JP4466473B2

JP4466473B2 - 転がり軸受

Info

Publication number: JP4466473B2
Application number: JP2005147835A
Authority: JP
Inventors: 賀津雄井手; 耕志郎山川; 一寿梶原
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2025-05-20
Also published as: JP2006322579A

Description

本発明は、転がり軸受に係り、詳しくは、軌道輪と相手部材とのはめあい面に生じるクリープを防止しうる転がり軸受に関する。

転がり軸受は、その内輪を軸に、外輪をハウジングに、それぞれ適切なはめあいで固定するか、もしくはピンや樹脂などの適宜の部材で回転防止をする必要があり、この回転防止が不充分であると、はめあい面で円周方向にクリープと呼ばれる、有害な滑りを生じる。このクリープが生じると、異常発熱、はめあい面の摩耗、摩耗粉の軸受内部への侵入、振動発生等、様々なトラブルを引き起こす。

特に、自動車の変速機の軸支持用軸受のように、高荷重の条件下で使用される転がり軸受では、固定輪である外輪の外周面とハウジングとの間でクリープが生じ、外輪やハウジングを摩耗させる、という問題がある。

このようなクリープに対しては、従来、外輪の外周面とハウジングとの間に、樹脂製のリング等の環状の部材を介装することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−１５９３７５号公報

しかしながら、上記のように、外輪とハウジングとの間に樹脂等の環状の部材を介装したものでは、環状の部材は大きな荷重により圧縮されて破壊されることがあり、このような部材により、高荷重の条件下で使用される転がり軸受に生じるクリープを確実に防止することが困難である。

本発明は、高荷重の条件下で使用される転がり軸受においても、固定輪とその相手部材とのはめあい面に生じるクリープを効果的に抑制することを課題とする。

本件発明者らが、固定輪、例えば外輪と、その相手部材であるハウジングとの間でクリープが発生するメカニズムを検討したところでは、玉等の転動体が高負荷を受けて外輪の軌道面を通過する際、外輪の外周面の相手部材（ハウジング）との接触領域の弾性変位による相対すべりにより、クリープが発生する、という知見を得ている。

本発明による転がり軸受は、上記知見に基づいて創案されたもので、転がり軸受の固定輪の相手部材とのはめあい面において、該固定輪もしくは相手部材のはめあい面に、該固定輪の軌道面幅を越えない範囲の幅のクリープ防止用逃げ溝が形成され、上記逃げ溝の深さは、該逃げ溝形成部位の径方向の最大弾性変形量（弾性的に変形しうる変形量の最大値）以下に設定されていることを特徴とするものである。

固定輪が外輪である場合は、外輪の外周面もしくは相手部材（ハウジング）の内周面にクリープ防止用の逃げ溝が形成され、固定輪が内輪である場合は、内輪の内周面もしくは軸の外周面に逃げ溝が形成される。

上記構成の転がり軸受では、高荷重のもとで、転動体が固定輪の軌道面を通過する際、転動体の荷重直下にある固定輪の軌道面形成部位のはめあい面側に、相手部材との接触領域の最大弾性変位が発生することになる。

本発明では、軌道面形成部位のはめあい面側には逃げ溝があって、この逃げ溝により、軌道面形成部位と相手部材（ハウジングもしくは軸）とが直接接触しないよう空間的に隔離されているから、固定輪の軌道面形成部位の弾性変位は、ほとんど相手部材に伝わらない。このため、固定輪とその相手部材とのはめあい面でのクリープの発生が抑制される。

上記構成の転がり軸受において、固定輪は厚肉であることが望ましく、より具体的には、固定輪の上記逃げ溝および軌道面の各形成部位を除く部分の肉厚が、回転輪の対応する部分の肉厚より厚肉に形成されていることが望ましい。

このように、逃げ溝が形成されている固定輪が厚肉であると、固定輪は、厚肉により剛性が増大するから、転動体の圧接転動に伴う固定輪自体の脈動変位が抑えられ、上記した逃げ溝の脈動変位の伝達遮断効果と相俟って、固定輪とその相手部材との間のクリープがより効果的に抑制される。

上記のように逃げ溝の深さが限定されていると、高荷重により、固定輪の逃げ溝形成部位がハウジング等の相手部材の側に大きく変形すると、この変形部分が相手部材に受け止められることになり、それ以上の逃げ溝形成部位の過度の変形が抑制されるので、高荷重による逃げ溝形成部位の塑性変形や破損を未然に防止することができ、したがって、高荷重での軸受の使用が可能になる。

本発明によれば、高荷重の条件下においても、固定輪とその相手部材との間に生じるクリープを抑制することができる。

以下、本発明の最良の実施の形態を、図１を参照して説明する。最良の実施の形態は、本発明を深溝玉軸受に実施したもので、図１は、最良の実施の形態に係る深溝玉軸受の半断面図である。

図１において、符号１は、深溝玉軸受の全体を示し、この深溝玉軸受１は、外輪２と、内輪３と、玉４と、保持器５と、シール６とを備えている。本実施形態では、外輪２が固定輪であって、ハウジング７の嵌合孔の内周に嵌合されている。内輪３は、回転輪として回転駆動される軸８の外周面に嵌着されている。

外輪２は、内周に玉４が転動する軌道面２ａを有し、ハウジング７とのはめあい面である外周面には、逃げ溝９が全周にわたって形成されている。この逃げ溝９は、外輪２とハウジング７との間に生じるクリープを防止するためのもので、前記軌道面２ａに径方向に対応する位置に設けられており、その幅Ｗｂは、前記軌道面２ａの幅Ｗａより小さい値に設定されている（Ｗａ＞Ｗｂ）。

また、逃げ溝９の深さＤは、外輪軌道面２ａへの玉４の圧接により変形する逃げ溝９形成部位（外輪２の幅方向各部位のうち、逃げ溝９が形成されている部位）の径方向の変形量に対応して設定されており、より具体的には、逃げ溝９形成部位の径方向の最大弾性変形量以下の深さとなっている。要するに、外輪軌道面２ａへの玉４の圧接転動により逃げ溝９形成部位が径方向に変形した場合、その変形量が所定量（逃げ溝９の深さＤ分の量）を越えると、逃げ溝９形成部位の一部がハウジング７に接触し、受け止められるようになっている。具体的には、深溝玉軸受では、逃げ溝９の深さＤは、最小０．０１ｍｍ、最大１．０ｍｍの範囲内に設定される。

さらに、本実施形態では、外輪２は厚肉に形成されており、外輪２の上記逃げ溝９および軌道面２ａの各形成部位を除く部分の肉厚Ｔｏが、内輪３の対応する部分（軌道面３ａの形成部位を除く部分）の肉厚Ｔｉより厚肉に形成されている（Ｔｏ＞Ｔｉ）。この場合、玉４のピッチ円直径（ＰＣＤ）を変えずに外輪２を外径側に増肉してもよいし、ＰＣＤを減少させるとともに、外輪２を内径側に増肉してもよい。

上記構成の深溝玉軸受１において、大きな回転荷重の下で内輪３が回転すると、玉４の転動に伴い、外輪２、特に、その軌道面２ａの形成部位が波打つように脈動変位するが、軌道面２ａ形成部位の外周側には逃げ溝９があって、この逃げ溝９により、軌道面２ａ形成部位とハウジング７とは空間的に隔離されているから、軌道面２ａ形成部位の脈動変位は、ほとんどハウジング７に伝わらず、外輪２とハウジング７との間でのクリープの発生が抑制される。

また、外輪２は厚肉に形成されているから、剛性が大きく、玉４の圧接転動に伴う外輪２全体の脈動変位が抑えられる。この点からも、外輪２とハウジング７との間のクリープがより効果的に抑制される。

さらに、高荷重が加わると、外輪２の逃げ溝９形成部位がハウジング７側に大きく変形しようとするが、逃げ溝９の深さＤが限定されているために、変形部分は逃げ溝９内を通り越してハウジング７の内周面に受け止められることになり、それ以上の逃げ溝９形成部位の変形が抑制される。これで、逃げ溝９形成部位の塑性変形や破損が防止され、高荷重での軸受の使用が可能になる。

さらに、具体的には、クリープの発生は、前述したように、はめあい面の接触領域の弾性変位による相対すべりが基本メカニズムなので、上記逃げ溝９の変形により相手部材（この実施形態ではハウジング７）と接触した部分の面圧が、固定輪である外輪２の外周面の溝肩部（逃げ溝９両側の外輪２外周面部分）の面圧と同等、もしくはそれ以下になるように、予め逃げ溝９の深さと幅とを設定すれば、逃げ溝９の変形部分と、外輪２の外周面の溝肩部との相対すべり量はほぼ同じとなるため、転動体である玉４の荷重直下の軌道面２ａ形成部位のみに大きな面圧（弾性変位）をもたらすこともなく、また、相手部材で逃げ溝９の変形を受け止められることにより、逃げ溝９部分の強度低下も防止することができ、耐クリープ性能を向上させながら、強度確保もできることになる。

次に、上記構成を見出すために行った実験の結果と、モデル解析の結果とを、図２および図３の関係図を参照して説明する。

実験では、Ａ，Ｂ，Ｃ３系列のサンプルとして、外輪２の肉厚が異なる３種の深溝玉軸受１を用意し、各種の深溝玉軸受１毎に、外輪２に逃げ溝９がないものと、外輪２に互いに異なる幅の逃げ溝９を有するものとを造った。

すなわち、Ａ系列のサンプルは、所定規格（型番６２１２２ＲＳ）の深溝玉軸受であって、外径１１０ｍｍ、ＰＣＤ８７ｍｍである。このＡ系列のサンプルには、外輪２に逃げ溝９がないものと、外輪２に幅４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍおよび１２ｍｍの各逃げ溝９を有するものとがある。

Ｂ系列のサンプルは、Ａ系列のサンプルより外輪２の肉厚Ｔｏを外径側に１ｍｍ増肉した深溝玉軸受であって、ＰＣＤは変わらず８７ｍｍであって、外径が１１２ｍｍである。このＢ系列のサンプルには、外輪２に逃げ溝９がないものと、外輪２に幅４ｍｍ、６ｍｍおよび８ｍｍの各逃げ溝９を有するものとがある。

Ｃ系列のサンプルは、Ａ系列のサンプルより外輪２の肉厚Ｔｏを内径側にも外径側にも１ｍｍずつ（合計２ｍｍ）増肉するとともに、その分ＰＣＤを減少させた深溝玉軸受であって、外径１１２ｍｍ、ＰＣＤ８５ｍｍである。このＣ系列のサンプルには、外輪２に逃げ溝９がないものと、外輪２に幅４ｍｍ、６ｍｍおよび８ｍｍの各逃げ溝９を有するものとがある。

上記Ａ，Ｂ，Ｃ各系列のサンプルを試験装置にかけて実験を行ったところ、図２に示すような結果を得た。図２は、逃げ溝９の幅Ｗｂと周方向すべり量（クリープの量）との関係を示す関係図で、横軸に溝幅（ｍｍ）をとり、縦軸に最大荷重部近傍での周方向最大すべり量（μｍ）をとっている。

図２に示された結果を見ると、いずれの系列のサンプルについても、逃げ溝９の幅Ｗｂが広いほど、周方向すべり量が減少し、クリープに対して有効なのが分かる。また、系列別に結果を見ると、外輪２の肉厚Ｔｏが厚いほど、周方向すべり量が減少し、クリープに対して有効なのが分かる。

次いで、Ａ，Ｂ，Ｃ各系列のサンプルのうちから代表例としてＡ系列のサンプルを選択し、このＡ系列の各サンプルについて、モデル解析により、外輪２内部に生じる応力を求めたところ、図３に示すような結果を得た。図３は、逃げ溝９の幅Ｗｂと外輪２内部の主応力との関係図で、横軸に溝幅（ｍｍ）をとり、縦軸に最大荷重部近傍での最大主応力最大値（ＭＰａ）をとっている。

図３に示された結果からは、逃げ溝９の幅Ｗｂが広くなるほど、軌道面２ａの中央部の応力（最大主応力最大値）が大きくなっているのが分かる。このモデルでは、溝幅が６ｍｍを越えると、応力も１０００ＭＰａを越えるようになり、さらに、溝幅Ｗｂが軌道面２ａの幅Ｗａを越えると、一段と応力が増大しており、塑性変形や破損が生じる可能性が大となっている。このように、逃げ溝９の幅Ｗｂが広くなり、軌道面２ａの幅Ｗａを越えるようになると、一段と応力が増大するのは、逃げ溝９と軌道面２ａとが径方向内外で重なり、逃げ溝９と軌道面２ａとの間に肉厚の薄い部分ができ、この部分に応力が集中するため、と考えられる。したがって、一般的には、逃げ溝９と軌道面２ａとの重複が少なくなるように、逃げ溝９の幅Ｗｂを、外輪軌道面２ａの幅Ｗａの範囲内に収めれば、外輪２の最大荷重部近傍での最大主応力が過大となることがなく、外輪２の塑性変形や破損を防止しうると推定できる。

＜他の実施形態＞
上記実施形態では、内輪回転型の深溝玉軸受１について、固定輪である外輪２の外周面にクリープ防止用の逃げ溝９を設けたが、外輪回転型の軸受については、図４に示すように、固定輪である内輪の内周面に逃げ溝を形成すればよい。

図４は、他の実施形態に係る深溝玉軸受の半断面図である。この実施形態の深溝玉軸受１は、外輪回転型で、内輪３が固定輪として静止状態の軸８の外周に嵌着される。内輪３のはめあい面である内周面には、クリープ防止用の逃げ溝１０が全周にわたって形成されている。この逃げ溝１０の幅Ｗｄが、内輪３の軌道面３ａの幅Ｗｃを越えない範囲の幅に設定される点は、図１の実施形態の場合と同じである。逃げ溝１０の深さＤは、該逃げ溝１０形成部位の径方向の最大弾性変形量以下に設定されていることが望ましい。

さらに、固定輪である内輪３は、厚肉であることが望ましく、図示の例では、内輪３の上記逃げ溝１０および軌道面３ａの各形成部位を除く部分の肉厚Ｔｉが、外輪２の対応する部分の肉厚Ｔｏより厚肉に形成されている。

この実施形態の構成によれば、内輪３内周に逃げ溝１０があること、および内輪３が厚肉であることにより、内輪３の内周面と軸８の外周面との間に生じるクリープが抑制される。

また、前記の実施例では、軸受の固定輪にクリープ防止用の逃げ溝を設けたが、玉４の転動に伴う軌道面２ａ形成部位の外周側とハウジングとの間に脈動変位を伝わらなくする空間である逃げ溝を、軸受の固定輪ではなく、該固定輪とのはめあい面であるハウジングなどの相手部材に設けても、同様のクリープ防止効果が得られることは言うまでもない。

本発明は、深溝玉軸受に限らず、円筒ころ軸受、円すいころ軸受等、他のタイプの転がり軸受に適用可能である。

本発明の最良の形態に係る深溝玉軸受の半断面図。上記深溝玉軸受における逃げ溝の溝幅と周方向すべり量との関係を示す関係図。上記深溝玉軸受における逃げ溝の幅と外輪内部の主応力との関係を示す関係図。本発明の他の実施形態に係る深溝玉軸受の半断面図。

符号の説明

１深溝玉軸受
２外輪（固定輪）
２ａ軌道面
３内輪（回転輪）
４玉
７ハウジング（相手部材）
９逃げ溝
Ｗａ外輪軌道面の幅
Ｗｂ逃げ溝の幅
Ｔｏ外輪の肉厚
Ｔｉ内輪の肉厚
Ｄ逃げ溝の深さ

Claims

転がり軸受の固定輪の相手部材とのはめあい面において、該固定輪もしくは相手部材のはめあい面に、該固定輪の軌道面幅を越えない範囲の幅のクリープ防止用逃げ溝が形成され、上記逃げ溝の深さは、該逃げ溝形成部位の径方向の最大弾性変形量以下に設定されていることを特徴とする転がり軸受。