JP2011112084A

JP2011112084A - 玉軸受

Info

Publication number: JP2011112084A
Application number: JP2009266611A
Authority: JP
Inventors: Tomonari Nishiyama; 知成西山
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2009-11-24
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2011-06-09

Abstract

【課題】コンパクトで、より高い荷重にも耐え得る負荷容量を備えた玉軸受を提供する。
【解決手段】玉軸受の中心軸を含む平面の断面で軌道輪を見た場合の軌道が、外方部Ａｏ、中央部Ａｃ、及び、内方部Ａｉによって構成されるものとし、中央部Ａｃは軌道輪の幅方向への中央にあって、円弧で形成される。外方部Ａｏは、中央部Ａｃの幅方向外方にあって、玉３の外周円に対して相対的に対数クラウニング曲線となるように、幅方向外方ほど玉３との隙間Ｇが増加する滑らかな線で形成される。内方部Ａｉは、中央部Ａｃの幅方向内方にあって、玉３の外周円に対して相対的に対数クラウニング曲線となるように、幅方向内方ほど玉３との隙間Ｇが増加する滑らかな線で形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、玉軸受に関し、特に、内外輪の軌道の形状に関する。

図６は、従来の玉軸受の一部を示す断面図である。図において、内輪１０１及び外輪１０２の間には転動体としての玉１０３が設けられている。玉１０３は、内輪１０１の軌道１０１ａ上、及び、外輪１０２の軌道１０２ａ上を、転動する。玉１０３の円滑な転動を妨げないように、軌道の１０１ａ，１０２ａの曲率半径は、玉１０３の半径よりも大きく作られている（例えば、特許文献１参照。）。

内輪１０１及び外輪１０２の一方が他方に対して回転するとき、玉１０３は、転がりながら周方向に移動する。玉１０３と例えば内輪１０１の軌道１０１ａとは、図の断面で言えば、点接触の状態となる。但し、現実には点ではなく、若干の拡がりを持つ接触楕円となるが、その面積は非常に小さい。従って、玉１０３の接触荷重による圧力分布は、例えば図中の縦縞線で示すように、一点集中的な形状となり、中央にピークが発生する。

特開２００１−２０８０８０号公報

近年、ハイブリッド車の普及や電気自動車の開発で、ころ軸受よりも低回転トルクな玉軸受の需要が高まっている。しかし、高荷重で使用されるスラストころ軸受の代わりに上記のような玉軸受を使用すると、一点集中的な圧力分布により、衝撃荷重に対して軌道１０１ａ，１０２ａに圧痕が付き易い。この弱点は、より高い荷重にも耐え得る負荷容量を備えた玉軸受を選定することにより克服できるが、かかる玉軸受はサイズが大きくなるので、小型軽量化の要請に反する。すなわち、玉軸受のサイズを大きくすることなく、圧痕が付き易いという弱点を如何にして解消するか、という課題がある。
そこで、本発明は、コンパクトで、より高い荷重にも耐え得る負荷容量を備えた玉軸受を提供することを目的とする。

本発明の玉軸受は、中心軸を含む平面の断面で軌道輪を見た場合の軌道が、（ａ）前記軌道輪の幅方向への中央にあって、円弧で形成された中央部と、（ｂ）前記中央部の幅方向外方にあって、玉の外周円に対して相対的に対数クラウニング曲線となるように、幅方向外方ほど当該玉との隙間が増加する滑らかな線で形成された外方部と、（ｃ）前記中央部の幅方向内方にあって、前記玉の外周円に対して相対的に対数クラウニング曲線となるように、幅方向内方ほど前記玉との隙間が増加する滑らかな線で形成された内方部と、によって構成されるものである。

上記のような玉軸受では、外方部及び内方部の各々と玉との隙間が対数クラウニング曲線を成すことにより、軌道に対する玉の接触圧力を均一に分布させることができる。また、中央部は円弧とすることで、中央部と外方部又は内方部とを、互いに滑らかに、かつ、容易に繋ぐことができる。

また、上記玉軸受において、中央部の円弧の曲率半径は、玉の半径と同一であることが好ましい。
この場合、軌道輪の断面で見た玉は、中央部と点接触ではなく円弧に沿って線接触することになるので、接触圧力の集中を緩和することができる。

また、上記玉軸受において、滑らかな線は、円弧又は直線によって近似的に構成されるものであってもよい。
この場合、対数クラウニングに基づく曲線を、円弧又は直線の近似によって容易に作製することができる。

本発明の玉軸受によれば、サイズを大きくせずに、回転トルクを低減し、より高い荷重にも耐え得る負荷容量を備えることができる。このことは、逆に言えば、負荷容量が従来と同じでよい場合には、従来よりもサイズダウンして、より小型軽量化できる、ということになる。

本発明の一実施形態に係る玉軸受の一部を示す断面図である。図１における軌道の詳細を示す断面図である。対数クラウニング曲線の一例を示すグラフである。（ａ）は、ｘ＝０を中心とした左右対称の対数クラウニング曲線を示すグラフである。（ｂ）は、玉の曲線及び軌道の曲線を示すグラフである。（ｃ）は、軌道のクラウニング量を示すグラフである。圧力分布を示す図である。従来の玉軸受の一部を示す断面図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る玉軸受の一部を示す断面図である。
図において、内輪１及び外輪２の間には転動体としての玉３が設けられている。内輪１及び外輪２の一方が他方に対して回転するとき、玉３は、内輪１の軌道１ａ上、及び、外輪２の軌道２ａ上を、周方向に転動する。

図２は、図１における軌道１ａ，２ａの詳細を示す断面図である。図において、玉軸受の中心軸（図示せず。）を含む平面の断面（すなわち図示の断面）で軌道輪（内輪１，外輪２）を見た場合の例えば軌道１ａは、図の右方を「外」、左方を「内」とすると、外方部Ａｏ、中央部Ａｃ、及び、内方部Ａｉの３部分を備えたものとなっている。なお、外輪２の軌道２ａについても同様であり、以下、代表として内輪１の軌道１ａについてのみ説明する。

中央部Ａｃは、内輪１の幅方向（図の左右方向）への中央にあり、円弧で形成されている。円弧は、玉の中心Ｏを中心として、角度θの範囲に形成されている。外方部Ａｏは、中央部Ａｃの幅方向外方にあって、玉３の外周円に対して相対的に対数クラウニング曲線となるように、幅方向外方ほど玉３との隙間Ｇが増加する滑らかな線で形成されている。また、内方部Ａｉは、中央部Ａｃの幅方向内方にあって、玉３の外周円に対して相対的に対数クラウニング曲線となるように、幅方向内側ほど玉３との隙間Ｇが増加する滑らかな線で形成されている。なお、図示しているＧは、特定点を示しているのではなく、玉３と軌道１ａとの接触中心１ｂからの距離ｘに対する関数として示している。

上記中央部Ａｃの円弧の半径をＲ、玉３の半径をｒとすると、Ｒはｒと「同一」である（Ｒ＝ｒ）。但し、製造上の誤差や温度上昇による体膨張によって、厳密には、Ｒ＞ｒとなることも考えられる。そこで、上記の「同一」とは、使用温度範囲においてｒ≦Ｒ≦１．１ｒの関係を維持することを言うものとする。

次に、対数クラウニングについて説明する。クラウニング深さＺは、接触圧力を均一に分布させるための以下の式（Johnson_Gohar の式）により決定することができる。

式（１）において、各記号は以下のものを表す。
Ｑ：荷重、ν：ポアソン比、Ｅ：ヤング率、Ｌ_eff：有効接触長さ、ａ₀：接触楕円短半径、ｂ：接触楕円長半径（有効接触長さの１／２）、ｘ：接触中心からの距離
ここで例えば、Ｑ＝２０００［Ｎ］、ν＝０．３、Ｅ＝２０６９０１［ＭＰａ］、Ｌ_eff＝７．５３７６［ｍｍ］、ａ₀＝０．１４６２［ｍｍ］、ｂ＝３．７６８８［ｍｍ］として、ｘに対するＺの値を求めると、図３のグラフに示す対数クラウニング曲線が得られる。グラフの横軸は、ｘ：接触中心からの距離［ｍ］、縦軸は、Ｚ：クラウニング深さ［ｍ］である。図示のように、接触中心からの距離ｘが大きくなると、クラウニング深さＺが増大し、かつ、増加率が大きくなり、最終的には無限大になる。

図４の（ａ）は、ｘ＝０を中心とした左右対称の対数クラウニング曲線ｆ（ｘ）を示すグラフである。この対数クラウニング曲線ｆ（ｘ）から、軌道に施すべきクラウニング曲線を求めるには、（ｂ）に示す玉の外周円の曲線Ｊにおいて、（ａ）のクラウニング量Ｃｒに等しい隙間Ｇとなるような、軌道の曲線Ｋを求める。そして、（ｃ）に示すような、軌道に施すべきクラウニング量Ｃｒ’を得る。
すなわち、軌道（Ｋ）には、玉の外周円（Ｊ）に対して相対的に対数クラウニング（Ｃｒ＝Ｇ＝Ｊ−Ｋ）が形成されていることになる。これにより、軌道に対する玉の接触圧力を均一に分布させることができる。

図２に戻り、上記のような対数クラウニングが、外方部Ａｏ及び内方部Ａｉの各々と玉３との隙間Ｇとして形成されることにより、エッジロードの発生を回避して、軌道１ａに対する玉３の接触圧力を均一に分布させることができる。これによって、回転トルクも低減することができる。また、中央部Ａｃを円弧とすることで、中央部Ａｃと外方部Ａｏ又は内方部Ａｉとを、互いに滑らかに、かつ、容易に繋ぐことができる。従って、このような玉軸受は、サイズを大きくすることなく、低回転トルクで、より高荷重にも耐え得る負荷容量を備えることができる。このことは、逆に言えば、負荷容量が従来と同じでよい場合には、従来よりもサイズダウンして、より小型軽量化できる、ということになる。

また、中央部Ａｃの半径Ｒが、玉３の半径ｒと同一であることによって、軌道輪の断面で見た玉３は、中央部Ａｃと点接触ではなく円弧に沿って線接触することになるので、接触圧力の集中を緩和することができる。
図５は、圧力分布を示す図である。縦縞線で示すように、圧力分布は均一化され、ピーク値が低減される。

なお、実際には、外方部Ａｏ及び内方部Ａｉの輪郭線は、円弧又は直線によって近似的に構成してもよい。すなわちこの場合、作製が必ずしも容易ではない対数クラウニングに基づく曲線を、円弧又は直線の近似によって容易に作製することができる。また、外方部Ａｏ及び内方部Ａｉの輪郭線を、複数の円弧や直線の組み合わせによって近似的に構成することも可能である。
また、図２に示す中央部Ａｃの範囲（角度θ）は、軌道１ａの範囲内で、かつ、外方部Ａｏ及び内方部Ａｉも確保することを条件に、増減可能である。

なお、上記の実施形態は、基本的な構成の玉軸受で説明したが、上記のような軌道の構成（外方部・中央部・内方部）は、各種の玉軸受（例えば、多点接触玉軸受や、スラスト玉軸受）に同様に適用可能である。

１：内輪、１ａ：軌道、２：外輪、２ａ：軌道、３：玉、Ａｏ：外方部、Ａｃ：中央部、Ａｉ：内方部、Ｇ：隙間

Claims

玉軸受において、中心軸を含む平面の断面で軌道輪を見た場合の軌道が、
前記軌道輪の幅方向への中央にあって、円弧で形成された中央部と、
前記中央部の幅方向外方にあって、玉の外周円に対して相対的に対数クラウニング曲線となるように、幅方向外方ほど当該玉との隙間が増加する滑らかな線で形成された外方部と、
前記中央部の幅方向内方にあって、前記玉の外周円に対して相対的に対数クラウニング曲線となるように、幅方向内方ほど前記玉との隙間が増加する滑らかな線で形成された内方部と
によって構成されることを特徴とする玉軸受。
前記中央部の円弧の曲率半径は、前記玉の半径と同一である請求項１記載の玉軸受。
前記滑らかな線は、円弧又は直線によって近似的に構成される請求項１記載の玉軸受。