JP5128216B2 - Cage for needle roller with cage and needle roller with cage - Google Patents
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Description
この発明は保持器付き針状ころの保持器に関し、トランスミッション用遊星歯車などの高速回転下で使用される保持器付き針状ころに利用することができる。
保持器付き針状ころ(needle roller and cage assembly)は、針状ころを保持器に分離しないように組み付けたもので、ラジアル形とスラスト形があるが、ここではラジアル形を対象とする。
The present invention relates to a cage for a needle roller with a cage, and can be used for a needle roller with a cage used under high-speed rotation of a planetary gear for transmission or the like.
A needle roller and cage assembly is a needle roller and cage assembly that is assembled so as not to be separated into a cage, and there are a radial type and a thrust type. Here, the radial type is targeted.
一般に、自動車のトランスミッションには遊星歯車装置が用いられ、遊星歯車装置の遊星歯車を支持するための軸受として保持器付き針状ころが使用されている。保持器付き針状ころは、多数の針状ころと保持器とで構成され、支持軸の外周面を内側軌道面とし、遊星歯車の内周面を外側軌道面として利用することから、トランスミッションのコンパクト化に寄与している。
トランスミッションなどの遊星歯車に使用される軸受は、ギアからの荷重に加えて、公転運動により遠心力が作用する。このため、高速回転特有の現象として、ころに作用する遠心力が高くなり、ころと保持器が衝突する際の保持器に発生する応力が大きくなり、保持器の強度や耐久性上問題があった。
そこで、この発明の目的は、保持器付き針状ころの保持器の高速回転下における耐久性を向上させることにある。
In a bearing used for a planetary gear such as a transmission, a centrifugal force acts by a revolving motion in addition to a load from the gear. For this reason, as a phenomenon peculiar to high-speed rotation, the centrifugal force acting on the roller is increased, the stress generated in the cage when the roller and the cage collide with each other, and there is a problem in the strength and durability of the cage. It was.
Accordingly, an object of the present invention is to improve the durability of the needle roller with cage under high speed rotation.
ところで、特許文献2には、保持器のポケットの隅に、円周方向に陥入したぬすみを設け、ぬすみ深さをころ径の5%と設定することが記載されている。しかし、この数値では応力低減の効果が十分でないことが判明した。
By the way,
また、特許文献3には、保持器端面方向に陥入したぬすみを設けることが記載されている。ぬすみの陥入が端面方向であれ周方向であれ応力が低減する効果に関する限りは大差ないかもしれないが、特許文献3のものは円すいころ軸受であり、針状ころ軸受とは保持器に作用する荷重が異なる。まず、円すいころ軸受の場合、内輪または外輪でころの軸方向の荷重を受けるため、保持器はころから軸方向の荷重を受けない。そのため、ぬすみを保持器端面側に陥入させても保持器が破損する心配がなく、周方向の荷重が作用した場合の発生応力を低減させることができる。針状ころ軸受、とりわけ保持器付き針状ころの場合、内輪および外輪がないため、保持器はころから軸方向、周方向の荷重を受ける。回転するころが保持器と接触することで、保持器が摩耗するいわゆる「ドリリング摩耗」が発生する。そのため、端面側のストレート部をできるだけ長くしてころと保持器の接触面圧を下げる必要がある。 Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 describes providing a dimple that is indented in the direction of the end face of the cage. Although there may not be much difference as far as the effect of reducing stress is applied whether the indentation is in the end face direction or in the circumferential direction, the one of Patent Document 3 is a tapered roller bearing, and the needle roller bearing acts on the cage. Different load. First, in the case of a tapered roller bearing, the cage receives no axial load from the roller because the inner ring or the outer ring receives the axial load of the roller. For this reason, there is no fear that the cage will be damaged even if the dullness is indented into the cage end face side, and the generated stress when a circumferential load is applied can be reduced. In the case of a needle roller bearing, particularly a needle roller with a cage, since there is no inner ring and outer ring, the cage receives axial and circumferential loads from the roller. When the rotating roller comes into contact with the cage, so-called “drilling wear” occurs in which the cage is worn. Therefore, it is necessary to reduce the contact surface pressure between the roller and the cage by making the straight portion on the end face side as long as possible.
この発明は、軸方向に離間した一対の環状部と、円周方向に所定間隔で位置し前記環状部どうしを連結する柱部とからなり、隣り合った柱部間に、四隅に円周方向にのみ陥入した第一のぬすみを設けたポケットを形成し、柱部の軸線方向中央に位置する部分を針状ころのピッチ円の内径側に配置し、柱部の軸線方向両側に位置する部分を針状ころのピッチ円の半径方向外側に配置したM型保持器において、前記ポケットの第一のぬすみのぬすみ深さd1と最小柱幅Pminを、式Pmin/5≦d1≦Pmin/3が成立するように設定し、かつ、第一のぬすみのぬすみ深さd1とぬすみの曲率半径Rを、式d1≦R≦2d1が成立するように設定し、前記柱部の軸線方向中央に位置する部分と前記柱部の軸線方向両側に位置する部分をつなぐ部分に第二のぬすみを形成し、前記柱部の軸線方向中央に位置する部分と前記柱部の軸線方向両側に位置する部分をころ案内部としたことを特徴とするものである。 The present invention comprises a pair of annular portions spaced apart in the axial direction, and pillar portions that are located at a predetermined interval in the circumferential direction and connect the annular portions, and between the adjacent pillar portions, in the circumferential direction at the four corners. A pocket provided with a first fillet that is indented only is formed, and the portion located in the axial center of the column portion is arranged on the inner diameter side of the pitch circle of the needle roller, and is located on both sides in the axial direction of the column portion. In the M-type cage in which the portion is arranged on the radially outer side of the pitch circle of the needle rollers, the depth d1 and the minimum column width Pmin of the first thickness of the pocket are expressed by the formula Pmin / 5 ≦ d1 ≦ Pmin / 3. Is set such that the dull depth d1 of the first dullness and the radius of curvature R of the dullness are set such that the formula d1 ≦ R ≦ 2d1 is satisfied , and is positioned at the axial center of the column portion. 2 Steal is formed, it is characterized in that it has a guide portion roller portion located axially on both sides of the portion between the pillar portion located axially center of the pillar portion.
保持器の応力を下げるには、高い応力が発生するポケットの隅の丸みの曲率半径を大きくすることが有効であるが、設計上ぬすみ深さを大きくしないと曲率半径を大きくすることはできない。しかし、曲率半径を大きくすると最小柱幅の寸法が小さくなり、保持器の強度が落ちることになる。ぬすみ深さ、曲率半径を変えた保持器のFEM解析を実施し、上記の式を満たす値が、柱強度を確保しつつ、ぬすみ部分に発生する応力を低減できる寸法であることを確認した。 In order to reduce the stress of the cage, it is effective to increase the radius of curvature of the corner of the pocket where high stress is generated. However, the radius of curvature cannot be increased unless the depth of cut is increased. However, when the radius of curvature is increased, the dimension of the minimum column width is reduced, and the strength of the cage is reduced. An FEM analysis of the cage with different thicknesses and curvature radii was performed, and it was confirmed that the value satisfying the above equation was a dimension that could reduce the stress generated in the thinned portion while ensuring the column strength.
保持器付き針状ころは、多数の針状ころと保持器とで構成され、支持軸の外周面を内側軌道面とし、遊星歯車の内周面を外側軌道面として利用するようになっている。一例として、トランスミッション用遊星歯車装置の遊星歯車を支持する軸受として利用することができる。針状ころは、通常、直径が5mm以下で、端面は平坦面である。 The needle roller with cage is composed of a large number of needle rollers and cages, and the outer peripheral surface of the support shaft is used as the inner raceway surface, and the inner peripheral surface of the planetary gear is used as the outer raceway surface. . As an example, it can be used as a bearing for supporting a planetary gear of a planetary gear device for transmission. Needle rollers usually have a diameter of 5 mm or less and end surfaces are flat surfaces.
この発明によれば、保持器の板厚を増加させることなく柱強度を確保するとともに、ポケットのぬすみ部の局部応力を緩和することができる。したがって、遠心力が増加する高速回転下においても保持器の破損を防ぐことができ、軸受の耐久性が向上する。 According to the present invention, it is possible to secure the column strength without increasing the plate thickness of the cage and to relieve the local stress at the loose portion of the pocket. Therefore, breakage of the cage can be prevented even under high-speed rotation where the centrifugal force increases, and the durability of the bearing is improved.
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、保持器付き針状ころの使用例として遊星歯車装置について簡単に述べる。遊星歯車装置は、図4(A)に示すように、内歯を有するリングギア2と、外歯を有する太陽ギア4と、リングギア2および太陽ギア4と噛み合った3つの遊星歯車6と、各遊星歯車6を回転自在に支持するピニオンシャフト8aをもち自らも回転可能なキャリヤ8とで構成されている。
First, a planetary gear device will be briefly described as an example of use of a needle roller with a cage. As shown in FIG. 4A, the planetary gear device includes a
図4(B)に示すように、保持器付き針状ころ10はピニオンシャフト8aと遊星歯車6の間に組み込んである。保持器付き針状ころ10は、複数の針状ころ12と、それらを円周方向に所定間隔に保持する保持器14とからなり、ピニオンシャフト(内輪)8aと遊星歯車(外輪)6との間に配置され、遊星歯車6をピニオンシャフト8a上に回転自在に支持している。そして、ピニオンシャフト8aの外周面が針状ころ12のための内側軌道面となり、遊星歯車6の内周面が針状ころ12のための外側軌道面となる。ピニオンシャフト8aの内部には、外部から潤滑油を導くための油路8bが形成してある。針状ころ12は、直径が5mm以下で、端面は平坦面(図2(C)および図4(B)参照)とするほか、種々形状のものが知られている。
As shown in FIG. 4B, the
保持器14は、図2に示すように、一対の環状部16を複数の柱部18で連結した構成を有している。隣接する柱部18の間の空間が針状ころ12を収容するための空間すなわちポケット20となる。柱部18の断面形状は概ねM字形である(図2(C))。このような断面形状を有することからこの保持器14はM型保持器と呼ばれる。軸線方向中央に、縮径した、言い換えれば保持器14の軸芯側に寄った縮径部18aを有し、この縮径部18aの軸線方向両側から環状部16にかけての、縮径部18aから見て拡径した部分の外周面を案内面18bとしている。つまり、この保持器14は回転時、遊星歯車6(図4)の内周面で案内されるいわゆる外輪案内で用いられる。
As shown in FIG. 2, the
ポケット20の平面形状は図1に示すとおりである。ポケット20は、保持器14の円周方向を短辺、軸方向を長辺とする概ね長方形状で、短辺の長さをポケット幅と呼び、符号wはポケット幅寸法を表している。長辺は針状ころ12の案内をする。ポケット20の四隅に、円周方向に陥入した曲率半径Rのぬすみ22が形成してあり、符号d1はぬすみ22の円周方向への寸法すなわちぬすみ深さを表している。長辺には2箇所にぬすみ24が形成してあり、このぬすみ24のぬすみ深さもぬすみ22と同じぬすみ深さd1としてある。ぬすみ深さd1は柱部18から見ると最小柱幅を規定し、図1(B)に示すように符号Pminは最小柱幅寸法を表している。つまり、ぬすみ深さd1と最小柱幅Pminはトレードオフの関係にある。
The planar shape of the
ぬすみ深さd1とぬすみ22の曲率半径Rは、次の式(1)を満足するように設定する。
d1 ≦ R ≦ 2d1 …(1)
The thinning depth d1 and the radius of curvature R of the thinning 22 are set so as to satisfy the following expression (1).
d1 ≦ R ≦ 2d1 (1)
また、ぬすみ深さd1と最小柱幅Pminが式(2)を満たすように設定する。
Pmin/5 ≦ d1 ≦ Pmin/3 …(2)
Further, the thinning depth d1 and the minimum column width Pmin are set so as to satisfy the formula (2).
Pmin / 5 ≦ d1 ≦ Pmin / 3 (2)
式(1)によりぬすみ深さd1を大きくすると最小柱幅Pminが小さくなり、ぬすみ22部分の応力が高くなる。そのため、式(2)によりぬすみ22の曲率半径Rを大きく取ることにより、応力を緩和する。ぬすみ深さd1が十分でない状態で曲率半径Rを大きくしようとすると、針状ころ12とポケット20の周壁が干渉するため(図3参照)、ぬすみ深さd1の寸法規定が必要となる。
When the thinning depth d1 is increased according to the equation (1), the minimum column width Pmin is reduced, and the stress of the thinning 22 portion is increased. Therefore, the stress is relieved by increasing the radius of curvature R of the
ここで、図3(A)はぬすみがまったくない例、図3(B)はぬすみ22はあるがぬすみ深さd1が小さい場合の例、図3(C)はぬすみ深さd1が大きい場合の例を示している。各図中、実線はポケット20の輪郭を表し、破線はころの輪郭を表している。
Here, FIG. 3 (A) is an example in which there is no dullness, FIG. 3 (B) is an example in which there is a
以上のようにして、保持器14の板厚を増加させることなく、柱部18の強度を確保するとともに、ぬすみ22の曲率半径Rおよびぬすみ22部分の局部応力を緩和することができる。したがって、遠心力が増加する高速回転下においても保持器14の破損を防ぐことができ、軸受の耐久性が向上する。
As described above, the strength of the
保持器14のぬすみ深さd1とぬすみ22の曲率半径Rを変えた比較例の保持器と実施例の保持器とについて、高速回転時の強度試験を行なったところ、表1に示すような結果を得た。試験条件は表2に示すとおりである。
When the strength test at high speed rotation was performed on the cage of the comparative example and the cage of the example in which the depth d1 of the
表1中、応力比とは、ぬすみ深さd1:0.3mm、ぬすみ曲率半径R:0.5mmの仕様(比較例2)における応力を基準として、それに対する比較例、実施例の保持器の応力の比で、応力比の値が小さい方が保持器強度は高くなる。当該応力は、ポケット20のぬすみ22部分で測定した応力を意味する。保持器20の最大応力が発生する部位すなわち保持器の最弱部がぬすみ22部分であるため、その部分の応力値を比較したものである。
In Table 1, the stress ratio refers to the stress in the specification (Comparative Example 2) with a fillet depth d1: 0.3 mm and a fillet radius of curvature R: 0.5 mm as a reference. The smaller the stress ratio, the higher the cage strength. The stress means the stress measured at the thinning 22 portion of the
表1における比較例1および比較例2ならびに実施例3を使用して、3種類の試験条件で試験を行なった結果、表2に示すように、比較例1および比較例2はいずれの試験条件下でも破損に至った。具体的には、比較例1および比較例2の保持器はどの条件でもポケットのぬすみ部分が破損した。これに対して実施例3の保持器は、比較例1および比較例2が破損した時間と同時間で試験をしても破損せず、継続使用が可能な状態であった。 As a result of performing the test under three kinds of test conditions using Comparative Example 1 and Comparative Example 2 and Example 3 in Table 1, as shown in Table 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were in any test condition. Damaged even underneath. Specifically, in the cages of Comparative Examples 1 and 2, the loose portion of the pocket was damaged under any conditions. On the other hand, the cage of Example 3 did not break even when tested in the same time as the time when Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were broken, and was in a state where continuous use was possible.
10 保持器付き針状ころ
12 針状ころ
14 保持器
16 環状部
18 柱部
20 ポケット
22 ぬすみ
24 ぬすみ
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