TWI833113B - 斜角滾珠軸承 - Google Patents

斜角滾珠軸承 Download PDF

Info

Publication number
TWI833113B
TWI833113B TW110133552A TW110133552A TWI833113B TW I833113 B TWI833113 B TW I833113B TW 110133552 A TW110133552 A TW 110133552A TW 110133552 A TW110133552 A TW 110133552A TW I833113 B TWI833113 B TW I833113B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
inner ring
ball
track groove
aforementioned
groove
Prior art date
Application number
TW110133552A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202212708A (zh
Inventor
曽我修二
勝野美昭
Original Assignee
日商日本精工股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商日本精工股份有限公司 filed Critical 日商日本精工股份有限公司
Publication of TW202212708A publication Critical patent/TW202212708A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI833113B publication Critical patent/TWI833113B/zh

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/583—Details of specific parts of races
    • F16C33/585—Details of specific parts of races of raceways, e.g. ribs to guide the rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/14—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load
    • F16C19/16—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/14—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load
    • F16C19/16—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls
    • F16C19/163—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls with angular contact
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/12—Force, load, stress, pressure
    • F16C2240/18—Stress
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/40—Linear dimensions, e.g. length, radius, thickness, gap
    • F16C2240/70—Diameters; Radii
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/86—Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction 

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

本發明之課題在於提供一種可降低發熱量、且可抑制因靜止時之外部衝擊荷載而造成損傷之斜角滾珠軸承。
斜角滾珠軸承具備：內環，其於外周面具有剖面圓弧狀之內環軌道槽；外環，其於內周面具有剖面圓弧狀之外環軌道槽；及複數個滾珠，其等在前述內環軌道槽與前述外環軌道槽之間滾動自如地設置。前述內環軌道槽相對於滾珠直徑之槽曲率半徑比(Ri)為54~58%，前述外環軌道槽相對於前述滾珠直徑之槽曲率半徑比(Ro)為51~58%，且(Ri-Ro)≧0個百分點，並且至少前述內環軌道槽之、前述滾珠與前述內環軌道槽之接觸部中央處之前述滾珠及前述內環軌道槽之永久變形量之和成為前述滾珠直徑之一萬分之一時之最大面壓，為4.7~6.0GPa。

Description

斜角滾珠軸承
本發明係關於一種斜角滾珠軸承，特別係關於一種使用於各種工具機用主軸、馬達用等之滾珠軸承。
近年來，工具機為了提高加工效率或生產性而推進主軸之高速化，與此相伴使用於工具機用主軸之斜角滾珠軸承之轉速亦不斷上升。一般而言，若斜角滾珠軸承高速旋轉，則於滾珠與軌道面之接觸點處產生因旋轉運動或迴轉運動所致之大的滑動，且，因作用於內環或滾珠之離心力等之影響而軸承內部遊隙減少從而滾珠與軌道面之接觸面壓增加，其結果為發熱變高。若發熱量增加，則油之黏度下降而於滾珠與軌道環之間之滾動接觸部產生油膜破裂，而產生軸承發熱膠著、或主軸之熱變位變大而加工精度惡化等之問題。
作為用於降低斜角滾珠軸承之發熱量之先前技術，例如，已知將外環之槽曲率半徑比設為50.5~53%、將內環之槽曲率半徑比設為52.5~60%者(參照專利文獻1)，或將外環與內環之槽曲率半徑比皆設為54~57%者(參照專利文獻2)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2000/37813號
[專利文獻2]日本特開2005-240881號公報
然而，於專利文獻1及2中，雖然藉由將外環及內環之槽曲率半徑比設定為較大而謀求低發熱化，但成為滾動體與軌道面之接觸部之面壓變高之傾向。於自軸向側面觀察軸承之情形下，滾動體與內環之軌道面之接觸部、及滾動體與外環之軌道面之接觸部分別成為滾動體圓弧之外周部與內環軌道面圓弧之外周部之接觸、滾動體圓弧之外周部與外環軌道面圓弧之內周部之接觸，故有內環之軌道面之接觸面壓尤其變高之傾向。因此，在靜止時之外部衝擊荷載負載於斜角滾珠軸承時，易於在內環軌道面產生壓痕。此處之外部衝擊荷載，不是通常之切削時所負載之加工荷載，而是因主軸(包含至刃物之零件)與加工工件或冶具、構成加工室內之工具機之零件意外地干擾所致之衝擊荷載、更換刃物時之鬆開荷載、主軸之組裝步驟時之意外之沖擊、搬運軸承單品時因軸承承受之振動或衝擊所致之荷載，且係與運轉時之加工荷載相比大一個數量級以上之大荷載。因此，在因外部衝擊荷載而於軌道面產生有壓痕之狀態下運轉時，有產生振動而加工工件之加工面之品質下降、或產生以軌道面之壓痕為起點之剝離等之擔憂。
本發明係為了解決如此之課題而完成者，其目的在於提供一種可降 低發熱量、且可抑制因靜止時之外部衝擊荷載所致之損傷之斜角滾珠軸承。
為了解決上述課題，本發明提供如下所示之斜角滾珠軸承。
(1)一種斜角滾珠軸承，其特徵在於具備：內環，其於外周面具有剖面圓弧狀之內環軌道槽；外環，其於內周面具有剖面圓弧狀之外環軌道槽；及複數個滾珠，其等在前述內環軌道槽與前述外環軌道槽之間滾動自如地設置；並且前述內環軌道槽相對於滾珠直徑之槽曲率半徑比(Ri)為54~58%，前述外環軌道槽相對於前述滾珠直徑之槽曲率半徑比(Ro)為51~58%，且Ri-Ro≧0個百分點，並且至少前述內環軌道槽之、前述滾珠與前述內環軌道槽之接觸部中央處之前述滾珠及前述內環軌道槽之永久變形量之和成為前述滾珠直徑之一萬分之一時之最大面壓，為4.7~6.0GPa。
(2)如(1)之斜角滾珠軸承，其中Ri-Ro≧1個百分點。
(3)如(1)或(2)之斜角滾珠軸承，其中至少於前述內環軌道槽形成藉由機械加工而成之表面硬化層。
(4)如上述(1)或(2)之斜角滾珠軸承，其中前述滾珠之材質為陶瓷。
(5)如上述(1)或(2)之斜角滾珠軸承，其中滾珠直徑/剖面高度比為0.39~0.65倍。
(6)如上述(5)之斜角滾珠軸承，其中前述滾珠直徑/剖面高度比為0.55~0.65倍。
(7)如上述(1)或(2)之斜角滾珠軸承，其係使用於dmn80萬以上之工具機主軸、且被賦予預壓之斜角滾珠軸承。
(8)如上述(1)或(2)之斜角滾珠軸承，其中前述內環及前述外環之至少一者包含含有C：0.2~1.2質量%、Si：0.7~1.5質量%、Mo：0.5~1.5質量%、Cr：0.5~2.0質量%、其餘部分為Fe及不可避免之雜質元素之鋼，且表面碳濃度為0.8~1.3質量%，表面氮濃度為0.2~0.8質量%。
根據本發明之斜角滾珠軸承，可降低發熱量，且可抑制因靜止時之外部衝擊荷載所致之損傷。特別是，本發明之斜角滾珠軸承作為在dmn80萬以上之高速旋轉下使用之工具機主軸用之斜角滾珠軸承而有用。
1:斜角滾珠軸承
2:內環
2a:內環軌道槽
3:外環
3a:外環軌道槽
3b:埋頭孔
4:滾珠
5:保持器
10:表面硬化層
A,B,C,D1,D2:符號
AX:自轉軸
F:離心力
P:平面
X:軸承中心軸
αi,αo:接觸角
△d1,△d2:周速差
圖1係本發明之滾珠軸承之一例之斜角滾珠軸承之一部分放大剖視圖。
圖2係用於說明旋轉滑動之示意圖。
圖3係用於說明旋轉滑動之示意圖，係放大地顯示內環之內環軌道槽之圖。
圖4係用於說明旋轉滑動之示意圖，(a)係顯示離心力所作用之方向之圖，(b)係顯示內環槽曲率半徑比大時之旋轉量之圖，(c)係顯示內環槽曲率半徑比小時之旋轉量之圖。
圖5係於解析條件1下，根據計算而求得內環槽曲率半徑比(Ri)跟內環側與外環側之合計旋轉發熱量之關係之圖表。
圖6係於解析條件1下，根據計算而求得外環槽曲率半徑比(Ro)跟內環側與外環側之合計旋轉發熱量之關係之圖表。
圖7係於解析條件1下，根據計算值而求得Ri-Ro跟內環面壓與外環面壓之比之關係之圖表。
圖8係於解析條件2下，根據計算而求得內環槽曲率半徑比(Ri)跟內環側與外環側之合計旋轉發熱量之關係之圖表。
圖9係於解析條件2下，根據計算而求得外環槽曲率半徑比(Ro)跟內環側與外環側之合計旋轉發熱量之關係之圖表。
圖10係於解析條件3下，根據計算而求得內環槽曲率半徑比(Ri)跟內環側與外環側之合計旋轉發熱量之關係之圖表。
圖11係於解析條件3下，根據計算而求得外環槽曲率半徑比(Ro)跟內環側與外環側之合計旋轉發熱量之關係之圖表。
圖12係於解析條件4下，根據計算而求得內環槽曲率半徑比(Ri)跟內環側與外環側之合計旋轉發熱量之關係之圖表。
圖13係於解析條件4下，根據計算而求得外環槽曲率半徑比(Ro)跟內環側與外環側之合計旋轉發熱量之關係之圖表。
以下，一面參照圖式，一面對於本發明之一實施形態之斜角滾珠軸承詳細地進行說明。
再者，於本申請案說明書中，表示數值範圍之「~」，以將記載於其前後之數值包含為下限值及上限值之意思來使用。
圖1顯示使用於工具機用主軸之斜角滾珠軸承作為本發明之斜角滾珠軸承之一例。斜角滾珠軸承1具備：內環2，其於外周面具有剖面圓弧狀之 內環軌道槽2a；外環3，其於內周面具有剖面圓弧狀之外環軌道槽3a；複數個滾珠4，其等在內環軌道槽2a與外環軌道槽3a之間滾動自如地設置；及保持器5，其分別保持複數個滾珠4。於外環3之內周面之軸向一側，形成埋頭孔3b，滾珠4具有接觸角αi、αo，配置於內環軌道槽2a與外環軌道槽3a之間。再者，所謂接觸角αi、αo，定義為與軸承中心軸X垂直之平面P、跟將滾珠4分別與內環2及外環3接觸之各接觸點與滾珠4之中心連結而成之作用線所成之角度。
關於滾珠4，使用滾珠直徑/剖面高度比、亦即滾珠4之直徑/{(外環3之外徑-內環2之內徑)/2}為0.39~0.65倍、較佳為0.55~0.65倍者。
又，內環軌道槽2a及外環軌道槽3a中，內環軌道槽2a相對於滾珠直徑之槽曲率半徑比(Ri=內環軌道槽之曲率半徑/滾珠直徑)為54~58%，外環軌道槽3a相對於滾珠直徑之槽曲率半徑比(Ro=外環軌道槽之曲率半徑/滾珠直徑)為51~58%，且Ri-Ro≧0個百分點，較佳的是設定為Ri-Ro≧1個百分點。以下，內環軌道槽2a相對於滾珠直徑之槽曲率半徑比Ri亦稱為內環槽曲率半徑比Ri，外環軌道槽3a相對於滾珠直徑之槽曲率半徑比Ro亦稱為外環槽曲率半徑比Ro。
進而，於本實施形態中，於內環軌道槽2a，藉由機械加工即滾光處理而形成表面硬化層10，內環軌道槽2a將滾珠4與內環軌道槽2a之接觸部中央處之滾珠4及內環軌道槽2a之永久變形量之和成為滾珠直徑之一萬分之一時之最大面壓設為4.7~6.0GPa。另一方面，於外環軌道槽3a，未實 施滾光處理，而未形成表面硬化層。
再者，滾光處理係在對藉由切削加工而形成之內環2之內環軌道槽2a實施熱處理、並進行精加工之後而進行。進而，亦可根據需要在滾光處理步驟後實施精密加工。
以下，對於上述之各軌道槽2a、3a之槽曲率半徑比Ri、Ro、內環軌道槽2a中之上述滾珠4及內環軌道槽2a之永久變形量之和成為滾珠直徑之一萬分之一時之最大面壓、及滾珠直徑之各臨界性意義進行說明。
[內環軌道槽相對於滾珠直徑之槽曲率半徑比(Ri)為54~58%、外環軌道槽相對於滾珠直徑之槽曲率半徑比(Ro)為51~58%]
首先，於使用於工具機主軸之高速旋轉用途之斜角滾珠軸承1中，如圖2所示般，在假定滾珠4在外環3之外環軌道槽3a純滾動時，於內環2之內環軌道槽2a與滾珠4之表面之接觸部分(接觸橢圓)，因自轉而實現之滾珠4之表面上之周速(藉由該圖之符號A表示，與滾珠4之自轉軸AX至滾珠4之外周面圓弧之垂直距離成比例)、與因公轉而實現之內環2之內環軌道槽2a上之周速(藉由該圖之符號B表示，與內環2之自轉軸至內環軌道槽2a之垂直距離成比例)之相對周速(該圖之符號C)成為旋轉滑動而顯現。如圖3中以符號D1與符號D2所示般，接觸角αi愈大則因公轉而實現之內環2之內環軌道槽2a上之周速愈大，且滾珠4與內環軌道槽2a之接觸面所形成之接觸橢圓之長半徑愈大則接觸橢圓之兩端之周速差(由該圖之△d1、△d2表示，且△d1>△d2)愈大，藉此相對周速C亦變大。因此，為了抑制旋轉滑 動，有效的是於滾珠4與內環軌道槽2a之接觸部，抑制因公轉而實現之內環2之內環軌道槽2a上之周速、且減小形成滾珠4與內環軌道槽2a之接觸面之接觸橢圓之長半徑。再者，圖2中之符號AX表示外環控制器之滾珠4之自轉軸。
如圖4(a)所示般，在運轉中於斜角滾珠軸承1，藉由作用於滾珠4之離心力F與來自內環2或外環3之預壓荷載之力之平衡，而與外環3之外環軌道槽3a之接觸角αo變小，與內環2之內環軌道槽2a之接觸角αi變大。而且，於內環2，若內環軌道槽2a與滾珠4之接觸角αi變大，則旋轉滑動量變大而發熱量增多。因此，於內環2中，藉由增大Ri，而於高速旋轉中接觸角αi不易變大，且可減小接觸橢圓長，因此可抑制因旋轉滑動所致之發熱。亦即，如圖4(b)所示般，若增大Ri，則因離心力所致之接觸角變化變小，而旋轉滑動量亦變小。相對於此，如圖4(c)所示般，若減小Ri，則因離心力F所致之接觸角變化變大，旋轉滑動量亦變大。因此，考量為了抑制旋轉滑動量，較佳是的增大Ri。
另一方面，於外環3，若外環槽曲率半徑比Ro變大，則接觸橢圓之長半徑變小，而具有抑制發熱之效果，但對於接觸角αo變小之方向上不發揮作用，因此在降低因旋轉滑動所致之發熱量之目的上，與增大內環槽曲率半徑比Ri相比不易獲得效果。
因此，使用以下之解析條件1之斜角滾珠軸承，改變內環槽曲率半徑比Ri與外環槽曲率半徑比Ro，對於內環側與外環側之合計旋轉發熱量進 行了計算。表1顯示與各Ri、Ro對應之合計旋轉發熱量(W)之計算結果。
(解析條件1)
軸承內徑：70mm
軸承外徑：110mm
軸承寬：20mm
初始接觸角：18°
滾珠直徑/剖面高度比：0.595
轉速：20,000min-1
預壓荷載：1,000N
Figure 110133552-A0305-02-0011-1
圖5係以內環槽曲率半徑比Ri為橫軸顯示與合計旋轉發熱量之關係之圖表，圖6係以外環槽曲率半徑比Ro為橫軸顯示與合計旋轉發熱量之關係之圖表。首先，根據圖5之圖表可知，無關於外環槽曲率半徑比Ro，藉由增大內環槽曲率半徑比Ri而發熱量變小，若內環槽曲率半徑比Ri未達54%則發熱量極端變大。惟，若過度增大內環槽曲率半徑比Ri，則荷載負載時之內環軌道槽2a與滾珠4之間之面壓變高，而有容易產生壓痕之傾向。特別是，若內環槽曲率半徑比Ri大於58%，則即便藉由表面硬化提高耐壓痕性，但與先前品相比耐壓痕性下降。又，為了提高表面硬化之程度，需要將加工條件設為更加嚴格，但因此而生產性降低，故受到加工條件之制約。因此，將內環槽曲率半徑比Ri設定為54~58%。
另一方面，根據圖6之圖表，若外環槽曲率半徑比Ro未達51%，則發熱量極端變大，且在52%前後取得極小值。若外環槽曲率半徑比Ro為52%以上，則伴隨著Ro之上升之發熱量之上升比較和緩，且考量製造上之Ro之結果之不一致，若以較極小值之52%大若干之區域為目標，則可將因製造上之Ri之結果之不一致所致之發熱量之不一致抑制為小。此係緣於若外環槽曲率半徑比Ro為58%，則取得與51%同等之值之故。基於旋轉發熱量之降低效果之觀點，將外環槽曲率半徑比Ro設定為發熱量之極小值所含之51~58%。
[於內環軌道面，在滾珠與內環軌道槽之接觸部中央處之滾珠及內環軌道槽之永久變形量之和成為滾珠直徑之一萬分之一時之最大面壓為4.7~6.0GPa]
如上述般，藉由將內環槽曲率半徑比Ri設為54~58%，將外環槽曲 率半徑比Ro設為51~58%，而可降低旋轉中之旋轉發熱量，但考量在負載有靜止時之外部衝擊荷載時接觸面壓變大，而產生壓痕之可能性升高。因此，至少於內環2之內環軌道槽2a形成賦予了表面殘餘應力之表面硬化層10，而可進一步防止產生壓痕。
為了形成表面硬化層10，而對軌道槽實施滾光處理。該滾光處理係將利用油壓保持之陶瓷製以及超硬製之滾球(壓件)壓抵於內環軌道槽2a並使其滾動接觸，且沿內環軌道槽2a之軸向剖面移動。藉由該滾光處理而將表面硬化，此時，以滾珠4與內環軌道槽2a之接觸部中央處之滾珠4及內環軌道槽2a之永久變形量之和成為滾珠直徑之一萬分之一時之最大面壓為4.7~6.0GPa之方式選擇拋光工具之壓件直徑及加壓力等之加工條件。
再者，作為不妨礙軸承之滑順之旋轉之限度，滾珠4與軌道之接觸部中央處之滾珠4之永久變形量及軌道之永久變形量之和設為滾珠直徑之一萬分之一。
如為未對軌道面之表層賦予殘餘壓縮應力之滾珠軸承，因滾珠與軌道槽之接觸部中央處之滾珠與軌道槽之永久變形量之和成為滾珠直徑之一萬分之一時之最大面壓為4.2GPa(根據JIS B1519)，故藉由賦予殘餘壓縮應力，可獲得相對於靜止時之外部衝擊荷載不易產生壓痕之效果。
再者，根據申請人之調查可知，自市場上作為碰撞損傷而被退貨之軸承中，承受約4GPa以上之面壓之負載。若構成為對軌道面之表層賦予殘餘壓縮應力，且在上述滾珠4及內環軌道槽2a之永久變形量之和成為滾 珠直徑之一萬分之一時之最大面壓為4.7GPa，則先前因約4GPa以上未達4.7GPa之面壓而產生壓痕從而成為不良品者，便不會被辨識為不良。藉此省去更換軸承之麻煩。
又，於內環軌道槽2a中，將滾珠4及內環軌道槽2a之永久變形量之和成為滾珠直徑之一萬分之一時之最大面壓設為4.7~6.0GPa，乃考量不降低生產性之加工條件而設定者。
又，表面硬化層並不限定於內環2之內環軌道槽2a，亦可對外環3之外環軌道槽3a實施。
再者，專利文獻1所示之於軌道表面形成厚度0.05~8μm之硬質皮膜之技術，乃對機械加工後之軌道環藉由化學處理而進行硬化層之塗佈，謀求耐磨耗性提高及摩擦係數降低。另一方面，本實施形態之表面加工層10則是藉由機械加工使表面硬化，而提高耐壓痕性。
[Ri-Ro≧0個百分點]
雖將內環槽曲率半徑比Ri及外環槽曲率半徑比Ro設定為上述之範圍，但藉由使Ri與外環槽曲率半徑比Ro相等、或大於外環槽曲率半徑比Ro，而可將外環3之負載有荷載時之面壓之上升抑制得較內環2為低。另一方面，由於在內環軌道槽2a形成有表面硬化層10，因此在靜止時承受外部衝擊荷載時，若能防止於外環3較內環2更早產生壓痕而導致軸承損傷，則於內環軌道槽2a中，藉由將上述滾珠4及內環軌道槽2a之永久變形量之和成為滾珠直徑之一萬分之一時之最大面壓設定為上述之範圍，便可充分地獲得耐壓痕性提高之效果。
圖7係於解析條件1之軸承規格下，根據計算值求出Ri-Ro、及內環面壓與外環面壓之比之關係之圖表，且顯示在軸承負載有荷載時、於Ri與Ro之差下之外環面壓與內環面壓之大小之關係。亦即顯示內環面壓/外環面壓>1之區域之內環面壓較高，內環面壓/外環面壓<1之區域之外環面壓較高，內環面壓/外環面壓=1之情形則為內環面壓等於外環面壓。例如，意指若考量不對內環軌道槽2a及外環軌道槽3a實施表面硬化處理之一般軸承，由JIS B1519定義之滾珠與軌道槽之接觸部中央處之滾珠及軌道槽之永久變形量之和成為滾珠直徑之一萬分之一時之最大面壓，在內環軌道面及外環軌道面皆為4.2GPa，因此於內環面壓/外環面壓>1之區域，會先在內環軌道面產生壓痕；於內環面壓/外環面壓<1之區域，會先在外環軌道面產生壓痕；於內環面壓/外環面壓=1之區域，則於內環軌道面與外環軌道面同時產生壓痕。
若對內環2之內環軌道槽2a實施表面硬化處理，而形成表面硬化層10，將滾珠4及內環軌道槽2a之永久變形量之和成為滾珠直徑之一萬分之一時之最大面壓設為4.7~6.0GPa，且不對外環之外環軌道槽實施表面硬化處理之情形下，較外環軌道面更早在內環軌道面產生壓痕之內環面壓與外環面壓之比，為圖7所示之1.120≦內環面壓/外環面壓≦1.429之區域。再者，內環軌道面較外環軌道面更先產生壓痕之內環面壓與外環面壓之比之下限值1.120及上限值1.429，為經實施表面硬化處理之內環軌道面與未實施表面硬化處理之外環軌道面之面壓之比率，因此分別求作4.7÷4.2=1.120、6.0÷4.2=1.429。
根據該圖7之結果，於對內環之軌道槽實施了表面硬化處理之軸承中，在Ri-Ro≧0個百分點時，內環面壓/外環面壓≧1.120，因此不會先在外環產生壓痕，而可充分地獲得對內環之表面硬化之效果。又，可知即便不對外環3之外環軌道槽3a實施表面硬化處理，但亦獲得與對內環軌道槽2a實施了表面硬化處理之內環2同等以上之耐壓痕性。因此，於本實施形態中，無需對外環軌道槽3a之表面硬化處理，而獲得製造上之優勢。
再者，根據圖7之結果，於Ri為54~58%、Ro為51~58%之範圍下，在Ri-Ro=0個百分點下之內環面壓/外環面壓之範圍成為1.120≦內環面壓/外環面壓≦1.124，於Ri-Ro=1個百分點下，成為1.151≦內環面壓/外環面壓≦1.191。亦即，與Ri-Ro=0個百分點相比Ri-Ro=1個百分點時之內環面壓/外環面壓之值大且範圍寬，因此成為內環面壓較外環面壓更高之傾向，而成為容易先在內環產生壓痕、不易先在外環產生壓痕之條件，因此更容易獲得表面強化處理之效果。因此，理想的是設為Ri-Ro≧1個百分點。
[滾珠直徑/剖面高度比之關係]
於上述解析條件1中，使用滾珠直徑比較大者(大滾珠)，對於滾珠直徑/剖面高度比為0.595之情形，確認到藉由將內環槽曲率半徑比Ri設為54~58%，將外環槽曲率半徑比Ro設為51~58%，而可降低合計旋轉發熱量。於下述中，在解析條件2下，使用滾珠直徑較上述小者(小滾珠)，對於滾珠直徑/剖面高度比為0.437之情形，亦對於藉由上述Ri、Ro之規定是否可降低合計旋轉發熱量進行了確認。表2顯示與各Ri、Ro對應之合計旋轉發熱量(W)之計算結果。
(解析條件2)
軸承內徑：70mm
軸承外徑：110mm
軸承寬：20mm
接觸角：18°
滾珠直徑/剖面高度比：0.437
轉速：20,000min-1
預壓荷載：1,000N
Figure 110133552-A0305-02-0017-2
圖8係以內環槽曲率半徑比Ri為橫軸，顯示與合計旋轉發熱量之關係之圖表，圖9係以外環槽曲率半徑比Ro為橫軸，顯示與內環側及外環側之 合計旋轉發熱量之關係之圖表。該情形下亦與解析條件1同樣地，在內環槽曲率半徑比Ri為54~58%、外環槽曲率半徑比Ro為51~58%之範圍內在內環側及外環側之合計旋轉發熱量之降低上確認到效果。
接著，對於使用軸承尺寸與解析條件1不同、另一方面與解析條件1相同的滾珠直徑比較大(大滾珠)之滾珠直徑/剖面高度比為0.572之解析條件3、及滾珠直徑/剖面高度比為0.635之解析條件4，亦對於藉由上述Ri、Ro之規定是否可降低合計旋轉發熱量進行了確認。表3顯示在解析條件3下，與各Ri、Ro對應之合計旋轉發熱量(W)之計算結果，表4顯示在解析條件4下，與各Ri、Ro對應之合計旋轉發熱量(W)之計算結果。
(解析條件3)
軸承內徑：30mm
軸承外徑：55mm
軸承寬：13mm
接觸角：18°
滾珠直徑/剖面高度比：0.572
轉速：43,000min-1
預壓荷載：440N
Figure 110133552-A0305-02-0019-3
(解析條件4)
軸承內徑：110mm
軸承外徑：170mm
軸承寬：28mm
接觸角：18°
滾珠直徑/剖面高度比：0.635
轉速：13,000min-1
預壓荷載：2,200N
Figure 110133552-A0305-02-0020-4
圖10係在解析條件3下，以內環槽曲率半徑比Ri為橫軸，顯示與合計旋轉發熱量之關係之圖表，圖11係在解析條件3下，以外環槽曲率半徑比Ro為橫軸，顯示與合計旋轉發熱量之關係之圖表。
又，圖12係在解析條件4下，以內環槽曲率半徑比Ri為橫軸，顯示與合計旋轉發熱量之關係之圖表，圖13係在解析條件4下，以外環槽曲率半徑比Ro為橫軸，顯示與合計旋轉發熱量之關係之圖表。
於解析條件3、4之情形下亦然，在內環槽曲率半徑比Ri為54~58%、外環槽曲率半徑比Ro為51~58%之範圍內在內環側及外環側之合計旋轉發熱量之降低上確認到效果。
因此，可知藉由規定內環槽曲率半徑比Ri與外環槽曲率半徑比Ro，即便軸承尺寸變化，可降低合計旋轉發熱量、且可降低耐壓痕性之效果亦不變化。
又，滾珠直徑/剖面高度比愈小則愈有利於發熱降低，但若過於小，則在高速旋轉下運轉時，因內環之離心膨脹與熱膨脹之影響，而有效徑向遊隙變得過小，而成為熔傷之原因。因此，滾珠直徑/剖面高度比需為0.39以上。又，滾珠直徑/剖面高度比愈大則愈有利於耐壓痕性，但若該值大於0.65，則軌道環之壁厚變得過於薄，而產生熱處理變形或加工變形變大等之製造上之劣勢，故非為較佳。因此，滾珠直徑/剖面高度比較佳為0.39~0.65倍，於重視耐壓痕性之情形下，較佳的是使用滾珠直徑/剖面高度比為0.55~0.65倍之大滾珠。
又，內環2及外環3通常包含SUJ2(高碳鉻軸承鋼)等之軸承鋼。該SUJ2等之軸承鋼相對而言於低溫下使用，此係緣於若成為高溫則硬度顯著下降，而壽命變短之故。因此，於要求更高速之旋轉之情形下，滾珠4與內環2及外環3相互接觸之接觸面處之接觸壓力或滾珠4之滑動增大而發熱，而局部成為高溫。因此，內環2及外環3理想的是由在耐熱性及耐磨耗性上優異之材料構成。
因此，形成二次硬化析出型之共晶碳化物之材料，例如較佳為高速度鋼、半高速鋼、馬氏體不銹鋼，若進行例示則有SKD、SKH、M50、SUS440C。又，使用將一般之軸承鋼(SUJ2)之回火溫度設為高至240℃~ 330℃者，可對其實施硬質被膜處理。該情形下，母材自身之硬度下降，但可藉由硬質被膜而使軌道環表面之硬度變硬，而獲得與使用上述之金屬材料之情形同等之性能。
又，較佳為藉由構成元素成分使抗回火性提高、使尺寸穩定化之材料(以高碳鉻鋼為標準之材料)，作為例示可舉出SHX材。該情形下，將內環2、外環3之至少一者由含有0.2~1.2質量%之C、0.7~1.5質量%之Si、0.5~1.5質量%之Mo、0.5~2.0質量%之Cr、其餘部分為Fe及不可避免之雜質元素之鋼材構成，且在碳氮共滲處理之後進行淬火回火處理，藉此將表面碳濃度設為0.8~1.3質量%，且將表面氮濃度設為0.2~0.8質量%。此處，對於上述之各成分元素之有效範圍之臨界性意義進行說明。
(1)Si：0.7~1.5質量%
Si係在抗退火軟化性上具有效果之元素，使高溫強度提高，且具有延緩在高溫環境下有效防止壓痕起點型剝離之殘餘奧氏體分解之效果。若Si含有量低於0.7質量%，則高溫強度不足，且會產生壓痕起點型剝離，因此將其下限值設為0.7質量%。另一方面，若Si含有量超過1.5質量%，則機械性強度下降，且會妨礙滲碳，因此將其上限值設為1.5質量%。
(2)Mo：0.5~1.5質量%
Mo係與Si同樣地在抗退火軟化性上具有效果之元素，具有提高高溫強度之效果。又，Mo作為在碳氮共滲之表面形成微量碳化物的碳化物形成元素發揮作用。若Mo含有量低於0.5質量%，則高溫強度不足，且表面 析出之碳化物不足，因此將其下限值設為0.5質量%。另一方面，若Mo含有量超過1.5質量%，會在材料之階段形成巨大碳化物，招致碳化物脫落而使軸承之滾動疲勞壽命下降，因此將其上限值設為1.5質量%。
(3)Cr：0.5~2.0質量%
Cr係發揮與Mo同樣之作用效果之添加元素。若Cr含有量低於0.5質量%，則高溫強度不足，且表面析出之碳化物之量不足，因此將其下限值設為0.5質量%。另一方面，若Cr含有量超過2.0質量%，會在材料之階段形成巨大碳化物，招致碳化物脫落而使軸承之滾動疲勞壽命下降，因此將其上限值設為2.0質量%。
(4)C：0.2~1.2質量%
如上述般若殘餘奧氏體量過多，則殘餘奧氏體分解而產生形狀之經時變化，有損軸承之尺寸穩定性。另一方面，於軌道環表面存在殘餘奧氏體，具有防止壓痕起點型剝離之效果。因此，較佳的是使殘餘奧氏體存在於表面，並且限制殘餘奧氏體占軸承整體之量，因此需要抑制軸承芯部之殘餘奧氏體之量。基於如此之觀點，較佳的是包含表面及芯部將平均殘餘奧氏體於鋼中所占之量設為5體積%以下，因此需要將殘餘奧氏體所依存之碳濃度設為1.2質量%以下，故將其上限值設為1.2質量%。另一方面，若碳濃度低於0.2質量%，則需要較長時間才能以碳氮共滲處理獲得所期望之滲碳深度，從而招致整體性成本上升，因此將其下限值設為0.2質量%。
(5)表面碳濃度：0.8~1.3質量%
若藉由碳氮共滲處理對表面附加碳，則可將成為矩陣之馬氏體組織固溶強化，而可於極表層部形成有效防止壓痕起點型剝離的多量之殘餘奧氏體。若表面碳濃度低於0.8質量%，則表面硬度不足從而滾動疲勞壽命及耐磨耗性下降，因此將其下限值設為0.8質量%。另一方面，若表面碳濃度超過1.3質量%，則在碳氮共滲處理時會析出巨大碳化物，而使滾動疲勞壽命下降，因此將其上限值設為1.3質量%。
(6)表面N濃度：0.2~0.8質量%
若藉由碳氮共滲處理對表面附加氮，則提高抗退火而高溫強度增大，耐磨耗性提高，且可於極表層部存在對壓痕起點型剝離之防止有效之多量之殘餘奧氏體。若表面氮濃度低於0.2質量%，則高溫強度下降，耐磨耗性下降，因此將其下限值設為0.2質量%。另一方面，若表面氮濃度超過0.8質量%，則難以進行軸承製造時之研磨加工，由於難以研磨故軸承之生產性下降，因此將其上限值設為0.8質量%。
(7)其他成分元素
其餘部分為Fe及不可避免之雜質，較佳的是添加微量之Ti作為其他成分元素。此係緣於若添加Ti則細微之鈦碳化物(TiC)或碳化氮化物(Ti(C+N))析出分散於矩陣中，而提高耐磨耗性及耐熔傷性之故。該情形下理想的是Ti含有量設為0.1~0.3質量%。若Ti含有量低於0.1質量%，則無法獲得碳化物之析出效果，因此將其下限值設為0.1質量%。另一方面，若Ti含有量超過0.3質量%，則容易形成巨大析出物，此成為缺陷反而使滾 動疲勞壽命下降，因此將其上限值設為0.3質量%。順便而言，若鈦析出物(TiC、Ti(C+N))之大小為0.1μm以下，則有助於耐磨耗性及耐熔傷性之提高。
再者，理想的是儘可能地不包含S、P、H、O等不可避免之雜質元素。特別是，若氧(O)之含有量超過12ppm，則易於形成氧化物類夾雜物，此成為缺陷而使滾動疲勞壽命下降，因此理想的是氧含有量未達12ppm。
進而，滾珠4可為在耐熱性及耐磨耗性上優異之鋼製，但亦可由Si3N4(氮化矽)、SiC(碳化矽)或Al2O3(氧化鋁)等之陶瓷構成。特別是，陶瓷製之滾珠4與鋼球相比楊氏模量更高，因此與軌道槽之面壓高而易於產生壓痕，因此如本實施形態般，提高了耐壓痕性之斜角滾珠軸承更有效地發揮作用。
如以上所說明般，本實施形態之斜角滾珠軸承構成為內環軌道槽2a相對於滾珠直徑之槽曲率半徑比(Ri)為54~58%，外環軌道槽3a相對於滾珠直徑之槽曲率半徑比(Ro)為51~58%，且Ri-Ro≧0個百分點，並且至少內環軌道槽2a在滾珠4與內環軌道槽2a之接觸部中央處之滾珠4及內環軌道槽2a之永久變形量之和成為滾珠直徑之一萬分之一時之最大面壓為4.7~6.0GPa。藉此，抑制發熱，且在耐壓痕性上優異，因此適宜於如高速旋轉下使用、在靜止中負載有過大之荷載之用途之使用，特別是使用於dmn80萬以上之工具機主軸，作為賦予有預壓之斜角滾珠軸承而有用。
又，上述構成只要僅於內環軌道槽2a形成藉由機械加工而成之表面硬化層即可，亦可享受製造上之優勢。
再者，本發明並不限定於上述之實施形態，可適當進行變化、改良等。
例如，本發明之斜角滾珠軸承之潤滑方式可為油氣潤滑，亦可為潤滑脂潤滑。
1:斜角滾珠軸承
2:內環
2a:內環軌道槽
3:外環
3a:外環軌道槽
3b:埋頭孔
4:滾珠
5:保持器
10:表面硬化層
P:平面
X:軸承中心軸
αi,αo:接觸角

Claims (8)

  1. 一種斜角滾珠軸承，其特徵在於具備：內環，其於外周面具有剖面圓弧狀之內環軌道槽；外環，其於內周面具有剖面圓弧狀之外環軌道槽；及複數個滾珠，其等在前述內環軌道槽與前述外環軌道槽之間滾動自如地設置；且前述內環軌道槽相對於滾珠直徑之槽曲率半徑比(Ri)為54~58%，前述外環軌道槽相對於前述滾珠直徑之槽曲率半徑比(Ro)為51~58%，且Ri-Ro≧0個百分點，並且至少前述內環軌道槽之、前述滾珠與前述內環軌道槽之接觸部中央處之前述滾珠及前述內環軌道槽之永久變形量之和成為前述滾珠直徑之一萬分之一時之最大面壓，為4.7~6.0GPa。
  2. 如請求項1之斜角滾珠軸承，其中Ri-Ro≧1個百分點。
  3. 如請求項1或2之斜角滾珠軸承，其中至少於前述內環軌道槽形成藉由機械加工而成之表面硬化層。
  4. 如請求項1或2之斜角滾珠軸承，其中前述滾珠之材質為陶瓷。
  5. 如請求項1或2之斜角滾珠軸承，其中滾珠直徑/剖面高度比為0.39~0.65倍。
  6. 如請求項5之斜角滾珠軸承，其中前述滾珠直徑/剖面高度比為0.55~0.65倍。
  7. 如請求項1或2之斜角滾珠軸承，其係使用於dmn80萬以上之工具機主軸、且被賦予預壓之斜角滾珠軸承。
  8. 如請求項1或2之斜角滾珠軸承，其中前述內環及前述外環之至少一者包含含有C：0.2~1.2質量%、Si：0.7~1.5質量%、Mo：0.5~1.5質量%、Cr：0.5~2.0質量%、其餘部分為Fe及不可避免之雜質元素之鋼，且表面碳濃度為0.8~1.3質量%，表面氮濃度為0.2~0.8質量%。
TW110133552A 2020-09-28 2021-09-09 斜角滾珠軸承 TWI833113B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-162504 2020-09-28
JP2020162504 2020-09-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202212708A TW202212708A (zh) 2022-04-01
TWI833113B true TWI833113B (zh) 2024-02-21

Family

ID=80846557

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110133552A TWI833113B (zh) 2020-09-28 2021-09-09 斜角滾珠軸承

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230358277A1 (zh)
EP (1) EP4219968A4 (zh)
JP (1) JPWO2022065171A1 (zh)
KR (1) KR20230075451A (zh)
CN (1) CN116209835A (zh)
TW (1) TWI833113B (zh)
WO (1) WO2022065171A1 (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0586026A (ja) * 1991-03-22 1993-04-06 Sandoz Ag アミノグアニジン類
JP2005240881A (ja) * 2004-02-25 2005-09-08 Ntn Corp 工作機械用アンギュラ玉軸受
JP2008032169A (ja) * 2006-07-31 2008-02-14 Nsk Ltd アンギュラ玉軸受

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2526579Y2 (ja) * 1991-06-24 1997-02-19 エヌティエヌ株式会社 転がり軸受
WO2000037813A1 (fr) 1998-12-22 2000-06-29 Nsk Ltd. Roulement a billes
JP4284951B2 (ja) * 2002-09-11 2009-06-24 株式会社ジェイテクト 玉軸受用軌道輪の製造方法
JP6153705B2 (ja) * 2012-07-25 2017-06-28 Ntn株式会社 転がり軸受
JP7271263B2 (ja) 2019-03-29 2023-05-11 森永乳業株式会社 気泡含有食品の製造方法、気泡含有食品包装体の製造方法、及び凍結気泡含有食品包装体の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0586026A (ja) * 1991-03-22 1993-04-06 Sandoz Ag アミノグアニジン類
JP2005240881A (ja) * 2004-02-25 2005-09-08 Ntn Corp 工作機械用アンギュラ玉軸受
JP2008032169A (ja) * 2006-07-31 2008-02-14 Nsk Ltd アンギュラ玉軸受

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2022065171A1 (zh) 2022-03-31
EP4219968A1 (en) 2023-08-02
CN116209835A (zh) 2023-06-02
TW202212708A (zh) 2022-04-01
KR20230075451A (ko) 2023-05-31
WO2022065171A1 (ja) 2022-03-31
EP4219968A4 (en) 2024-03-06
US20230358277A1 (en) 2023-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH08311603A (ja) 転がり軸受
JP2002115030A (ja) 工作機械主軸用転がり軸受
EP2789705B1 (en) Machine part, rolling bearing, conical roller bearing and method for manufacturing machine part
JPH05271779A (ja) 軸受部品およびその製造方法
JP5163183B2 (ja) 転がり軸受
JP2002364648A (ja) 転がり軸受
JP2014122378A (ja) 転がり軸受
JP5998631B2 (ja) 転がり軸受
JP2008151236A (ja) 転がり軸受
JP2008174822A (ja) スラスト軸受
JP4968106B2 (ja) 転がり軸受
JP2006329265A (ja) 転がり軸受
TWI833113B (zh) 斜角滾珠軸承
JP3013452B2 (ja) 転がり軸受
WO2022202922A1 (ja) 軌道輪及びシャフト
WO2000037813A1 (fr) Roulement a billes
JP3941782B2 (ja) 転がり軸受
JP2005232543A (ja) ボールねじ
JP5857433B2 (ja) 転がり案内装置の製造方法
JP2006045591A (ja) 円すいころ軸受
JP2005337361A (ja) ころ軸受
JP2006183845A (ja) 転がり軸受
JP5779118B2 (ja) 転がり接触部品、転がり軸受、自在継手およびそれらの製造方法
JP2008308706A (ja) 円錐ころ軸受
JP2008095926A (ja) スラスト針状ころ軸受およびその製造方法