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JP6965005B2 - Conical roller bearing - Google Patents

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JP6965005B2 JP2017063362A JP2017063362A JP6965005B2 JP 6965005 B2 JP6965005 B2 JP 6965005B2 JP 2017063362 A JP2017063362 A JP 2017063362A JP 2017063362 A JP2017063362 A JP 2017063362A JP 6965005 B2 JP6965005 B2 JP 6965005B2
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Description

本発明は、円錐ころ軸受に関し、特に自動車用円錐ころ軸受に関する。 The present invention relates to conical roller bearings, and more particularly to conical roller bearings for automobiles.

特開2003−226918号公報には、軸受部品の鋼をA1変態点を超える浸炭窒化処理温度で浸炭窒化処理後、A1変態点未満の温度に冷却した後、A1変態点以上で浸炭窒化処理の温度未満の焼入れ温度に再加熱する軸受部品の熱処理方法が開示されている。このような熱処理方法により得られた軸受部品は、転動疲労に対して長寿命であり、かつ高い割れ強度を有し、かつ経年寸法変化率の増大が抑制されている。 JP-A-2003-226918 discloses, after carbonitriding a steel of the bearing components in the carbonitriding temperature exceeding the A 1 transformation point, after cooling to a temperature below the A 1 transformation point, carburizing at A 1 transformation point or more A heat treatment method for a bearing component that is reheated to a quenching temperature lower than the nitriding temperature is disclosed. The bearing parts obtained by such a heat treatment method have a long life against rolling fatigue, have high crack strength, and suppress an increase in the dimensional change rate over time.

特開2009−197904号公報には、潤滑が希薄な転がり機械要素においても、特殊な材料の使用や、特殊な熱処理や表面処理等の加工を施すことなく、接触面の表面損傷を容易かつ効果的に防止できる転がり機械要素が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-197904 states that even for rolling machine elements with weak lubrication, surface damage to the contact surface can be easily and effectively performed without using special materials or performing special heat treatment or surface treatment. The rolling machine elements that can be prevented are disclosed.

特開2010−255730号公報には、面圧や接触部の応力を低減し軸受の長寿命化を図ると共に、軌道面の加工不良を未然に解消しつつ、ころの両端部のドロップ量の低減を図り、加工効率の向上を図ることができる円錐ころ軸受が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-255730 describes that the surface pressure and the stress of the contact portion are reduced to prolong the life of the bearing, and the processing defect of the raceway surface is eliminated before the drop amount of both ends of the roller is reduced. A conical roller bearing that can improve the processing efficiency is disclosed.

自動車のトランスミッションやデファレンシャルなどに組み込まれる円錐ころ軸受については、トランスミッションの多段化や運転空間の拡大のために与えられるスペースが縮小される傾向がある。これに伴い軸受に対し負荷される単位面積当たりの負荷荷重は大きくなっている。 For conical roller bearings incorporated in automobile transmissions and differentials, the space provided for multi-stage transmissions and expansion of driving space tends to be reduced. Along with this, the load per unit area applied to the bearing is increasing.

また、自動車のトランスミッションやデファレンシャルなどにおいては、構成材料にアルミニウムを含むハウジングが採用される傾向がある。この場合、ケースの剛性が低下して主軸の傾きが大きくなる。そのため、主軸をハウジングに対して回転可能に支持する円錐ころ軸受は、軸受の取付誤差(ミスアライメント)が生じやすい環境下、すなわちいわゆる高ミスアライメント環境下に置かれる。そのため、このような円錐ころ軸受は、高ミスアライメント環境下でも高い耐久性が要求されている。 Further, in automobile transmissions and differentials, housings containing aluminum as a constituent material tend to be adopted. In this case, the rigidity of the case decreases and the inclination of the spindle increases. Therefore, the conical roller bearing that rotatably supports the spindle with respect to the housing is placed in an environment in which bearing mounting errors (misalignment) are likely to occur, that is, in a so-called high misalignment environment. Therefore, such conical roller bearings are required to have high durability even in a highly misaligned environment.

特開2003−226918号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-226918 特開2009−197904号公報JP-A-2009-197904 特開2010−255730号公報JP-A-2010-255730

本発明の主たる目的は、高ミスアライメント環境でも高い耐久性を有し、転動疲労に対して長寿命であり、かつ、高ミスアライメント環境により発生するスキューに対して耐焼き付き性を有する円錐ころ軸受を提供することにある。 A main object of the present invention is a conical roller having high durability even in a high misalignment environment, long life against rolling fatigue, and seizure resistance against skew generated by a high misalignment environment. To provide bearings.

本発明に係る円錐ころ軸受は、内周面において外輪軌道面を有する外輪と、外周面において内輪軌道面と内輪軌道面よりも大径側に配置された大鍔面とを有し、外輪の内側に配置された内輪と、外輪軌道面と内輪軌道面との間に配列され、外輪軌道面および内輪軌道面と接触する転動面と大鍔面と接触する大端面とを有し、外輪軌道面と内輪軌道面との間に配列された複数の円錐ころとを備える。 The conical roller bearing according to the present invention has an outer ring having an outer ring raceway surface on the inner peripheral surface, and a large flange surface arranged on the outer peripheral surface on the inner ring raceway surface and a larger diameter side than the inner ring raceway surface. The inner ring is arranged inside, and is arranged between the outer ring raceway surface and the inner ring raceway surface, and has a rolling surface that contacts the outer ring raceway surface and the inner ring raceway surface and a large end surface that contacts the large flange surface, and has an outer ring. It is provided with a plurality of conical rollers arranged between the raceway surface and the inner ring raceway surface.

外輪、内輪および複数の円錐ころのうちの少なくともいずれか1つは、外輪軌道面、内輪軌道面または転動面の表面層に形成された窒素富化層を含む。表面層の最表面から窒素富化層の底部までの距離は0.2mm以上である。円錐ころの大端面の少なくとも一部は、研削加工された面である。円錐ころの大端面の基準曲率半径をR、円錐ころの円錐角の頂点から内輪の大鍔面までの距離をRBASEとしたとき、R/RBASEの値が0.75以上0.87以下である。円錐ころの大端面の研削加工後の実曲率半径をRprocessとしたとき、実曲率半径Rprocessと基準曲率半径Rとの比率Rprocess/Rが0.8以上である。 At least one of the outer ring, the inner ring and the plurality of conical rollers includes a nitrogen-enriched layer formed on the surface layer of the outer ring raceway surface, the inner ring raceway surface or the rolling surface. The distance from the outermost surface of the surface layer to the bottom of the nitrogen-enriched layer is 0.2 mm or more. At least a portion of the large end face of the conical roller is the ground face. When a reference radius of curvature of the large end face of the tapered roller R, the distance from the apex of the cone angle of the tapered rollers to the large rib surface of the inner ring and the R BASE, the value of R / R BASE least 0.75 0.87 Is. When the actual radius of curvature of the large end face of the conical roller after grinding is R process , the ratio R process / R of the actual radius of curvature R process and the reference radius of curvature R is 0.8 or more.

円錐ころの転動面にはクラウニングが形成されている。クラウニングのドロップ量の和は、円錐ころの転動面の母線をy軸とし、母線直交方向をz軸とするy−z座標系において、K,K,zを設計パラメータ、Qを荷重、Lを円錐ころにおける転動面の有効接触部の母線方向長さ、E’を等価弾性係数、aを円錐ころの転動面の母線上にとった原点から有効接触部の端部までの長さ、A=2KQ/πLE’としたときに、式(1)で表される。 Crowning is formed on the rolling surface of the conical roller. The sum of the drop amount of the crowning is a generatrix of the rolling surface of the tapered rollers and y-axis, the generatrix orthogonal direction in y-z coordinate system with the z-axis, K 1, K 2, z m design parameters, the Q Load, L is the length of the effective contact part of the rolling surface of the conical roller in the generatrix direction, E'is the equivalent elastic coefficient, and a is from the origin on the generatrix of the rolling surface of the conical roller to the end of the effective contact part. When the length of A = 2K 1 Q / πLE', it is expressed by the equation (1).

Figure 0006965005
Figure 0006965005

本発明によれば、高ミスアライメント環境でも高い耐久性を有し、転動疲労に対して長寿命であり、かつ、高ミスアライメント環境により発生するスキューに対して耐焼き付き性を有する円錐ころ軸受を提供することができる。 According to the present invention, a conical roller bearing has high durability even in a high misalignment environment, has a long life against rolling fatigue, and has seizure resistance against skew generated in a high misalignment environment. Can be provided.

実施の形態1に係る円錐ころ軸受を示す縦断面図である。It is a vertical sectional view which shows the conical roller bearing which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る円錐ころ軸受において、窒素富化層を説明するための部分断面図である。FIG. 5 is a partial cross-sectional view for explaining a nitrogen-enriched layer in the conical roller bearing according to the first embodiment. 実施の形態1に係る円錐ころ軸受のころのクラウニング部および中央部での窒素富化層の形状を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the shape of the nitrogen-enriched layer in the crowning part and the central part of the roller of the conical roller bearing which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る円錐ころ軸受のころの対数クラウニングの形状を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the shape of the logarithmic crowning of the roller of the conical roller bearing which concerns on Embodiment 1. FIG. クラウニング形状の一例を示すy−z座標図である。It is a yz coordinate diagram which shows an example of a crowning shape. 実施の形態1に係る円錐ころ軸受の設計仕様を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the design specification of the conical roller bearing which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る円錐ころ軸受においてころの基準曲率半径を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the reference radius of curvature of a roller in the conical roller bearing which concerns on Embodiment 1. FIG. 図7において点線で囲まれた領域を示す部分断面図である。FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a region surrounded by a dotted line in FIG. 7. 実施の形態1に係る円錐ころ軸受においてころの実曲率半径を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the actual radius of curvature of a roller in the conical roller bearing which concerns on Embodiment 1. FIG. 輪郭線が対数関数で表されるクラウニングを設けたころを示す図である。It is a figure which shows the time when the crowning which the contour line is represented by a logarithmic function is provided. 部分円弧のクラウニングとストレート部を設けたころの輪郭線と、ころの転動面における接触面圧を重ねて示した図である。It is the figure which superposed the contour line of the roller which provided the crowning and the straight part of a partial arc, and the contact surface pressure on the rolling surface of a roller. 実施の形態1に係る円錐ころ軸受のころの大端面の曲率半径と油膜厚さとの関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the radius of curvature of the large end surface of the roller of the conical roller bearing according to the first embodiment and the oil film thickness. 実施の形態1に係る円錐ころ軸受のころの大端面の曲率半径と最大ヘルツ応力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the radius of curvature of the large end face of the roller of the conical roller bearing which concerns on Embodiment 1 and the maximum Hertz stress. 実施の形態1に係る円錐ころ軸受の製造方法のフローチャートである。It is a flowchart of the manufacturing method of the conical roller bearing which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における熱処理方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the heat treatment method in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における熱処理方法の変形例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification of the heat treatment method in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る軸受部品のオーステナイト粒界を示す図である。It is a figure which shows the austenite grain boundary of the bearing component which concerns on Embodiment 1. FIG. 従来の軸受部品のオーステナイト粒界を示す図である。It is a figure which shows the austenite grain boundary of the conventional bearing component. 実施の形態1に係る円錐ころ軸受において、軌道面と転動面との当たり位置の変更方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the method of changing the contact position between a raceway surface and a rolling surface in the conical roller bearing which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る円錐ころ軸受において、軌道面と転動面との当たり位置の変更方法の他の一例を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of a method of changing the contact position between the raceway surface and the rolling surface in the conical roller bearing according to the first embodiment. 実施の形態2に係る円錐ころ軸受の部分断面図である。It is a partial cross-sectional view of the conical roller bearing which concerns on Embodiment 2. FIG. 図21に示される円錐ころ軸受のころのクラウニング形状を示す図である。It is a figure which shows the crowning shape of the roller of the conical roller bearing shown in FIG. 図21に示される円錐ころ軸受のころの母線方向座標とドロップ量との関係を表す図である。It is a figure which shows the relationship between the generatrix direction coordinate of the roller of the conical roller bearing shown in FIG. 21 and the drop amount. Misesの相当応力の最大値と対数クラウニングパラメータとの関係を表す図である。It is a figure which shows the relationship between the maximum value of the equivalent stress of Mises, and the logarithmic crowning parameter. 実施の形態2に係る円錐ころ軸受の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the conical roller bearing which concerns on Embodiment 2. 実施の形態2に係る円錐ころ軸受の他の変形例を示す図である。It is a figure which shows the other modification of the conical roller bearing which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態1に係る円錐ころ軸受を備えるデファレンシャルを示す縦断面図である。It is a vertical sectional view which shows the differential which includes the conical roller bearing which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る円錐ころ軸受を備えるトランスミッションを示す縦断面図である。It is a vertical sectional view which shows the transmission which comprises the conical roller bearing which concerns on Embodiment 1. FIG.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings below, the same or corresponding parts are given the same reference number and the explanation is not repeated.

(実施の形態1)
<円錐ころ軸受の構成>
図1は、本発明の実施の形態に係る円錐ころ軸受の断面模式図である。図2は、図1に示した円錐ころ軸受の部分断面模式図である。図3は、図1に示した円錐ころ軸受の円錐ころの部分断面模式図である。図4は、図3に示した円錐ころの拡大部分断面模式図である。図1〜図4を用いて本実施の形態に係る円錐ころ軸受を説明する。
(Embodiment 1)
<Conical roller bearing configuration>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a conical roller bearing according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view of the conical roller bearing shown in FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a conical roller of the conical roller bearing shown in FIG. FIG. 4 is an enlarged partial cross-sectional schematic view of the conical roller shown in FIG. The conical roller bearing according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4.

図1に示す円錐ころ軸受10は、外輪11と、内輪13と、複数のころ12と、保持器14とを主に備えている。外輪11は、環形状を有し、内周面に外輪軌道面11Aを有している。内輪13は、環形状を有し、外周面に内輪軌道面13Aを有している。内輪13は、内輪軌道面13Aが外輪軌道面11Aに対向するように外輪11の内周側に配置されている。 The conical roller bearing 10 shown in FIG. 1 mainly includes an outer ring 11, an inner ring 13, a plurality of rollers 12, and a cage 14. The outer ring 11 has a ring shape and has an outer ring raceway surface 11A on the inner peripheral surface. The inner ring 13 has a ring shape and has an inner ring raceway surface 13A on the outer peripheral surface. The inner ring 13 is arranged on the inner peripheral side of the outer ring 11 so that the inner ring raceway surface 13A faces the outer ring raceway surface 11A.

ころ12は、外輪11の内周面上に配置されている。ころ12はころ転動面12Aを有し、当該ころ転動面12Aにおいて内輪軌道面13Aおよび外輪軌道面11Aに接触する。複数のころ12は合成樹脂からなる保持器14により周方向に所定のピッチで配置されている。これにより、ころ12は、外輪11および内輪13の円環状の軌道上に転動自在に保持されている。また、円錐ころ軸受10は、外輪軌道面11Aを含む円錐、内輪軌道面13Aを含む円錐、およびころ12が転動した場合の回転軸の軌跡を含む円錐のそれぞれの頂点が軸受の中心線上の1点で交わるように構成されている。このような構成により、円錐ころ軸受10の外輪11および内輪13は、互いに相対的に回転可能となっている。 The rollers 12 are arranged on the inner peripheral surface of the outer ring 11. The roller 12 has a roller rolling surface 12A, and is in contact with the inner ring raceway surface 13A and the outer ring raceway surface 11A on the roller rolling surface 12A. The plurality of rollers 12 are arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction by a cage 14 made of synthetic resin. As a result, the roller 12 is rotatably held on the annular orbit of the outer ring 11 and the inner ring 13. Further, in the conical roller bearing 10, the vertices of the cone including the outer ring raceway surface 11A, the cone including the inner ring raceway surface 13A, and the cone including the locus of the rotation axis when the roller 12 rolls are on the center line of the bearing. It is configured to intersect at one point. With such a configuration, the outer ring 11 and the inner ring 13 of the conical roller bearing 10 can rotate relative to each other.

外輪11、内輪13、ころ12を構成する材料は鋼であってもよい。当該鋼は、窒素富化層11B、12B、13B以外の部分で、少なくとも炭素を0.6質量%以上1.2質量%以下、珪素を0.15質量%以上1.1質量%以下、マンガンを0.3質量%以上1.5質量%以下含む。上記鋼は、さらに2.0質量%以下のクロムを含んでいてもよい。 The material constituting the outer ring 11, the inner ring 13, and the roller 12 may be steel. The steel has at least 0.6% by mass or more and 1.2% by mass or less of carbon, 0.15% by mass or more and 1.1% by mass or less of silicon, and manganese in parts other than the nitrogen-enriched layers 11B, 12B, and 13B. Is included in an amount of 0.3% by mass or more and 1.5% by mass or less. The steel may further contain 2.0% by mass or less of chromium.

上記の構成において、炭素が1.2質量%を超えると、球状化焼鈍を行なっても素材硬度が高いので冷間加工性を阻害し、冷間加工を行なう場合に十分な冷間加工量と、加工精度を得ることができない。また、浸炭窒化処理時に過浸炭組織になりやすく、割れ強度が低下する危険性がある。他方、炭素含有量が0.6質量%未満の場合には、所要の表面硬さと残留オーステナイト量を確保するのに長時間を必要としたり、再加熱後の焼入れで必要な内部硬さが得られにくくなる。 In the above configuration, if carbon exceeds 1.2% by mass, the material hardness is high even if spheroidizing annealing is performed, so that cold workability is hindered, and a sufficient amount of cold work is required for cold work. , Processing accuracy cannot be obtained. In addition, the carburized nitriding treatment tends to cause an over-carburized structure, and there is a risk that the crack strength is lowered. On the other hand, when the carbon content is less than 0.6% by mass, it takes a long time to secure the required surface hardness and the amount of retained austenite, or the internal hardness required for quenching after reheating is obtained. It becomes difficult to get rid of.

Si含有率を0.15〜1.1質量%とするのは、Siが耐焼戻し軟化抵抗を高めて耐熱性を確保し、異物混入潤滑下での転がり疲労寿命特性を改善することができるからである。Si含有率が0.15質量%未満では異物混入潤滑下での転がり疲労寿命特性が改善されず、一方、Si含有率が1.1質量%を超えると焼きならし後の硬度を高くしすぎて冷間加工性を阻害する。 The reason why the Si content is 0.15 to 1.1% by mass is that Si can increase tempering resistance and softening resistance to ensure heat resistance and improve rolling fatigue life characteristics under lubrication mixed with foreign matter. Is. If the Si content is less than 0.15% by mass, the rolling fatigue life characteristics under lubrication mixed with foreign matter are not improved, while if the Si content exceeds 1.1% by mass, the hardness after normalizing becomes too high. Inhibits cold workability.

Mnは浸炭窒化層と芯部の焼入れ硬化能を確保するのに有効である。Mn含有率が0.3質量%未満では、十分な焼入れ硬化能を得ることができず、芯部において十分な強度を確保することができない。一方、Mn含有率が1.5質量%を超えると、硬化能が過大になりすぎ、焼きならし後の硬度が高くなり冷間加工性が阻害される。また、オーステナイトを安定化しすぎて芯部の残留オーステナイト量を過大にして経年寸法変化を助長する。さらに、鋼が2.0質量%以下のクロムを含むことにより、表層部においてクロムの炭化物や窒化物を析出して表層部の硬度を向上しやすくなる。Cr含有率を2.0質量%以下としたのは、2.0質量%を超えると冷間加工性が著しく低下したり、2.0質量%を超えて含有しても上記表層部の硬度向上の効果が小さいからである。 Mn is effective in ensuring the quench hardening ability of the carburized nitride layer and the core portion. If the Mn content is less than 0.3% by mass, sufficient quenching and curing ability cannot be obtained, and sufficient strength cannot be secured in the core portion. On the other hand, when the Mn content exceeds 1.5% by mass, the curing ability becomes excessive, the hardness after normalizing becomes high, and the cold workability is impaired. In addition, it stabilizes austenite too much and excessively increases the amount of retained austenite in the core portion, which promotes dimensional change over time. Further, when the steel contains 2.0% by mass or less of chromium, carbides and nitrides of chromium are precipitated in the surface layer portion, and the hardness of the surface layer portion can be easily improved. The reason why the Cr content is 2.0% by mass or less is that the cold workability is remarkably lowered when it exceeds 2.0% by mass, and the hardness of the surface layer portion is determined even if it is contained in excess of 2.0% by mass. This is because the effect of improvement is small.

なお、本開示の鋼は、言うまでもなくFeを主成分とし、上記の元素の他に不可避的不純物を含んでいてもよい。不可避的不純物としては、リン(P)、硫黄(S)、窒素(N)、酸素(O)、アルミ(Al)などがある。これらの不可避的不純物元素の量は、それぞれ0.1質量%以下である。 Needless to say, the steel of the present disclosure contains Fe as a main component and may contain unavoidable impurities in addition to the above elements. Inevitable impurities include phosphorus (P), sulfur (S), nitrogen (N), oxygen (O), aluminum (Al) and the like. The amount of each of these unavoidable impurity elements is 0.1% by mass or less.

また異なる観点から言えば、外輪11および内輪13は、軸受用材料の一例である鋼材、たとえばJIS規格SUJ2からなるものであることが好ましい。ころ12は、軸受用材料の一例である鋼材、たとえばJIS規格SUJ2により構成されてもよい。また、ころ12は、他の材料、たとえばサイアロン焼結体により構成されていてもよい。 From a different point of view, the outer ring 11 and the inner ring 13 are preferably made of a steel material which is an example of a bearing material, for example, JIS standard SUJ2. The roller 12 may be made of a steel material which is an example of a bearing material, for example, JIS standard SUJ2. Further, the roller 12 may be made of another material, for example, a Sialon sintered body.

図2に示すように、外輪11の軌道面11Aおよび内輪13の軌道面13Aには窒素富化層11B、13Bが形成されている。内輪13では、窒素富化層13Bが軌道面13Aから小鍔面および大鍔面にまで延在している。窒素富化層11B、13Bは、それぞれ外輪11の未窒化部11Cまたは内輪13の未窒化部13Cより窒素濃度が高くなっている領域である。また、ころ12の転動面12Aを含む表面には窒素富化層12Bが形成されている。ころ12の窒素富化層12Bは、ころ12の未窒化部12Cより窒素濃度が高くなっている領域である。窒素富化層11B、12B、13Bは、たとえば浸炭窒化処理、窒化処理など従来周知の任意の方法により形成できる。 As shown in FIG. 2, nitrogen-enriched layers 11B and 13B are formed on the raceway surface 11A of the outer ring 11 and the raceway surface 13A of the inner ring 13. In the inner ring 13, the nitrogen-enriched layer 13B extends from the raceway surface 13A to the small collar surface and the large collar surface. The nitrogen-enriched layers 11B and 13B are regions in which the nitrogen concentration is higher than that of the unnitrided portion 11C of the outer ring 11 or the unnitrided portion 13C of the inner ring 13, respectively. Further, a nitrogen-enriched layer 12B is formed on the surface of the roller 12 including the rolling surface 12A. The nitrogen-enriched layer 12B of the roller 12 is a region where the nitrogen concentration is higher than that of the unnitrided portion 12C of the roller 12. The nitrogen-enriched layers 11B, 12B, and 13B can be formed by any conventionally known method such as carburizing nitriding treatment and nitriding treatment.

なお、ころ12のみに窒素富化層12Bを形成してもよいし、外輪11のみに窒素富化層11Bを形成してもよいし、内輪13のみに窒素富化層13Bを形成してもよい。あるいは、外輪11、内輪13、ころ12のうちの2つに窒素富化層を形成してもよい。 The nitrogen-enriched layer 12B may be formed only on the rollers 12, the nitrogen-enriched layer 11B may be formed only on the outer ring 11, or the nitrogen-enriched layer 13B may be formed only on the inner ring 13. good. Alternatively, a nitrogen-enriched layer may be formed on two of the outer ring 11, the inner ring 13, and the roller 12.

図3に示すように、ころ12の転動面12A(図2参照)は、両端部に位置し、クラウニングが形成されたクラウニング部22、24と、このクラウニング部22、24の間を繋ぐ中央部23とを含む。中央部23にはクラウニングは形成されておらず、ころ12の回転軸である中心線26に沿った方向での断面における中央部23の形状は直線状である。ころ12の端面17とクラウニング部22との間には面取り部21が形成されている。端面16とクラウニング部24との間にも面取り部25が形成されている。 As shown in FIG. 3, the rolling surfaces 12A (see FIG. 2) of the rollers 12 are located at both ends and are centrally connected between the crowning portions 22 and 24 on which the crowning is formed and the crowning portions 22 and 24. Including part 23. No crowning is formed in the central portion 23, and the shape of the central portion 23 in the cross section in the direction along the center line 26, which is the rotation axis of the roller 12, is linear. A chamfered portion 21 is formed between the end surface 17 of the roller 12 and the crowning portion 22. A chamfered portion 25 is also formed between the end surface 16 and the crowning portion 24.

ここで、ころ12の製造方法において、窒素富化層12Bを形成する処理(浸炭窒化処理)を実施するときには、ころ12にはクラウニングが形成されておらず、ころ12の外形は図4の点線で示される加工前表面12Eとなっている。この状態で窒素富化層が形成された後、仕上げ加工として図4の矢印に示すようにころ12の側面が加工され、図3及び4に示すように、クラウニングが形成されたクラウニング部22、24が得られる。 Here, in the method for producing the roller 12, when the treatment for forming the nitrogen-enriched layer 12B (carburizing nitriding treatment) is performed, the roller 12 is not crowned, and the outer shape of the roller 12 is the dotted line in FIG. The surface is 12E before processing, which is indicated by. After the nitrogen-enriched layer is formed in this state, the side surface of the roller 12 is processed as shown by the arrow in FIG. 4 as a finishing process, and the crowning portion 22 is formed with crowning as shown in FIGS. 24 is obtained.

窒素富化層の厚さ:
ころ12における窒素富化層12Bの深さ、すなわち窒素富化層12Bの最表面から窒素富化層12Bの底部までの距離は、0.2mm以上となっている。具体的には、面取り部21とクラウニング部22との境界点である第1測定点31、端面12Dから距離Wが1.5mmの位置である第2測定点32、ころの転動面の中央である測定点33において、それぞれの位置での窒素富化層12Bの深さT1、T2、T3が0.2mm以上となっている。ここで、上記窒素富化層12Bの深さとは、ころ12の中心線26に直交するとともに外周側に向かう径方向における窒素富化層12Bの厚さを意味する。なお、窒素富化層12Bの深さT1、T2、T3の値は、面取り部21、25の形状やサイズ、さらに窒素富化層12Bを形成する処理および上記仕上げ加工の条件などのプロセス条件に応じて適宜変更可能である。たとえば、図4に示した構成例では、上述のように窒素富化層12Bが形成された後にクラウニング22Aが形成されることに起因して、窒素富化層12Bの深さT2は他の深さT1、T3より小さくなっているが、上述したプロセス条件を変更することで、上記窒素富化層12Bの深さT1、T2、T3の値の大小関係は適宜変更することができる。
Thickness of nitrogen-enriched layer:
The depth of the nitrogen-enriched layer 12B in the roller 12, that is, the distance from the outermost surface of the nitrogen-enriched layer 12B to the bottom of the nitrogen-enriched layer 12B is 0.2 mm or more. Specifically, the first measurement point 31 which is the boundary point between the chamfered portion 21 and the crowning portion 22, the second measuring point 32 where the distance W is 1.5 mm from the end surface 12D, and the center of the rolling surface of the roller. At the measurement point 33, the depths T1, T2, and T3 of the nitrogen-enriched layer 12B at each position are 0.2 mm or more. Here, the depth of the nitrogen-enriched layer 12B means the thickness of the nitrogen-enriched layer 12B in the radial direction orthogonal to the center line 26 of the rollers 12 and toward the outer peripheral side. The values of the depths T1, T2, and T3 of the nitrogen-enriched layer 12B are set according to the process conditions such as the shape and size of the chamfered portions 21 and 25, the process for forming the nitrogen-enriched layer 12B, and the finishing conditions. It can be changed as appropriate. For example, in the configuration example shown in FIG. 4, the depth T2 of the nitrogen-enriched layer 12B is another depth due to the formation of the crowning 22A after the nitrogen-enriched layer 12B is formed as described above. Although it is smaller than T1 and T3, the magnitude relationship between the values of the depths T1, T2 and T3 of the nitrogen-enriched layer 12B can be appropriately changed by changing the process conditions described above.

また、外輪11および内輪13における窒素富化層11B、13Bについても、その最表面から窒素富化層11B、13Bの底部までの距離である窒素富化層11B、13Bの厚さは0.2mm以上である。ここで、窒素富化層11B、13Bの厚さは、窒素富化層11B、13Bの最表面に対して垂直な方向における窒素富化層11B,13Bまでの距離を意味する。 Further, regarding the nitrogen-enriched layers 11B and 13B in the outer ring 11 and the inner ring 13, the thickness of the nitrogen-enriched layers 11B and 13B, which is the distance from the outermost surface to the bottom of the nitrogen-enriched layers 11B and 13B, is 0.2 mm. That is all. Here, the thicknesses of the nitrogen-enriched layers 11B and 13B mean the distances to the nitrogen-enriched layers 11B and 13B in the direction perpendicular to the outermost surfaces of the nitrogen-enriched layers 11B and 13B.

クラウニングの形状:
ころ12のクラウニング部22、24に形成されたクラウニングの形状は、以下のように規定される。すなわち、クラウニングのドロップ量の和は、ころ12の転動面12Aの母線をy軸とし、母線直交方向をz軸とするy−z座標系において、K,K,zを設計パラメータ、Qを荷重、Lをころ12における転動面12Aの有効接触部の母線方向長さ、E’を等価弾性係数、aをころ12の転動面の母線上にとった原点から有効接触部の端部までの長さ、A=2KQ/πLE’としたときに、下記の式(1)で表される。
Crowning shape:
The shape of the crowning formed on the crowning portions 22 and 24 of the roller 12 is defined as follows. That is, the sum of the crowning drop amounts has K 1 , K 2 , and z m as design parameters in the y-z coordinate system in which the generatrix of the rolling surface 12A of the roller 12 is the y-axis and the direction orthogonal to the generatrix is the z-axis. , Q is the load, L is the length of the effective contact portion of the rolling surface 12A on the roller 12 in the generatrix direction, E'is the equivalent elastic coefficient, and a is the effective contact portion from the origin taken on the generatrix of the rolling surface of the roller 12. When the length to the end of is A = 2K 1 Q / πLE', it is expressed by the following equation (1).

Figure 0006965005
Figure 0006965005

図5は、クラウニング形状の一例を示すy−z座標図である。図5では、ころ12の母線をy軸とし、ころ12の母線上であって内輪13又は外輪11ところ12の有効接触部の中央部に原点Oをとると共に、母線直交方向(半径方向)にz軸をとったy−z座標系に、上記式(1)で表されるクラウニングの一例を示している。図5において縦軸はz軸、横軸はy軸である。有効接触部は、ころ12にクラウニングを形成していない場合の内輪13又は外輪11ところ12との接触部位である。また、円錐ころ軸受10を構成する複数のころ12の各クラウニングは、通常、有効接触部の中央部を通るz軸に関して線対称に形成されるので、図5では、一方のクラウニング22Aのみを示している。 FIG. 5 is an yz coordinate diagram showing an example of the crowning shape. In FIG. 5, the generatrix of the roller 12 is set as the y-axis, the origin O is set at the center of the effective contact portion of the inner ring 13 or the outer ring 11 and 12 on the generatrix of the roller 12, and the origin O is set in the direction orthogonal to the generatrix (radial direction). An example of crowning represented by the above equation (1) is shown in the yz coordinate system taking the z-axis. In FIG. 5, the vertical axis is the z-axis and the horizontal axis is the y-axis. The effective contact portion is a contact portion with the inner ring 13 or the outer ring 11 and 12 when no crowning is formed on the rollers 12. Further, since each crowning of the plurality of rollers 12 constituting the conical roller bearing 10 is usually formed line-symmetrically with respect to the z-axis passing through the central portion of the effective contact portion, only one crowning 22A is shown in FIG. ing.

荷重Q、有効接触部の母線方向長さL、および、等価弾性係数E’は、設計条件として与えられ、原点から有効接触部の端部までの長さaは、原点の位置によって定められる値である。 The load Q, the length L of the effective contact portion in the generatrix direction, and the equivalent elastic modulus E'are given as design conditions, and the length a from the origin to the end of the effective contact portion is a value determined by the position of the origin. Is.

上記式(1)において、z(y)は、ころ12の母線方向位置yにおけるクラウニング22Aのドロップ量を示しており、クラウニング22Aの始点O1の座標は(a−Ka,0)であるから、式(1)におけるyの範囲は、y>(a−Ka)である。また、図5では、原点Oを有効接触部の中央部にとっているので、a=L/2となる。さらに、原点Oからクラウニング22Aの始点O1までの領域は、クラウニングが形成されていない中央部(ストレート部)であるから、0≦y≦(a−Ka)のとき、z(y)=0となる。 In the above equation (1), z (y) indicates the drop amount of the crowning 22A at the position y in the generatrix direction of the roller 12, and the coordinates of the starting point O1 of the crowning 22A are (a-K 2 a, 0). Therefore, the range of y in the equation (1) is y> (a-K 2 a). Further, in FIG. 5, since the origin O is located at the center of the effective contact portion, a = L / 2. Further, since the region from the origin O to the start point O1 of the crowning 22A is the central portion (straight portion) where the crowning is not formed, when 0 ≦ y ≦ (a−K 2 a), z (y) = It becomes 0.

設計パラメータKは荷重Qの倍率、幾何学的にはクラウニング22Aの曲率の程度を意味している。設計パラメータKは、原点Oから有効接触部の端部までの母線方向長さaに対するクラウニング22Aの母線方向長さymの割合を意味している(K=ym/a)。設計パラメータzは、有効接触部の端部におけるドロップ量、即ちクラウニング22Aの最大ドロップ量を意味している。 The design parameter K 1 means the magnification of the load Q, and geometrically, the degree of curvature of the crowning 22A. The design parameter K 2 means the ratio of the generatrix length ym of the crowning 22A to the generatrix length a from the origin O to the end of the effective contact portion (K 2 = ym / a). Design parameters z m is meant the maximum drop amount of drop amount, i.e. crowning 22A at the end of the effective contact portion.

ここで、後述する図10に示したころのクラウニングは、設計パラメータK=1であってストレート部の無いフルクライニングであり、エッジロードが発生しない十分なドロップ量が確保されている。しかしながら、ドロップ量が過大であると、加工時に、材料取りされた素材から生じる取代が大きくなり、コスト増大を招くこととなる。そこで、以下のように、設計パラメータK,K,zの最適化を行う。 Here, the crowning at the time shown in FIG. 10 described later is a full climbing with a design parameter K 2 = 1 and no straight portion, and a sufficient drop amount is secured so that edge load does not occur. However, if the drop amount is excessive, the removal allowance generated from the material from which the material has been removed during processing becomes large, which leads to an increase in cost. Therefore, the design parameters K 1 , K 2 , and z m are optimized as follows.

設計パラメータK,K,zの最適化手法としては種々のものを採用することができ、例えば、Rosenbrock法等の直接探索法を採用することができる。ここで、ころの転動面における表面起点の損傷は面圧に依存するので、最適化の目的関数を面圧とすることにより、希薄潤滑下における接触面の油膜切れを防止するクラウニングを得ることができる。 Various methods can be adopted as the optimization method for the design parameters K 1 , K 2 , z m , and for example, a direct search method such as the Rosenblock method can be adopted. Here, since the damage of the surface starting point on the rolling surface of the roller depends on the surface pressure, by setting the objective function of the optimization as the surface pressure, it is possible to obtain crowning that prevents the oil film on the contact surface from running out under dilute lubrication. Can be done.

円錐ころの大端面の加工後の実曲率半径をRprocessとしたとき、実曲率半径Rprocess(図9を参照)と基準曲率半径R(図8を参照)との比率Rprocess/Rが0.8以上である。 When the actual radius of curvature after processing the large end face of the conical roller is Rprocess, the ratio Rprocess / R of the actual radius of curvature Rprocess (see FIG. 9) and the reference radius of curvature R (see FIG. 8) is 0.8 or more. Is.

一般的に、円錐ころは、円柱状のころ素形材に対し、圧造加工、クラウニング加工を含む研削加工が順に施されることにより、製造される。圧造加工により得られた成形体の大端面となるべき面の中央部には、圧造装置のパンチの形状に起因した凹部が形成されている。当該凹部の平面形状は例えば円形状である。異なる観点から言えば、圧造加工により得られた成形体の大端面となるべき面の外周部には、圧造装置のパンチに起因した凸部が形成されている。当該凸部の平面形状は例えば円環形状である。当該成形体の凸部の少なくとも一部は、その後に実施される研削加工により除去される。 Generally, a conical roller is manufactured by sequentially performing a grinding process including a heading process and a crowning process on a columnar roller shape material. A recess due to the shape of the punch of the squeezing device is formed in the central portion of the surface to be the large end surface of the molded body obtained by the squeezing process. The planar shape of the recess is, for example, a circular shape. From a different point of view, a convex portion due to the punch of the pressing device is formed on the outer peripheral portion of the surface to be the large end surface of the molded body obtained by the pressing process. The planar shape of the convex portion is, for example, an annular shape. At least a part of the convex portion of the molded product is removed by a subsequent grinding process.

図7および図8は、研削加工が理想的に施された場合に得られる円錐ころの転動軸に沿った断面模式図である。研削加工が理想的に施された場合、得られる円錐ころの大端面は、円錐ころ12の円錐角の頂点O(図6参照)を中心とする球面の一部となる。図7および図8に示されるように、凸部16Aの一部を残すような研削加工が理想的に施された場合には、凸部16Aの端面からなる円錐ころの大端面は、円錐ころの円錐角の頂点を中心とする1つの球面の一部となる。この場合、円錐ころの転動軸を中心とする径方向における上記凸部16Aの内周端は上記凹部16Bと点C2,C3を介して接続されている。上記凸部の外周端は面取り部と点C1,C4を介して接続されている。理想的な大端面では、点C1〜C4は、上述のように1つの球面上に配置されている。 7 and 8 are schematic cross-sectional views along the rolling axis of the conical roller obtained when grinding is ideally performed. When the grinding process is ideally performed, the large end face of the obtained conical roller becomes a part of a spherical surface centered on the apex O (see FIG. 6) of the conical angle of the conical roller 12. As shown in FIGS. 7 and 8, when the grinding process is ideally performed so as to leave a part of the convex portion 16A, the large end surface of the conical roller consisting of the end face of the convex portion 16A is a conical roller. It becomes a part of one sphere centered on the apex of the cone angle of. In this case, the inner peripheral end of the convex portion 16A in the radial direction about the rolling axis of the conical roller is connected to the concave portion 16B via points C2 and C3. The outer peripheral end of the convex portion is connected to the chamfered portion via points C1 and C4. In an ideal large end face, points C1 to C4 are arranged on one spherical surface as described above.

一般的に、円錐ころは、円柱状のころ素形材に対し、圧造加工、クラウニング加工を含む研削加工が順に施されることにより、製造される。圧造加工により得られた成形体の大端面となるべき面の中央部には、圧造装置のパンチの形状に起因した凹部が形成されている。当該凹部の平面形状は例えば円形状である。異なる観点から言えば、圧造加工により得られた成形体の大端面となるべき面の外周部には、圧造装置のパンチに起因した凸部が形成されている。当該凸部の平面形状は例えば円環形状である。当該成形体の凸部の少なくとも一部は、その後に実施される研削加工により除去される。 Generally, a conical roller is manufactured by sequentially performing a grinding process including a heading process and a crowning process on a columnar roller shape material. A recess due to the shape of the punch of the squeezing device is formed in the central portion of the surface to be the large end surface of the molded body obtained by the squeezing process. The planar shape of the recess is, for example, a circular shape. From a different point of view, a convex portion due to the punch of the pressing device is formed on the outer peripheral portion of the surface to be the large end surface of the molded body obtained by the pressing process. The planar shape of the convex portion is, for example, an annular shape. At least a part of the convex portion of the molded product is removed by a subsequent grinding process.

ここで、ころ12の大端面16の曲率半径Rは、図7に示すころ12の大端面16が設定した理想的な球面であるときのR寸法である。具体的には、図8に示すように、ころ12の大端面16の端部の点C1、C2、C3、C4、点C1、C2の中間点P5、C3、C4の中間点P6とした場合、点C1、P5、C2を通る曲率半径R152、点C3、P6、C4を通る曲率半径R364及び点C1、P5、P6、C4を通る曲率半径C1564が、R152=R364=R1564が成り立つ理想的な単一円弧曲線である。なお、点C1、C4は、凸部16Aと面取り部16Cとの接続点であり、点C2、C3は、凸部16Aと凹部16Bとの接続点である。ここで、R=R152=R364=R1564が成り立つ理想的な単一円弧曲線を基準曲率半径と呼ぶ。なお、基準曲率半径Rは、後述のように実際の研削加工により得られた円錐ころの大端面の曲率半径として測定される実曲率半径Rprocessとは異なるものである。 Here, the radius of curvature R of the large end surface 16 of the roller 12 is the R dimension when the large end surface 16 of the roller 12 shown in FIG. 7 is an ideal spherical surface. Specifically, as shown in FIG. 8, when the intermediate points P5, C3, and C4 of the points C1, C2, C3, C4, C1, and C2 at the end of the large end surface 16 of the roller 12 are set. Ideally, the radius of curvature R152 passing through points C1, P5, C2, the radius of curvature R364 passing through points C3, P6, C4 and the radius of curvature C1564 passing through points C1, P5, P6, C4 are R152 = R364 = R1564. It is a single arc curve. Points C1 and C4 are connection points between the convex portion 16A and the chamfered portion 16C, and points C2 and C3 are connection points between the convex portion 16A and the concave portion 16B. Here, the ideal single arc curve where R = R152 = R364 = R1564 holds is called a reference radius of curvature. The reference radius of curvature R is different from the actual radius of curvature R process measured as the radius of curvature of the large end face of the conical roller obtained by actual grinding as described later.

図9は、実際の研削加工により得られる円錐ころの転動軸に沿った断面模式図である。図9では、図8に示される理想的な大端面は点線で示されている。図9に示されるように、上記のような凹部および凸部が形成されている成形体を研削加工して、実際に得られる円錐ころの大端面は、円錐ころの円錐角の頂点を中心とする1つの球面の一部とならない。実際に得られる円錐ころの上記凸部の点C1〜C4は、図8に示される上記凸部と比べて、各点C1〜C4がだれた形状を有している。すなわち、図9に示される点C1,C4は、図8に示される点C1,C4と比べて、転動軸の中心に対する径方向において外周側に配置されているとともに、転動軸の延在方向において内側に配置されている(大端面16全体のR1564に対する片側のR152が同一ではなく、小さくできてしまう)。図9に示される点C2,C3は、図8に示される点C2,C3と比べて、転動軸の中心に対する径方向において内周側に配置されているとともに、転動軸の延在方向において内側に配置されている(大端面16全体のR1564に対する片側のR364が同一ではなく、小さくできてしまう)。なお、図9に示される中間点P5,P6は、例えば図8に示される中間点P5,P6と略等しい位置に形成されている。 FIG. 9 is a schematic cross-sectional view taken along the rolling axis of the conical roller obtained by actual grinding. In FIG. 9, the ideal large end face shown in FIG. 8 is shown by a dotted line. As shown in FIG. 9, the large end surface of the conical roller actually obtained by grinding the molded body in which the concave portion and the convex portion as described above are formed is centered on the apex of the conical angle of the conical roller. It does not become part of one spherical surface. The points C1 to C4 of the convex portion of the actually obtained conical roller have a shape in which the points C1 to C4 are slanted as compared with the convex portion shown in FIG. That is, the points C1 and C4 shown in FIG. 9 are arranged on the outer peripheral side in the radial direction with respect to the center of the rolling axis as compared with the points C1 and C4 shown in FIG. It is arranged inward in the direction (R152 on one side with respect to R1564 of the entire large end surface 16 is not the same and can be made smaller). The points C2 and C3 shown in FIG. 9 are arranged on the inner peripheral side in the radial direction with respect to the center of the rolling shaft as compared with the points C2 and C3 shown in FIG. (R364 on one side with respect to R1564 of the entire large end surface 16 is not the same and can be made smaller). The intermediate points P5 and P6 shown in FIG. 9 are formed at positions substantially equal to, for example, the intermediate points P5 and P6 shown in FIG.

図9に示されるように、研削加工により実際に形成される大端面では、頂点C1および頂点C2が1つの球面上に配置されており、かつ頂点C3および頂点C4が他の1つの球面上に配置されている。一般的な研削加工によっては、一方の凸部上に形成された大端面の一部が成す1つの円弧の曲率半径は、他方の凸部上に形成された大端面の一部が成す円弧の曲率半径と、同等程度となる。すなわち、図9に示されるころ12の大端面16の加工後の一方側のR152は、他方側のR364に略等しい。ここで、ころ12の大端面16の加工後の片側のR152、R364を実曲率半径Rprocessと呼ぶ。上記実曲率半径Rprocessは上記基準曲率半径R以下となる。 As shown in FIG. 9, in the large end face actually formed by grinding, the vertices C1 and C2 are arranged on one spherical surface, and the vertices C3 and C4 are on the other spherical surface. Have been placed. Depending on the general grinding process, the radius of curvature of one arc formed by a part of the large end face formed on one convex part is the arc formed by a part of the large end face formed on the other convex part. It is about the same as the radius of curvature. That is, R152 on one side of the large end surface 16 of the roller 12 after processing shown in FIG. 9 is substantially equal to R364 on the other side. Here, R152 and R364 on one side of the large end surface 16 of the roller 12 after processing are referred to as an actual radius of curvature Rprocess. The actual radius of curvature R process is equal to or less than the reference radius of curvature R.

本実施の形態に係る円錐ころ軸受の円錐ころは、上記基準曲率半径Rに対する上記実曲率半径Rprocessの比率Rprocess/Rが0.8以上である。 The conical roller of the conical roller bearing according to the present embodiment has a ratio R process / R of the actual radius of curvature R process to the reference radius of curvature R of 0.8 or more.

なお、図20に示されるように、研削加工により実際に形成される大端面において、頂点C1,中間点P5、中間点P6、および頂点C4を通る仮想円弧の曲率半径Rvirtual(以下、仮想曲率半径という)は、上記基準曲率半径R以下となる。つまり、本実施の形態に係る円錐ころ軸受の円錐ころは、当該仮想曲率半径Rvirtualに対する上記実曲率半径Rprocessの比率Rprocess/Rvirtualが0.8以上である。 As shown in FIG. 20, the radius of curvature Rvirtual of the virtual arc passing through the apex C1, the intermediate point P5, the intermediate point P6, and the apex C4 on the large end face actually formed by the grinding process (hereinafter, the virtual radius of curvature). ) Is equal to or less than the reference radius of curvature R. That is, in the conical roller of the conical roller bearing according to the present embodiment, the ratio Rprocess / Rvirtual of the actual radius of curvature Rprocess to the virtual radius of curvature Rvirtual is 0.8 or more.

上記実曲率半径Rprocessおよび上記仮想曲率半径Rvirtualは、研削加工により実際に形成された円錐ころに対して任意の方法により測定され得るが、例えば表面粗さ測定器(例えばミツトヨ製表面粗さ測定器サーフテストSV‐100)を用いて測定され得る。表面粗さ測定器を用いた場合には、まず転動軸を中心とする径方向に沿って測定軸を設定し、大端面の表面形状を測定する。得られた大端面プロファイルに、上記頂点C1〜C4および中間点P5およびP6をプロットする。上記実曲率半径Rprocessは、プロットされた頂点C1、中間点P5および頂点C2を通る円弧の曲率半径として算出される。上記仮想曲率半径Rvirtualは、プロットされた頂点C1、中間点P5,P6および頂点C4を通る円弧の曲率半径として算出される。 The actual radius of curvature R process and the virtual radius of curvature R virtual can be measured by any method with respect to the conical rollers actually formed by grinding, and for example, a surface roughness measuring instrument (for example, a surface roughness measuring instrument manufactured by Mitutoyo) can be measured. It can be measured using the surf test SV-100). When a surface roughness measuring instrument is used, first, the measuring axis is set along the radial direction centered on the rolling axis, and the surface shape of the large end surface is measured. The vertices C1 to C4 and midpoints P5 and P6 are plotted on the obtained large end face profile. The actual radius of curvature R process is calculated as the radius of curvature of the arc passing through the plotted vertices C1, midpoint P5 and vertices C2. The virtual radius of curvature Rvirtual is calculated as the radius of curvature of the arc passing through the plotted vertices C1, intermediate points P5 and P6, and vertices C4.

一方で、基準曲率半径Rは、実際の研削加工により得られた円錐ころの各寸法等から、例えばJIS規格等の工業規格に基づいて見積もられる。 On the other hand, the reference radius of curvature R is estimated from each dimension of the conical roller obtained by the actual grinding process, for example, based on an industrial standard such as a JIS standard.

好ましくは、大端面の表面粗さRaは0.10μm以下である。好ましくは、大鍔面の表面粗さRaが0.063μm以下である。 Preferably, the surface roughness Ra of the large end surface is 0.10 μm or less. Preferably, the surface roughness Ra of the large collar surface is 0.063 μm or less.

好ましくは、図19および図20に示されるように、転動軸の延在方向におけるころの転動面の幅Lに対する、外輪11の転走面11A,内輪13の転走面13Aと転動面12Aとの当たり位置の当該延在方向における転動面の中点からのずれ量αの比率α/Lが0%以上20%未満である。さらに、該比率α/Lが0%超えであるときの当該当たり位置が転動軸の延在方向における転動面の中央位置または該中央位置よりも大端面側にある。 Preferably, as shown in FIGS. 19 and 20, the rolling surface 11A of the outer ring 11 and the rolling surface 13A of the inner ring 13 roll with respect to the width L of the rolling surface of the roller in the extending direction of the rolling shaft. The ratio α / L of the amount of deviation α from the midpoint of the rolling surface in the extending direction of the contact position with the surface 12A is 0% or more and less than 20%. Further, the contact position when the ratio α / L exceeds 0% is at the center position of the rolling surface in the extending direction of the rolling axis or on the large end surface side of the center position.

比率α/Lが0%超えとなる構成は、図19に示されるように、ころの転動面に形成されたのクラウニング、および内輪および外輪11の軌道面11A,13Aに形成されたクラウニングの各頂点の位置を相対的にずらすことにより、実現され得る。 As shown in FIG. 19, the configuration in which the ratio α / L exceeds 0% is that of the crowning formed on the rolling surface of the roller and the crowning formed on the raceway surfaces 11A and 13A of the inner ring and the outer ring 11. This can be achieved by shifting the positions of the vertices relatively.

また、比率α/Lが0%超えとなる構成は、図20に示されるように、内輪の軌道面13Aが内輪の軸方向に対して成す角度と、外輪11の軌道面11Aが外輪11の軸方向に対して成す角度とを相対的に変えることより、実現され得る。具体的には、図20中に点線で示される上記当たり位置のずれ量αがゼロである場合と比べて、内輪の軌道面13Aが内輪の軸方向に対して成す角度を大きくする、および外輪11の軌道面11Aが外輪11の軸方向に対して成す角度を小さくする、の少なくともいずれかの方法により、比率α/Lが0%超えとなる構成は実現され得る。 Further, as shown in FIG. 20, the configuration in which the ratio α / L exceeds 0% is such that the angle formed by the raceway surface 13A of the inner ring with respect to the axial direction of the inner ring and the raceway surface 11A of the outer ring 11 are the outer ring 11. This can be achieved by changing the angle formed relative to the axial direction. Specifically, as compared with the case where the deviation amount α of the above-mentioned contact position shown by the dotted line in FIG. 20 is zero, the angle formed by the raceway surface 13A of the inner ring with respect to the axial direction of the inner ring is increased, and the outer ring is formed. A configuration in which the ratio α / L exceeds 0% can be realized by at least one method of reducing the angle formed by the raceway surface 11A of 11 with respect to the axial direction of the outer ring 11.

円錐ころ12の大端面16の基準曲率半径Rと、O点から内輪13の大鍔面18までの距離RBASEとの比R/RBASE
内輪13の小鍔面は、軌道面13Aに配列された円錐ころ12の小端面17と平行な研削加工面に仕上げられている。
Ratio of the reference radius of curvature R of the large end surface 16 of the conical roller 12 to the distance R BASE from the point O to the large flange surface 18 of the inner ring 13 R / R BASE :
The small collar surface of the inner ring 13 is finished as a ground surface parallel to the small end surface 17 of the conical rollers 12 arranged on the raceway surface 13A.

図6に示すように、円錐ころ12と、外輪11および内輪13の各軌道面11A、13Aの各円錐角頂点は、円錐ころ軸受10の中心線上の一点Oで一致し、円錐ころ12の大端面16の曲率半径Rと、O点から内輪13の大鍔面18までの距離RBASEとの比R/RBASEは、0.75以上0.87以下の範囲となるように製造されている。また、大鍔面18は、例えば0.12μm以下の表面粗さRaに研削加工されている。 As shown in FIG. 6, the conical roller 12 and the cone angle vertices of the raceway surfaces 11A and 13A of the outer ring 11 and the inner ring 13 coincide with each other at one point O on the center line of the conical roller bearing 10, and the conical roller 12 is large. The ratio R / R BASE of the radius of curvature R of the end face 16 to the distance R BASE from the point O to the large cone surface 18 of the inner ring 13 is manufactured so as to be in the range of 0.75 or more and 0.87 or less. .. Further, the large flange surface 18 is ground to have a surface roughness Ra of, for example, 0.12 μm or less.

窒素富化層の結晶組織:
図17は、本実施の形態に係る円錐ころ軸受を構成する軸受部品のミクロ組織、特に旧オーステナイト結晶粒界を図解した模式図である。図17は、窒素富化層12Bにおけるミクロ組織を示している。本実施の形態における窒素富化層12Bにおける旧オーステナイト結晶粒径はJIS規格の粒度番号が10以上となっており、従来の一般的な焼入れ加工品と比べても十分に微細化されている。
Crystalline structure of nitrogen-enriched layer:
FIG. 17 is a schematic view illustrating the microstructure of the bearing component constituting the conical roller bearing according to the present embodiment, particularly the grain boundaries of the former austenite. FIG. 17 shows the microstructure in the nitrogen-enriched layer 12B. The particle size of the old austenite crystal in the nitrogen-enriched layer 12B in the present embodiment has a particle size number of JIS standard of 10 or more, which is sufficiently finer than that of a conventional general hardened product.

<各種特性の測定方法>
窒素濃度の測定方法:
外輪11、ころ12、内輪13などの軸受部品について、それぞれ窒素富化層11B,12B、13Bが形成された領域の表面に垂直な断面について、EPMA(Electron Probe Micro Analysis)により深さ方向で線分析を行う。測定は、各軸受部品を測定位置から表面に垂直な方向に切断することで切断面を露出させ、当該切断面において測定を行う。たとえば、ころ12については、図3に示した第1測定点31〜第3測定点33のそれぞれの位置から、中心線26と垂直な方向にころ12を切断することで切断面を露出させる。当該切断面において、ころ12の表面から内部に向かって0.05mmの位置となる複数の測定位置にて、上記EPMAにより窒素濃度について分析を行う。たとえば、上記測定位置を5か所決定し、当該5か所での測定データの平均値をころ12の窒素濃度とする。
<Measurement method of various characteristics>
Nitrogen concentration measurement method:
For bearing parts such as the outer ring 11, roller 12, and inner ring 13, the cross section perpendicular to the surface of the region where the nitrogen-enriched layers 11B, 12B, and 13B are formed is lined in the depth direction by EPMA (Electron Probe Micro Analysis), respectively. Perform analysis. In the measurement, each bearing component is cut from the measurement position in the direction perpendicular to the surface to expose the cut surface, and the measurement is performed on the cut surface. For example, with respect to the roller 12, the cut surface is exposed by cutting the roller 12 in the direction perpendicular to the center line 26 from each position of the first measurement point 31 to the third measurement point 33 shown in FIG. The nitrogen concentration is analyzed by the EPMA at a plurality of measurement positions located 0.05 mm inward from the surface of the roller 12 on the cut surface. For example, the measurement positions are determined at five locations, and the average value of the measurement data at the five locations is defined as the nitrogen concentration of the roller 12.

また、外輪11および内輪13については、軌道面11A、13Aにおいて軸受の中心軸方向における中央部を測定位置として、中心軸および当該中心軸に直交する径方向に沿った断面を露出させた後、当該断面について上記と同様の手法により窒素濃度の測定を行う。 Further, with respect to the outer ring 11 and the inner ring 13, after exposing the central axis and the cross section along the radial direction orthogonal to the central axis with the central portion in the central axis direction of the bearing as the measurement position on the raceway surfaces 11A and 13A, The nitrogen concentration of the cross section is measured by the same method as described above.

最表面から窒素富化層の底部までの距離の測定方法:
外輪11および内輪13については、上記窒素濃度の測定方法において測定対象とした断面につき、表面から深さ方向において硬度分布を測定する。測定装置としてはビッカース硬さ測定機を用いることができる。500℃×1hの焼き戻し処理後の円錐ころ軸受10において、深さ方向に並ぶ複数の測定点、たとえば0.5mm間隔に配置された測定点において硬度測定を実施する。そして、ビッカース硬さがHV450以上の領域を窒素富化層とする。
How to measure the distance from the outermost surface to the bottom of the nitrogen-enriched layer:
For the outer ring 11 and the inner ring 13, the hardness distribution of the cross section to be measured in the above nitrogen concentration measuring method is measured in the depth direction from the surface. A Vickers hardness measuring machine can be used as the measuring device. In the conical roller bearing 10 after tempering treatment at 500 ° C. × 1 h, hardness measurement is performed at a plurality of measurement points arranged in the depth direction, for example, measurement points arranged at intervals of 0.5 mm. Then, a region having a Vickers hardness of HV450 or higher is designated as a nitrogen-enriched layer.

また、ころ12については、図3に示した第1測定点31での断面において、上記のように深さ方向での硬度分布を測定し、窒素富化層の領域を決定する。 Regarding the roller 12, in the cross section at the first measurement point 31 shown in FIG. 3, the hardness distribution in the depth direction is measured as described above, and the region of the nitrogen-enriched layer is determined.

粒度番号の測定方法:
旧オーステナイト結晶粒径の測定方法は、JIS規格G0551:2013に規定された方法を用いる。測定を行う断面は、窒素富化層の底部までの距離の測定方法において測定を行った断面とする。
Particle size number measurement method:
As the method for measuring the crystal grain size of the former austenite, the method specified in JIS standard G0551: 2013 is used. The cross section to be measured shall be the cross section measured by the method for measuring the distance to the bottom of the nitrogen-enriched layer.

クラウニング形状の測定方法:
ころ12のクラウニング形状について、任意の方法により測定できる。たとえば、ころ12の形状を3次元形状測定器により測定することにより、クラウニング形状を測定してもよい。
How to measure crowning shape:
The crowning shape of the roller 12 can be measured by any method. For example, the crowning shape may be measured by measuring the shape of the roller 12 with a three-dimensional shape measuring device.

<円錐ころ軸受の作用効果>
以下一部重複する部分もあるが、上述した円錐ころ軸受の特徴的な構成を列挙する。
<Effects of conical roller bearings>
Although there are some overlaps below, the characteristic configurations of the above-mentioned conical roller bearings are listed.

本開示に従った円錐ころ軸受10は、外輪11と内輪13と複数の円錐ころであるころ12とを備える。外輪11は、内周面において外輪軌道面11Aを有する。内輪13は、外周面において内輪軌道面13Aを有し、外輪11の内側に配置される。複数のころ12は、外輪軌道面11Aと内輪軌道面13Aとの間に配列され、外輪軌道面11Aおよび内輪軌道面13Aと接触する転動面12Aを有する。外輪11、内輪13および複数のころ12のうちの少なくともいずれか1つは、外輪軌道面11A、内輪軌道面13Aまたは転動面12Aの表面層に形成された窒素富化層11B、13B、12Bを含む。表面層の最表面から窒素富化層11B、12B、13Bの底部までの距離T1は0.2mm以上である。ころ12の転動面12Bにはクラウニング22Aが形成されている。クラウニング22Aのドロップ量の和は、ころ12の転動面12Bの母線をy軸とし、母線直交方向をz軸とするy−z座標系において、K,K,zを設計パラメータ、Qを荷重、Lをころ12における転動面12Aの有効接触部の母線方向長さ、E’を等価弾性係数、aをころ12の転動面の母線上にとった原点から有効接触部の端部までの長さ、A=2KQ/πLE’としたときに、下記の式(1)で表される。 The conical roller bearing 10 according to the present disclosure includes an outer ring 11, an inner ring 13, and a plurality of conical rollers 12. The outer ring 11 has an outer ring raceway surface 11A on the inner peripheral surface. The inner ring 13 has an inner ring raceway surface 13A on the outer peripheral surface, and is arranged inside the outer ring 11. The plurality of rollers 12 are arranged between the outer ring raceway surface 11A and the inner ring raceway surface 13A, and have a rolling surface 12A that comes into contact with the outer ring raceway surface 11A and the inner ring raceway surface 13A. At least one of the outer ring 11, the inner ring 13, and the plurality of rollers 12 is a nitrogen-enriched layer 11B, 13B, 12B formed on the surface layer of the outer ring raceway surface 11A, the inner ring raceway surface 13A, or the rolling surface 12A. including. The distance T1 from the outermost surface of the surface layer to the bottom of the nitrogen-enriched layers 11B, 12B, 13B is 0.2 mm or more. A crowning 22A is formed on the rolling surface 12B of the roller 12. The sum of the drop amounts of the crowning 22A has K 1 , K 2 , and z m as design parameters in the y-z coordinate system in which the generatrix of the rolling surface 12B of the roller 12 is the y-axis and the direction orthogonal to the generatrix is the z-axis. Q is the load, L is the length of the effective contact portion of the rolling surface 12A on the roller 12 in the generatrix direction, E'is the equivalent elastic coefficient, and a is the effective contact portion from the origin taken on the generatrix of the rolling surface of the roller 12. When the length to the end is A = 2K 1 Q / πLE', it is expressed by the following equation (1).

Figure 0006965005
Figure 0006965005

なお、荷重Q、有効接触部の母線方向長さL、および等価弾性係数E’は設計条件として与えられ、原点から有効接触部の端部までの長さaは原点の位置に応じて定められる値である。 The load Q, the length L of the effective contact portion in the generatrix direction, and the equivalent elastic modulus E'are given as design conditions, and the length a from the origin to the end of the effective contact portion is determined according to the position of the origin. The value.

さらに、本実施の形態1に係る円錐ころ軸受は、上記基準曲率半径Rに対する上記実曲率半径Rprocessの比率Rprocess/Rが0.8以上である。本発明者らは、当該比率Rprocess/Rが0.8以上である円錐ころ軸受は、Rprocess/Rが0.8未満である円錐ころ軸受と比べて、耐焼き付き性を向上できることを確認した。 Further, in the conical roller bearing according to the first embodiment, the ratio R process / R of the actual radius of curvature R process to the reference radius of curvature R is 0.8 or more. The present inventors have confirmed that a conical roller bearing having a ratio Rprocess / R of 0.8 or more can improve seizure resistance as compared with a conical roller bearing having an Rprocess / R of less than 0.8.

円錘ころ軸受ではころの大端面と内輪の大鍔面とがすべり接触することで、一定のアキシアル荷重を受けることができる。すべり接触であるために、大端面と大鍔面との間の潤滑環境が不十分になると、大端面と大鍔面との間の接触面圧が増加して金属接触が生じる。その結果、発熱により焼き付きが生じ、最終的には軸受ロックに至る。 In a helical roller bearing, a constant axial load can be received by sliding contact between the large end surface of the roller and the large flange surface of the inner ring. If the lubrication environment between the large end surface and the large collar surface becomes insufficient due to the sliding contact, the contact surface pressure between the large end surface and the large collar surface increases, and metal contact occurs. As a result, seizure occurs due to heat generation, and finally the bearing lock is reached.

また、上記円錐ころ軸受のように、円錐ころの転動面にクラウニングが形成されている場合、ころの転動面と内外輪の軌道面11A,13Aとの間の接触面圧の増加を抑制することができるが、スキューが生じるという問題がある。スキューが生じると、大端面と大鍔面との間に負荷される接線力が増大し、摩擦トルクが増加する。また、スキュー角が増大すると、大端面と大鍔面とはいわゆるエッジ当たりとなるため、両面間で金属接触が生じ、発熱により焼き付きが生じる。 Further, when crowning is formed on the rolling surface of the conical roller as in the above-mentioned conical roller bearing, an increase in contact surface pressure between the rolling surface of the roller and the raceway surfaces 11A and 13A of the inner and outer rings is suppressed. However, there is a problem that skew occurs. When skew occurs, the tangential force applied between the large end surface and the large flange surface increases, and the friction torque increases. Further, when the skew angle increases, the large end surface and the large flange surface come into contact with each other at the so-called edge, so that metal contact occurs between both surfaces, and seizure occurs due to heat generation.

そのため、上記円錐ころ軸受の耐焼き付き性をさらに向上するためには、ころの大端面と内輪の大鍔面との接点での摩擦による回転トルクの増大を抑制しかつ発熱を低減する必要がある。 Therefore, in order to further improve the seizure resistance of the conical roller bearing, it is necessary to suppress an increase in rotational torque due to friction at the contact point between the large end surface of the roller and the large flange surface of the inner ring and reduce heat generation. ..

ころの大端面と内輪の大鍔面の金属接触を抑制して発熱を低減するためには、両面間に十分な油膜厚さを確保する必要がある。 In order to suppress metal contact between the large end surface of the roller and the large flange surface of the inner ring and reduce heat generation, it is necessary to secure a sufficient oil film thickness between both sides.

上述のように、上記円錐ころの円錐角の頂点から内輪の大鍔面までの距離RBASEに対する円錐ころの大端面の基準曲率半径Rの比率R/RBASEの値が0.75以上0.87以下であるため、図12および図13に基づいて油膜厚さtを厚く、最大ヘルツ応力pを小さくすることができ、大端面と大鍔面との間のすべり摩擦によるトルクロスと発熱を低減することができる。 As described above, the ratio of the reference radius of curvature R of the large end face of the conical roller to the distance R BASE from the apex of the conical angle of the conical roller to the large brim surface of the inner ring The value of R / R BASE is 0.75 or more. Since it is 87 or less, the oil film thickness t can be increased and the maximum hertz stress p can be reduced based on FIGS. 12 and 13, and the torque cross and heat generation due to the sliding friction between the large end surface and the large flange surface can be reduced. can do.

さらに、実施の形態1に係る円錐ころ軸受は、比率Rprocess/Rが0.8以上であるため、比率Rprocess/Rが0.8未満である円錐ころ軸受と比べて、大端面と大鍔面との接触面圧を低減することができ、かつスキュー角の増加を抑制することができる。その結果、大端面と大鍔面との間の接触面圧の増加を抑制することができ、両面間に十分な油膜厚さを確保することができる。このことは、後述する実験例4の計算結果から確認されている。 Further, since the conical roller bearing according to the first embodiment has a ratio Rprocess / R of 0.8 or more, it has a large end face and a large flange surface as compared with a conical roller bearing having a ratio Rprocess / R of less than 0.8. The contact surface pressure with and can be reduced, and an increase in the skew angle can be suppressed. As a result, it is possible to suppress an increase in the contact surface pressure between the large end surface and the large flange surface, and it is possible to secure a sufficient oil film thickness between both surfaces. This has been confirmed from the calculation results of Experimental Example 4 described later.

好ましくは、実施の形態1に係る円錐ころ軸受では、大端面の表面粗さRaが0.10μm以下であり、かつ大鍔面の表面粗さRaが0.063μm以下である。このようにすれば、ころの大端面と内輪の大鍔面間により十分な油膜厚さを確保することができる。具体的には、大端面の表面粗さRaおよび大鍔面の表面粗さRa大鍔面の表面粗さRaを上記数値範囲内とした場合、各表面粗さが上記数値範囲外とした場合と比べて、「弾性流体潤滑理論により求まる油膜厚さhと、大端面および大鍔面の二乗平均粗さの合成粗さσとの比」で定義される油膜パラメータΛ(=h/σ)を高めることができる。そのため、大端面と大鍔面との間に十分な油膜厚さを確保することができる。 Preferably, in the conical roller bearing according to the first embodiment, the surface roughness Ra of the large end surface is 0.10 μm or less, and the surface roughness Ra of the large collar surface is 0.063 μm or less. By doing so, it is possible to secure a sufficient oil film thickness between the large end surface of the roller and the large flange surface of the inner ring. Specifically, when the surface roughness Ra of the large end surface and the surface roughness Ra of the large collar surface Ra are within the above numerical range, and when each surface roughness is outside the above numerical range. The oil film parameter Λ (= h / σ) defined by "the ratio of the oil film thickness h obtained by the elastic fluid lubrication theory to the combined roughness σ of the root mean square roughness of the large end surface and the large flange surface". Can be enhanced. Therefore, a sufficient oil film thickness can be secured between the large end surface and the large flange surface.

好ましくは、実施の形態1に係る円錐ころ軸受では、転動軸の延在方向におけるころの転動面の幅Lに対する内輪および外輪11の軌道面11A,13Aと転動面との当たり位置の上記延在方向における転動面の中点からのずれ量αの比率α/Lが、0%以上20%未満であり、かつ、当該当たり位置が、転動軸の延在方向における転動面の中央位置または該中央位置よりも大端面側にある。本発明者らは、上記比率α/Lが0%以上20%未満であり、かつ、該比率α/Lが0%超えであるときの当該当たり位置が転動軸の延在方向における転動面の中央位置または該中央位置よりも大端面側にあることにより、該比率α/Lが0%超えであるときの当該当たり位置が転動軸の延在方向における転動面の中央位置または該中央位置よりも小端面側にある場合と比べて、スキュー角を低減し、回転トルクの増大を抑制し得ることを確認した(後述する実験例4参照)。 Preferably, in the conical roller bearing according to the first embodiment, the contact positions of the raceway surfaces 11A and 13A of the inner ring and the outer ring 11 with respect to the width L of the rolling surface of the roller in the extending direction of the rolling shaft are located. The ratio α / L of the amount of deviation α from the midpoint of the rolling surface in the extending direction is 0% or more and less than 20%, and the contact position is the rolling surface in the extending direction of the rolling shaft. It is located at the center position of the bearing or on the large end face side of the center position. The present inventors, when the ratio α / L is 0% or more and less than 20% and the ratio α / L is more than 0%, the contact position is rolling in the extending direction of the rolling shaft. By being at the center position of the surface or on the large end surface side of the center position, the contact position when the ratio α / L exceeds 0% is the center position of the rolling surface in the extending direction of the rolling axis. It was confirmed that the skew angle can be reduced and the increase in rotational torque can be suppressed as compared with the case where the position is closer to the small end surface than the central position (see Experimental Example 4 described later).

また、ころ12の転動面12Aに上記式(1)によりドロップ量の和が表されるような、輪郭線が対数関数で表されるクラウニング(いわゆる対数クラウニング)を設けているので、従来の部分円弧で表されるクラウニングを形成した場合より局所的な面圧の上昇を抑制でき、ころの転動面における摩耗の発生を抑制できる。 Further, since the rolling surface 12A of the roller 12 is provided with crowning (so-called logarithmic crowning) in which the contour line is represented by a logarithmic function so that the sum of the drop amounts is represented by the above equation (1), it is conventional. It is possible to suppress a local increase in surface pressure and suppress the occurrence of wear on the rolling surface of the roller as compared with the case where the crowning represented by the partial arc is formed.

ここで、上述した対数クラウニングの効果についてより詳細に説明する。図10は、輪郭線が対数関数で表されるクラウニングを設けたころの輪郭線と、ころの転動面における接触面圧を重ねて示した図である。図11は、部分円弧のクラウニングとストレート部を設けたころの輪郭線と、ころの転動面における接触面圧を重ねて示した図である。図10および図8の左側の縦軸は、クラウニングのドロップ量(単位:mm)を示している。図10および図8の横軸は、ころにおける軸方向での位置(単位:mm)を示している。図10および図8の右側の縦軸は、接触面圧(単位:GPa)を示している。 Here, the effect of the logarithmic crowning described above will be described in more detail. FIG. 10 is a diagram showing the contour line of the roller provided with crowning whose contour line is represented by a logarithmic function and the contact surface pressure on the rolling surface of the roller in an overlapping manner. FIG. 11 is a diagram showing the contour line of the roller provided with the crowning and the straight portion of the partial arc and the contact surface pressure on the rolling surface of the roller superimposed. The vertical axis on the left side of FIGS. 10 and 8 indicates the amount of crowning drop (unit: mm). The horizontal axes of FIGS. 10 and 8 indicate the axial positions (unit: mm) of the rollers. The vertical axis on the right side of FIGS. 10 and 8 indicates the contact surface pressure (unit: GPa).

円錐ころの転動面の輪郭線を部分円弧のクラウニングとストレート部とを有する形状に形成した場合、図11に示すように、クラウニング部とストレート部との境界で接触面圧が増加する。そのため、十分な膜厚の潤滑膜が形成されていないと、金属接触による摩耗が生じやすくなる。接触面に部分的に摩耗が生じると、その近辺で、より金属接触が生じやすい状態となるため、接触面の摩耗が促進され、円錐ころが損傷に至る不都合が生じる。 When the contour line of the rolling surface of the conical roller is formed into a shape having a crowning of a partial arc and a straight portion, the contact surface pressure increases at the boundary between the crowning portion and the straight portion, as shown in FIG. Therefore, if a lubricating film having a sufficient film thickness is not formed, wear due to metal contact is likely to occur. When the contact surface is partially worn, metal contact is more likely to occur in the vicinity thereof, so that the contact surface is worn more and the conical roller is damaged.

そこで、接触面としての円錐ころの転動面に、輪郭線が対数関数で表されるクラウニングを設けた場合、例えば図10に示すように、図11の部分円弧で表されるクラウニングを設けた場合と比べて局所的な面圧が低くなり、接触面に摩耗を生じ難くすることができる。したがって、円錐ころの転動面上に存在する潤滑剤の微量化や低粘度化により潤滑膜の膜厚が薄くなる場合においても、接触面の摩耗を防止し、円錐ころの損傷を防止することができる。なお、図10及び図11には、ころの母線方向を横軸とすると共に母線直交方向を縦軸とする直交座標系に、内輪又は外輪ところの有効接触部の中央部に横軸の原点Oを設定してころの輪郭線を示すと共に、面圧を縦軸として接触面圧を重ねて示している。このように、上述のような構成を採用することで長寿命かつ高い耐久性を示す円錐ころ軸受10を実現できる。 Therefore, when the rolling surface of the conical roller as the contact surface is provided with crowning whose contour line is represented by a logarithmic function, for example, as shown in FIG. 10, the crowning represented by the partial arc of FIG. 11 is provided. The local surface pressure is lower than in the case, and the contact surface can be less likely to be worn. Therefore, even when the thickness of the lubricating film becomes thin due to the reduction of the amount of lubricant existing on the rolling surface of the conical roller or the decrease in viscosity, wear of the contact surface is prevented and damage to the conical roller is prevented. Can be done. In addition, in FIGS. 10 and 11, the origin O of the horizontal axis is located at the center of the effective contact portion of the inner ring or the outer ring in the Cartesian coordinate system in which the direction of the generatrix of the roller is the horizontal axis and the direction perpendicular to the generatrix is the vertical axis. Is set to show the outline of the roller, and the contact surface pressure is also shown with the surface pressure as the vertical axis. As described above, by adopting the above-described configuration, the conical roller bearing 10 exhibiting a long life and high durability can be realized.

上記円錐ころ軸受10において、最表面から0.05mmの深さ位置での窒素富化層11B、12B、13Bにおける窒素濃度が0.1質量%以上である。この場合、窒素富化層11B、12B,13Bの最表面における窒素濃度を十分な値とできることから、窒素富化層11B、12B、13Bの最表面の硬度を十分高くすることができる。また、上述した旧オーステナイト結晶粒径の粒度、窒素富化層の底部までの距離、窒素濃度といった条件は、図3の第1測定点31において少なくとも満足されていることが好ましい。 In the conical roller bearing 10, the nitrogen concentration in the nitrogen-enriched layers 11B, 12B, and 13B at a depth of 0.05 mm from the outermost surface is 0.1% by mass or more. In this case, since the nitrogen concentration on the outermost surfaces of the nitrogen-enriched layers 11B, 12B and 13B can be set to a sufficient value, the hardness of the outermost surfaces of the nitrogen-enriched layers 11B, 12B and 13B can be sufficiently increased. Further, it is preferable that the above-mentioned conditions such as the particle size of the old austenite crystal particle size, the distance to the bottom of the nitrogen-enriched layer, and the nitrogen concentration are at least satisfied at the first measurement point 31 in FIG.

上記円錐ころ軸受10において、窒素富化層11B、12B、13Bが形成された外輪11、内輪13、およびころ12のうちの少なくともいずれか1つは鋼により構成される。当該鋼は、窒素富化層11B、12B、13B以外の部分、つまり未窒化部11C、12C、13Cにおいて、少なくとも炭素(C)を0.6質量%以上1.2質量%以下、珪素(Si)を0.15質量%以上1.1質量%以下、マンガン(Mn)を0.3質量%以上1.5質量%以下含む。上記円錐ころ軸受において、鋼は、さらに2.0質量%以下のクロムを含んでいてもよい。この場合、本実施の形態において規定する構成の窒素富化層11B、12B、13Bを後述する熱処理などを用いて容易に形成できる。 In the conical roller bearing 10, at least one of the outer ring 11, the inner ring 13, and the roller 12 on which the nitrogen-enriched layers 11B, 12B, and 13B are formed is made of steel. The steel has at least 0.6% by mass or more and 1.2% by mass or less of carbon (C) and silicon (Si) in the portions other than the nitrogen-enriched layers 11B, 12B and 13B, that is, the unnitrided portions 11C, 12C and 13C. ) Is contained in an amount of 0.15% by mass or more and 1.1% by mass or less, and manganese (Mn) is contained in an amount of 0.3% by mass or more and 1.5% by mass or less. In the above conical roller bearing, the steel may further contain 2.0% by mass or less of chromium. In this case, the nitrogen-enriched layers 11B, 12B, and 13B having the configurations specified in the present embodiment can be easily formed by using a heat treatment or the like described later.

上記円錐ころ軸受10において、上記式(1)における設計パラメータK,K,zのうちの少なくとも1つが、円錐ころと外輪または内輪との接触面圧を目的関数として最適化されている。 In the conical roller bearing 10, at least one of the design parameters K 1 , K 2 , z m in the above formula (1) is optimized with the contact surface pressure between the conical roller and the outer ring or the inner ring as an objective function. ..

上記設計パラメータK1,K2,zmは、接触面圧、応力及び寿命のうちのいずれかを目的関数として最適化して定められるところ、表面起点の損傷は接触面圧に依存する。ここで、上記実施の形態によれば、接触面圧を目的関数として最適化して設計パラメータK1,K2,zmを設定するので、潤滑剤が希薄な条件においても接触面の摩耗を防止できるクラウニングが得られる。 The design parameters K 1 , K 2 , z m are determined by optimizing any one of the contact surface pressure, stress, and life as an objective function, and the damage at the surface origin depends on the contact surface pressure. Here, according to the above embodiment, since the design parameters K 1 , K 2 , and z m are set by optimizing the contact surface pressure as an objective function, wear of the contact surface is prevented even under conditions where the lubricant is lean. You can get the crowning you can.

上記円錐ころ軸受10において、外輪11または内輪13の少なくともいずれか1つは、窒素富化層11B、13Bを含む。この場合、外輪11または内輪13の少なくともいずれかにおいて、結晶組織が微細化された窒素富化層11B、13Bが形成されることで、長寿命かつ高耐久性を有する外輪11または内輪13を得ることができる。 In the conical roller bearing 10, at least one of the outer ring 11 and the inner ring 13 includes nitrogen-enriched layers 11B and 13B. In this case, the nitrogen-enriched layers 11B and 13B having a fine crystal structure are formed in at least one of the outer ring 11 and the inner ring 13 to obtain the outer ring 11 or the inner ring 13 having a long life and high durability. be able to.

上記円錐ころ軸受10において、ころ12は窒素富化層12Bを含む。この場合、ころ12において、結晶組織が微細化された窒素富化層12Bが形成されることで、長寿命かつ高耐久性を有するころ12を得ることができる。 In the conical roller bearing 10, the roller 12 includes a nitrogen-enriched layer 12B. In this case, by forming the nitrogen-enriched layer 12B having a fine crystal structure on the rollers 12, the rollers 12 having a long life and high durability can be obtained.

上記窒素富化層11B、12B、13Bにおける旧オーステナイト結晶粒径はJIS規格の粒度番号が10以上である。 The particle size of the former austenite in the nitrogen-enriched layers 11B, 12B, and 13B has a particle size number of JIS standard of 10 or more.

このようにすれば、外輪11、内輪13、円錐ころとしてのころ12の少なくともいずれか1つにおいて旧オーステナイト結晶粒径が十分微細化された窒素富化層11B、12B、13Bが形成されているので、高い転動疲労寿命を有した上で、シャルピー衝撃値、破壊靭性値、圧壊強度などを向上させることができる。 In this way, nitrogen-enriched layers 11B, 12B, and 13B having a sufficiently fine-grained old austenite crystal grain size are formed in at least one of the outer ring 11, the inner ring 13, and the roller 12 as a conical roller. Therefore, the Charpy impact value, fracture toughness value, crush strength and the like can be improved while having a high rolling fatigue life.

内輪の小鍔面を円錐ころの小端面と平行な面で形成したのは、以下の理由による。内輪13の小鍔面19を、軌道面13Aに配列された円錐ころ12の小端面17と平行な面とすることにより、前述した初期組立状態での円錐ころ12大端面16と内輪13の大鍔面18の第1隙間(円錐ころ12が正規の位置に落ち着いたときの小端面17と内輪13の小鍔面19の隙間に等しい)に対する円錐ころ12の小端面17の面取り寸法、形状のばらつきの影響を排除することができる。すなわち、小端面17の面取り寸法、形状が異なっても、初期組立状態において、互いに平行な小端面17と小鍔面19とは面接触するため、このときの大端面16と大鍔面18の第1隙間は常に一定となり、各円錐ころ12が正規の位置に落ち着くまでの時間のばらつきをなくし、馴らし運転時間を短縮することができる。 The small collar surface of the inner ring was formed as a surface parallel to the small end surface of the conical roller for the following reasons. By making the small flange surface 19 of the inner ring 13 parallel to the small end surface 17 of the conical rollers 12 arranged on the raceway surface 13A, the large end surface 16 of the conical rollers 12 and the large inner ring 13 in the above-mentioned initial assembly state are large. The chamfer size and shape of the small end surface 17 of the conical roller 12 with respect to the first gap of the collar surface 18 (equal to the gap between the small end surface 17 when the conical roller 12 settles in the normal position and the small flange surface 19 of the inner ring 13). The effect of variation can be eliminated. That is, even if the chamfering dimensions and shapes of the small end surface 17 are different, in the initial assembly state, the small end surface 17 and the small flange surface 19 parallel to each other are in surface contact with each other. The first gap is always constant, and it is possible to eliminate the variation in the time required for each conical roller 12 to settle in the normal position, and to shorten the acclimatization operation time.

円錐ころの大端面の曲率半径Rと円錐ころの円錐角の頂点から内輪大鍔面までの距離RBASEとの比R/RBASEを0.75以上0.87以下の範囲としたのは、以下の理由による。 The ratio R / R BASE of the radius of curvature R of the large end face of the conical roller to the distance R BASE from the apex of the cone angle of the conical roller to the inner ring large flange surface was set in the range of 0.75 or more and 0.87 or less. For the following reasons.

図12は、内輪大鍔面と円錐ころ大端面の間に形成される油膜厚さtを、Karnaの式を用いて計算した結果を示す。縦軸は、R/RBASE=0.76のときの油膜厚さt0に対する比t/t0で示す。油膜厚さtはR/RBASE=0.76のとき最大となり、R/RBASEが0.9を越えると急激に減少する。 FIG. 12 shows the result of calculating the oil film thickness t formed between the inner ring large collar surface and the conical roller large end surface using Karna's equation. The vertical axis is the ratio t / t0 to the oil film thickness t0 when R / R BASE = 0.76. The oil film thickness t becomes maximum when R / R BASE = 0.76, and decreases sharply when R / R BASE exceeds 0.9.

図13は、内輪大鍔面と円錐ころ大端面間の最大ヘルツ応力pを計算した結果を示す。縦軸は、図12と同様に、R/RBASE=0.76のときの最大ヘルツ応力p0に対する比p/p0で示す。最大ヘルツ応力pは、R/RBASEの増大に伴って単調に減少する。 FIG. 13 shows the result of calculating the maximum Hertz stress p between the inner ring large collar surface and the conical roller large end surface. The vertical axis is the ratio p / p0 to the maximum Hertz stress p0 when R / R BASE = 0.76, as in FIG. The maximum Hertz stress p decreases monotonically as the R / R BASE increases.

内輪大鍔面と円錐ころ大端面間の辷り摩擦によるトルクロスと発熱を低減するためには、油膜厚さtを厚く、最大ヘルツ応力pを小さくすることが望ましい。本発明者らは、図12および図13の計算結果を参考とし、後の表1に示す耐焼付き試験結果に基づいて、R/RBASEの適正範囲を0.75以上0.87以下に決定した。なお、従来の円錐ころ軸受では、R/RBASEの値は0.90以上0.97以下の範囲に設計されている。 In order to reduce the torque crossing and heat generation due to the rubbing friction between the inner ring large collar surface and the conical roller large end surface, it is desirable to increase the oil film thickness t and reduce the maximum Hertz stress p. The present inventors have determined the appropriate range of R / R BASE to be 0.75 or more and 0.87 or less based on the seizure resistance test results shown in Table 1 below with reference to the calculation results of FIGS. 12 and 13. bottom. In the conventional conical roller bearing, the R / R BASE value is designed in the range of 0.90 or more and 0.97 or less.

<円錐ころ軸受の製造方法>
図14は、図1に示した円錐ころ軸受の製造方法を説明するためのフローチャートである。図15は、図14の熱処理工程における熱処理パターンを示す模式図である。図16は、図15に示した熱処理パターンの変形例を示す模式図である。図18は、比較例としての軸受部品のミクロ組織、特に旧オーステナイト結晶粒界を図解した模式図である。以下、円錐ころ軸受の製造方法を説明する。
<Manufacturing method of conical roller bearings>
FIG. 14 is a flowchart for explaining a method for manufacturing the conical roller bearing shown in FIG. FIG. 15 is a schematic view showing a heat treatment pattern in the heat treatment step of FIG. FIG. 16 is a schematic view showing a modified example of the heat treatment pattern shown in FIG. FIG. 18 is a schematic view illustrating the microstructure of the bearing component as a comparative example, particularly the former austenite grain boundaries. Hereinafter, a method for manufacturing a conical roller bearing will be described.

図14に示すように、まず部品準備工程(S100)を実施する。この工程(S100)では、外輪11、内輪13、ころ12、保持器14などの軸受部品となるべき部材を準備する。なお、ころ12となるべき部材には、まだクラウニングは形成されておらず、当該部材の表面は図4の点線で示した加工前表面12Eとなっている。 As shown in FIG. 14, first, the parts preparation step (S100) is carried out. In this step (S100), members to be bearing parts such as an outer ring 11, an inner ring 13, a roller 12, and a cage 14 are prepared. Crowning has not yet been formed on the member to be the roller 12, and the surface of the member is the unprocessed surface 12E shown by the dotted line in FIG.

次に、熱処理工程(S200)を実施する。この工程(S200)では、上記軸受部品の特性を制御するため、所定の熱処理を実施する。たとえば、外輪11、ころ12、内輪13、のすくなくともいずれか1つにおいて本実施形態に係る窒素富化層11B、12B、13Bを形成するため、浸炭窒化処理または窒化処理と、焼入れ処理、焼戻処理などを行う。この工程(S200)における熱処理パターンの一例を図15に示す。図15は、1次焼入れおよび2次焼入れを行う方法を示す熱処理パターンを示す。図16は、焼入れ途中で材料をA1変態点温度未満に冷却し、その後、再加熱して最終的に焼入れる方法を示す熱処理パターンを示す。これらの図において、処理T1では鋼の素地に炭素や窒素を拡散させまた炭素の溶け込みを十分に行なった後、A1変態点未満に冷却する。次に、図中の処理T2において、処理T1よりも低温に再加熱し、そこから油焼入れを施す。その後、たとえば加熱温度180℃の焼き戻し処理を実施する。 Next, the heat treatment step (S200) is carried out. In this step (S200), a predetermined heat treatment is performed in order to control the characteristics of the bearing component. For example, in order to form the nitrogen-enriched layers 11B, 12B, 13B according to the present embodiment in at least one of the outer ring 11, the roller 12, and the inner ring 13, carburizing nitriding treatment or nitriding treatment, quenching treatment, and tempering treatment are performed. Perform processing etc. An example of the heat treatment pattern in this step (S200) is shown in FIG. FIG. 15 shows a heat treatment pattern showing a method of performing primary quenching and secondary quenching. FIG. 16 shows a heat treatment pattern showing a method of cooling the material below the A 1 transformation point temperature during quenching and then reheating to finally quench. In these figures, in the treatment T 1 , carbon and nitrogen are diffused in the steel substrate, and after the carbon is sufficiently dissolved, the steel base is cooled to less than the A 1 transformation point. Next, in the treatment T 2 in the figure, the heat is reheated to a lower temperature than the treatment T 1 and oil quenching is performed from there. Then, for example, a tempering treatment at a heating temperature of 180 ° C. is carried out.

上記の熱処理によれば、普通焼入れ、すなわち浸炭窒化処理に引き続いてそのまま1回焼入れするよりも、軸受部品の表層部分を浸炭窒化しつつ、割れ強度を向上させ、経年寸法変化率を減少することができる。上記熱処理工程(S200)によれば、焼入れ組織となっている窒素富化層11B、12B、13Bにおいて、旧オーステナイト結晶粒の粒径が、図18に示した従来の焼入れ組織におけるミクロ組織と比較して2分の1以下となる、図17に示したようなミクロ組織を得ることができる。上記の熱処理を受けた軸受部品は、転動疲労に対して長寿命であり、割れ強度を向上させ、経年寸法変化率も減少させることができる。 According to the above heat treatment, the crack strength is improved and the aging dimensional change rate is reduced while carburizing and nitriding the surface layer portion of the bearing component, rather than normal quenching, that is, carburizing and nitriding the bearing component and then quenching once. Can be done. According to the heat treatment step (S200), in the nitrogen-enriched layers 11B, 12B, and 13B having a hardened structure, the particle size of the former austenite crystal grains is compared with the microstructure in the conventional hardened structure shown in FIG. Therefore, it is possible to obtain a microstructure as shown in FIG. 17, which is less than half. The bearing component that has undergone the above heat treatment has a long life against rolling fatigue, can improve crack strength, and can reduce the rate of dimensional change over time.

次に、加工工程(S300)を実施する。この工程(S300)では、各軸受部品の最終的な形状となるように、仕上げ加工を行う。ころ12については、図4に示したように切削加工などの機械加工によりクラウニング22Aおよび面取り部21を形成する。 Next, the processing step (S300) is carried out. In this step (S300), finishing is performed so that the final shape of each bearing component is obtained. As for the roller 12, the crowning 22A and the chamfered portion 21 are formed by machining such as cutting as shown in FIG.

次に、組立工程(S400)を実施する。この工程(S400)では、上記のように準備された軸受部品を組み立てることにより、図1に示した円錐ころ軸受10を得る。このようにして、図1に示した円錐ころ軸受10を製造することができる。
(実験例1)
<試料>
試料として、試料No.1〜4までの4種類の円錐ころを試料として準備した。円錐ころの型番は30206とした。円錐ころの材質としてはJIS規格SUJ2材(1.0質量%C−0.25質量%Si−0.4質量%Mn−1.5質量%Cr)を用いた。
Next, the assembly step (S400) is carried out. In this step (S400), the conical roller bearing 10 shown in FIG. 1 is obtained by assembling the bearing parts prepared as described above. In this way, the conical roller bearing 10 shown in FIG. 1 can be manufactured.
(Experimental Example 1)
<Sample>
As a sample, sample No. Four types of cones 1 to 4 were prepared as samples. The model number of the conical roller was 30206. As the material of the conical roller, JIS standard SUJ2 material (1.0 mass% C-0.25 mass% Si-0.4 mass% Mn-1.5 mass% Cr) was used.

試料No.1については、浸炭窒化焼入れを実施した後、図5に示した本実施の形態に係る対数クラウニングを両端部に形成した。浸炭窒化処理温度を845℃、保持時間を150分間とした。浸炭窒化処理の雰囲気はRXガス+アンモニアガスとした。試料No.2については、試料No.1と同様に浸炭窒化焼入れを実施した後、図11に示した部分円弧クラウニングを形成した。 Sample No. For No. 1, after carburizing, nitriding and quenching, logarithmic crowning according to the present embodiment shown in FIG. 5 was formed at both ends. The carburizing and nitriding treatment temperature was 845 ° C., and the holding time was 150 minutes. The atmosphere of the carburizing nitriding treatment was RX gas + ammonia gas. Sample No. Regarding 2, the sample No. After carburizing, nitriding and quenching in the same manner as in No. 1, the partial arc crowning shown in FIG. 11 was formed.

試料No.3については、図15に示した熱処理パターンを実施した後、図5に示した本実施の形態に係る対数クラウニングを両端部に形成した。浸炭窒化処理温度を845℃、保持時間を150分間とした。浸炭窒化処理の雰囲気は、RXガス+アンモニアガスとした。最終焼入れ温度は800℃とした。 Sample No. For No. 3, after the heat treatment pattern shown in FIG. 15 was carried out, logarithmic crowning according to the present embodiment shown in FIG. 5 was formed at both ends. The carburizing and nitriding treatment temperature was 845 ° C., and the holding time was 150 minutes. The atmosphere of the carburizing nitriding treatment was RX gas + ammonia gas. The final quenching temperature was 800 ° C.

試料No.4については、図15に示した熱処理パターンを実施した後、図5に示した本実施の形態に係る対数クラウニングを両端部に形成した。試料の最表面から0.05mmの深さ位置での窒素富化層における窒素濃度を0.1質量%以上とするため、浸炭窒化処理温度を845℃、保持時間を150分間とした。浸炭窒化処理の雰囲気は、RXガス+アンモニアガスとした。更に、炉内雰囲気を厳密に管理した。具体的には、炉内温度のムラ及びアンモニアガスの雰囲気ムラを抑えた。最終焼入れ温度は800℃とした。上述した試料No.3および試料No.4が本発明の実施例に対応する。試料No.1および試料No.2は比較例に対応する。 Sample No. For No. 4, after the heat treatment pattern shown in FIG. 15 was carried out, logarithmic crowning according to the present embodiment shown in FIG. 5 was formed at both ends. In order to make the nitrogen concentration in the nitrogen-enriched layer at a depth of 0.05 mm from the outermost surface of the sample 0.1% by mass or more, the carburizing nitriding treatment temperature was set to 845 ° C. and the holding time was set to 150 minutes. The atmosphere of the carburizing nitriding treatment was RX gas + ammonia gas. Furthermore, the atmosphere inside the furnace was strictly controlled. Specifically, unevenness in the temperature inside the furnace and unevenness in the atmosphere of ammonia gas were suppressed. The final quenching temperature was 800 ° C. The above-mentioned sample No. 3 and sample No. 4 corresponds to the embodiment of the present invention. Sample No. 1 and sample No. 2 corresponds to a comparative example.

<実験内容>
実験1:寿命試験
寿命試験装置を用いた。試験条件としては、試験荷重:Fr=18kN、Fa=2kN、潤滑油:タービン油56、潤滑方式:油浴潤滑、という条件を用いた。寿命試験装置では、被試験体としての2つの円錐ころ軸受は、支持軸の両端を支持するように配置されている。該支持軸の延在方向の中央部、すなわち2つの円錐ころ軸受の中央部には、該支持軸を介して円錐ころ軸受にラジアル荷重を負荷するための円筒ころ軸受が配置されている。そして、荷重負荷用の円筒ころ軸受にラジアル荷重を負荷することで、被試験体としての円錐ころ軸受にラジアル荷重を負荷する。また、アキシアル荷重は、寿命試験装置のハウジングを介して一方の円錐ころ軸受から支持軸に伝わり、他方の円錐ころ軸受にアキシアル荷重が負荷される。これにより、円錐ころ軸受の寿命試験が行われる。
<Experimental content>
Experiment 1: Life test A life test device was used. As the test conditions, the conditions of test load: Fr = 18 kN, Fa = 2 kN, lubricating oil: turbine oil 56, and lubrication method: oil bath lubrication were used. In the life test apparatus, the two conical roller bearings as the test piece are arranged so as to support both ends of the support shaft. A cylindrical roller bearing for applying a radial load to the conical roller bearing via the support shaft is arranged at the central portion of the support shaft in the extending direction, that is, the central portion of the two conical roller bearings. Then, by applying a radial load to the cylindrical roller bearing for load loading, the radial load is applied to the conical roller bearing as the test piece. Further, the axial load is transmitted from one conical roller bearing to the support shaft through the housing of the life test device, and the axial load is applied to the other conical roller bearing. As a result, the life test of the conical roller bearing is performed.

実験2:偏荷重時の寿命試験
上記実験1の寿命試験と同様の試験装置を用いた。試験条件としては、基本的に上記実験1での条件と同様であるが、ころの中心軸について2/1000radの軸傾きを負荷した状態とし、偏荷重が負荷された状態で試験を行った。
Experiment 2: Life test under eccentric load The same test equipment as the life test in Experiment 1 above was used. The test conditions are basically the same as those in Experiment 1 above, but the test was carried out with the central axis of the roller loaded with an axial inclination of 2/1000 rad and with an eccentric load applied.

実験3:回転トルク試験
試料No.1〜4について、縦型トルク試験機を用いたトルク測定試験を行った。試験条件としては、試験荷重:Fa=7000N、潤滑油:タービン油56、潤滑方式:油浴潤滑、回転数:5000rpm、という条件を用いた。
Experiment 3: Rotational torque test Sample No. Torque measurement tests were performed on 1 to 4 using a vertical torque tester. As the test conditions, the conditions of test load: Fa = 7000N, lubricating oil: turbine oil 56, lubrication method: oil bath lubrication, and rotation speed: 5000 rpm were used.

<結果>
実験1:寿命試験
試料No.4が最も良好な結果を示し、長寿命であると考えられた。試料No.2および試料No.3は、試料No.4の結果には及ばないものの、良好な結果を示し、十分実用に耐え得ると判断された。一方、試料No.1については、最も短い寿命を示す結果となった。
<Result>
Experiment 1: Life test Sample No. 4 showed the best results and was considered to have a long life. Sample No. 2 and sample No. Reference numeral 3 is sample No. Although it did not reach the result of 4, it showed a good result and was judged to be sufficiently practical. On the other hand, sample No. As for 1, the result showed the shortest life.

実験2:偏荷重時の寿命試験
試料No.4および試料No.3が最も良好な結果を示し、長寿命であると考えられた。次に、試料No.1が試料No.4および試料No.3には及ばないものの、比較的良好な結果を示した。一方、試料No.2は上記実験1の時の結果より悪い結果を示し、偏荷重条件により短寿命化したものと考えられる。
Experiment 2: Life test under eccentric load Sample No. 4 and sample No. 3 showed the best results and was considered to have a long life. Next, sample No. 1 is sample No. 4 and sample No. Although it was less than 3, it showed relatively good results. On the other hand, sample No. No. 2 shows a worse result than the result at the time of the above experiment 1, and it is considered that the life is shortened due to the eccentric load condition.

実験3:回転トルク試験
試料No.1、試料No.3、試料No.4が十分小さな回転トルクを示し良好な結果となった。一方、試料No.2は回転トルクが他の試料より大きくなっていた。
Experiment 3: Rotational torque test Sample No. 1. Sample No. 3. Sample No. 4 showed a sufficiently small rotational torque, and good results were obtained. On the other hand, sample No. In No. 2, the rotational torque was larger than that of the other samples.

以上の結果から、総合的に試料No.4がいずれの試験においても良好な結果を示し、総合的に最も優れた結果となった。また、試料No.3も、試料No.1および試料No.2と比べて良好な結果を示した。
(実験例2)
<試料>
上記の実験例1における試料No.4を用いた。
Based on the above results, the sample No. 4 showed good results in all the tests, and was the best overall result. In addition, sample No. Sample No. 3 is also No. 3. 1 and sample No. It showed better results than 2.
(Experimental Example 2)
<Sample>
Sample No. 1 in Experimental Example 1 above. 4 was used.

<実験内容>
表面から0.05mmの深さ位置での窒素濃度測定:
試料No.4について、窒素濃度の測定と窒素富化層の深さ測定を実施した。測定方法としては、以下のような方法を用いた。すなわち、図3に示した第1〜第3測定点において、中心線と垂直な方向に試料としての円錐ころを切断することで切断面を露出させる。当該切断面において、試料の表面から内部に向かって0.05mmの位置となる複数の測定位置にて、上記EPMAにより窒素濃度について分析を行う。第1〜第3測定点における断面のそれぞれにて、上記測定位置を5か所決定し、当該5か所での測定データの平均値を各測定点での窒素濃度とした。
<Experimental content>
Nitrogen concentration measurement at a depth of 0.05 mm from the surface:
Sample No. For No. 4, the nitrogen concentration was measured and the depth of the nitrogen-enriched layer was measured. The following method was used as the measurement method. That is, at the first to third measurement points shown in FIG. 3, the cut surface is exposed by cutting the conical roller as a sample in the direction perpendicular to the center line. The nitrogen concentration is analyzed by the above EPMA at a plurality of measurement positions located 0.05 mm inward from the surface of the sample on the cut surface. Five measurement positions were determined for each of the cross sections at the first to third measurement points, and the average value of the measurement data at the five points was taken as the nitrogen concentration at each measurement point.

窒素富化層の底部までの距離の測定:
500℃×1hの焼き戻し処理後の円錐ころの上記第1〜第3測定点での断面において、深さ方向に0.5mm間隔で並ぶ複数の測定点において硬度測定を実施した。そして、ビッカース硬さがHV450以上の領域を窒素富化層とし、当該硬度がHV450となった位置の深さを窒素富化層の底部とした。
Measurement of distance to the bottom of the nitrogen-enriched layer:
In the cross section of the conical roller after the tempering treatment at 500 ° C. × 1 h at the first to third measurement points, the hardness was measured at a plurality of measurement points arranged at intervals of 0.5 mm in the depth direction. The region where the Vickers hardness was HV450 or higher was defined as the nitrogen-enriched layer, and the depth at the position where the hardness was HV450 was defined as the bottom of the nitrogen-enriched layer.

<結果>
表面から0.05mmの深さ位置での窒素濃度測定:
第1測定点については、窒素濃度が0.2質量%となり、第2測定点については窒素濃度が0.25質量%となり、第3測定点については窒素濃度が0.3質量%となった。いずれの測定点でも、測定結果は本願発明の範囲に入るものとなった。
<Result>
Nitrogen concentration measurement at a depth of 0.05 mm from the surface:
At the first measurement point, the nitrogen concentration was 0.2% by mass, at the second measurement point, the nitrogen concentration was 0.25% by mass, and at the third measurement point, the nitrogen concentration was 0.3% by mass. .. At any of the measurement points, the measurement results were within the scope of the present invention.

窒素富化層の底部までの距離の測定:
第1測定点については、窒素富化層の底部までの距離が0.3mmとなり、第2測定点については当該距離が0.35mmとなり、第3測定点については当該距離が0.3mmとなった。いずれの測定点でも、測定結果は本願発明の範囲に入るものとなった。
Measurement of distance to the bottom of the nitrogen-enriched layer:
For the first measurement point, the distance to the bottom of the nitrogen-enriched layer is 0.3 mm, for the second measurement point, the distance is 0.35 mm, and for the third measurement point, the distance is 0.3 mm. rice field. At any of the measurement points, the measurement results were within the scope of the present invention.

(実験例3)
<実施例試料>
図6に示した、円錐ころの大端面の曲率半径Rが、R/RBASE=0.75以上0.87以下の範囲に入り、内輪の大鍔面の表面粗さRa が0.12μmで、小鍔面が円錐ころの小端面と平行な研削加工面で形成され、第1隙間が0.4mm以下の寸法規制範囲内に入れられた円錐ころ軸受(表1中の試料No.5〜8)を用意した。軸受の寸法は、いずれも内径40mm、外径68mmである。
(Experimental Example 3)
<Example sample>
The radius of curvature R of the large end surface of the conical roller shown in FIG. 6 falls within the range of R / R BASE = 0.75 or more and 0.87 or less, and the surface roughness Ra of the large flange surface of the inner ring is 0.12 μm. , Conical roller bearings in which the small flange surface is formed by a ground surface parallel to the small end surface of the conical roller and the first gap is within the dimensional regulation range of 0.4 mm or less (Sample Nos. 5 to 5 in Table 1). 8) was prepared. The bearings have an inner diameter of 40 mm and an outer diameter of 68 mm.

<比較例試料>
R/RBASEの値が本願の範囲を外れ、かつ内輪の小鍔面が円錐ころの小端面に対して外側に傾斜し、第1隙間が0.4mmを越える円錐ころ軸受(表1中の試料No.9〜11)を用意した。各軸受の寸法は実施例と同じである。
<Comparative example sample>
A conical roller bearing in which the value of R / R BASE is out of the range of the present application, the small collar surface of the inner ring is inclined outward with respect to the small end surface of the conical roller, and the first gap exceeds 0.4 mm (in Table 1). Samples No. 9 to 11) were prepared. The dimensions of each bearing are the same as in the embodiment.

上記実施例および比較例の円錐ころ軸受に対して、回転試験機を用いた耐焼付き試験を実施した。また、試料No.6と試料No.10の円錐ころ軸受に対しては、馴らし運転試験も行った。馴らし運転試験のサンプル数は、試料No.6に対しては66個、試料No.10に対しては10個とした。耐焼付き試験の試験条件は以下の通りである。負荷荷重:19.61kN回転数 :1000〜3500rpm潤滑油 :タービンVG56(給油量40ミリリットル/分、給油温度40℃±3℃)。 The seizure resistance test using a rotation tester was carried out on the conical roller bearings of the above example and the comparative example. In addition, sample No. 6 and sample No. A break-in operation test was also performed on 10 conical roller bearings. The number of samples in the break-in test is the sample No. For 6, 66 samples, sample No. The number was 10 as opposed to 10. The test conditions for the seizure resistance test are as follows. Load load: 19.61 kN rpm: 1000 to 3500 rpm Lubricating oil: Turbine VG56 (lubrication amount 40 ml / min, lubrication temperature 40 ° C ± 3 ° C).

各試験結果を表1に示す。耐焼付き試験における焼付きは、内輪の大鍔面と円錐ころの大端面の間で生じたものである。 The results of each test are shown in Table 1. The seizure in the seizure resistance test occurs between the large brim surface of the inner ring and the large end surface of the conical roller.

Figure 0006965005
Figure 0006965005

実施例の円錐ころ軸受は、いずれも耐焼付き試験における焼付き発生の限界回転数が2700rpm以上になっており、内輪大鍔面と円錐ころ大端面間の摩擦抵抗が少ないことがわかる。一方、比較例の円錐ころ軸受は、焼付き発生の限界回転数が2500rpm以下になっており、デファレンシャル等の通常の使用条件下で問題となることがある。大鍔面の表面粗さRaが粗い試料11は、同じ曲率半径Rの試料No.10よりも低い焼付き発生限界回転数を示している。 In all of the conical roller bearings of the examples, the limit rotation speed at which seizure occurs in the seizure resistance test is 2700 rpm or more, and it can be seen that the frictional resistance between the inner ring large flange surface and the conical roller large end surface is small. On the other hand, the conical roller bearing of the comparative example has a limit rotation speed at which seizure occurs at 2500 rpm or less, which may cause a problem under normal use conditions such as a differential. The sample 11 having a rough surface roughness Ra on the large collar surface had the same radius of curvature R as the sample No. It shows a seizure occurrence limit rotation speed lower than 10.

また、馴らし運転試験の結果は、比較例では円錐ころが正規の位置に落ち着くまでの回転回数の平均値が6回であるのに対して、実施例では約半分の2.96回になっている。実施例は回転回数のばらつきの標準偏差も小さくなっており、馴らし運転時間を安定して短縮できることがわかる。 In addition, the result of the break-in operation test is that the average value of the number of rotations until the conical roller settles in the normal position is 6 times in the comparative example, but it is about half, 2.96 times in the example. There is. In the embodiment, the standard deviation of the variation in the number of rotations is also small, and it can be seen that the break-in operation time can be stably shortened.

以上のように、この発明の円錐ころ軸受は、円錐ころの大端面の曲率半径Rを、R/RBASE=0.75以上0.87以下の範囲の値とするとともに、内輪の小鍔面を円錐ころの小端面と平行な面で形成したので、内輪大鍔面と円錐ころ大端面間での辷り摩擦によるトルクロスと発熱を低減して焼付きの発生を防止でき、かつ馴らし運転時間を短縮して軸受取り付け作業を効率化することができる。また、車両用歯車軸支持装置の耐久性を向上させることができる。 As described above, in the conical roller bearing of the present invention, the radius of curvature R of the large end surface of the conical roller is set to a value in the range of R / R BASE = 0.75 or more and 0.87 or less, and the small collar surface of the inner ring. Is formed on a surface parallel to the small end surface of the conical roller, so that it is possible to prevent seizure by reducing torque crossing and heat generation due to swaying friction between the inner ring large bearing surface and the large end surface of the conical roller, and to reduce the running-in time. It can be shortened to improve the efficiency of bearing mounting work. In addition, the durability of the gear shaft support device for vehicles can be improved.

(実験例4)
上記比率Rprocess/Rについて:
表2に、比率Rprocess/Rが1であるときの大端面と大鍔面との間の接触面圧p0、スキュー角θ0、油膜パラメータΛ0に対する、比率Rprocess/Rを変化させたときの接触面圧p、スキュー角θ、油膜パラメータΛの各比率の計算結果を示す。
(Experimental Example 4)
About the above ratio Rprocess / R:
Table 2 shows the contact surface when the ratio Rprocess / R is changed with respect to the contact surface pressure p0 between the large end surface and the large collar surface when the ratio Rprocess / R is 1, the skew angle θ0, and the oil film parameter Λ0. The calculation results of each ratio of the pressure p, the skew angle θ, and the oil film parameter Λ are shown.

Figure 0006965005
Figure 0006965005

表2に示されるように、比率Rprocess/Rが0.7以下であると、大端面と大鍔面との間の接触面圧比p/p0が1.6以上、スキュー角比θ/θ0が3以上となり、かつ油膜パラメータの比率Λ/Λ0が0.5以下となる。このような円錐ころ軸受が例えば油膜パラメータΛが2未満であるような潤滑状態が良好でない環境下で使用された場合、油膜パラメータΛは1未満となり、大端面と大鍔面との接触状態は金属接触が生じる境界潤滑領域となる。これに対し、比率Rprocess/Rが0.8以上であると、接触面圧比p/p0が1.4以下、スキュー角比θ/θ0が1.5以下となり、油膜パラメータの比率Λ/Λ0が0.8以上となる。よって、比率Rprocess/Rが0.8以上である円錐ころ軸受が、比率Rprocess/Rが0.8未満である円錐ころ軸受と比べて大端面と大鍔面との間の油膜厚さを確保することができることは、上記計算結果により確認された。 As shown in Table 2, when the ratio Rprocess / R is 0.7 or less, the contact surface pressure ratio p / p0 between the large end surface and the large flange surface is 1.6 or more, and the skew angle ratio θ / θ0 is It becomes 3 or more, and the ratio Λ / Λ0 of the oil film parameter becomes 0.5 or less. When such a conical roller bearing is used in an environment where the lubrication state is not good, for example, the oil film parameter Λ is less than 2, the oil film parameter Λ is less than 1, and the contact state between the large end surface and the large flange surface is It is a boundary lubrication area where metal contact occurs. On the other hand, when the ratio Rprocess / R is 0.8 or more, the contact surface pressure ratio p / p0 is 1.4 or less, the skew angle ratio θ / θ0 is 1.5 or less, and the oil film parameter ratio Λ / Λ0 is It will be 0.8 or more. Therefore, a conical roller bearing having a ratio Rprocess / R of 0.8 or more secures an oil film thickness between the large end surface and a large flange surface as compared with a conical roller bearing having a ratio Rprocess / R of less than 0.8. It was confirmed by the above calculation result that it can be done.

上記比率α/Lについて:
表3に、上記ずれ量αが0であるとき、すなわち内輪および外輪11の軌道面11A,13Aと転動面との当たり位置が転動軸の延在方向における転動面の中点に位置しているときのスキュー角θ0、回転トルクM0に対する、ずれ量αを変化させたときのスキュー角θ、回転トルクMの各比率θ/θ0,M/M0の計算結果を示す。なお、表3において、上記当たり位置が上記中点よりも小端面側にずれているときのずれ量を負の値で示す。回転トルク比M/M0が1.1以下であるものを良(表3中○)と評価し、回転トルク比M/M0が1.1超えであるものを不良(表3中×)と評価した。
About the above ratio α / L:
In Table 3, when the deviation amount α is 0, that is, the contact position between the raceway surfaces 11A and 13A of the inner ring and the outer ring 11 and the rolling surface is located at the midpoint of the rolling surface in the extending direction of the rolling axis. The calculation results of the respective ratios θ / θ0 and M / M0 of the skew angle θ and the rotational torque M when the deviation amount α is changed with respect to the skew angle θ0 and the rotational torque M0 are shown. In Table 3, the amount of deviation when the contact position is shifted toward the small end surface side from the midpoint is shown by a negative value. Those with a rotational torque ratio M / M0 of 1.1 or less are evaluated as good (○ in Table 3), and those with a rotational torque ratio M / M0 exceeding 1.1 are evaluated as defective (x in Table 3). bottom.

Figure 0006965005
Figure 0006965005

表3に示されるように、上記当たり位置が上記中点よりも小端面側に比較的大きくずれているとき、すなわちずれ量αが−5%未満であるときには、スキュー角比θ/θ0が2以上と大きく、ずれ量のわずかな増加が回転トルクの大幅な増加を引き起こす。 As shown in Table 3, the skew angle ratio θ / θ0 is 2 when the contact position is displaced relatively significantly toward the small end surface side from the midpoint, that is, when the deviation amount α is less than -5%. As mentioned above, a slight increase in the amount of displacement causes a large increase in rotational torque.

これに対し、上記当たり位置が上記中点よりも小端面側に比較的小さくずれているとき、すなわちずれ量αが−5%以上0%未満であるときには、ずれ量αが−5%未満であるときと比べて、スキュー角比θ/θ0が小さく、ずれ量の増加に対する回転トルクの増加率が小さい。 On the other hand, when the contact position is displaced relatively small toward the small end surface side from the midpoint, that is, when the deviation amount α is -5% or more and less than 0%, the deviation amount α is less than -5%. Compared with a certain case, the skew angle ratio θ / θ0 is small, and the rate of increase in rotational torque with respect to an increase in the amount of deviation is small.

さらに、上記ずれ量αが0%以上20%以下であれば、スキュー角比θ/θ0が1以下となり、またずれ量のわずかな増加が回転トルクの大幅な増加を引き起こさない。 Further, when the deviation amount α is 0% or more and 20% or less, the skew angle ratio θ / θ0 is 1 or less, and a slight increase in the deviation amount does not cause a large increase in rotational torque.

なお、表3には記していないか、上記ずれ量αが20%超えであれば、ピーリング等他の不具合が引き起こされる程度に高い回転トルクとなるため、好ましくない。よって、上記比率α/Lが0%以上20%未満であり、かつ、該比率α/Lが0%超えであるときの当該当たり位置が転動軸の延在方向における転動面の中央位置または該中央位置よりも大端面側にあることにより、スキュー角を低減し得ることは、上記計算結果により確認された。 It should be noted that it is not shown in Table 3, or if the deviation amount α exceeds 20%, the rotational torque is high enough to cause other problems such as peeling, which is not preferable. Therefore, when the ratio α / L is 0% or more and less than 20% and the ratio α / L is more than 0%, the contact position is the central position of the rolling surface in the extending direction of the rolling shaft. Alternatively, it was confirmed from the above calculation results that the skew angle can be reduced by being on the large end surface side of the central position.

(実施の形態2)
実施の形態2に係る円錐ころ軸受は、基本的に実施の形態1に係る円錐ころ軸受10と同様の構成を備えるが、ころ転動面のクラウニング形成部分において内輪軌道面13Aに非接触である非接触部クラウニング部分28の母線の曲率R8が、内輪軌道面13Aに接触する接触部クラウニング部分27の母線の曲率R7よりも小さく設定している点で異なる。
(Embodiment 2)
The conical roller bearing according to the second embodiment basically has the same configuration as the conical roller bearing 10 according to the first embodiment, but is not in contact with the inner ring raceway surface 13A at the crowning forming portion of the roller rolling surface. The difference is that the curvature R8 of the bus of the non-contact portion crowning portion 28 is set smaller than the curvature R7 of the bus of the contact portion crowning portion 27 in contact with the inner ring raceway surface 13A.

実施の形態2に係る円錐ころ軸受は、図1に示すように、内輪13と、外輪11と、これら内外輪間に介在する複数個のころ12とを備えている。内輪13の外周には内輪軌道面13Aが形成され、この内輪軌道面13Aの大径側および小径側に大つば部41および小つば部42をそれぞれ有する。内輪軌道面13Aと大つば部41とが交わる隅部には、研削逃げ部43が形成され、内輪軌道面13Aと小つば部42との隅部には、研削逃げ部44が形成されている。上記内輪軌道面13Aは、内輪軸方向に延びる母線が直線となっている。外輪11の内周には、内輪軌道面13Aに対向する外輪軌道面11Aが形成され、鍔無しとされ、外輪軌道面11Aは外輪軸方向に延びる母線が直線となっている。 As shown in FIG. 1, the conical roller bearing according to the second embodiment includes an inner ring 13, an outer ring 11, and a plurality of rollers 12 interposed between the inner and outer rings. An inner ring raceway surface 13A is formed on the outer circumference of the inner ring 13, and a large brim portion 41 and a small brim portion 42 are provided on the large diameter side and the small diameter side of the inner ring raceway surface 13A, respectively. A grinding relief portion 43 is formed at the corner where the inner ring raceway surface 13A and the large brim portion 41 intersect, and a grinding relief portion 44 is formed at the corner portion between the inner ring raceway surface 13A and the small brim portion 42. .. The inner ring raceway surface 13A has a straight bus line extending in the inner ring axial direction. On the inner circumference of the outer ring 11, an outer ring raceway surface 11A facing the inner ring raceway surface 13A is formed so as to have no collar, and the outer ring raceway surface 11A has a generatrix extending in the outer ring axial direction as a straight line.

図1、図2および図22に示すように、ころ12の外周のころ転動面にはクラウニングを形成し、ころ12の両端には面取り部21,25が施されている。ころ転動面のクラウニング形成部分を、接触部クラウニング部分27と、非接触部クラウニング部分28とに形成している。これらのうち接触部クラウニング部分27は、内輪軌道面13Aの軸方向範囲にあって内輪軌道面13Aに接する。非接触部クラウニング部分28は、内輪軌道面13Aの軸方向範囲から外れて内輪軌道面13Aに非接触となる。 As shown in FIGS. 1, 2 and 22, crowning is formed on the roller rolling surface on the outer circumference of the roller 12, and chamfered portions 21 and 25 are provided on both ends of the roller 12. The crowning forming portion of the roller rolling surface is formed in the contact portion crowning portion 27 and the non-contact portion crowning portion 28. Of these, the contact portion crowning portion 27 is in the axial range of the inner ring raceway surface 13A and is in contact with the inner ring raceway surface 13A. The non-contact portion crowning portion 28 deviates from the axial range of the inner ring raceway surface 13A and becomes non-contact with the inner ring raceway surface 13A.

これら接触部クラウニング部分27と非接触部クラウニング部分28は、ころ軸方向に延びる母線が、互いに異なる関数で表されかつ互いに接続点P1で滑らかに連続する線である。上記接続点P1の近傍において、非接触部クラウニング部分28の母線の曲率R8を、接触部クラウニング部分27の母線の曲率R7よりも小さく設定している。 The contact portion crowning portion 27 and the non-contact portion crowning portion 28 are lines in which the bus lines extending in the roller axis direction are represented by different functions and are smoothly continuous with each other at the connection point P1. In the vicinity of the connection point P1, the curvature R8 of the generatrix of the non-contact portion crowning portion 28 is set to be smaller than the curvature R7 of the generatrix of the contact portion crowning portion 27.

ところで、円錐ころ軸受においては、内輪13側の接触部と外輪11側の接触部とでは、内輪13側の方が周方向の等価半径が小さいから面圧が高くなる。したがって、クラウニングの設計においては、内輪13側の接触について検討すればよい。 By the way, in a conical roller bearing, the surface pressure of the contact portion on the inner ring 13 side and the contact portion on the outer ring 11 side is higher on the inner ring 13 side because the equivalent radius in the circumferential direction is smaller. Therefore, in the design of crowning, the contact on the inner ring 13 side may be considered.

円錐ころ軸受、呼び番号30316に基本動定格荷重の35%のラジアル荷重が作用し、ミスアライメントが1/600である場合について検討する。このとき、ミスアライメントは、ころ12の小径側でなく大径側で面圧が高くなる方向に傾くとする。上記基本動定格荷重とは、内輪13を回転させ外輪11を静止させた条件で、一群の同じ軸受を個々に運転したとき、低格寿命が100万回転になるような、方向と大きさが変動しない荷重をいう。上記ミスアライメントは、外輪11を嵌合した図示外のハウジングと、内輪13を嵌合した軸との心ずれであり、傾き量として上記のような分数にて表記する。 A case where a radial load of 35% of the basic dynamic load rating acts on the conical roller bearing, nominal number 30316, and the misalignment is 1/600 will be examined. At this time, the misalignment is assumed to be tilted in the direction in which the surface pressure increases not on the small diameter side of the roller 12 but on the large diameter side. The basic dynamic load rating is the direction and size such that when the same group of bearings is individually operated under the condition that the inner ring 13 is rotated and the outer ring 11 is stationary, the low rating life becomes 1 million rotations. A load that does not fluctuate. The misalignment is a misalignment between a housing (not shown) in which the outer ring 11 is fitted and a shaft in which the inner ring 13 is fitted, and is expressed as a fraction as described above as the amount of inclination.

上記接触部クラウニング部分27の母線は、上記式(1)で表される対数クラウニングの対数曲線により形成されている。 The generatrix of the contact portion crowning portion 27 is formed by the logarithmic curve of the logarithmic crowning represented by the above equation (1).

クラウニングの加工精度を確保するためには、ころ12の外周に、ころ全長L1の1/2以上のストレート部分が存在することが望ましい。そこで、ころ全長L1の1/2をストレート部分とし、ころ軸方向中央を基準として、小径側の部分と大径側の部分とで対称のクラウニングであるとすれば、対数クラウニング式(1)中の設計パラメータのうち、K2は固定され、K1とzmが設計の対象となる。 In order to ensure the processing accuracy of crowning, it is desirable that a straight portion having a length of 1/2 or more of the total roller length L1 exists on the outer circumference of the roller 12. Therefore, if 1/2 of the total roller length L1 is a straight portion and the crowning is symmetrical between the small diameter side portion and the large diameter side portion with reference to the center in the roller axial direction, the logarithmic crowning equation (1) is used. Of the design parameters of, K 2 is fixed, and K 1 and z m are the objects of design.

ところで、後述の数理的最適化手法を用いてクラウニングを最適化すると、本条件では、図23の「対数」のようなクラウニングとなる。このとき、ころ12のクラウニングの最大ドロップ量は69μmである。ところが、図23中のGの領域は、図21の内輪13の研削逃げ部43,44と相対するEの領域であり内輪13とは接触しない。このため、ころ12の上記Gの領域は、対数クラウニングである必要はなく、直線もしくは円弧あるいはその他の関数としても差し支えない。ころ12の上記Gの領域が直線、円弧、その他の関数であっても、ころ全体が対数クラウニングの場合と同一の面圧分布となり、機能上何ら遜色はない。 By the way, when the crowning is optimized by using the mathematical optimization method described later, the crowning becomes as shown in the “logarithm” of FIG. 23 under this condition. At this time, the maximum drop amount of crowning of the roller 12 is 69 μm. However, the region G in FIG. 23 is the region of E facing the grinding relief portions 43 and 44 of the inner ring 13 of FIG. 21 and does not come into contact with the inner ring 13. Therefore, the region of G of the roller 12 does not have to be logarithmic crowning, and may be a straight line, an arc, or other function. Even if the region of G of the roller 12 is a straight line, an arc, or another function, the entire roller has the same surface pressure distribution as in the case of logarithmic crowning, and is functionally comparable.

対数クラウニングの数理的最適化手法について説明する。
対数クラウニングを表す関数式(1)中のK1,zmを適切に選択することによって,最適な対数クラウニングを設計することができる。
A mathematical optimization method for logarithmic crowning will be described.
Optimal logarithmic crowning can be designed by appropriately selecting K 1 and z m in the function equation (1) representing logarithmic crowning.

クラウニングは一般的に接触部の面圧もしくは応力の最大値を低下させるように設計する。ここでは,転動疲労寿命はMisesの降伏条件にしたがって発生すると考え,Misesの相当応力の最大値を最小にするようにK1,zmを選択する。 Crowning is generally designed to reduce the maximum surface pressure or stress at the contact point. Here, it is considered that the rolling fatigue life occurs according to the Mises yield condition, and K 1 and z m are selected so as to minimize the maximum value of the Mises equivalent stress.

K1,zmは適当な数理的最適化手法を用いて選択することが可能である。数理的最適化手法のアルゴリズムには種々のものが提案されているが、その一つである直接探索法は、関数の微係数を使用せずに最適化を実行することが可能であり、目的関数と変数が数式によって直接的に表現できない場合に有用である。ここでは,直接探索法の一つであるRosenbrock法を用いてK1,zmの最適値を求める。 K 1 and z m can be selected using an appropriate mathematical optimization method. Various algorithms have been proposed for mathematical optimization methods, and one of them, the direct search method, is capable of performing optimization without using the fine coefficients of the function, and has the purpose. This is useful when functions and variables cannot be directly represented by mathematical formulas. Here, the optimum values of K 1 and z m are obtained using the Rosenbrock method, which is one of the direct search methods.

円錐ころ軸受、呼び番号30316に基本動定格荷重の35%のラジアル荷重が作用し、ミスアライメントが1/600である場合では、Misesの相当応力の最大値sMises_maxと対数クラウニングパラメータK1,zmは図24のような関係にある。K1,zmに適当な初期値を与え,Rosenbrok法の規則にしたがってK1,zmを修正していくと,図24中の最適値の組合せに到達し,sMises_maxは最小となる。 When a radial load of 35% of the basic dynamic load rating acts on the conical roller bearing, nominal number 30316, and the misalignment is 1/600, the maximum value of the Mises equivalent stress sMises_max and the logarithmic crowning parameter K 1 , z m Has the relationship shown in FIG. If K 1 and z m are given appropriate initial values and K 1 and z m are modified according to the rules of the Rosenbrok method, the optimum combination of values in Fig. 24 is reached and sMises_max becomes the minimum.

ころ12と内輪13との接触を考える限りにおいては、図23におけるGの領域のクラウニングは、どのような形状でもよいが、外輪11との接触や加工時の砥石の成形性を考慮すれば、対数クラウニング部との接続点P1において、対数クラウニング部の勾配より小さな勾配となることは望ましくない。Gの領域のクラウニングについて、対数クラウニング部の勾配より大きな勾配を与えることは、ドロップ量が大きくなるため、これも望ましくない。すなわち、Gの領域のクラウニングと対数クラウニングは、その接続点P1で勾配が一致して滑らかに繋がるように設計されることが望ましい。図23において、ころ12のGの領域のクラウニングを、直線とした場合を点線にて例示し、円弧とした場合を太実線にて例示する。Gの領域のクラウニングを直線とした場合、ころ12のクラウニングのドロップ量Dpは例えば36μmとなる。Gの領域のクラウニングを円弧とした場合、ころ12のクラウニングのドロップ量Dpは例えば40μmとなる。 As long as the contact between the roller 12 and the inner ring 13 is considered, the crowning in the region G in FIG. 23 may have any shape, but if the contact with the outer ring 11 and the formability of the grindstone at the time of processing are taken into consideration, the crowning may have any shape. At the connection point P1 with the logarithmic crowning portion, it is not desirable that the gradient is smaller than the gradient of the logarithmic crowning portion. For the crowning of the region of G, it is not desirable to give a gradient larger than the gradient of the logarithmic crowning portion because the amount of drop increases. That is, it is desirable that the crowning in the region of G and the logarithmic crowning are designed so that the gradients match and are smoothly connected at the connection point P1. In FIG. 23, the case where the crowning of the region G of the roller 12 is a straight line is illustrated by a dotted line, and the case where it is an arc is illustrated by a thick solid line. When the crowning in the region of G is a straight line, the drop amount Dp of the crowning of the roller 12 is, for example, 36 μm. When the crowning in the region of G is an arc, the drop amount Dp of the crowning of the roller 12 is, for example, 40 μm.

以上説明した円錐ころ軸受によると、ころ12の外周のころ転動面にクラウニングを形成したため、内輪軌道面13Aのみにクラウニングを形成する場合よりも、ころ転動面に砥石を必要十分に作用させ得る。よって転動面に対する加工不良を未然に防止できる。ころ転動面に形成したクラウニングにより、面圧や接触部の応力を低減し円錐ころ軸受の長寿命化を図ることができる。さらに、接触部クラウニング部分27と、非接触部クラウニング部分28との接続点P1の近傍において、非接触部クラウニング部分28の母線の曲率R8が、接触部クラウニング部分27の母線の曲率R7よりも小さいため、ころ12の両端部のドロップ量Dpの低減を図ることができる。したがって、例えば従来の単一円弧クラウニングのものより研削量を抑え、ころ12の加工効率の向上を図り、製造コストの低減を図ることができる。 According to the conical roller bearing described above, since crowning is formed on the roller rolling surface on the outer circumference of the roller 12, the grindstone is allowed to act on the roller rolling surface more than necessary and sufficient as compared with the case where crowning is formed only on the inner ring raceway surface 13A. obtain. Therefore, it is possible to prevent processing defects on the rolling surface. The crowning formed on the roller rolling surface reduces the surface pressure and the stress of the contact portion, and can extend the life of the conical roller bearing. Further, in the vicinity of the connection point P1 between the contact portion crowning portion 27 and the non-contact portion crowning portion 28, the curvature R8 of the generatrix of the non-contact portion crowning portion 28 is smaller than the curvature R7 of the generatrix of the contact portion crowning portion 27. Therefore, it is possible to reduce the drop amount Dp at both ends of the roller 12. Therefore, for example, the grinding amount can be suppressed as compared with the conventional single arc crowning, the processing efficiency of the roller 12 can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.

非接触部クラウニング部分28の母線は、大径側の部分および小径側の部分のいずれか一方または両方が円弧であってもよい。この場合、ころ転動面全体の母線を例えば対数曲線で表すものより、ドロップ量Dpの低減を図ることができる。したがって、研削量の低減を図れる。図25に示すように、上記非接触部クラウニング部分28の母線は、大径側の部分および小径側の部分のいずれか一方または両方が直線であってもよい(図25の例では大径側の部分のみ直線)。この場合、非接触部クラウニング部分28の母線を円弧とする場合よりもさらにドロップ量Dpの低減を図ることができる。 The generatrix of the non-contact portion crowning portion 28 may be an arc in either or both of the large diameter side portion and the small diameter side portion. In this case, the drop amount Dp can be reduced as compared with the generatrix of the entire roller rolling surface represented by, for example, a logarithmic curve. Therefore, the amount of grinding can be reduced. As shown in FIG. 25, the generatrix of the non-contact portion crowning portion 28 may be a straight line in either or both of the large diameter side portion and the small diameter side portion (in the example of FIG. 25, the large diameter side). Only the part of is a straight line). In this case, the drop amount Dp can be further reduced as compared with the case where the generatrix of the non-contact portion crowning portion 28 is an arc.

接触部クラウニング部分27の母線の一部または全部が対数クラウニングで表されてもよい。この対数クラウニングで表される接触部クラウニング部分27により、面圧や接触部の応力を低減し円錐ころ軸受の長寿命化を図ることができる。図26に示すように、接触部クラウニング部分27の母線が、ころ軸方向に沿って平坦に形成されたストレート部分27Aと、対数クラウニングの対数曲線で形成された部分27Bとによって表されてもよい。 Part or all of the generatrix of the contact portion crowning portion 27 may be represented by logarithmic crowning. The contact portion crowning portion 27 represented by the logarithmic crowning can reduce the surface pressure and the stress of the contact portion and extend the life of the conical roller bearing. As shown in FIG. 26, the generatrix of the contact portion crowning portion 27 may be represented by a straight portion 27A formed flat along the roller axis direction and a portion 27B formed by a logarithmic curve of logarithmic crowning. ..

この発明の他の実施形態として、円錐ころ軸受において、クラウニングを、ころ12に設けると共に内輪13にも設けてもよい。この場合、ころ12のドロップ量と内輪13のドロップ量との和が、上記の最適化されたドロップ量と等しくなるようにする。これらクラウニングにより、面圧や接触部の応力を低減し円錐ころ軸受の長寿命化を図ることができる。さらに、従来の単一円弧クラウニングのものより研削量を抑え、ころ12の加工効率の向上を図り、製造コストの低減を図ることができる。 As another embodiment of the present invention, in the conical roller bearing, crowning may be provided on the roller 12 as well as on the inner ring 13. In this case, the sum of the drop amount of the roller 12 and the drop amount of the inner ring 13 is made equal to the optimized drop amount described above. By these crownings, it is possible to reduce the surface pressure and the stress of the contact portion and extend the life of the conical roller bearing. Further, the grinding amount can be suppressed as compared with the conventional single arc crowning, the processing efficiency of the roller 12 can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.

この発明の円錐ころ軸受は、内外輪およびころを含む円錐ころ軸受であって、少なくともころの外周のころ転動面にクラウニングを形成し、ころ転動面のクラウニング形成部分を、内輪軌道面の軸方向範囲にあって内輪軌道面に接する接触部クラウニング部分と、内輪軌道面の軸方向範囲から外れて内輪軌道面に非接触となる非接触部クラウニング部分とに形成し、これら接触部クラウニング部分と非接触部クラウニング部分は、ころ軸方向に延びる母線が、互いに異なる関数で表されかつ互いに接続点で滑らかに連続する線であり、上記接続点の近傍において、非接触部クラウニング部分の母線の曲率が、接触部クラウニング部分の母線の曲率よりも小さいことを特徴とする。 The conical roller bearing of the present invention is a conical roller bearing including inner and outer rings and rollers, in which crowning is formed on at least the roller rolling surface on the outer periphery of the roller, and the crowning forming portion of the roller rolling surface is formed on the inner ring raceway surface. A contact portion crowning portion that is in the axial range and is in contact with the inner ring raceway surface, and a non-contact portion crowning portion that deviates from the axial range of the inner ring raceway surface and is not in contact with the inner ring raceway surface. The non-contact portion crowning portion is a line in which the bus lines extending in the roller axis direction are represented by different functions and are smoothly continuous at the connection points, and in the vicinity of the connection points, the bus lines of the non-contact portion crowning portion The curvature is smaller than the curvature of the bus of the contact portion crowning portion.

上記「滑らかに連続する」とは、角を生じずに連続することであり、理想的には、接触部クラウニング部分の母線と、非接触部クラウニング部分の母線とが、互いの連続点において、共通の接線を持つように続くことで、すなわち上記母線が上記連続点で連続的微分可能な関数であることである。 The above-mentioned "smoothly continuous" means that the bus is continuous without forming a corner, and ideally, the generatrix of the contact portion crowning portion and the generatrix of the non-contact portion crowning portion are at continuous points with each other. By continuing to have a common tangent, that is, the generatrix is a continuously differentiable function at the continuum.

この構成によると、ころの外周のころ転動面にクラウニングを形成したため、内輪軌道面のみにクラウニングを形成する場合よりも、ころ転動面に砥石を必要十分に作用させ得る。よって転動面に対する加工不良を未然に防止できる。ころ転動面に形成したクラウニングにより、面圧や接触部の応力を低減し円錐ころ軸受の長寿命化を図ることができる。さらに、接触部クラウニング部分と、非接触部クラウニング部分との接続点の近傍において、非接触部クラウニング部分の母線の曲率が、接触部クラウニング部分の母線の曲率よりも小さいため、ころの両端部のドロップ量の低減を図ることができる。したがって、例えば従来の単一円弧クラウニングのものより研削量を抑え、ころの加工効率の向上を図り、製造コストの低減を図ることができる。 According to this configuration, since the crowning is formed on the roller rolling surface on the outer circumference of the roller, the grindstone can act on the rolling surface of the roller more than necessary and sufficient as compared with the case where the crowning is formed only on the inner ring raceway surface. Therefore, it is possible to prevent processing defects on the rolling surface. The crowning formed on the roller rolling surface reduces the surface pressure and the stress of the contact portion, and can extend the life of the conical roller bearing. Further, in the vicinity of the connection point between the contact portion crowning portion and the non-contact portion crowning portion, the curvature of the generatrix of the non-contact portion crowning portion is smaller than the curvature of the generatrix of the contact portion crowning portion. The amount of drops can be reduced. Therefore, for example, the grinding amount can be suppressed as compared with the conventional single arc crowning, the machining efficiency of the rollers can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.

上記非接触部クラウニング部分の母線は、大径側の部分および小径側の部分のいずれか一方または両方が円弧であってもよい。この場合、ころ転動面全体の母線を例えば対数曲線で表すものより、ドロップ量の低減を図ることができる。したがって、研削量の低減を図れる。 The generatrix of the non-contact portion crowning portion may be an arc in either or both of the large diameter side portion and the small diameter side portion. In this case, the drop amount can be reduced as compared with the generatrix of the entire roller rolling surface represented by, for example, a logarithmic curve. Therefore, the amount of grinding can be reduced.

上記非接触部クラウニング部分の母線は、大径側の部分および小径側の部分のいずれか一方または両方が直線であってもよい。この場合、非接触部クラウニング部分の母線を円弧とする場合よりもさらにドロップ量の低減を図ることができる。 The generatrix of the non-contact portion crowning portion may be a straight line in either or both of the large diameter side portion and the small diameter side portion. In this case, the drop amount can be further reduced as compared with the case where the generatrix of the non-contact portion crowning portion is an arc.

上記接触部クラウニング部分の母線の一部または全部が対数クラウニングで表されてもよい。この対数クラウニングで表される接触部クラウニング部分により、面圧や接触部の応力を低減し円錐ころ軸受の長寿命化を図ることができる。 A part or all of the generatrix of the contact portion crowning portion may be represented by logarithmic crowning. The contact portion crowning portion represented by the logarithmic crowning can reduce the surface pressure and the stress of the contact portion and extend the life of the conical roller bearing.

上記接触部クラウニング部分の母線が、ころ軸方向に沿って平坦に形成されたストレート部分と、対数クラウニングの対数曲線で形成された部分とによって表されてもよい。 The generatrix of the contact portion crowning portion may be represented by a straight portion formed flat along the roller axis direction and a portion formed by a logarithmic curve of logarithmic crowning.

上記非接触部クラウニング部分の母線のうち、対数クラウニングの対数曲線で形成された部分との接続部を、同対数曲線の勾配と一致させてもよい。この場合、接触部クラウニング部分の母線と非接触部クラウニング部分の母線とを、接続点でより滑らかに連続させ得る。 Of the generatrix of the non-contact portion crowning portion, the connecting portion with the portion formed by the logarithmic curve of the logarithmic crowning may be made to match the gradient of the logarithmic curve. In this case, the generatrix of the contact portion crowning portion and the generatrix of the non-contact portion crowning portion can be made continuous more smoothly at the connection point.

上記接触部クラウニング部分の母線を、上記式(1)で表される対数クラウニングの対数曲線により形成してもよい。 The generatrix of the contact portion crowning portion may be formed by the logarithmic curve of the logarithmic crowning represented by the above equation (1).

上記式(1)のうち、少なくともK1,zmについて数理的最適化手法を利用して最適設計してもよい。 Of the above equation (1), at least K 1 and z m may be optimally designed by using a mathematical optimization method.

内輪軌道面にクラウニングが施されており、この内輪軌道面のクラウニングのドロップ量と、ころの外周のクラウニングのドロップ量との和が所定の値となるものであってもよい。 The inner ring raceway surface is crowned, and the sum of the crowning drop amount on the inner ring raceway surface and the crowning drop amount on the outer circumference of the roller may be a predetermined value.

この発明の円錐ころ軸受の設計方法は、内外輪およびころを含む円錐ころ軸受の設計方法であって、少なくともころの外周のころ転動面にクラウニングを形成し、ころ転動面のクラウニング形成部分を、内輪軌道面の軸方向範囲にあって内輪軌道面に接する接触部クラウニング部分と、内輪軌道面の軸方向範囲から外れて内輪軌道面に非接触となる非接触部クラウニング部分とに形成し、これら接触部クラウニング部分と非接触部クラウニング部分は、ころ軸方向に延びる母線が、互いに異なる関数で表されかつ互いに接続点で滑らかに連続する線とし、上記接触部クラウニング部分の母線を、上記式(1)で表される対数クラウニングの対数曲線により形成し、上記接続点の近傍において、非接触部クラウニング部分の母線の曲率を、接触部クラウニング部分の母線の曲率よりも小さく設計することを特徴とする。 The method for designing a conical roller bearing of the present invention is a method for designing a conical roller bearing including inner and outer rings and rollers. Is formed into a contact portion crowning portion that is in the axial range of the inner ring raceway surface and is in contact with the inner ring raceway surface, and a non-contact portion crowning portion that is out of the axial range of the inner ring raceway surface and is not in contact with the inner ring raceway surface. In the contact portion crowning portion and the non-contact portion crowning portion, the bus lines extending in the roller axis direction are represented by different functions and are smoothly continuous at the connection points, and the bus line of the contact portion crowning portion is defined as the above. It is formed by the logarithmic curve of the logarithmic crowning represented by the equation (1), and the curvature of the bus line of the non-contact portion crowning portion is designed to be smaller than the curvature of the bus line of the contact portion crowning portion in the vicinity of the connection point. It is a feature.

この発明の設計方法により、面圧や接触部の応力を低減し長寿命化を図れる円錐ころ軸受を簡単に設計し得る。また、ころのドロップ量の低減を図り、製造コストの低減を図れる円錐ころ軸受を設計可能である。 According to the design method of the present invention, it is possible to easily design a conical roller bearing capable of reducing the surface pressure and the stress of the contact portion and extending the life. In addition, it is possible to design a conical roller bearing that can reduce the amount of roller drop and reduce the manufacturing cost.

<円錐ころ軸受の適用例>
上記実施の形態1〜5に係る円錐ころ軸受1A,1Bの用途の一例について説明する。上述したように、実施の形態1〜5に係る円錐ころ軸受は、デファレンシャルおよびトランスミッションに好適である。上述した円錐ころ軸受10が自動車のデファレンシャル又はトランスミッションに使用される。すなわち、円錐ころ軸受10は、自動車用円錐ころ軸受である。
<Application example of conical roller bearing>
An example of applications of the conical roller bearings 1A and 1B according to the above embodiments 1 to 5 will be described. As described above, the conical roller bearings according to the first to fifth embodiments are suitable for differentials and transmissions. The above-mentioned conical roller bearing 10 is used for an automobile differential or transmission. That is, the conical roller bearing 10 is a conical roller bearing for automobiles.

図27は、上述した円錐ころ軸受10を使用した自動車のデファレンシャルを示す。このデファレンシャルは、プロペラシャフト(図示省略)に連結され、デファレンシャルケース121に挿通されたドライブピニオン122が、差動歯車ケース123に取り付けられたリングギヤ124と噛み合わされ、差動歯車ケース123の内部に取り付けられたピニオンギヤ125が、差動歯車ケース123に左右から挿通されるドライブシャフト(図示省略)に連結されるサイドギヤ126と噛み合わされて、エンジンの駆動力がプロペラシャフトから左右のドライブシャフトに伝達されるようになっている。このデファレンシャルでは、動力伝達軸であるドライブピニオン122と差動歯車ケース123が、それぞれ一対の円錐ころ軸受10a、10bで支持されている。 FIG. 27 shows a differential of an automobile using the above-mentioned conical roller bearing 10. This differential is connected to a propeller shaft (not shown), and a drive pinion 122 inserted through the differential case 121 is meshed with a ring gear 124 attached to the differential gear case 123 and attached to the inside of the differential gear case 123. The pinion gear 125 is meshed with the side gear 126 connected to the drive shaft (not shown) inserted from the left and right into the differential gear case 123, and the driving force of the engine is transmitted from the propeller shaft to the left and right drive shafts. It has become like. In this differential, the drive pinion 122 and the differential gear case 123, which are power transmission shafts, are supported by a pair of conical roller bearings 10a and 10b, respectively.

図28は、上述した円錐ころ軸受10を使用した自動車のマニュアルトランスミッションを示す。マニュアルトランスミッション100は、常時噛合い式のマニュアルトランスミッションであって、入力シャフト111と、出力シャフト112と、カウンターシャフト113と、ギア(歯車)114a〜114kと、ハウジング115とを備えている。 FIG. 28 shows a manual transmission of an automobile using the above-mentioned conical roller bearing 10. The manual transmission 100 is a constantly meshing type manual transmission, and includes an input shaft 111, an output shaft 112, a counter shaft 113, gears 114a to 114k, and a housing 115.

入力シャフト111は、円錐ころ軸受1A,1Bによりハウジング115に対して回転可能に支持されている。この入力シャフト111の外周にはギア114aが形成され、内周にはギア114bが形成されている。 The input shaft 111 is rotatably supported by the conical roller bearings 1A and 1B with respect to the housing 115. A gear 114a is formed on the outer circumference of the input shaft 111, and a gear 114b is formed on the inner circumference.

一方、出力シャフト112は、一方側(図中右側)において円錐ころ軸受1A,1Bによりハウジング115に回転可能に支持されているとともに、他方側(図中左側)において転がり軸受120Aにより入力シャフト111に回転可能に支持されている。この出力シャフト112には、ギア114c〜114gが取り付けられている。 On the other hand, the output shaft 112 is rotatably supported by the housing 115 by the conical roller bearings 1A and 1B on one side (right side in the figure), and is connected to the input shaft 111 by the rolling bearing 120A on the other side (left side in the figure). It is rotatably supported. Gears 114c to 114g are attached to the output shaft 112.

ギア114cおよびギア114dはそれぞれ同一部材の外周と内周に形成されている。ギア114cおよびギア114dが形成される部材は、転がり軸受120Bにより出力シャフト112に対して回転可能に支持されている。ギア114eは、出力シャフト112と一体に回転するように、かつ出力シャフト112の軸方向にスライド可能なように、出力シャフト112に取り付けられている。 The gear 114c and the gear 114d are formed on the outer circumference and the inner circumference of the same member, respectively. The members on which the gears 114c and 114d are formed are rotatably supported by the rolling bearing 120B with respect to the output shaft 112. The gear 114e is attached to the output shaft 112 so as to rotate integrally with the output shaft 112 and to slide in the axial direction of the output shaft 112.

また、ギア114fおよびギア114gの各々は同一部材の外周に形成されている。ギア114fおよびギア114gが形成されている部材は、出力シャフト112と一体に回転するように、かつ出力シャフト112の軸方向にスライド可能なように、出力シャフト112に取り付けられている。ギア114fおよびギア114gが形成されている部材が図中左側にスライドした場合には、ギア114fはギア114bと噛合い可能であり、図中右側にスライドした場合にはギア114gとギア114dとが噛合い可能である。 Further, each of the gear 114f and the gear 114g is formed on the outer periphery of the same member. The member on which the gear 114f and the gear 114g are formed is attached to the output shaft 112 so as to rotate integrally with the output shaft 112 and to slide in the axial direction of the output shaft 112. When the member forming the gear 114f and the gear 114g slides to the left side in the drawing, the gear 114f can mesh with the gear 114b, and when the member slides to the right side in the drawing, the gear 114g and the gear 114d It can be meshed.

カウンターシャフト113には、ギア114h〜114kが形成されている。カウンターシャフト113とハウジング115との間には、2つのスラストニードルころ軸受130が配置され、これによってカウンターシャフト113の軸方向の荷重(スラスト荷重)が支持されている。ギア114hは、ギア114aと常時噛合っており、かつギア114iはギア114cと常時噛合っている。また、ギア114jは、ギア114eが図中左側にスライドした場合に、ギア114eと噛合い可能である。さらに、ギア114kは、ギア114eが図中右側にスライドした場合に、ギア114eと噛合い可能である。 Gears 114h to 114k are formed on the counter shaft 113. Two thrust needle roller bearings 130 are arranged between the counter shaft 113 and the housing 115, whereby an axial load (thrust load) of the counter shaft 113 is supported. The gear 114h is always in mesh with the gear 114a, and the gear 114i is in constant mesh with the gear 114c. Further, the gear 114j can mesh with the gear 114e when the gear 114e slides to the left side in the drawing. Further, the gear 114k can mesh with the gear 114e when the gear 114e slides to the right side in the drawing.

次に、マニュアルトランスミッション100の変速動作について説明する。マニュアルトランスミッション100においては、入力シャフト111に形成されたギア114aと、カウンターシャフト113に形成されたギア114hとの噛み合わせによって、入力シャフト111の回転がカウンターシャフト113へ伝達される。そして、カウンターシャフト113に形成されたギア114i〜114kと出力シャフト112に取り付けられたギア114c、114eとの噛み合わせ等によって、カウンターシャフト113の回転が出力シャフト112へ伝達される。これにより、入力シャフト111の回転が出力シャフト112へ伝達される。 Next, the shifting operation of the manual transmission 100 will be described. In the manual transmission 100, the rotation of the input shaft 111 is transmitted to the counter shaft 113 by meshing the gear 114a formed on the input shaft 111 and the gear 114h formed on the counter shaft 113. Then, the rotation of the counter shaft 113 is transmitted to the output shaft 112 by meshing the gears 114i to 114k formed on the counter shaft 113 with the gears 114c and 114e attached to the output shaft 112. As a result, the rotation of the input shaft 111 is transmitted to the output shaft 112.

入力シャフト111の回転が出力シャフト112へ伝達される際には、入力シャフト111およびカウンターシャフト113の間で噛合うギアと、カウンターシャフト113および出力シャフト112の間で噛合うギアとを変えることによって、入力シャフト111の回転速度に対して出力シャフト112の回転速度を段階的に変化させることができる。また、カウンターシャフト113を介さずに入力シャフト111のギア114bと出力シャフト112のギア114fとを直接噛合わせることによって、入力シャフト111の回転を出力シャフト112へ直接伝達することもできる。 When the rotation of the input shaft 111 is transmitted to the output shaft 112, by changing the gear that meshes between the input shaft 111 and the counter shaft 113 and the gear that meshes between the counter shaft 113 and the output shaft 112. , The rotation speed of the output shaft 112 can be changed stepwise with respect to the rotation speed of the input shaft 111. Further, the rotation of the input shaft 111 can be directly transmitted to the output shaft 112 by directly engaging the gear 114b of the input shaft 111 and the gear 114f of the output shaft 112 without going through the counter shaft 113.

以下に、マニュアルトランスミッション100の変速動作をより具体的に説明する。ギア114fがギア114bと噛合わず、ギア114gがギア114dと噛合わず、かつギア114eがギア114jと噛合う場合には、入力シャフト111の駆動力は、ギア114a、ギア114h、ギア114jおよびギア114eを介して出力シャフト112に伝達される。これが、たとえば第1速とされる。 The shifting operation of the manual transmission 100 will be described in more detail below. When the gear 114f does not mesh with the gear 114b, the gear 114g does not mesh with the gear 114d, and the gear 114e meshes with the gear 114j, the driving force of the input shaft 111 is the gear 114a, the gear 114h, the gear 114j, and the gear 114j. It is transmitted to the output shaft 112 via the gear 114e. This is, for example, the first speed.

ギア114gがギア114dと噛合い、ギア114eがギア114jと噛合わない場合には、入力シャフト111の駆動力は、ギア114a、ギア114h、ギア114i、ギア114c、ギア114dおよびギア114gを介して出力シャフト112に伝達される。これが、たとえば第2速とされる。 When the gear 114g meshes with the gear 114d and the gear 114e does not mesh with the gear 114j, the driving force of the input shaft 111 is via the gear 114a, the gear 114h, the gear 114i, the gear 114c, the gear 114d and the gear 114g. It is transmitted to the output shaft 112. This is, for example, the second speed.

ギア114fがギア114bと噛合い、ギア114eがギア114jと噛合わない場合には、入力シャフト111はギア114bおよびギア114fとの噛合いにより出力シャフト112に直結され、入力シャフト111の駆動力は直接出力シャフト112に伝達される。これが、たとえば第3速とされる。 When the gear 114f meshes with the gear 114b and the gear 114e does not mesh with the gear 114j, the input shaft 111 is directly connected to the output shaft 112 by meshing with the gear 114b and the gear 114f, and the driving force of the input shaft 111 is reduced. It is directly transmitted to the output shaft 112. This is, for example, the third speed.

上述のように、マニュアルトランスミッション100は、回転部材としての入力シャフト111および出力シャフト112をこれに隣接して配置されるハウジング115に対して回転可能に支持するために、円錐ころ軸受1A,1Bを備えている。このように、上記実施の形態1および2に係る円錐ころ軸受1A,1Bは、マニュアルトランスミッション100内において使用することができる。そして、トルク損失が低減され、かつ耐焼付き性および寿命が向上した円錐ころ軸受1A,1Bは、転動体と軌道部材との間に高い面圧が付与されるマニュアルトランスミッション100内での使用に好適である。 As described above, the manual transmission 100 rotatably supports the input shaft 111 and the output shaft 112 as rotating members with respect to the housing 115 arranged adjacent thereto, so that the conical roller bearings 1A and 1B are provided. I have. As described above, the conical roller bearings 1A and 1B according to the first and second embodiments can be used in the manual transmission 100. The conical roller bearings 1A and 1B having reduced torque loss and improved seizure resistance and life are suitable for use in a manual transmission 100 in which a high surface pressure is applied between the rolling element and the raceway member. Is.

ところで、自動車の動力伝達装置であるトランスミッション又はデファレンシャル等においては、省燃費化のために、低粘度の潤滑油を使用する他に、少油量化を図る傾向にあり、円錐ころ軸受において、十分な油膜が形成され難いことがある。また、トランスミッション又はデファレンシャルが低温環境下(例えば、−40℃〜−30℃)で使用されると、潤滑油の粘度が上がるため、特に始動時には当該潤滑油が円錐ころ軸受に十分に供給されないことがある。このため、自動車用の円錐ころ軸受では、耐焼き付き性および寿命の向上が要求されている。よって、耐焼き付き性および寿命が向上した上記の円錐ころ軸受10をトランスミッション又はデファレンシャルに組み込むことで上記要求を満たすことができる。 By the way, in transmissions or differentials, which are power transmission devices for automobiles, in addition to using low-viscosity lubricating oil, there is a tendency to reduce the amount of oil in order to save fuel consumption, which is sufficient for conical roller bearings. It may be difficult to form an oil film. In addition, when the transmission or differential is used in a low temperature environment (for example, -40 ° C to -30 ° C), the viscosity of the lubricating oil increases, so that the lubricating oil is not sufficiently supplied to the cone roller bearings, especially at the time of starting. There is. For this reason, conical roller bearings for automobiles are required to have seizure resistance and improved life. Therefore, the above requirements can be satisfied by incorporating the above-mentioned conical roller bearing 10 having improved seizure resistance and life into a transmission or a differential.

今回開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものであることが意図される。 It should be considered that the embodiments and examples disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is not shown in the above embodiments and examples, but is indicated by the scope of claims, and is intended to include all modifications and modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims. ..

10,10a 軸受、11 外輪、11A,13A 軌道面、12A 転動面、11B,12B,13B 窒素富化層、 11C,12C,13C 未窒化部、 12D 端面、 12E 加工前表面、13 内輪、14 保持器、14d 柱面、16 大端面、17 小端面、18 大鍔面、19 小鍔面、 21 面取り部、 22,24 クラウニング部、 23 中央部、 26 中心線、 31 第1測定点、 32 第2測定点、 33 第3測定点、41 大つば部、42 小つば部、43,44 研削逃げ部。 10,10a bearing, 11 outer ring, 11A, 13A raceway surface, 12A rolling surface, 11B, 12B, 13B nitrogen enriched layer, 11C, 12C, 13C unnitrided part, 12D end face, 12E unprocessed surface, 13 inner ring, 14 Cage, 14d Pillar surface, 16 large end surface, 17 small end surface, 18 large collar surface, 19 small collar surface, 21 chamfered part, 22, 24 crowning part, 23 center part, 26 center line, 31 first measurement point, 32 2nd measurement point, 33 3rd measurement point, 41 large brim, 42 small brim, 43,44 grinding relief.

Claims (12)

内周面において外輪軌道面を有する外輪と、
外周面において内輪軌道面と前記内輪軌道面よりも大径側に配置された大鍔面とを有し、前記外輪の内側に配置された内輪と、
前記外輪軌道面および前記内輪軌道面と接触する転動面と前記大鍔面と接触する大端面とを有し、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に配列される複数の円錐ころとを備え、
前記外輪、前記内輪および前記複数の円錐ころのうちの少なくともいずれか1つは、前記外輪軌道面、前記内輪軌道面または前記転動面の表面層に形成された窒素富化層を含み、
前記窒素富化層は、前記表面層の最表面に垂直な断面について深さ方向においてビッカース硬さ測定機を用いて硬度分布を測定したときに、ビッカース硬さがHV450以上の領域であり、
前記表面層の前記最表面から前記窒素富化層の底部までの距離は0.2mm以上であり、
前記円錐ころの前記大端面の少なくとも一部は、研削加工された面であり、
前記円錐ころの前記転動面にはクラウニングが形成され、
前記円錐ころの前記大端面と前記クラウニングとの間には面取り部が形成されており、
前記大端面の中央部には、凹部が形成されており、
前記大端面の外周部には、前記凹部と接続されている内周端および前記面取り部と接続されている外周端を有する凸部が形成されており、
前記円錐ころの転動軸に沿った断面において、前記円錐ころの前記大端面は、前記凸部の前記外周端と前記面取り部とを接続している点C1、C4、前記凸部の前記内周端と前記凹部とを接続している点C2、C3、前記大端面上の前記点C1と前記点C2との中間点P5、および前記大端面上の前記点C3と前記点C4との中間点P6を含み、
前記断面において、前記点C1、前記中間点P5、前記中間点P6、および前記点C4を通る単一円弧の曲率半径を基準曲率半径R、前記円錐ころの円錐角の頂点から前記内輪の前記大鍔面までの距離をRBASEとしたとき、R/RBASEの値が0.75以上0.87以下であり、
前記断面において、前記点C1、前記中間点P5、前記点C2を通る円弧の曲率半径を実曲率半径R process としたとき、前記実曲率半径Rprocessと前記基準曲率半径Rとの比率Rprocess/Rが0.8以上であり、
前記クラウニングのドロップ量の和は、前記円錐ころの前記転動面の母線をy軸とし、母線直交方向をz軸とするy−z座標系において、K,K,zを設計パラメータ、Qを荷重、Lを前記円錐ころにおける前記転動面の有効接触部の母線方向長さ、E’を等価弾性係数、aを前記円錐ころの前記転動面の母線上にとった原点から前記有効接触部の端部までの長さ、A=2KQ/πLE’としたときに、式(1)で表される、円錐ころ軸受。
Figure 0006965005
An outer ring having an outer ring raceway surface on the inner peripheral surface,
An inner ring having an inner ring raceway surface and a large collar surface arranged on a larger diameter side than the inner ring raceway surface on the outer peripheral surface, and an inner ring arranged inside the outer ring,
A plurality of conical rollers having an outer ring raceway surface, a rolling surface in contact with the inner ring raceway surface, and a large end surface in contact with the large collar surface, and arranged between the outer ring raceway surface and the inner ring raceway surface. With and
At least one of the outer ring, the inner ring and the plurality of conical rollers includes a nitrogen-enriched layer formed on the surface layer of the outer ring raceway surface, the inner ring raceway surface or the rolling surface.
The nitrogen-enriched layer is a region in which the Vickers hardness is HV450 or higher when the hardness distribution is measured in the depth direction with respect to the cross section perpendicular to the outermost surface of the surface layer using a Vickers hardness measuring machine.
The distance from the outermost surface of the surface layer to the bottom of the nitrogen-enriched layer is 0.2 mm or more.
At least a portion of the large end surface of the conical roller is a ground surface.
Crowning is formed on the rolling surface of the conical roller.
A chamfered portion is formed between the large end surface of the conical roller and the crowning.
A recess is formed in the central portion of the large end surface.
A convex portion having an inner peripheral end connected to the concave portion and an outer peripheral end connected to the chamfered portion is formed on the outer peripheral portion of the large end surface.
In a cross section along the rolling axis of the conical roller, the large end surface of the conical roller has points C1 and C4 connecting the outer peripheral end of the convex portion and the chamfered portion, and the inside of the convex portion. Points C2 and C3 connecting the peripheral end and the recess, an intermediate point P5 between the point C1 and the point C2 on the large end surface, and an intermediate point between the point C3 and the point C4 on the large end surface. Including point P6
In the cross section, the radius of curvature of a single arc passing through the point C1, the intermediate point P5, the intermediate point P6, and the point C4 is set as the reference radius of curvature R, and the large diameter of the inner ring from the apex of the conical angle of the conical roller. when the distance to the flange surface and the R BASE, the value of R / R BASE is 0.75 or more 0.87 or less,
In the cross section, the point C1, the midpoint P5, the radius of curvature of the arc passing through the point C2 actual radius of curvature R process, and the time, the ratio R process and the actual curvature radius R process and the reference radius of curvature R / R is 0.8 or more,
The sum of the drop amounts of the crowning has K 1 , K 2 , and z m as design parameters in the y-z coordinate system in which the generatrix of the rolling surface of the conical roller is the y-axis and the generatrix orthogonal direction is the z-axis. , Q is the load, L is the length of the effective contact portion of the rolling surface of the conical roller in the generatrix direction, E'is the equivalent elastic coefficient, and a is from the origin taken on the generatrix of the rolling surface of the conical roller. A conical roller bearing represented by the equation (1) when the length to the end of the effective contact portion is A = 2K 1 Q / πLE'.
Figure 0006965005
前記窒素富化層における旧オーステナイト結晶粒径はJIS規格の粒度番号が10以上である、請求項1に記載の円錐ころ軸受。 The conical roller bearing according to claim 1, wherein the former austenite crystal particle size in the nitrogen-enriched layer has a JIS standard particle size number of 10 or more. 前記最表面から0.05mmの深さ位置での前記窒素富化層における窒素濃度が0.1質量%以上である、請求項1または2に記載の円錐ころ軸受。 The conical roller bearing according to claim 1 or 2, wherein the nitrogen concentration in the nitrogen-enriched layer at a depth of 0.05 mm from the outermost surface is 0.1% by mass or more. 前記式(1)のK1,K2,zmの少なくとも1つが、面圧を目的関数として最適化され
ている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の円錐ころ軸受。
The conical roller bearing according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one of K 1 , K 2 , and z m of the above formula (1) is optimized with the surface pressure as an objective function.
前記円錐ころの前記転動面において前記クラウニングが形成されたクラウニング形成部分は、前記内輪軌道面の軸方向範囲にあって前記内輪軌道面に接する接触部クラウニング部分と、前記内輪軌道面の軸方向範囲から外れて前記内輪軌道面に非接触となる非接触部クラウニング部分とを含み、
前記接触部クラウニング部分と前記非接触部クラウニング部分とにおいては、ころ軸方向に延びる母線が、互いに異なる関数で表されかつ互いに接続点で滑らかに連続する線であり、
前記接続点の近傍において、前記非接触部クラウニング部分の母線の曲率が、前記接触部クラウニング部分の母線の曲率よりも小さい、請求項1〜4のいずれか1項に記載の円錐ころ軸受。
The crowning-forming portion in which the crowning is formed on the rolling surface of the conical roller is a contact portion crowning portion in the axial range of the inner ring raceway surface and in contact with the inner ring raceway surface, and the axial direction of the inner ring raceway surface. Including a non-contact portion crowning portion that is out of range and is non-contact with the inner ring raceway surface.
In the contact portion crowning portion and the non-contact portion crowning portion, the generatrix extending in the roller axis direction is a line represented by a function different from each other and smoothly continuous at the connection point.
The conical roller bearing according to any one of claims 1 to 4, wherein the curvature of the generatrix of the non-contact portion crowning portion is smaller than the curvature of the generatrix of the contact portion crowning portion in the vicinity of the connection point.
前記非接触部クラウニング部分の母線は、大径側の部分および小径側の部分のいずれか一方または両方が円弧である、請求項5に記載の円錐ころ軸受。 The conical roller bearing according to claim 5, wherein the generatrix of the non-contact portion crowning portion is an arc in either or both of the large diameter side portion and the small diameter side portion. 前記非接触部クラウニング部分の母線は、大径側の部分および小径側の部分のいずれか一方または両方が直線である、請求項5に記載の円錐ころ軸受。 The conical roller bearing according to claim 5, wherein the generatrix of the non-contact portion crowning portion is a straight line in either or both of the large diameter side portion and the small diameter side portion. 前記接触部クラウニング部分の母線の一部または全部が対数クラウニングで表される、請求項5〜7のいずれか1項に記載の円錐ころ軸受。 The conical roller bearing according to any one of claims 5 to 7, wherein a part or all of the generatrix of the contact portion crowning portion is represented by logarithmic crowning. 前記接触部クラウニング部分の母線が、ころ軸方向に沿って平坦に形成されたストレート部分と、対数クラウニングの対数曲線で形成された部分とによって表される、請求項8に記載の円錐ころ軸受。 The conical roller bearing according to claim 8, wherein the generatrix of the contact portion crowning portion is represented by a straight portion formed flat along the roller axis direction and a portion formed by a logarithmic curve of logarithmic crowning. 前記大端面の表面粗さRaが0.10μm以下であり、前記大鍔面の表面粗さRaが0.063μm以下である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の円錐ころ軸受。 The conical roller bearing according to any one of claims 1 to 9, wherein the surface roughness Ra of the large end surface is 0.10 μm or less, and the surface roughness Ra of the large collar surface is 0.063 μm or less. 前記外輪または前記内輪の少なくともいずれか1つは、前記窒素富化層を含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の円錐ころ軸受。 The conical roller bearing according to any one of claims 1 to 10, wherein at least one of the outer ring and the inner ring includes the nitrogen-enriched layer. 前記円錐ころは前記窒素富化層を含む、請求項1〜11のいずれか1項に記載の円錐ころ軸受。 The conical roller bearing according to any one of claims 1 to 11, wherein the conical roller includes the nitrogen-enriched layer.
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