JP7014561B2

JP7014561B2 - 転がり軸受

Info

Publication number: JP7014561B2
Application number: JP2017200492A
Authority: JP
Inventors: 彰彦梅田; 秀一諫山; 寛之谷; 茂之森; 真也中村; 年弘大前
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2022-02-01
Anticipated expiration: 2037-10-16
Also published as: US10578151B2; US20190113070A1; JP2019074137A

Description

本発明は、回転軸を支持する転がり軸受に関し、特に、回転軸を片持ちで支持するために大荷重を受ける転がり軸受に関する。

従来、特許文献１に記載の転がり軸受は、自動車エンジンのクランクシャフトなどを支持するものとして、エンジンハウジングの加工精度に起因した取り付け不良などで軸受に許容される傾き角以上のミスアライメントが発生する場合に、回転トルクが急激に増大することを解消するためのものである。この転がり軸受は、内方部材の外周面および外方部材の内周面に形成された各軌道面間に転動体が配置され、かつラジアル荷重が負荷された状態で内方部材および外方部材の互いの軸芯が０．１［ｄｅｇ］以上傾いた状態で使用可能な転がり軸受であり、ラジアル隙間Δ［ｍｍ］が、ピッチ円直径をｄｍ［ｍｍ］とすると、ｄｍ×１０^-３＜Δ＜２ｄｍ×１０^-３の関係を有する。

特開２００８－１９６６９１号公報

本発明の転がり軸受は、例えば、回転軸を片持ちで支持することで大荷重を受け、過大なラジアル荷重が生じる環境で使用することを想定している。このような環境において、上述した特許文献１に記載の転がり軸受では、軸芯の傾きがより大きいため、上記のごとく設定されたラジアル隙間であっても、回転トルクの増大を解消することが難しい。

本発明は上述した課題を解決するものであり、過大なラジアル荷重により回転軸の軸芯が大きく傾いた場合であっても、回転トルクの増大を解消することのできる転がり軸受を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の転がり軸受は、固定体に支持される外輪と、回転軸が支持される内輪と、前記外輪の内溝と前記内輪の外溝との間に配置される転動体とを備える転がり軸受において、前記外輪の内溝または前記内輪の外溝のうちの少なくとも前記内溝の曲率半径Ｒを、前記転動体の半径ｒに対して、２ｒ×０．５３≦Ｒ≦２ｒ×０．５５の範囲に設定することを特徴とする。

この転がり軸受によれば、少なくとも内溝と転動体とが接触する接触楕円の面積が比較的小さくなるため、転動体が拘束された状態での内溝および外溝との接触が緩和される。この結果、回転トルク（摩擦トルク）の増大を解消することができる。

上述の目的を達成するために、本発明の転がり軸受は、固定体に支持される外輪と、回転軸が支持される内輪と、前記外輪の内溝と前記内輪の外溝との間に配置される転動体とを備える転がり軸受において、前記外輪の内溝または前記内輪の外溝のうちの少なくとも前記内溝の曲率半径Ｒを、前記転動体のピッチ径を半径とした軌跡に沿って設定することを特徴とする。

この転がり軸受によれば、少なくとも内溝の曲率半径Ｒが、負荷側において転動体が内溝に接触する接触部を中心にして内輪が傾斜する半径と同等になり、転動体が内溝に沿って移動するため、当該転動体が拘束されない。この結果、回転トルク（摩擦トルク）の増大を解消することができる。

上述の目的を達成するために、本発明の転がり軸受は、固定体に支持される外輪と、回転軸が支持される内輪と、前記外輪の内溝と前記内輪の外溝との間に配置される転動体とを備える転がり軸受において、前記内輪の回転角度が設定されており、反負荷側となる前記転動体を弾性部材で形成することを特徴とする。

この転がり軸受によれば、転動体が弾性変形することで、拘束による荷重が緩和される。この結果、回転トルク（摩擦トルク）の増大を解消することができる。

上述の目的を達成するために、本発明の転がり軸受は、固定体に支持される外輪と、回転軸が支持される内輪と、前記外輪の内溝と前記内輪の外溝との間に配置される転動体とを備える転がり軸受において、前記内輪の回転角度が設定されており、反負荷側となる前記転動体を除くことを特徴とする。

この転がり軸受によれば、反負荷側において拘束される転動体が除かれている。この結果、回転トルク（摩擦トルク）の増大を解消することができる。

本発明によれば、回転軸の軸芯が傾いた場合の回転トルクの増大を解消することができる。

図１は、本発明の実施形態１に係る転がり軸受の概略図である。図２は、本発明の実施形態２に係る転がり軸受の概略図である。図３は、本発明の実施形態３に係る転がり軸受の概略図である。図４は、本発明の実施形態４に係る転がり軸受の概略図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態１］
図１は、本実施形態に係る転がり軸受の概略図である。図１に示すように、転がり軸受１は、固定体１１に支持されるリング状の外輪２と、回転軸１２が支持されるリング状の内輪３と、外輪２の内周面に設けられた内溝２ａと内輪３の外周面に設けられた外溝３ａとの間で外輪２および内輪３のリング状に沿って複数配置される球状の転動体４とを備える。すなわち、図１で示す転がり軸受１は、玉軸受として構成されている。また、図には明示しないが、転がり軸受１は、各転動体４を所定間隔に保持する保持器が設けられている。また、図には明示しないが、回転軸１２は、モータなどの駆動部が接続されている。

このような、転がり軸受１において、外輪２の内溝２ａおよび内輪３の外溝３ａは、その曲率半径Ｒが、転動体４の半径ｒに対して、２ｒ×０．５３≦Ｒ≦２ｒ×０．５５の範囲に設定されている。一般的な転がり軸受にあっては、曲率半径Ｒと半径ｒとの関係が、２ｒ×０．５１≦Ｒ≦２ｒ×０．５２の範囲程度であり、本実施形態の転がり軸受１は、一般よりも曲率半径Ｒが大きく設定されている。曲率半径Ｒと半径ｒとの関係を、２ｒ×０．５３≦Ｒ≦２ｒ×０．５５とするにあたっては、一般よりも曲率半径Ｒを大きくするか、または半径ｒを小さくする。

通常では、図１（ａ）に示すように、回転軸１２の軸芯Ｃが、転がり軸受１のラジアル方向の軸Ｓに直交する関係である。この状態から、図１（ｂ）に示すように、回転軸１２の自重や、回転軸１２により回転される構造物の重量や、回転軸１２に作用する外力などにより、回転軸１２が矢印Ｄ方向に傾斜する。これは、回転軸１２を片持ちで支持した場合に生じやすい。すると、回転軸１２の傾斜に伴い、負荷側において転動体４が内溝２ａに接触する接触部を中心にして内輪３が傾斜し、反負荷側において、外輪２における内溝２ａの肩部と、内輪３における外溝３ａの肩部との間で転動体４が挟まって拘束されることで、回転トルク（摩擦トルク）が増大することになる。

そこで、本実施形態の転がり軸受１は、上述したように、外輪２の内溝２ａおよび内輪３の外溝３ａが、一般よりも曲率半径Ｒが大きく設定されている。このため、外輪２の内溝２ａおよび内輪３の外溝３ａと転動体４とが接触する接触楕円の面積が一般よりも小さくなる。このため、転動体４が拘束された状態での内溝２ａおよび外溝３ａとの接触が緩和される。この結果、回転トルクの増大を解消することが可能になる。

特に、本実施形態の転がり軸受１は、設置スペースが限られたもので、大型化により回転トルクの増大を解消することができないものにおいて顕著な効果を得ることができる。

なお、接触楕円の面積を小さくすると、外輪２の内溝２ａおよび内輪３の外溝３ａと転動体４とが接触する接触面圧が増大する。本実施形態の転がり軸受１では、最大接触面圧４［ＧＰａ］または５［ＧＰａ］以上となる転がり軸受を想定している。また、本実施形態の転がり軸受１では、内輪３の傾斜角θが１×１０^－２［ｒａｄ］以上となる転がり軸受を想定している。

なお、上述した実施形態では、外輪２の内溝２ａおよび内輪３の外溝３ａの曲率半径Ｒを設定しているが、外輪２の内溝２ａまたは内輪３の外溝３ａの少なくとも内溝２ａについて曲率半径Ｒを設定しても、内溝２ａ側において転動体４が接触する接触楕円の面積が小さくなり、転動体４が拘束された状態での内溝２ａとの接触を緩和することができるため、回転トルクの増大を解消することが可能である。

また、曲率半径Ｒを設定する内溝２ａおよび外溝３ａは、周方向全体であってもよいが、転動体４が拘束されるのは反負荷側であることから、当該反負荷側において内溝２ａまたは外溝３ａの少なくとも内溝２ａの曲率半径Ｒを設定してもよい。

また、上述した実施形態では、曲率半径Ｒと半径ｒとの関係を、２ｒ×０．５３≦Ｒ≦２ｒ×０．５５の範囲としたが、内溝２ａ側において転動体４が接触する接触楕円の面積を極力小さくする観点から、２ｒ×０．５３≦Ｒの範囲としてもよい。ただし、内溝２ａおよび外溝３ａの肩部から転動体４が外れないように、当該肩部のみ曲率半径Ｒを小さく形成するなど、溝形状を設定する。つまり、曲率半径Ｒと半径ｒとの関係を、２ｒ×０．５３≦Ｒ≦２ｒ×０．５５の範囲とすることで、内溝２ａおよび外溝３ａの肩部から転動体４が外れる事態を防ぐことが可能である。

［実施形態２］
図２は、本実施形態に係る転がり軸受の概略図である。図２に示すように、転がり軸受１は、固定体１１に支持されるリング状の外輪２と、回転軸１２が支持されるリング状の内輪３と、外輪２の内周面に設けられた内溝２ａと内輪３の外周面に設けられた外溝３ａとの間で外輪２および内輪３のリング状に沿って複数配置される球状の転動体４とを備える。すなわち、図２で示す転がり軸受１は、玉軸受として構成されている。また、図には明示しないが、転がり軸受１は、各転動体４を所定間隔に保持する保持器が設けられている。また、図には明示しないが、回転軸１２は、モータなどの駆動部が接続されている。

このような、転がり軸受１において、外輪２の内溝２ａおよび内輪３の外溝３ａは、その曲率半径Ｒが、転動体４のピッチ径Ｌを半径とした軌跡に沿って設定されている。ここで、転動体４のピッチ径Ｌとは、図２（ａ）に示すように、外輪２および内輪３に組まれた複数の転動体４におけるラジアル方向の差し渡し寸法である。

通常では、図２（ａ）に示すように、回転軸１２の軸芯Ｃが、転がり軸受１のラジアル方向の軸Ｓに直交する関係である。この状態から、図２（ｂ）に示すように、回転軸１２の自重や、回転軸１２により回転される構造物の重量や、回転軸１２に作用する外力などにより、回転軸１２が矢印Ｄ方向に傾斜する。これは、回転軸１２を片持ちで支持した場合に生じやすい。すると、従来では、回転軸１２の傾斜に伴い、負荷側において転動体４が内溝２ａに接触する接触部を中心にして内輪３が傾斜し、反負荷側において、外輪２の内溝２ａ肩部と、内輪３の外溝３ａ肩部との間で転動体４が挟まって拘束されることで、回転トルク（摩擦トルク）が増大することになる。

そこで、本実施形態の転がり軸受１は、上述したように、外輪２の内溝２ａおよび内輪３の外溝３ａの曲率半径Ｒが、転動体４のピッチ径Ｌを半径とした軌跡に沿って設定されている。すなわち、外輪２の内溝２ａおよび内輪３の外溝３ａの曲率半径Ｒが、負荷側において転動体４が内溝２ａに接触する接触部を中心にして内輪３が傾斜する半径と同等である。このため、転動体４が内溝２ａに沿って移動し、当該転動体４が拘束されない。この結果、回転トルクの増大を解消することが可能になる。

なお、外輪２の内溝２ａおよび内輪３の外溝３ａの曲率半径Ｒを、転動体４のピッチ径Ｌを半径とした軌跡に沿って設定すると、外輪２の内溝２ａおよび内輪３の外溝３ａと転動体４とが接触する接触楕円の面積が一般よりも小さくなる。接触楕円の面積を小さくすると、外輪２の内溝２ａおよび内輪３の外溝３ａと転動体４とが接触する接触面圧が増大する。本実施形態の転がり軸受１では、最大接触面圧４［ＧＰａ］以上で６［ＧＰａ］を超えない範囲となる転がり軸受を想定している。また、本実施形態の転がり軸受１では、内輪３の傾斜角θが１×１０^－２［ｒａｄ］以上となる転がり軸受を想定している。

なお、上述した実施形態では、外輪２の内溝２ａおよび内輪３の外溝３ａの曲率半径Ｒを、転動体４のピッチ径Ｌを半径とした軌跡に沿って設定しているため、内溝２ａおよび外溝３ａの肩部から転動体４が外れないように、当該肩部のみ曲率半径Ｒを小さく形成するなど、溝形状を設定する。

なお、上述した実施形態では、外輪２の内溝２ａおよび内輪３の外溝３ａの曲率半径Ｒを設定しているが、外輪２の内溝２ａまたは内輪３の外溝３ａの少なくとも内溝２ａについて曲率半径Ｒを設定しても、転動体４が内溝２ａに沿って移動するため、回転トルクの増大を解消することが可能である。

［実施形態３］
図３は、本実施形態に係る転がり軸受の概略図である。図３に示すように、転がり軸受１は、固定体１１に支持されるリング状の外輪２と、回転軸１２が支持されるリング状の内輪３と、外輪２の内周面に設けられた内溝２ａと内輪３の外周面に設けられた外溝３ａとの間で外輪２および内輪３のリング状に沿って複数配置される球状の転動体４とを備える。すなわち、図３で示す転がり軸受１は、玉軸受として構成されている。また、図には明示しないが、転がり軸受１は、各転動体４を所定間隔に保持する保持器が設けられている。また、図には明示しないが、回転軸１２は、モータなどの駆動部が接続されている。

このような、転がり軸受１においては、内輪３の回転角度が設定されている。すなわち、回転軸１２が所定の範囲（例えば、－３０°～３０°）で揺動する構成とされている。この構成において、転がり軸受１は、負荷領域から外れて反負荷側となる転動体５が弾性部材で形成されている。

通常では、図３（ａ）に示すように、回転軸１２の軸芯Ｃが、転がり軸受１のラジアル方向の軸Ｓに直交する関係である。この状態から、図３（ｂ）に示すように、回転軸１２の自重や、回転軸１２により回転される構造物の重量や、回転軸１２に作用する外力などにより、回転軸１２が矢印Ｄ方向に傾斜する。これは、回転軸１２を片持ちで支持した場合に生じやすい。すると、従来では、回転軸１２の傾斜に伴い、負荷側において転動体４が内溝２ａに接触する接触部を中心にして内輪３が傾斜し、反負荷側において、外輪２の内溝２ａ肩部と、内輪３の外溝３ａ肩部との間で転動体４が挟まって拘束されることで、回転トルク（摩擦トルク）が増大することになる。

そこで、本実施形態の転がり軸受１は、上述したように、反負荷側となる転動体５が弾性部材で形成されている。このため、転動体５が弾性変形することで、拘束による荷重が緩和される。この結果、回転トルクの増大を解消することが可能になる。

なお、本実施形態の転がり軸受１では、外輪２の内溝２ａおよび内輪３の外溝３ａと転動体４とが接触する最大接触面圧が４［ＧＰａ］以上となる転がり軸受を想定している。また、本実施形態の転がり軸受１では、内輪３の傾斜角θが１×１０^－２［ｒａｄ］以上となる転がり軸受を想定している。

［実施形態４］
図４は、本実施形態に係る転がり軸受の概略図である。図４に示すように、転がり軸受１は、固定体１１に支持されるリング状の外輪２と、回転軸１２が支持されるリング状の内輪３と、外輪２の内周面に設けられた内溝２ａと内輪３の外周面に設けられた外溝３ａとの間で外輪２および内輪３のリング状に沿って複数配置される球状の転動体４とを備える。すなわち、図４で示す転がり軸受１は、玉軸受として構成されている。また、図には明示しないが、転がり軸受１は、各転動体４を所定間隔に保持する保持器が設けられている。また、図には明示しないが、回転軸１２は、モータなどの駆動部が接続されている。

このような、転がり軸受１においては、内輪３の回転角度が設定されている。すなわち、回転軸１２が所定の範囲（例えば、－３０°～３０°）で揺動する構成とされている。この構成において、転がり軸受１は、負荷領域から外れて反負荷側となる転動体４が除かれている。そして、本実施形態の転がり軸受１は、転動体４を除いた部分に、外輪２および内輪３に非接触なスペーサ６が配置される。このスペーサ６は、例えば、上述した保持器がある。

通常では、図４（ａ）に示すように、回転軸１２の軸芯Ｃが、転がり軸受１のラジアル方向の軸Ｓに直交する関係である。この状態から、図４（ｂ）に示すように、回転軸１２の自重や、回転軸１２により回転される構造物の重量や、回転軸１２に作用する外力などにより、回転軸１２が矢印Ｄ方向に傾斜する。これは、回転軸１２を片持ちで支持した場合に生じやすい。すると、従来では、回転軸１２の傾斜に伴い、負荷側において転動体４が内溝２ａに接触する接触部を中心にして内輪３が傾斜し、反負荷側において、外輪２の内溝２ａ肩部と、内輪３の外溝３ａ肩部との間で転動体４が挟まって拘束されることで、回転トルク（摩擦トルク）が増大することになる。

そこで、本実施形態の転がり軸受１は、上述したように、反負荷側となる転動体４が除かれているため、転動体４が拘束されない。この結果、回転トルクの増大を解消することが可能になる。

１転がり軸受
２外輪
２ａ内溝
３内輪
３ａ外溝
４転動体
５転動体
６スペーサ
１１固定体
１２回転軸
Ｃ回転軸の軸芯
Ｌピッチ径
Ｒ曲率半径
ｒ半径
Ｓラジアル方向の軸

Claims

固定体に支持される外輪と、回転軸が支持される内輪と、前記外輪の内溝と前記内輪の外溝との間に配置される転動体とを備える転がり軸受において、
前記外輪の内溝または前記内輪の外溝のうちの少なくとも前記内溝の曲率半径Ｒを、前記転動体の半径ｒに対して、２ｒ×０．５３≦Ｒ≦２ｒ×０．５５の範囲に設定し、
前記内輪は、負荷側において、前記転動体が前記外輪の前記内溝に接触する接触部を中心にして傾斜あり、傾斜角が１×１０ ^－２［ｒａｄ］以上であり、
前記内溝は、肩部の曲率半径が他の部分よりも曲率半径よりも小さいことを特徴とする転がり軸受。