JP2008215589A - Rolling bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、円錐ころ軸受、アンギュラ玉軸受等の予圧をかけて使用する転がり軸受を組み込んだ転がり軸受装置に関する。 The present invention relates to a rolling bearing device incorporating a rolling bearing to be used with preload such as a tapered roller bearing and an angular ball bearing.
自動車等の車両に使用されるギヤ式駆動伝達ユニット、例えばトランスミッションユニットでは、回転軸をハウジングの内周に2つの円錐ころ軸受を介して支持している。
近年、軽量化のために鉄系金属に替えて軽合金(例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金等)で前記ハウジングを形成することが行われているが、回転軸は、強度や剛性の関係から鉄系金属で製作されるのが一般的である。
回転軸の支持に用いられる円錐ころ軸受に予圧が付与されている場合、ハウジングと回転軸との線膨張係数の差が大きいため、運転中にトランスミッションユニットの温度が上昇すると、回転軸に比べてハウジングの寸法変化が大きくなることから、転がり軸受に付与された予圧が低下し、これにより予圧が抜けてしまうという問題が発生する。
In a gear-type drive transmission unit used in a vehicle such as an automobile, for example, a transmission unit, a rotating shaft is supported on the inner periphery of a housing via two tapered roller bearings.
In recent years, in order to reduce the weight, the housing is formed of a light alloy (for example, an aluminum alloy, a magnesium alloy, etc.) instead of an iron-based metal. It is generally made of a base metal.
When preload is applied to the tapered roller bearing used to support the rotating shaft, the difference in linear expansion coefficient between the housing and the rotating shaft is large. Since the dimensional change of the housing becomes large, the preload applied to the rolling bearing is lowered, thereby causing a problem that the preload is released.
このような予圧抜けを防止するため、ベアリングホルダ部(ハウジング)と円錐ころ軸受の端部との間に形状記憶合金製のスラストワッシャを介装することが提案されている(特許文献1参照)。
特許文献1のスラストワッシャを用いれば、熱膨張率の相違によるギヤシャフト長の変位量とハウジング長の変位量の差がスラストワッシャの変形により相殺され、冷間時と熱間時との双方で適正な予圧を円錐ころ軸受に付与することができる。しかし、このスラストワッシャは形状記憶合金製であり、熱間時(80℃以上)にならないとテーパ状に変化しないため、温度変化に応じて予圧を適正に調整することができなかった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、温度変化に応じて予圧を適正に調整することができる転がり軸受装置を提供することを目的としている。
If the thrust washer of
This invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the rolling bearing apparatus which can adjust a preload appropriately according to a temperature change.
本発明の転がり軸受装置は、金属製の回転体が、当該金属より線膨張係数の大きい金属からなるハウジングの内周に複数の転がり軸受を介して支持され、当該複数の転がり軸受に予圧が付与されている転がり軸受装置であって、前記転がり軸受の外輪の軸方向一方側の端面とこれに対向する前記ハウジングの内端面との間、又は前記転がり軸受の内輪の軸方向他方側の端面とこれに対向する前記回転体の段部との間に、前記外輪又は内輪と同軸に配設されており、前記ハウジングの内端面又は前記回転体の段部に接触する一方の面と螺旋状のネジ山及びネジ溝の少なくとも一方が設けられた他方の面とを有する螺旋ネジ板と、前記外輪又は内輪に線接触し、当該外輪又は内輪の軸心に垂直な面に対して傾斜する傾斜面と前記ネジ山が挿入される溝及び前記ネジ溝に挿入される凸部の少なくとも一方を有し前記螺旋ネジ板の他方の面と接触する径方向に延びる面とを有する複数のクサビ部材とが介装されているとともに、前記ハウジングに設けられ且つ当該ハウジングの熱膨張を検出する検出手段と、前記螺旋ネジ板を周方向に回転させる駆動手段と、前記検出手段の検出信号に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴としている。 In the rolling bearing device of the present invention, a metal rotating body is supported on the inner periphery of a housing made of a metal having a larger linear expansion coefficient than the metal via a plurality of rolling bearings, and preload is applied to the plurality of rolling bearings. A rolling bearing device that is provided between an end face on one axial side of the outer ring of the rolling bearing and an inner end face of the housing opposite to the end face, or an end face on the other axial side of the inner ring of the rolling bearing; Between the step of the rotating body facing this, the outer ring or the inner ring is disposed coaxially, and the inner end surface of the housing or one surface contacting the step of the rotating body is spirally formed. A spiral screw plate having at least one of a screw thread and a screw groove, and an inclined surface which is in line contact with the outer ring or inner ring and is inclined with respect to a plane perpendicular to the axis of the outer ring or inner ring And the thread is inserted A plurality of wedge members having at least one of a groove and a convex portion inserted into the screw groove and having a radially extending surface in contact with the other surface of the spiral screw plate, Detection means provided in the housing and detecting thermal expansion of the housing, driving means for rotating the helical screw plate in the circumferential direction, and control means for controlling the driving means based on a detection signal of the detection means It is characterized by having.
本発明の転がり軸受装置によれば、温度変化によるハウジングの熱膨張が検出手段で検出されると、その検出信号に基づいて制御手段が駆動手段を制御して螺旋ネジ板を周方向に回転させ、この回転によりクサビ部材が径方向に移動する。このとき、クサビ部材の傾斜面と外輪又は内輪との接触位置が移動するので外輪又は内輪を軸方向に移動させることができる。これにより、温度変化に応じて予圧を適正に調整することができる。 According to the rolling bearing device of the present invention, when the thermal expansion of the housing due to a temperature change is detected by the detection means, the control means controls the drive means based on the detection signal to rotate the spiral screw plate in the circumferential direction. The wedge member moves in the radial direction by this rotation. At this time, since the contact position between the inclined surface of the wedge member and the outer ring or the inner ring moves, the outer ring or the inner ring can be moved in the axial direction. Thereby, a preload can be appropriately adjusted according to a temperature change.
本発明の転がり軸受装置によれば、温度変化に応じて予圧を適正に調整することができる。 According to the rolling bearing device of the present invention, it is possible to appropriately adjust the preload according to the temperature change.
以下、本発明の第1実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下においては、本発明の転がり軸受装置を自動車のトランスミッションに適用した場合を例示して説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る転がり軸受装置を適用したトランスミッション1の横断面説明図である。トランスミッション1は、ケース2と、このケース2の内部に組み込まれたギヤボックス3と、このギヤボックス3を貫通するように互いに平行に設けられた回転体である入力軸4及び出力軸5とを備えている。入力軸4及び出力軸5は鉄系金属(鋼)製であり、ギヤボックス3内に設けられた変速ギヤ6により連動して回転するように構成されている。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following, a case where the rolling bearing device of the present invention is applied to an automobile transmission will be described as an example.
FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view of a
変速ギヤ6は、マニュアルタイプであり、入力軸4に互いに歯数の異なる複数枚の入力ギヤ7を設けるとともに、出力軸5に互いに歯数の異なる出力ギヤ8を設け、得るべき変速比又は前進/後退の区別に応じて、入力軸4上の入力ギヤ7と出力軸5上の出力ギヤ8との噛み合いの組み合わせを切り替えることによって変速可能となっている。これら入力ギヤ7及び出力ギヤ8にはスパーギヤやヘリカルギヤが用いられる。なお、変速ギヤ6は、遊星ギヤ機構等を用いたオートマチックタイプであってもよい。
The
入力軸4の両端は、ケース2内の内側に固定された円筒ころ軸受9及び玉軸受10によりそれぞれ回転可能に支持されている。出力軸5の両端は、一対の転がり軸受である円錐ころ軸受11,12によりそれぞれ支持されている。軸方向一方側(図1において左側)の円錐ころ軸受11は、ケース2と一体のハウジングとしての軸受ハウジング13に嵌合されており、軸方向他方側(右側)の円錐ころ軸受12は、ケース12と一体の軸受ハウジング14に当て止め固定されている。双方の円錐ころ軸受11,12には、定位置予圧方式によって予圧が付与されている。なお、ケース2、軸受ハウジング13,14は、軽量化のためにアルミニウム合金にて形成されている。
Both ends of the
図2は、図1に示されるトランスミッション1の要部の拡大断面説明図である。左側の円錐ころ軸受11は、外輪15と、内輪16と、これら外輪15及び内輪16の間に転動自在に配設された複数の転動体として円錐ころ17とを備えている。外輪15の外周面は、軸受ハウジング13の内周面に嵌合され、外輪15の内周面には、円錐ころ17が斜接して転動する内周軌道面15aが形成されている。一方、内輪16の外周面には、円錐ころ17が斜接して転動する外周軌道面16aが形成され、当該内輪16の内周面には出力軸5が嵌合されている。内輪16と円錐ころ17との接触角および円錐ころ17と外輪15との接触角は、軸方向内側(右側)から軸方向外側(左側)に向けて拡径するように設定されている。なお、ここで接触角は、JISB0104−1991に規定された呼び接触角に準じる。
これらの構成は、右側の円錐ころ軸受12(図1)についても、軸方向内側が左側に、軸方向外側が右側になる点以外は同様であるため、その説明を省略する。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional explanatory view of a main part of the
These configurations are the same for the right tapered roller bearing 12 (FIG. 1) except that the inner side in the axial direction is on the left side and the outer side in the axial direction is on the right side.
外輪15の軸方向外側(図2において左側)の端面15bと、この端面15bに対向する軸受ハウジング13の内端面13aとの間には、螺旋ネジ板18及び複数(ここでは4個)のクサビ部材19が介装されている。螺旋ネジ板18は軸受ハウジング13の内周面に回転摺動可能に保持される。
図3は、螺旋ネジ板18とクサビ部材19との位置関係を示す説明図である。螺旋ネジ板18は、外輪15と同軸に配設されており、断面矩形のリング状に形成されている。螺旋ネジ板18の一方の面18aは軸受ハウジング13の内端面13aと回転摺動可能に接触しており、他方の面18bには螺旋状のネジ山18cが設けられている。
Between the
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the positional relationship between the
4個のクサビ部材19は周方向において等間隔に配置されており、それぞれ断面が直角三角形をしている。クサビ部材19の傾斜面19aは、外輪15の軸心に垂直な面に対して傾斜しており、外輪15の軸方向外側(左側)の角部15cと線接触している。そして、径方向に延びる面19bには、螺旋ネジ板18のネジ山18cに対応する溝19cが形成されており、この溝19cにネジ山18cを挿入した状態で、クサビ部材19の径方向に延びる面19bの径方向外方側の一部と螺旋ネジ板18の他方の面18bの径方向内方側の一部とが接触している。クサビ部材19と螺旋ネジ板18とが接触する部分には潤滑剤が塗布されており、クサビ部材19は螺旋ネジ板18上を滑らかに移動できるようになっている。4個のクサビ部材19のそれぞれ周方向両側には軸受ハウジング13に固定された規制部材23があり、クサビ部材19の周方向への移動を規制し、クサビ部材19が主として径方向に動くよう保持している。
The four
トランスミッション1はさらに、軸受ハウジング13に設けられ且つ軸受ハウジング13の熱膨張を検出する検出手段20と、螺旋ネジ板18を周方向に回転させる駆動手段22と、検出手段20の検出信号に基づいて前記駆動手段22の駆動を制御する制御手段21とを備えている。
検出手段20は、軸受ハウジング13の熱膨張に関する情報を検出し、検出した情報を制御手段21に送信可能なものであり、本実施の形態では温度センサが用いられている。
The
The detection means 20 is capable of detecting information related to thermal expansion of the bearing
制御手段21の記憶部には、検出手段である温度センサ20によって検出された温度情報から軸受ハウジング13の熱膨張(変位量)及び予圧の変動量を求める演算式が記憶されており、この制御手段21によって温度センサ20の情報に基づいた予圧の変動量が求められる。そして、得られた予圧の変動量に応じて駆動手段22の駆動を制御する。
駆動手段22は、螺旋ネジ板18を周方向に回転させるものであり、本実施の形態ではでは、図3に示すように、螺旋ネジ板18の円筒面18dに切り欠き部を設け、そこに駆動手段である油圧ピストン22を当接させている。この油圧ピストン22は、制御手段21からの指示信号に従って調整された油圧で螺旋ネジ板18を押し、螺旋ネジ板18を周方向に回転させる。
The storage unit of the
The driving means 22 rotates the
次に、第1実施形態に係るトランスミッション1の動作を説明する。
エンジンが始動して運転状態になると、ギヤシャフト間の噛み合い摩擦やギヤオイルの攪拌等によりトランスミッション1の温度は徐々に上昇する。すると、出力軸5と軸受ハウジング13との線膨張係数の違いにより、出力軸5より軸受ハウジング13の方が大きく膨張するため、予め設定されていた予圧が変化することになる。ところが、温度センサ20で検出された温度情報が制御手段21に送られると、そこで予圧の変動量が求められ、その予圧の変動量に応じて油圧ピストン22の油圧が制御される。すると油圧ピストン22は調整された油圧で螺旋ネジ板18を押し(図3の矢印p参照)、螺旋ネジ板18は反時計回りに回転し(図3の矢印q参照)、クサビ部材19は規制部材23によって周方向への移動を規制されながら径方向外方に移動する(図3の矢印r参照)。このとき、外輪15の角部15cが接触するクサビ部材19の傾斜面19aの位置が移動して外輪15が軸方向(内輪側)に移動する。これにより予圧を適正に調整することができる。なお、エンジンが停止すると、油圧ピストン22及び螺旋ネジ板18は元の位置に戻るように設定されている。
Next, the operation of the
When the engine starts and is in an operating state, the temperature of the
このように、本発明の転がり軸受装置であるトランスミッション1によれば、温度変化による軸受ハウジング13の熱膨張が検出手段である温度センサ20で検出されると、その検出信号に基づいて制御手段21が駆動手段である油圧ピストン22を制御して螺旋ネジ板18を周方向に回転させ、この回転によりクサビ部材19が径方向に移動する。このとき、クサビ部材19の傾斜面19aと外輪15又は内輪16との接触位置が移動するので外輪15又は内輪16を軸方向に移動させることができる。これにより、温度変化に応じて予圧を適正に調整することができる。
Thus, according to the
次に、本発明の第2実施形態を説明する。図4は、本発明の第2実施形態に係るトランスミッション1の要部の拡大断面説明図である。
本発明の第2実施形態に係るトランスミッション1においては、螺旋ネジ板18及びクサビ部材19が内輪16の軸方向内側(図4において右側)の端面16bと、この端面16bに対向する出力軸5の段部5aとの間に介装されている。螺旋ネジ板18は出力軸5の外周面に回転摺動可能に保持される。これ以外は、上述した第1実施形態と同様であり、その説明を省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional explanatory view of a main part of the
In the
図5は、図4の螺旋ネジ板18とクサビ部材19との位置関係を示す説明図である。螺旋ネジ板18の一方の面18aは出力軸5の段部5aと接触しており、他方の面18bには螺旋状のネジ山18cが設けられている。
4個のクサビ部材19は周方向において等間隔に配置されており、その傾斜面19aは内輪16の軸方向内側(右側)の角部16cと線接触している。そして、径方向に延びる面19bには、螺旋ネジ板18のネジ山18cに対応する溝19cが形成されており、この溝19cにネジ山18cを挿入した状態で、クサビ部材19の径方向に延びる面19bの径方向内方側の一部と螺旋ネジ板18の他方の面18bの径方向外方側の一部とが接触している。クサビ部材19と螺旋ネジ板18とが接触する部分には潤滑剤が塗布されており、クサビ部材19は螺旋ネジ板18上を滑らかに移動できるようになっている。4個のクサビ部材19のそれぞれ周方向両側には出力軸5に固定された規制部材24があり、クサビ部材19の周方向への移動を規制し、クサビ部材19が主として径方向に動くよう保持している。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the positional relationship between the
The four
第2実施形態に係るトランスミッション1の動作を説明する。エンジンが始動して運転状態になると、トランスミッション1の温度は徐々に上昇する。すると、出力軸5より軸受ハウジング13の方が大きく膨張するため、予め設定されていた予圧が変化することになる。ところが、温度センサ20で検出された温度情報が制御手段21に送られると、そこで予圧の変動量が求められ、その予圧の変動量に応じて油圧ピストン22の油圧が制御される。すると油圧ピストン22は調整された油圧で螺旋ネジ板18を押し(図5の矢印s参照)、螺旋ネジ板18は時計回りに回転し(図5の矢印t参照)、クサビ部材19は径方向内方に移動する(図5の矢印u参照)。このとき、内輪16の角部16cが接触するクサビ部材19の傾斜面19aの位置が移動して内輪16が軸方向(外輪側)に移動する。これにより予圧を適正に調整することができる。
An operation of the
本発明は、上記実施形態に限定されることなく適宜変更することが可能である。上記実施形態においては、螺旋ネジ板18にネジ山18cを形成し、クサビ部材19にネジ山18cに対応する溝19cを形成したが、螺旋ネジ板18にネジ溝を形成し、クサビ部材19にネジ溝に対応する凸部を形成してもよく、或いは両方を形成してもよい。また、上記実施形態においては、規制部材23,24はそれぞれ軸受ハウジング13、出力軸5に固定されていたが、一体に形成してもよく、また、それぞれ軸受ハウジング13に固定される部材、出力軸5に固定される部材に固定又は一体に形成してもよく、また軸受ハウジング13と外輪15とが回り止めされている場合又は出力軸5と内輪16とが回り止めされている場合においては、外輪15、内輪16に固定又は一体に形成してもよい。上記実施形態においてはクサビ部材19の数を4個にして説明したが、クサビ部材19は4個に限定されず、複数であればいくつでもかまわない。また、上記実施形態においては、検出手段として温度センサ20を用いているが、軸受ハウジング13の熱膨張に関する情報を検出できればよく、歪みセンサ等を用いることも可能である。さらに、駆動手段として油圧ピストン22を用いているが、螺旋ネジ板18を周方向に回転させるものであれば油圧ピストン22に限定されない。例えば、螺旋ネジ板18の周りにコイルを巻き、このコイルに対向するように永久磁石を配置して、コイルに電流を流すことにより得られる誘導起電力を利用して、螺旋ネジ板18を周方向に回転させることも可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment and can be modified as appropriate. In the above embodiment, the
上記実施形態では、トランスミッションに用いられる転がり軸受装置を示しているが、四輪駆動車の駆動分配軸用のギヤユニット等、他の装置にも適用することができる。転がり軸受としては、円錐ころ軸受に限らずアンギュラ玉軸受、深溝玉軸受等の予圧を使用する他の転がり軸受を使用してもよい。また、ハウジングをアルミニウム合金で形成しているが、回転体を形成する金属より線膨張係数の大きい金属であればよく、他の軽合金、例えばマグネシウム合金で形成してもよい。 Although the rolling bearing device used for the transmission is shown in the above embodiment, the present invention can be applied to other devices such as a gear unit for a drive distribution shaft of a four-wheel drive vehicle. The rolling bearing is not limited to the tapered roller bearing, and other rolling bearings using a preload such as an angular ball bearing or a deep groove ball bearing may be used. Moreover, although the housing is formed of an aluminum alloy, it may be a metal having a larger linear expansion coefficient than the metal forming the rotating body, and may be formed of another light alloy, such as a magnesium alloy.
1 トランスミッション(転がり軸受装置)
5 出力軸(回転体)
11 円錐ころ軸受(転がり軸受)
13 軸受ハウジング(ハウジング)
15 外輪
16 内輪
18 螺旋ネジ板
19 クサビ部材
20 温度センサ(検出手段)
21 制御手段
22 油圧ピストン(駆動手段)
1 Transmission (Rolling bearing device)
5 Output shaft (rotating body)
11 Tapered roller bearings (rolling bearings)
13 Bearing housing (housing)
DESCRIPTION OF
21 Control means 22 Hydraulic piston (drive means)
Claims (1)
前記転がり軸受の外輪の軸方向一方側の端面とこれに対向する前記ハウジングの内端面との間、又は前記転がり軸受の内輪の軸方向他方側の端面とこれに対向する前記回転体の段部との間に、前記外輪又は内輪と同軸に配設されており、前記ハウジングの内端面又は前記回転体の段部に接触する一方の面と螺旋状のネジ山及びネジ溝の少なくとも一方が設けられた他方の面とを有する螺旋ネジ板と、前記外輪又は内輪に線接触し、当該外輪又は内輪の軸心に垂直な面に対して傾斜する傾斜面と前記ネジ山が挿入される溝及び前記ネジ溝に挿入される凸部の少なくとも一方を有し前記螺旋ネジ板の他方の面と接触する径方向に延びる面とを有する複数のクサビ部材とが介装されているとともに、前記ハウジングに設けられ且つ当該ハウジングの熱膨張を検出する検出手段と、前記螺旋ネジ板を周方向に回転させる駆動手段と、前記検出手段の検出信号に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする転がり軸受装置。 A rolling bearing device in which a metal rotating body is supported on the inner periphery of a housing made of a metal having a larger linear expansion coefficient than the metal via a plurality of rolling bearings, and preload is applied to the plurality of rolling bearings. And
Between the end surface on one axial side of the outer ring of the rolling bearing and the inner end surface of the housing facing it, or on the other end surface in the axial direction of the inner ring of the rolling bearing and the step portion of the rotating body facing the end surface Between the outer ring and the inner ring, and provided with at least one of an inner end surface of the housing or one surface contacting the stepped portion of the rotating body, and a spiral screw thread or screw groove. A spiral screw plate having the other surface, a slant surface that is in line contact with the outer ring or the inner ring and is inclined with respect to a plane perpendicular to the axis of the outer ring or the inner ring, and a groove into which the thread is inserted. A plurality of wedge members having at least one of convex portions inserted into the screw grooves and having a radially extending surface in contact with the other surface of the helical screw plate are interposed, and the housing Of the housing A rolling device comprising: detecting means for detecting expansion; driving means for rotating the spiral screw plate in a circumferential direction; and control means for controlling the driving means based on a detection signal of the detecting means. Bearing device.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP3423724A4 (en) * | 2016-03-01 | 2019-10-16 | The Timken Company | Apparatus and method for preloading bearing assemblies |
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2007
- 2007-03-08 JP JP2007057990A patent/JP2008215589A/en active Pending
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