JPH05503982A - ローラベアリングの改良 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ローラベアリングの改良 技　術　分　野 本発明は、全体として、ローラベアリングに関する。

発明の背景 円筒形、テーパ形、又は球形のローラを備えたローラベアリングは、内輪及び外 輪と、通常はこれらの輪間で保持器によって間隔を隔てられたローラとを有する 。ローラベアリングの多くの設計では、溝又はリブ又はフランジをリップのうち の少なくとも一方に有し、リングが互いに対して回転するとき、ローラの転勤運 動のトラッキングを案内する軌道を構成する。ローラの形状を変更することによ り、スラスト荷重の加わったベアリングの性能を改善することができる。

発明の開示 本発明に従って形成したローラベアリングは、周知のように、内輪及び外輪とこ れらの輪間のローラとを有する。これらのリングはリブ、フランジ、又は溝を持 っていないが、その代わりにリングの軸線方向内面が大きく凸形になった軌道を 構成し、ローラの軸線方向外面がこれと合うように大きく凹形になっている。こ れらの凸面及び凹面は接触領域に亘って互いに接触している。各ローラは、ロー ラの中央に対して非対称の外面を有し、この外面の形状は、使用中、摩擦モーメ ントがローラと領域との接触領域に生じ、ローラに作用する正の傾斜力を発生す るような形状である。これにより、ベアリングは自動調心即ちセルフトラッキン グを行う。

荷重が加わったローラに正の傾斜力を生じさせて牽引力を形成し、ローラを復元 し整合を維持するベアリングは周知であるか、本発明は整合には関係なく、その 代わりに自動調心に関係する。

内輪は球形形体に近い有効軌道を有し、これによってベアリングを不整合に対し て無反応にする。

各ローラの凹形状は単一の弧、楕円形、又は幾つかの弧でできた形状であるのが よい。例えば、ローラの外凹形面の中央領域を一つの半径で形成し、二つの外領 域を半径か更に大きい弧から形成することができる。ローラは、ベアリングの軸 線に対して傾斜しているのがよく、この場合、接触領域は所定の静的角度に設定 される。ローラは、使用中、垂直反力により軌道／ローラ接点間の動的接触角度 を僅かに代えて横方向牽引力の均衡を取るのに十分な湾曲を有するのがよい。

ベアリングリングの幅の大部分に亘って応力が生じるのがよく、ベアリングは広 範な荷重を軸線方向及び半径方向の両方向で支持できる。

本発明によるベアリングは、角度接触即ち同じピッチ円直径を備えた単列半径方 向ボールベアリングと比べて大きな動的容量を有するのがよい。

以下の記載を考察することにより、本発明を更に容易に理解でき、本発明の種々 の他の特徴が明らかになるであろう。

本発明の実施例を、添付図面を参照して単なる例として以下に詳細に説明する。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明に従って形成したローラベアリングの部分を示す概略図であり 、 第２図は、本発明に従って形成した図示のベアリングで使用できるローラの図で あり、 第３図は、本発明に従って形成した別のローラベアリングの部分を示す概略図で あり、 第４図は、本発明に従って形成した更に別のローラベアリングの部分を示す概略 図であり、 第５図は、本発明に従って形成したローラベアリングで使用できるローラを示し 、関連したベアリングリングが静止している場合の接触領域の位置を示す図であ り、第６図は、第５図に示すローラを図示し、ローラに関係したスリップと牽引 力との間の関係を図式的に示す図であり、 第７図は、第５図に示すローラが図示してあり、使用中、ローラに横方向牽引力 が加わったときに生じる相対運動を示す図であり、 第８ａ図及び第８ｂ図は、第５図に示すローラを図示し、ローラの均衡に作用す る横方向牽引力の効果を示す図である。

実　施　例 第１図は、本発明に従って形成したベアリング１０を例として示す。ベアリング １０は内輪１１、外輪１２、及び内輪と外輪との間で保持器１４によって間隔を 隔てられたローラ１３を有する。ベアリングのローラ１３は凹状の外接触面１５ を有し、この接触面は、リング１１．１２の軌道２１の凸状の内接触面１６．１ ７と合う。面１５はローラ１３の中心に対して非対称である。ローラ１３は、ロ ーラ１３の長さ方向軸線Ａに垂直であり且つ接触領域（２０、第５図参照）の中 心を通る平面Ｐがベアリングの軸線Ｂに垂直であり且つ軸線Ａ上で平面Ｐと交差 する半径方向平面Ｒに対して角度αをなすように傾斜している。接触角度αは、 ベアリングの軸線方向荷重支持容量及び半径方向荷重支持容量を決定する多数の 所定の標準値のうちの一つに合わせて設定される設計上のパラメータである。

面１５．１６．１７は、簡単な弧、楕円、又は互いに合一して滑らかな面を形成 する多数の弧からできた更に複雑な形状であるのがよい。

面１５．１６．１７の形状は、ベアリングのピッチ円直径、接触角度α、及びロ ーラ１３の長さ及び直径の関数として設計され、接触領域に作用する以下に詳細 に論じる牽引力に関して設計される。

、　第２図は、ローラ１３のうちの一つのローラを示す。

図示のように、ローラ１３の長さはしてあり、接触領域（第５図の２０参照）の 中央を通る胴部直径がＤＷである。胴部直径ＤＷは最大端直径Ｄ１以下であり、 好ましくは、最小端直径Ｄ２よりも大きくなく、これによって、ローラ１３を輪 １１．１２間に所定量の隙間を伴って保持することができる。胸部直径Ｄνは、 ローラ１３の中央平面Ｃから軸線方向に距離Ｏだけずれている。ローラ１３の大 端部の中央には、ベアリングのピッチ円直径よりも大きな直径を持つベアリング 軸線から描かれた円上に位置する。ローラ１３の端部は参照番号２８を附した箇 所かられかるように、面取りが施しである。

ローラ１３の長さしの胴部直径ＤＷに対する比（直径に対する長さの比）は、大 きな動的荷重容量を持つように設計されたベアリングについては１以上であるが 、ベアリングの幅を最小にしようとする場合には１以下であるのがよい。

第３図は、直径に対する長さの比が１以下のローラ１３を備えたベアリングを示 す。

第４図は、交互に交差した関係で配置された組をなしたローラ１３．１３′を備 えた別のベアリングを図示する。この実施例では、ローラ１３．１３’　の直径 に対する長さの比は１以下であり、輪１１．１２の各々はローラ１３．１３°の 組の而１５．１５゛と係合する二つの接触面１６．１６’　、１７．１７°を有 する。

第１図及び第２図のベアリングを例として取り上げ、ローラ１３のうちの一つの ローラに関し、更に詳細な理論的考察を第５図乃至第８図を参照して以下に論じ る。

ベアリングが静止しており且つスラスト力Ｐｉ　、Ｐ２（第１図参照）が加わっ ているとき、ローラ１３には、同じ大きさの反対向きの反力が加わる。これらの 反力は、ローラ１３及び内軌道面及び外軌道面（図示せず）の弾性変形により形 成された接触領域２０（第５図参照）の有効中心を通って作用する。ローラ１３ が静止している場合には他の大きな力は存在せず、従って、均衡のため、接触領 域の有効中心は胴部直径ＤＷを含む平面Ｐ内にある。この平面Ｐは静的接触角度 αで傾斜している。

ベアリングの作動時に自動調心、即ちセルフトラッキングが起こる。内輪１１が 外輪１２に対して回転するものと仮定する。ローラ１３の静的均衡は覆され、内 輪及び外輪の両接触領域２０でスリップが起こり、これがローラ１３の動きを制 御する牽引力を生じる。内輪及び外輪の両方との接触点での転勤の方向でのスリ ・ノブの大きさに関する曲線のローラに沿った軸線方向位置に対する全体形状を 第６図に示す。正のスリップは、ローラ１３の運動方向での軌道に関するローラ １３のスリップと定義され、負のスリップは、ローラ１３の運動方向と反対方向 での軌道に関するローラ１３のスリップと定義される。第６図に示すように、ス リップがゼロの二つの箇所Ｙか内輪及び外輪の接触領域２０の主軸線に沿っであ る。

これら二つの点Ｙでは転勤だけが生じており、この転勤がローラ１３の運動を決 める。これらの点Ｙは、各接触領域を外領域Ｒ間の中央領域Ｍに分割する。外輪 の接触領域２０では、中央領域Ｍに亘って正のスリップが生じ、この接触領域２ ０の二つの外領域Ｒで負のスリップが生じる。反対に、内輪の接触領域２０では 、中央領域Ｍに亘って負のスリップが生じ、二つの外領域Ｒで正のスリップが生 じる。外輪の接触領域２０での正のスリップが最大になる位置及び内輪の接触領 域２０での負のスリップが最小になる位置はローラ１３の胴部直径ＤＷを含む平 面Ｐに関して全体にずれている。

スリップ野は牽引力を生じ、これらの牽引力はスリップ速度、垂直応力分布、表 面摩擦及び／又は潤滑剤の流動学的特性の関数である。更に、第６図は内輪及び 外輪の接触領域２０で生じる牽引力を示す。正のスリップ領域及び負のスリップ 領域の各々は、結果的に、スリップの方向と反対に作用する牽引力を生じる。保 持器−ローラカ及び潤滑剤の抵抗を無視できるものとすると、各接触領域２０で は、中央領域Ｍが生じる牽引力は二つの外領域Ｒで生じる牽引力によって均衡を 取られる。各輪の接触領域２０での牽引力もまた、ローラの胴部直径Ｄνの廻り に作用するモーメントを生じる。外輪の接触領域２０での正味モーメントは正の 方向に作用し、これに対し、内輪の接触領域２０では負の方向に作用する。正の モーメントは、ピッチ円直径の小さいトラッキング帯に向かってローラを進める ような方向にローラを傾斜させるモーメントと定義される。外輪の接触領域２０ に作用するモーメントと内輪の接触領域２０の作用するモーメントとの間の正味 の差がローラの傾斜の大きさ及び方向を決定する。このパラメータ、ローラの傾 斜、はベアリングの作動を決める。ローラの運動の安定性を提供し且つ小さな転 動摩擦を維持する上でこの正の傾斜が決定的なファクタであるため、ベアリング は回転時に小さな正の傾斜を生じるように設計されなければならない。正の傾斜 は、内輪及び外輪の接触領域の形状を外輪の接触領域での傾斜運動が内輪の接触 領域での傾斜運動よりも常に大きいように設計することによって得ることができ る。

このようにして、外軌道がローラ１３のトラッキング運動を制御する。

垂直応力分布及び従って結果的に得られる牽引力の大きさ及び有効位置はローラ の傾斜の関数であり、■、均衡状態に関して傾斜が増大するとき、外輪の接触領 域の一致性が増大し、これにより、中央領域に作用する応力に対してローラ端に 向かう垂直応力の大きさが結果的に増大する。これは、スリップゼロの位置をロ ーラ端に向かって外方に移動する効果を持ち、外領域の面積及び外領域でのスリ ップの大きさを減じる。これによって、接触により生じる牽引モーメントを減じ 、これは傾斜をその均衡値に減じる傾向を持つ。

２、逆に、均衡状態に関して傾斜が減少するとき、垂直応力は外輪の接触領域の 中央に向かって増大し、ゼロスリップ位置かローラの胴部直径ＤＷに向かって移 動し、かくして、牽引力が接触領域の外領域に生じる傾斜モーメントが増大し、 均衡傾斜を復元する。

復元モーメントが摂動力に応じて生じ、これはローラの運動に安定性を与える。

正の傾斜により生じる転動摩擦の改善は、横方向牽引力の作用でローラの軸線方 向位置を移動することにより得られる。転勤接触部で生じる傾斜は、第７図に示 すように、潤滑剤及び向き合った接触面に軸線方向剪断歪を生じる。外輪の接触 領域で生じるこの剪断歪は、ローラを減少されたピッチ円直径に向かって駆動す るように作用し、これに対し、内輪の接触領域で生じる軸線方向剪断は反対方向 に作用する。剪断歪を全接触領域に亘って積分することにより、外輪の接触領域 ２０及び内輪の接触領域２０の各々で正味横方向牽引力ＴＲが得られる。

これらの牽引力によりローラ１３は僅かに変位され且つ傾けられ、これにより、 内軌道接触領域２０及び外軌道接触領域２０の有効中央の移動が行われる。外輪 の接触領域２０は、制御接触であり、ローラは減少されたピッチ円直径に向かっ て移動される。これが行われたとき、垂直反力はもはやローラの胴部直径ＤＷを 通って作用することはないが、軸線方向力及び傾斜モーメントの均衡を維持する ように第８図に示すように食い違うようになる。内輪の垂直反力と外輪の垂直反 力との間の角度が、ベアリング軸線Ｂとローラ１３の軸線を取る中央平面Ｔと内 輪の接触領域及び外輪の接触領域の有効中央を通る、第８図に示す、表面から引 いた線Ｓとの交点の頂点が構成する円錐角に近い場合、摩擦の減少が生じる。こ の場合では、接触領域２０は転勤だけを構成する理想的な円錐表面に近い。

ベアリングが静止している場合に生じる接触形状と回転時の接触形状との間の区 別をつける。ベアリングの回転時の接触形状について、自動調心を生じるのはロ ーラの傾斜を伴う接触形状の変化である。

所定範囲のローラ形状、従って接触応力分布について自動調心を設計できる。し かしながら、ローラ形状及び軌道の一致は正の傾斜モーメントを生じるように選 択しなければならなず、これを行う上で接触角度、ピッチ円直径及びローラの胴 部直径といったベアリングパラメータを考慮しなければならない。多くの実施例 のローラ形状は、一定半径の弧、楕円形状、及び二つ又は三つの半径からできた 弧である。これらの形状は、種々の内輪軌道一致及び外輪軌道一致について構成 でき、ローラの胴部はＯずれて以下の応力分布を得る。即ち、ヘルツ分布、截頭 ヘルツ分布（これは静的荷重によりローラの端部がヘルツ応力ピッチを截頭する 場合に生じる）、双峰分布（ローラが放物線形体を備えるように設計され、これ によって二つのヘルツ応力パッチをローラが内輪のトラック及び外輪のトラック と接触する場所で形成する場合に生じる）又は長方形分布（ローラの曲線の半径 が内輪のトラック及び外輪のトラックの湾曲の半径に等しい場合に生じる）であ る。

本発明に従って形成され、自動調心であるように設計されたベアリングは、現在 のボールベアリング、テーバローラベアリング、球面ローラベアリングの設計と は異なった性能特徴の組み合わせを有し、複合荷重が加わり、空間が制限されて おり、追加の容量が必要とされ、及び／又は不整合が大きい場合に有利に使用で きる。

内輪の軌道形状が球形に近い場合、不整合に対する無反応が起こる。内輪トラッ ク外輪との間で起こる傾斜は、ボール型のベアリング及びテーバローラ型ベアリ ングの両方と比べて転勤要素の荷重分布に及ぼす影響が小さく、従って接触応力 が小さい。

最適化された設計では、ローラ形状は大きな曲率半径を有し、ローラー軌道一致 が高く、ローラの直径に対する長さの比は１以上である。これらのファクタによ り、動的容量が角度接触又は外径及び内径の等しい単列半径方向ボールベアリン グよりも大きいベアリングを製造できる。本発明に従って形成した二列ベアリン グは、二列球形ローラベアリングに近い動的荷重支持容量を有する。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内輪及び外輪（１１、１２）とこれらの間のローラ（１３）とを有し、各ロ ーラは大きく凹状になった軸線方向形状を持つ外面（１５）を有し、内輪及び外 輪は大きく凸状になっており且つローラの形状と合う軸線方向形状を持つ表面（ １６、１７）を持つ軌道（２１）を有するローラベアリングにおいて、各ローラ （１３）は、ローラの中心に対して非対称の外面（１５）を有し、内輪及び外輪 とローラとの間の接触領域に使用中に結果的に生じた摩擦モーメントがローラに 正の傾斜を与えてローラのトラッキング運動を制御するように、凹面及び凸面が 接触領域（２０）に亘って互いに接触する、ことを特徴とするローラベアリング 。 ２．ローラ（１３）の各々の外面（１５）が一定半径の凹状形状を有する、請求 項１に記載のローラベアリング。 ３．ローラの各々の外面（１５）が、一定半径の二つの弧によって形成された凹 状形状を有し、外面の中央領域が一つの半径から形成され、二つの外領域が一つ の大きな半径から形成されている、請求項１に記載のローラベアリング。 ４．ローラの各々の外面（１５）が、異なる半径の幾つかの弧から形成されてい る、請求項１に記載のローラベアリング。 ５．ローラの各々の外面（１５）が、楕円形の凹状形状を有する、請求項１に記 載のローラベアリング。 ６．各ローラ（１５）の端部の直径（Ｄ１、Ｄ２）が異なっている、請求項１乃 至５のうちのいずれか一項に記載のローラベアリング。 ７．各ローラが胴部直径（ＤＷ）を有し、これはローラの中心からずれている、 請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載のローラベアリング。 ８．ローラがベアリングの軸線（Ｂ）に対して傾いており、接触領域が所定の接 触角度αを構成する、請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載のローラベア リング。 ９．接触領域が、ローラと軌道との間にヘルツ接触、截頭ヘルツ接触、双峰接触 、又は長方形接触を荷重が加わった状態で構成する、請求項１乃至７のうちのい ずれか一項に記載のローラベアリング。 １０．ローラは、ローラの軌道に垂直な反力により内輪及び外輪の軌道間に異な る接触角度を生じることができるようにするのに十分な湾曲を有し、そのためロ ーラは横方向牽引力の均衡を取るため接触する、請求項１に記載のベアリング。 １１．ローラが交互の組み（１３、１３′）をなして配置され、交互のローラの 軸線が互いに交差し、輪がローラの各組と係合する、対をなした軌道を有する、 請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載のベアリング。 １２．ローラの間隔を隔てるため保持器（１４）が設けられている、請求項１乃 至１０のうちのいずれか一項に記載のベアリング。 １３．請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載の特徴を具現化した二列形 体のベアリング。