JP2021503587A - 回転軸受 - Google Patents

Abstract

回転要素が荷重され、回転要素を分離するケージを装備され、回転要素が移動する軸受レース上に少なくとも１つの溝がある回転軸受であって、溝（４）の縁は、回転要素（３）の移動方向に対して４．５°から８０°の角度αで配置され、ケージ（７）の中に、回転要素のための穴が斜めに作られているため、ケージ（７）の中心を、回転要素（３）のための穴の中心と結ぶ直線と、この要素の、ケージ（７）との接触点における回転要素（３）への接線との間の角度βは、値β＞ａｒｃｔｇ μを有し、ここで、μは、回転要素材料（３）と、ケージ材料（７）との嵌合の滑り摩擦係数であることを特徴とする。【選択図】 図４ａ

Description

本発明は、ボールの形態を有する回転要素が、２つの軸受レース間を移動する回転軸受に関する。

機械部品の構造構成要素として使用される回転軸受が知られている。回転軸受の設計は多様化しているが、いずれの場合も、２つの軸受レース間を移動する回転要素を含む。回転軸受の追加の構成要素は、回転要素を一定の相互距離に維持するセパレータ（ケージ）、シーリング要素などを含み得る。

回転軸受は、シャフトの回転運動を提供し、その回転軸の一定の位置を維持し、また、荷重を伝達するため、運動に対する低い抵抗、安定した動作、動作の信頼性、耐摩耗性、または高い耐久性によって特徴付けられる必要がある。摩擦による最小限のエネルギ損失と、嵌合構成要素の振動に起因するノイズの低減とを実現するために、回転要素と嵌合する構造構成要素の軸受レースが研削され、その後、仕上げられる。しかしながら、回転要素の寸法のわずかな違いが、重要な問題を引き起こす。大量生産された回転要素は、そのサイズに関して分類されるが、実際には回転要素の絶対的な寸法均一性を達成することは不可能である。たとえば、直径が最大２μｍ異なるボールが、ボール軸受に挿入される。そのように組み立てられた軸受では、たとえば、速度が１０００ｒｐｍの場合、レース上を移動する個々のボールは、１分間の動作中に２０ｍｍさえも異なる距離をカバーする場合がある。軸受の回転要素の不均等な荷重により、回転要素がカバーする距離にさらに違いが生じる。横方向の荷重のみを伝達する回転軸受では、荷重を伝達しない回転要素が移動し、カバーされる距離が均等になる。すべての回転要素が荷重される軸受では、軸受レースに対する回転要素のスピンにより、回転要素がカバーする距離の均等化が行われる。スピンが発生するためには、ケージまたは隣接するボールに作用するボールの力が、滑り摩擦力を超える値まで増加する必要がある。軸受の荷重が高いほど、滑り摩擦力が大きくなる。そのような場合、回転軸受のグリース塗りに使用されるグリースは、正しい嵌合を保証する必要な要因である。適切なグリース塗りの不足は、軸受の摩耗の主な要因である。摩擦係数の低い材料で作られたケージを有し、横方向の荷重のみを伝達する回転軸受は、グリース塗りなしで機能し得る。

国際特許出願第２０１１１０５９１９号（特許文献１）の記載は、軸受レースを備えた２つのリングからなる軸受を開示しており、荷重された回転要素が移動し、回転要素の移動方向に向かって、横方向に配置された少なくとも１つの溝または凹部が、軸受レースのうちの１つに位置している。横方向の溝または凹部により、回転要素は、軸受レースのうちの１つと瞬間的に外れ、回転要素の異なる直径と、軸受の回転要素の不均等な荷重のために、ケージ力または隣接する回転要素力の影響下で移動できる。横方向の充填されていない溝または凹部を有する本発明による軸受の使用から生じる、回転要素とレースとの間の滑りの欠如は、グリース塗りなしで軸受の動作を可能にする。

溝、特に横方向の溝、または軸受レースにくぼみまたは凹部がある軸受は、以下の特許明細書、すなわち、欧州特許公開第３７５９３８号（特許文献２）、米国特許公開第２００８０２８５９０３号（特許文献３）、米国特許第１３３４０２７号（特許文献４）、特開平７−１９７９３７号公報（特許文献５）にも記載されている。

国際特許出願第２０１１１０５９１９号 欧州特許公開第３７５９３８号 米国特許公開第２００８０２８５９０３号 米国特許第１３３４０２７号 特開平７−１９７９３７号公報

回転要素が荷重され、回転要素を分離するケージを装備され、回転要素が移動する軸受レース上に少なくとも１つの溝がある回転軸受は、本発明によれば、溝の縁が、回転要素の移動方向に対して４．５°から８０°の角度αで配置されることを特徴とする。ケージの中に、回転要素のための穴が斜めに作られているため、ケージの中心を、回転要素のための穴の中心と結ぶ直線と、この要素の、ケージとの接触点における回転要素への接線との間の角度βは、値β＞ａｒｃｔｇ μを有し、μは、回転要素材料と、ケージ材料との嵌合の滑り摩擦係数である。

特定の方向に回転する軸受の場合、穴の中において、ケージとの回転要素の接触面におけるテーパは平行である一方、両方向に回転するベアリングの場合、テーパは収束する。

好ましくは、溝は、回転要素が軸受レースの大径に向かって移動するように配置される。

好ましくは、軸受レースのうちの１つは、軸受の軸に基づく半径を有する扇形形状の球状キャップを有する。

本発明による軸受では、軸受レースの一方における回転要素の移動に対して斜めに配置された溝により、回転要素は、溝のテーパのために、レースから瞬間的に外れ、軸受レースの大径、または小径に向かってシフトすることができる。この事実により、溝を残したまま軸受レースによって回転要素に加えられる力は減少する。軸受レースによって回転要素に加えられる力の欠如は、回転要素がカバーする距離の違いから生じる、回転要素とケージとの間の力を除去する可能性を与える。このシフトは、軸受レースの大径に向かって生じることが好ましく、これは、回転要素の溝から離れることを容易にする。その後、軸受の耐久性が約２０％増加する。

横方向の溝と比較して、斜めに配置された溝は、軸受レースによって回転要素に加えられる力を大幅に低減する。横方向の溝を有する軸受の移動抵抗トルクは、斜めの溝を有する軸受よりも約２倍大きい。

次に、回転要素と、回転要素のための穴のテーパ面を備えたケージとの間に発生する力により、ケージを案内する軸受のリングに、ケージによって加えられる力を減少させる。これは、軸受の移動抵抗トルクを大幅に減少させる。内部リングの回転により、ケージの速度は、内部リングの速度よりも遅くなる。軸受の内部レースと接触すると、回転要素を分離するケージが加速され、回転要素を押す。その後、回転要素が、ケージの穴の後部と接触する。ケージによって回転要素に加えられる力の作用方向と、回転要素の、ケージとの接触点における回転要素への接線との間の角度に応じて、力の分布は、軸受の動作のために好適であることも、好適でないこともある。２つの力が発生する。第１の力は、ケージを内部リングから遠ざけ、第２の力は、ケージと回転要素との間の滑り摩擦力であり、ケージを内部リングに押し付ける。ケージを内部リングから遠ざける力が、回転要素とケージとの間の摩擦力よりも大きい場合、力の分布は、軸受の動作に好適である。この状況は、β＞ａｒｃｔｇ μの条件が満たされる場合に生じ、ここで、μは、回転要素材料とケージ材料との嵌合の滑り摩擦係数であり、βは、ケージの中心を回転要素のためのケージ穴の中心と結ぶ直線と、この要素の、ケージまたはケージテーパとの接触点における回転要素への接線との間の角度である。

本発明による軸受は、横方向の溝およびグリースを塗った軸受を備えた軸受よりも４〜１０倍低い軸受の移動抵抗トルクを有する。本発明による軸受は、油、液体潤滑剤、またはグリースでグリース塗りされた軸受に匹敵する耐久性を維持しながら、グリース塗りなしで動作する可能性を提供する。本発明による２つの回転軸受を使用する軸受配置は、２０，０００時間を超えて連続して作動し、５０Ｎの縦荷重の下で２５億回の回転を行った。現在、縦方向の力が荷重された既知のグリースを塗られていない軸受の耐久性は、わずか数百万回転までであり、Ｐｂ、ＭｏＳ₂タイプのグリースを塗ったものの耐久性は、５０Ｎを超える縦荷重の下で、６０００万回転を超えない。

本発明による構造的解決策は、通常のボール軸受、テーパボール軸受、マグネトボール軸受、四点ボール軸受、縦方向および横方向の力を荷重されたスピンドル用ボール軸受に大きな効果をもたらす。

本発明の主題は図面に示される。

ケージを備えた通常のボール軸受の断面図である。 軸受レース上の回転要素の移動方向に対する右方向における溝の実施形態の断面図である。 軸受レース上の回転要素の移動方向に対する左方向における溝の実施形態の断面図である。 回転要素の大径方向へのシフトを示す図である。 回転要素の大径方向へのシフトを示す図である。 ケージの断片と、ケージによって回転要素に加えられる力とを示す図である。 ケージの断片と、ケージによって回転要素に加えられる力とを示す図である。 ケージの断片と、ケージによって回転要素に加えられる力とを示す図である。 ケージの断片と、ケージによって回転要素に加えられる力とを示す図である。 ケージの断片と、ケージによって回転要素に加えられる力とを示す図である。 ケージの断片と、ケージによって回転要素に加えられる力とを示す図である。 ケージの断片と、ケージによって回転要素に加えられる力とを示す図である。 右側の溝を備えた２つの軸受における軸受配置の例を示す図である。

図１に示される本発明による軸受の実施形態は、単列ボール軸受である。軸受は、外部リング１と、内部リング２と、ボール３の形態を有する回転要素と、ケージ７とで構成される。回転要素は、外部軸受レース５と内部軸受レース６とで回転する。内部軸受レース６内に、斜めの溝４が作られる。溝４は、回転要素３の移動に対して斜めに位置しており、その動きは、図２ａおよび図２ｂにおいて矢印で印されている。溝４の領域に入ると、回転要素３は、レース５、６から一時的に外れ、溝４のテーパによって、図３ａおよび図３ｂに示されるように、直径ｄ１から直径ｄ２に、大径軸受レースに向かって移動する。これは、回転要素３が溝４を離れている間に、両方のレース５、６との、穏やかな嵌合の開始を可能にする。

図４ａから図７ｂに示すように、回転要素３は、斜めに作られた穴におけるケージ７に配置され、ケージ７の中心Ｏ₁を回転要素３のための穴の中心Ｏ₂と結ぶ直線Ｏ₁Ｏ₂と、この要素の、ケージ７との接触点における回転要素３への接線との間のテーパ傾斜角βは、値β＞ａｒｃｔｇ μを有し、ここで、μは、回転要素材料３とケージ材料７との嵌合の摩擦係数である。

図４ａに示すように、回転速度ｎ_rで回転する内部リング２に案内されているケージ７で、ケージ７を上方に持ち上げる力Ｆｕ＝Ｆｓ ｓｉｎβは、ケージ７と回転要素３との間の接触点に発生する。この力の目的は、ケージ７を案内する軸受のリングに対するケージ７の影響を低減することである。この力は、回転速度ｎ_bで回転する回転要素３と、これらの要素の接触点におけるケージ７との間の摩擦力である力Ｆｔ＝Ｆｎ μよりも大きくなければならず、ここで、Ｆｎ＝Ｆｓ ｃｏｓβであり、Ｆｓは、ケージ７によって回転要素３に加えられる力であり、μは、ケージ７の材料と、回転要素３の材料との嵌合の滑り摩擦係数である。β＞ａｒｃｔｇ μという条件は、これらの式から得られる。ケージ７が、単にポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）で作られており、回転要素が１００Ｃｒ６鋼で作られている場合、これらの材料間の滑り摩擦係数は、μ＝０．４となる。次に、式β＞ａｒｃｔｇ μにしたがって、ケージのテーパ傾斜角は、β＞２２°である必要がある。

図４ｂは、ケージ７の瞬間角速度が、回転要素３の角速度よりも速い場合の力の分布を示す。

図５ａおよび図５ｂは、軸受の内部リング２が両方向に回転する場合のケージ７と回転要素３との間の力の分布を示す。

図６は、ケージ７を外部リング１に案内する場合のケージ７と回転要素３との間の力の分布を示し、内部リング２は、回転速度ｎ_rで回転する。

図７ａおよび図７ｂは、外部リング１上でケージ７を案内する場合のケージ７と回転要素３との間の力の分布を示し、内部リング２は回転速度ｎ_rで両方向に回転する。

図８には、右側の溝４を備えた２つの軸受の軸受配置の例が示される。軸受レース上を移動する回転要素３に対する溝４の方向は、溝４を通過する際の回転要素３とレースとの間の力の、より好ましい分布をもたらす。軸受の予荷重を得るために、スプリング８が使用される。

Claims (5)

1. 回転要素が荷重され、前記回転要素を分離するケージを装備され、前記回転要素が移動する軸受レース上に少なくとも１つの溝がある回転軸受であって、前記溝（４）の縁は、前記回転要素（３）の移動方向に対して４．５°から８０°の角度αで配置され、前記ケージ（７）の中に、前記回転要素のための穴が斜めに作られているため、前記ケージ（７）の中心を、前記回転要素（３）のための穴の中心と結ぶ直線と、この要素の、前記ケージ（７）との接触点における前記回転要素（３）への接線との間の角度βは、値β＞ａｒｃｔｇ μを有し、ここで、μは、前記回転要素（３）と、前記ケージ材料（７）との嵌合の滑り摩擦係数であることを特徴とする、回転軸受。
2. 前記溝（４）は、前記回転要素が前記軸受レースの大径に向かって移動するように配置されることを特徴とする、請求項１に記載の回転軸受。
3. 一方向に回転する前記軸受の場合、前記穴の中において、前記ケージ（７）との前記回転要素（３）の接触面におけるテーパは平行であることを特徴とする、請求項１に記載の回転軸受。
4. 両方向に回転する前記軸受の場合、前記ケージ（７）が前記穴にある前記回転要素（３）の接触面におけるテーパは収束することを特徴とする、請求項１に記載の回転軸受。
5. 前記軸受レースのうちの１つは、前記軸受の軸に基づいた半径を有する扇形形状の球状キャップを有することを特徴とする、請求項１に記載の回転軸受。

Images