove radius Ri of the inner ring raceway surface and an outer ring groove radius Ro of the outer ring raceway surface are set to Ri ≧ 0.515 × Da and Ro ≧ 0.515 × Da, respectively. The rolling bearing according to (1).
(3) The rolling bearing according to (1) or (2), further including a cage that rotatably holds the rolling element, wherein the cage is a synthetic resin cage.
(4) A vehicle transmission characterized in that the rolling bearing according to any one of (1) to (3) is used for gear support.
(5) A motor that is supported by the rolling bearing according to any one of (1) to (3).
(6) A generator supported by the rolling bearing according to any one of (1) to (3).
本発明によれば、k={(π・Dm)/(Z・Da)}で表される関係式は、2.0≦k≦4.0の範囲に設定されるので、転がり軸受の外径、内径、幅寸法等の基本寸法を変更することなく、低トルク化を実現可能な転がり軸受を提供することができる。
また、該転がり軸受がギア支持に用いられた自動車用トランスミッションは低フリクションとすることができ、これにより燃費も向上する。さらに、該転がり軸受をモータ支持やジェネレータ支持に適用することでも、低トルク化を実現できる。
According to the present invention, the relational expression represented by k = {(π · Dm) / (Z · Da)} is set in the range of 2.0 ≦ k ≦ 4.0. It is possible to provide a rolling bearing capable of realizing low torque without changing basic dimensions such as a diameter, an inner diameter, and a width dimension.
In addition, an automobile transmission in which the rolling bearing is used for gear support can have low friction, thereby improving fuel efficiency. Furthermore, the torque can be reduced by applying the rolling bearing to the motor support and the generator support.
以下、本発明の一実施形態に係る転がり軸受について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a rolling bearing according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の転がり軸受の要部縦断面図である。図1に示すように、本発明の転がり軸受10は、内輪11と、外輪13と、転動体である複数の玉15と、保持器17とを備える。内輪11の外周面には内輪軌道面11aが形成され、また、外輪13の内周面には外輪軌道面13aが形成されている。内輪軌道面11aと外輪軌道面13aとの間には、保持器17により円周方向に等間隔に配置され、回動自在に保持される複数の玉15が転動自在に配設されている。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an essential part of a rolling bearing according to the present invention. As shown in FIG. 1, the rolling bearing 10 of the present invention includes an
転がり軸受10は、開放型の深溝玉軸受であって、例えば、自動車用トランスミッション(図示せず)のギア支持に用いられる。内輪11は、例えば、自動車用トランスミッションの回転軸に外嵌されて回転輪として機能し、外輪13は、例えば、自動車用トランスミッションのハウジングに内嵌されて固定輪として機能する。
The rolling
転がり軸受10は、玉15の直径をDaとすると、内輪軌道面11aの内輪溝半径Riは0.515×Da以上(Ri≧0.515×Da)であり、且つ外輪軌道面13aの外輪溝半径Roは0.515×Da以上(Ro≧0.515×Da)に、それぞれ設定されている。
In the rolling bearing 10, when the diameter of the
保持器17は、ナイロン系合成樹脂を素材として成形されている。ナイロン系合成樹脂としては、46ナイロンや66ナイロン等が好適であり、特に、グラスファイバを15〜35重量%含有するナイロン系合成樹脂で成形することが好ましい。保持器17を合成樹脂製とすることにより、ポケットの転動体案内面と玉15との摩擦係数が小さくなり、動トルクが更に低減する。また、玉15を保持するポケットの転動体案内面の曲率は、玉15の曲率より小さく設定されているので、玉15とポケットの間に潤滑油膜が容易に形成され、摺動摩耗の低減に効果的である。
The
また、玉15のピッチ円直径をDm、玉15の個数をZとすると、k={(π・Dm)/(Z・Da)}で与えられる関係式は、2.0≦k≦4.0の範囲に設定されている。
When the pitch circle diameter of the
このような範囲は、転がり軸受の低トルク化を達成するべく、本願出願人が、回転する転がり軸受10において発生する玉15による潤滑油の攪拌抵抗に着目して、種々の標準転がり軸受に対して、玉15の個数のみを変更したときのトルク試験及び解析を実施したことによって得られたものである。
In such a range, in order to achieve a reduction in the torque of the rolling bearing, the applicant of the present application pays attention to the agitation resistance of the lubricating oil by the
kが2.0≦k≦4.0の範囲で低トルクとなるのは、玉15の間に適度な間隔が確保されて、玉15による潤滑油の攪拌抵抗及び転動体の転がり摩擦が低下するためであると考えられる。
The reason why the torque is low when k is in the range of 2.0 ≦ k ≦ 4.0 is that an appropriate interval is ensured between the
また、kが4.0を越える程度にまで玉15の個数Zが少なくなると、転動体荷重が増加して接触面積が増え、これによりかえってトルクが増加するためである。また、玉15の個数Zを減らすことは、玉15同士の間隔が大きくなって転動体通過振動の振幅が増大し、ギアノイズも増加する虞がある。このkが4.0を越えると振動が急激に大きくなる傾向は、弊社で開発した軸受性能解析プログラムによる内輪の転動体通過振動の振幅の解析結果とも一致している。また、発明者は、低トルク化は、内輪溝半径Ri、及び外輪溝半径Roが、0.515×Da以上の条件で効果的であることも確認した。これは、玉15と内輪軌道面11a及び外輪軌道面13aの間に潤滑油膜が形成され易くなるためである。
In addition, when the number Z of
このように、kが2.0≦k≦4.0、且つ内輪溝半径Ri、及び外輪溝半径Roが、0.515×Da以上の条件を満足し、低トルク化された転がり軸受10を自動車用トランスミッションのギア支持に用いれば、低フリクション、且つ低振動のトランスミッションを実現することができる。 As described above, the rolling bearing 10 with k being 2.0 ≦ k ≦ 4.0, the inner ring groove radius Ri, and the outer ring groove radius Ro satisfying the condition of 0.515 × Da or more and having a reduced torque. When used for supporting a gear of an automobile transmission, a low-friction and low-vibration transmission can be realized.
本発明の転がり軸受10によれば、k={(π・Dm)/(Z・Da)}で与えられる関係式は、2.0≦k≦4.0の範囲に設定されるので、転がり軸受10の動摩擦が小さく、且つ振動を少なくできる。
According to the rolling bearing 10 of the present invention, the relational expression given by k = {(π · Dm) / (Z · Da)} is set in the range of 2.0 ≦ k ≦ 4.0. The dynamic friction of the
また、内輪軌道面11aの内輪溝半径Ri、外輪軌道面13aの外輪溝半径Roが玉15の直径Daの0.515倍以上に設定されているので、転がり軸受10の動摩擦がより小さく、且つ振動をより少なくできる。
Further, since the inner ring groove radius Ri of the inner
また、本発明の転がり軸受10によれば、保持器17が合成樹脂製保持器であるので、金属製保持器と比較すると転動体15との摩擦係数が小さく、更に低トルク化が達成される。
Further, according to the rolling
更に、本発明の自動車用トランスミッションによれば、動摩擦が小さく且つ低振動の転がり軸受10により自動車用トランスミッションのギアが支持されているので、低トルク、低燃費、且つ静粛性に優れた自動車用トランスミッションを実現できる。
Furthermore, according to the automobile transmission of the present invention, since the gear of the automobile transmission is supported by the rolling
<実施例1>
本発明の効果を確認するため、標準軸受鋼2種の深溝玉軸受JIS6826(内径d=φ130mm、外径D=φ165mm、幅B=18mm、転動体直径Da=10.319mm、転動体個数Z=24、転動体ピッチ円直径Dm=φ147.5mm)を用いて、動トルクを測定した。尚、保持器は、46ナイロン合成樹脂製であり、外輪を固定輪とし、内輪を回転輪とした。転動体は等配、内部隙間はC3、粘度20cStの潤滑油で潤滑した。このような深溝玉軸受の転動体の個数を24個から10個まで1個ずつ減らしながら下記試験条件で動トルクを測定した。
<Example 1>
In order to confirm the effect of the present invention, two types of standard bearing steel deep groove ball bearings JIS6826 (inner diameter d = φ130 mm, outer diameter D = φ165 mm, width B = 18 mm, rolling element diameter Da = 10.319 mm, number of rolling elements Z = 24, dynamic torque was measured using rolling element pitch circle diameter Dm = φ147.5 mm. The cage was made of 46 nylon synthetic resin, the outer ring was a fixed ring, and the inner ring was a rotating ring. The rolling elements were evenly distributed, the internal gap was lubricated with a lubricating oil having a C3 viscosity of 20 cSt. The dynamic torque was measured under the following test conditions while reducing the number of rolling elements of such deep groove ball bearings from 24 to 10 one by one.
<試験条件>
回転数 :5000rpm
ラジアル荷重 :500kgf
潤滑条件 :油潤滑
油温 :50℃
<Test conditions>
Rotation speed: 5000rpm
Radial load: 500kgf
Lubrication conditions: Oil lubrication Oil temperature: 50 ° C
図2は、横軸をk={(π・Dm)/(Z・Da)}とし、縦軸を動トルク比(標準軸受に対する動トルクの比)として、各深溝玉軸受についてkと動トルク比との関係を表わしたグラフである。また、上述した軸受性能解析プログラムにより解析した内輪の転動体通過振動の振幅とkとの関係の解析結果も同時に示す。 FIG. 2 shows k and dynamic torque for each deep groove ball bearing, where the horizontal axis is k = {(π · Dm) / (Z · Da)} and the vertical axis is the dynamic torque ratio (ratio of dynamic torque to standard bearing). It is a graph showing the relationship with ratio. Moreover, the analysis result of the relationship between the amplitude of the rolling ring passing vibration of the inner ring analyzed by the above-described bearing performance analysis program and k is also shown.
図2に示す結果から、各深溝玉軸受とも、kが2.0以上になると動トルク比が急速に低減し、kが4.0を越える範囲では殆ど低下していないことが分かる。特に、内輪溝半径Ri、及び外輪溝半径Roが、0.515×Da以上(Ri≧0.515×Da、Ro≧0.515×Da)の条件で動トルク比が小さくなっている。また、kが4を越えると、内輪の転動体通過振動の振幅が急激に増大していることがわかる。 From the results shown in FIG. 2, it can be seen that the dynamic torque ratio rapidly decreases when k is 2.0 or more in each deep groove ball bearing, and hardly decreases in the range where k exceeds 4.0. In particular, the dynamic torque ratio is small when the inner ring groove radius Ri and the outer ring groove radius Ro are 0.515 × Da or more (Ri ≧ 0.515 × Da, Ro ≧ 0.515 × Da). Moreover, when k exceeds 4, it turns out that the amplitude of the rolling element passage vibration of an inner ring is increasing rapidly.
<実施例2>
次に、標準軸受鋼2種の深溝玉軸受JIS6909(内径d=φ45mm、外径D=φ68mm、幅B=12mm、転動体直径Da=6.747mm、転動体個数Z=15、転動体ピッチ円直径Dm=φ56.5mm)を用いて、動トルクを測定した。尚、保持器は、46ナイロン合成樹脂製のものとし、外輪を固定輪とし、内輪を回転輪とした。転動体は等配、内部隙間はC3、粘度20cStの潤滑油で潤滑した。このような深溝玉軸受の転動体の個数を15個から6個まで1個ずつ減らしながら下記試験条件で動トルクを測定した。
<Example 2>
Next, two kinds of standard bearing steel deep groove ball bearings JIS6909 (inner diameter d = φ45 mm, outer diameter D = φ68 mm, width B = 12 mm, rolling element diameter Da = 6.747 mm, number of rolling elements Z = 15, rolling element pitch circle) The dynamic torque was measured using a diameter Dm = φ56.5 mm). The cage was made of 46 nylon synthetic resin, the outer ring was a fixed ring, and the inner ring was a rotating ring. The rolling elements were evenly distributed, the internal gap was lubricated with a lubricating oil having a C3 viscosity of 20 cSt. The dynamic torque was measured under the following test conditions while reducing the number of rolling elements of such a deep groove ball bearing from 15 to 6 one by one.
試験条件
回転数 :8000rpm
ラジアル荷重 :200kgf
潤滑条件 :油潤滑
油温 :50℃
Test conditions Rotational speed: 8000rpm
Radial load: 200kgf
Lubrication conditions: Oil lubrication Oil temperature: 50 ° C
図3は、横軸をkとし、縦軸を動トルク比(標準軸受に対する動トルクの比)として、各深溝玉軸受についてkと動トルク比との関係を表わしたグラフである。また、上述した軸受性能解析プログラムにより解析した内輪の転動体通過振動の振幅とkとの関係の解析結果も同時に示す。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between k and the dynamic torque ratio for each deep groove ball bearing, where k is the horizontal axis and the dynamic torque ratio (the ratio of dynamic torque to the standard bearing) is the vertical axis. Moreover, the analysis result of the relationship between the amplitude of the rolling ring passing vibration of the inner ring analyzed by the above-described bearing performance analysis program and k is also shown.
図3に示す結果から、各深溝玉軸受とも、kが2.0以上になると動トルク比が急速に低減し、kが4.0を越える範囲では逆に動トルク比が増大傾向にあることが分かる。特に、内輪溝半径Ri、及び外輪溝半径Roが、0.515×Da以上(Ri≧0.515×Da、Ro≧0.515×Da)の条件で動トルク比が小さな値を示している。また、kが4.0を越えると、内輪の転動体通過振動の振幅が急激に増大している。 From the results shown in FIG. 3, in each deep groove ball bearing, the dynamic torque ratio decreases rapidly when k is 2.0 or more, and the dynamic torque ratio tends to increase in the range where k exceeds 4.0. I understand. In particular, the dynamic torque ratio shows a small value when the inner ring groove radius Ri and the outer ring groove radius Ro are 0.515 × Da or more (Ri ≧ 0.515 × Da, Ro ≧ 0.515 × Da). . When k exceeds 4.0, the amplitude of the rolling element passing vibration of the inner ring increases rapidly.
また、実施例1及び実施例2共に、転動体個数が奇数か偶数かにより、内輪の転動体通過振動の振幅に大きな差が見られ、この傾向は転動体個数が減少するほど顕著となる。従って、本発明の適用にあたっては、転動体個数を奇数個に設定するのが好ましい。 In both Example 1 and Example 2, there is a large difference in the amplitude of the rolling element passing vibration of the inner ring depending on whether the number of rolling elements is an odd number or an even number, and this tendency becomes more prominent as the number of rolling elements decreases. Therefore, in applying the present invention, it is preferable to set the number of rolling elements to an odd number.
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation | transformation, improvement, etc. are possible suitably.
本発明においては、転がり軸受は深溝玉軸受として説明したが、これに限定されるものではなく、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受等に適用することもでき、同様の効果を奏する。また、保持器は、46ナイロン製保持器として説明したが、使用温度が120℃以下の場合には、より安価な66ナイロン製保持器としてもよい。
また、本発明の転がり軸受は、自動車用トランスミッションのギアの他、ハイブリッド自動車用のモータ或はジェネレータを支持するものとして適用されてもよい。
In the present invention, the rolling bearing has been described as a deep groove ball bearing. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to an angular ball bearing, a cylindrical roller bearing, and the like, and the same effects can be obtained. Moreover, although the cage has been described as a 46 nylon cage, if the operating temperature is 120 ° C. or lower, a less expensive 66 nylon cage may be used.
Further, the rolling bearing of the present invention may be applied to support a motor or generator for a hybrid vehicle in addition to a gear for a vehicle transmission.
10 転がり軸受
11 内輪
11a 内輪軌道面
13 外輪
13a 外輪軌道面
15 玉(転動体)
17 保持器
Da 転動体の直径
Dm 転動体のピッチ円直径
Ri 内輪溝半径
Ro 外輪溝半径
Z 転動体の個数
DESCRIPTION OF
17 Cage Da Diameter of rolling element Dm Pitch circle diameter of rolling element Ri Inner ring groove radius Ro Outer ring groove radius Z Number of rolling elements
Claims (6)
前記転動体の直径をDa、前記転動体のピッチ円直径をDm、前記転動体の個数をZとしたとき、k={(π・Dm)/(Z・Da)}で表される関係式は、2.0≦k≦4.0であることを特徴とする転がり軸受。 A rolling bearing comprising: an inner ring having an inner ring raceway surface; an outer ring having an outer ring raceway surface; and a plurality of rolling elements arranged in a freely rolling manner between the inner ring raceway surface and the outer ring raceway surface. ,
When the diameter of the rolling element is Da, the pitch circle diameter of the rolling element is Dm, and the number of the rolling elements is Z, a relational expression represented by k = {(π · Dm) / (Z · Da)}. Is a rolling bearing, wherein 2.0 ≦ k ≦ 4.0.
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