專利名稱：圓錐滾子軸承及使用該軸承的車輛用小齒輪軸支承裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明例如涉及適用于汽車等中的差動齒輪裝置、驅(qū)動橋齒輪裝置等的小齒輪軸支承裝置或變速器等的圓錐滾子軸承以及車輛用小齒輪軸支承裝置。
背景技術(shù)：
近些年來，對汽車等節(jié)省燃料費用的要求日益增高，對于用于支承安裝在其上的變速器裝置或差動齒輪裝置的轉(zhuǎn)動軸的圓錐滾子軸承而言，希望降低其轉(zhuǎn)動扭矩。
其中，作為減小圓錐滾子軸承的轉(zhuǎn)動扭矩的方法，所采用的方法為在圓錐滾子的滾動面或內(nèi)外圈的軌道面上實施凸起以減小滾動摩擦。
作為這種方法，例如，提出了如在下面記載的專利文獻1中記載的那樣，通過使軌道面形成圓弧凸起形狀來降低轉(zhuǎn)動扭矩的方法，或者，如在下面記載的專利文獻2中記載的那樣，通過在滾子的滾動面和與其接觸的軌道面上形成近似對數(shù)曲線的凸起形狀的方法。
在上述現(xiàn)有技術(shù)的例子中，通過以數(shù)值規(guī)定滾動面或軌道面的凸起形狀，從而能夠提高圓錐滾子軸承的性能。但是，沒有進行著眼于凸起的量并規(guī)定其凸起量，由此降低圓錐滾子軸承的轉(zhuǎn)動扭矩的嘗試。
專利文獻1特開2003-130059號公報(圖3)專利文獻2特開2001-65574號公報(圖4)
可是，如上所述，雖然通過在滾動面或軌道面上實施凸起，能夠降低該圓錐滾子軸承的轉(zhuǎn)動扭矩，但是，另一方面，由于會增大滾動面與軌道面的接觸面壓力，因此，會擔心降低滾動軸承的壽命。特別是，在主要尺寸較小的軸承中，由于圓錐滾子的滾子長度較短，因此，存在壽命會隨凸起量的增加而顯著降低的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對這種情況作出的，其目的在于提供一種圓錐滾子軸承，其通過規(guī)定圓錐滾子的滾動面以及內(nèi)外圈的軌道面的凸起的量，從而降低轉(zhuǎn)動扭矩，同時，能夠抑止軸承壽命的降低，并且還提供了一種車輛用小齒輪軸支承裝置。
本發(fā)明提供了一種圓錐滾子軸承，其設(shè)有外圈、內(nèi)圈、位于它們之間的多個圓錐滾子以及所述圓錐滾子的保持架，其特征在于，在將上述圓錐滾子的大端直徑設(shè)定為D，將滾子長度設(shè)定為L時，滾子長度L為18mm以下，并且由D/L表示的圓錐滾子的大端直徑與滾子長度之比處于0.55～0.9的范圍，在上述外圈和內(nèi)圈的各個軌道面以及上述圓錐滾子的滾動面上實施凸起，全體凸起量(＝外圈凸起量+內(nèi)圈凸起量+滾子凸起量×2)為50μm以上，外圈凸起率(＝外圈凸起量/全體凸起量)為40％以上，滾子凸起率(＝(滾子凸起量×2)/全體凸起量)為20％以下。
采用以上述方式構(gòu)成的圓錐滾子軸承，由于將上述滾動面以及各個軌道面上實施的凸起的全體凸起量、外圈凸起率以及滾子凸起率設(shè)定為適當?shù)闹担虼?，能夠適度減小各個滾動面以及軌道面中的接觸面積，同時，能夠減小內(nèi)外圈以及圓錐滾子之間的滾動粘性阻力。
另外，由于在上述圓錐滾子軸承中，以適當?shù)闹翟O(shè)定了圓錐滾子的大端直徑與滾子長度之比，因此，能夠抑止圓錐滾子的剛性降低和圓錐滾子與內(nèi)外圈接觸面壓力上升，從而能夠抑止軸承壽命的降低。
在上述圓錐滾子軸承中，內(nèi)圈凸起率(＝內(nèi)圈凸起量/全體凸起量)優(yōu)選為10％以上。
在這種情況下，能夠減小上述內(nèi)圈軌道面與上述滾動面的接觸面中軸向兩端附近的接觸載荷。因此，即使在所謂邊緣載荷作用的情況下，仍能減小其作用，從而能夠防止軸承壽命的降低。
另外，本發(fā)明提供了一種車輛用小齒輪軸支承裝置，其具有小齒輪軸以及支承該小齒輪軸的分別設(shè)置在上述小齒輪軸的小齒輪側(cè)及其相反側(cè)的滾動軸承，其特征在于，分別設(shè)置于上述小齒輪軸的小齒輪側(cè)以及相反側(cè)的滾動軸承中的至少一個為上述圓錐滾子軸承。
根據(jù)上述車輛用小齒輪軸支承裝置，如上所述，由于能夠適度減小各個滾動面以及軌道面的接觸面積，同時，能夠降低內(nèi)外圈和圓錐滾子之間的滾動粘性阻力，因此，能夠減小該裝置的轉(zhuǎn)動損失。另外，由于能夠抑止軸承壽命的降低，因此，能夠延長該裝置的壽命。
根據(jù)本發(fā)明的圓錐滾子軸承以及車輛用小齒輪軸支承裝置，由于在圓錐滾子的滾動面和內(nèi)外圈的軌道面上實施了適當設(shè)定的凸起，同時，以適當?shù)闹翟O(shè)定了圓錐滾子的大端直徑與滾子長度之比，因此，能夠抑止軸承壽命的降低。通過規(guī)定圓錐滾子的滾動面和內(nèi)外圈的軌道面的凸起的量，從而能夠降低轉(zhuǎn)動扭矩。


圖1為涉及本發(fā)明一個實施方式的圓錐滾子軸承的軸向剖視圖。
圖2顯示了內(nèi)圈的凸起(復(fù)合凸起)的形狀，(a)顯示了內(nèi)圈的輪廓，(b)示意地顯示了在內(nèi)圈軌道面上實施的凸起的形狀。
圖3顯示了內(nèi)圈的凸起(全凸起時)的形狀，(a)顯示了內(nèi)圈的輪廓，(b)示意地顯示了在內(nèi)圈的軌道面上實施的凸起形狀。
圖4顯示了圓錐滾子的凸起的形狀，(a)顯示了圓錐滾子30的軸向截面中的上半部分的輪廓，(b)示意地顯示了在圓錐滾子的滾動面上實施的凸起形狀。
圖5顯示了外圈的凸起的形狀，(a)顯示了外圈的輪廓，(b)示意地顯示了在外圈的軌道面上實施的凸起形狀。
圖6為顯示全體凸起量與圓錐滾子軸承的扭矩比的關(guān)系的分布圖。
圖7為顯示外圈凸起率與圓錐滾子軸承的扭矩比的關(guān)系的分布圖。
圖8為顯示滾子凸起率與圓錐滾子軸承的扭矩比的關(guān)系的分布圖。
圖9為顯示內(nèi)圈凸起率與圓錐滾子軸承的扭矩比的關(guān)系的分布圖。
圖10為分布圖，其顯示了圓錐滾子軸承的壽命比和作為圓錐滾子的大端直徑D與滾子長度L之比的D/L的關(guān)系。
具體實施例方式
下面，參照附圖，對本發(fā)明的最佳實施方式進行說明。圖1為涉及本發(fā)明一個實施方式的圓錐滾子軸承的軸向剖視圖。
在圖1中，涉及本實施方式的圓錐滾子軸承1設(shè)有內(nèi)圈10，在外周具有由圓錐面形成的內(nèi)圈軌道面11；外圈20，在內(nèi)周具有由圓錐面形成的外圈軌道面21；多個圓錐滾子30，在外周具有由圓錐面形成的滾動面31，并可自由滾動地設(shè)置在兩個軌道面11，21的相互之間；以及保持架40，沿周向以規(guī)定間隔保持所述多個圓錐滾子30。并且，在內(nèi)圈軌道面11、外圈軌道面21以及滾動面31上，實施作為本發(fā)明特征結(jié)構(gòu)的凸起。
此處，以內(nèi)圈為例說明一般的凸起的考慮。圖2(a)夸張顯示了在內(nèi)圈軌道面11上實施凸起的內(nèi)圈10的軸向剖面的輪廓。在該圖中，在與圓錐滾子30的滾動面31滾動接觸的內(nèi)圈軌道面11上實施了向徑向外側(cè)略微突出的凸起。該凸起表示以圓弧為上底的梯形形狀的復(fù)合凸起。
下面，對內(nèi)圈10的凸起量(以下，也稱為內(nèi)圈凸起量)的計算方法進行說明，在圖2(a)中，在將內(nèi)圈10軸向上的內(nèi)圈軌道面11的寬度設(shè)定為SK，將內(nèi)圈軌道面11的錐角設(shè)定為β，將形成于內(nèi)圈軌道面11的兩端部的圖中所示的倒角尺寸設(shè)定為L1，L2時，通過以下的公式(1)獲得軌道長度LRI。
LRI＝SK/cosβ-(L1+L2)…(1)此處，如圖所示，從軌道長度LRI的中點開始，采取LRI’＝0.6LRI的長度LRI’，將與LRI’的尺寸兩端對應(yīng)的內(nèi)圈軌道面11上的點設(shè)定為A’以及B’。這種情況下的A’和B’雖然位于圓弧端點Ae、Be的內(nèi)側(cè)，但是，A’和B’也可以分別與圓弧的端點Ae、Be相一致。
圖2(b)示意地顯示圖2(a)中所示的內(nèi)圈軌道面11的軌道長度LRI的端點A與端點B之間的凸起的截面形狀。在圖2(b)中，通過長度LRI’中的凸起的弦G’的中點C2’與凸起的圓弧中心O的直線M，與弦G’正交并且通過長度LRI’中的凸起圓弧中心點C1。并且，將從該凸起圓弧中心點C1至軌道長度LRI中的凸起的弦G的中點C2的距離尺寸設(shè)定為內(nèi)圈10的凸起量CRI。
內(nèi)圈凸起的形狀不僅可以采用圖2所示的以圓弧為上底的梯形形狀，而且，除了單一的圓弧形狀以外，也可以采用以多個圓弧形成的形狀或?qū)?shù)凸起、橢圓凸起等所有類型的凸起形狀，在這些所有的凸起形狀中，可采用上述的凸起量的考慮。
上述凸起的考慮即使對于滾子或外圈也同樣適用。另外，上述凸起量的定義對于滾子或外圈也同樣適用。
將在軌道長度(滾動面長度)范圍內(nèi)組合多個形狀而形成的凸起稱為復(fù)合凸起，將在軌道長度范圍內(nèi)由單一圓弧形狀形成的凸起稱為全凸起(full crowning)。
下面，對凸起形狀為全凸起時對凸起的考慮和對基于其的凸起量的考慮進行說明。同時，還對圓錐滾子和外圈中凸起的考慮進行說明。
圖3(a)顯示了在內(nèi)圈軌道面11上實施凸起的內(nèi)圈10軸向的截面中的輪廓。在該圖中，軌道長度LRI與在圖2(a)的情況下的公式(1)相同。
LRI＝SK/cosβ-(L1+L2)另一方面，圖3(b)示意地顯示了在圖3(a)中所示的內(nèi)圈軌道面11的軌道長度LRI的端點A與端點B之間的凸起的截面形狀。在附圖中，通過軌道長度LRI中的凸起的弦G的中點C2與凸起的圓弧中心O的直線M，與弦G正交并且通過長度LRI中的凸起圓弧中心點C1。并且，將由該凸起圓弧中心點C1和中點C2確定的距離尺寸設(shè)定為內(nèi)圈凸起量CRI。即，如圖所示，若將凸起圓弧的半徑設(shè)定為RCI，則通過以下公式(2)求出內(nèi)圈凸起量CRICRI＝RCI-{RCI2-(LRI/2)2}1/2…(2)圖4(a)顯示了圓錐滾子30軸向的截面中的上半部分的輪廓。在附圖中，在圓錐滾子30中設(shè)有與內(nèi)外圈的軌道面11，21滾動接觸的滾動面31。在滾動面31的兩個端部，分別設(shè)置倒角部32a，33a，并且，它們以相對于圓錐滾子30的小徑側(cè)端面32以及大徑側(cè)端面33光滑連續(xù)的方式形成。另外，在滾動面1上實施略微向外徑方向突出的全凸起。
下面，對圓錐滾子30的凸起量(以下，也稱為滾子凸起量)的計算方法進行說明。在圖4(a)，將圓錐滾子30的中心軸方向上的作為滾動面31寬度的滾子長度設(shè)定為L，將滾動面31的錐角設(shè)定為γ，把要從滾動面的整個寬度尺寸除去形成于滾動面31兩端部的倒角部32a，33a的曲面的寬度尺寸設(shè)定為S1，S2，通過以下公式(3)求出上述滾子的有效長度LWR。
LWR＝L/cos(γ/2)-(S1+S2)…(3)另外，在上述公式(3)中，S1，S2根據(jù)軸承的尺寸確定為規(guī)定值。
圖4(b)示意地顯示了圖4(a)中所示的滾動面31中滾子有效長度LWR的端點A與端點B之間的凸起形狀。在附圖中，通過滾子有效長度LWR中的凸起的弦G的中點C2和凸起的圓弧中心O的直線M，與弦G正交并且通過滾子有效長度LWR中的凸起圓弧中心點C1。
在本說明書中，將該凸起圓弧中心點C1與中點C2的距離尺寸設(shè)定為滾子凸起量CR。另外，若如圖所示，將凸起圓弧的半徑設(shè)定為RC，則通過以下公式(4)求出滾子凸起量CR。
CR＝RC-{RC2t-(LWR/2)2}1/2…(4)下面，對在軌道面實施凸起的外圈20的凸起量(以下，也稱為外圈凸起量)的計算方法進行說明。圖5(a)夸張顯示了在外圈軌道面21上實施凸起的外圈20的軸向截面的輪廓。在附圖中，在與圓錐滾子30的滾動面31滾動接觸的外圈軌道面21上，實施了向徑向內(nèi)側(cè)突出的截面為圓弧狀的凸起。另外，從外圈軌道面21的兩端部向外圈20的軸端面，分別設(shè)置倒角部22a，23a。這些倒角部22a，23a分別以與外圈22的小內(nèi)徑側(cè)端面22及大內(nèi)徑側(cè)端面23光滑連接的方式形成。
在圖5(a)中，將外圈20軸向上的外圈軌道面21的寬度設(shè)定為SB，將外圈軌道面21的錐角設(shè)定為α，把要從外圈軌道面的整個寬度除去形成于外圈軌道面21的兩端部的倒角部22a，23a的曲面的寬度尺寸設(shè)定為T1，T2，此時，通過以下公式(5)求出上述軌道長度LRO。
LRO＝SB/cosα-(T1+T2)…(5)另外，在上面的公式(5)中，T1，T2根據(jù)軸承的尺寸確定為規(guī)定值。
圖5(b)示意地顯示了圖5(a)中所示的外圈軌道面21的軌道長度LRO的端點A與端點B之間的凸起的截面形狀。在附圖中，通過軌道長度LRO中凸起的弦G的中點C2與凸起的圓弧中心O的直線M，與弦G正交并且通過軌道長度LRO中的凸起圓弧中心點C1。
在本說明書中，將由該凸起圓弧中心點C1和中點C2確定的距離尺寸作為外圈凸起量CRO。另外，如圖所示，若將凸起圓弧的半徑設(shè)定為RCO，則通過以下公式(6)求出外圈凸起量CRO。
CRO＝RCO-{RCO2-(LRO/2)2}1/2…(6)以上述方式，能夠求出實施了凸起時的圓錐滾子以及內(nèi)外圈的凸起量。
另外，對實施了全凸起的圓錐滾子30以及內(nèi)外圈10，20，當然可以基于上述一般的凸起的考慮計算凸起量。即，與圖2中計算長度LRI’相同的方式，分別對于圓錐滾子30導(dǎo)出相對于LWR的LWR’，對于外圈20導(dǎo)出相對于LRO的LRO’即可。這樣，基于一般凸起的考慮求出的凸起量與根據(jù)全凸起的考慮(圖4，圖5)求出的值幾乎一致。
在本說明書中，從上述滾子凸起量、內(nèi)圈凸起量、外圈凸起量，根據(jù)下面的公式(7)、(8)、(9)、(10)計算出全體凸起量、外圈凸起率、滾子凸起率、內(nèi)圈凸起率。
全體凸起量＝外圈凸起量+內(nèi)圈凸起量+滾子凸起量×2…(7)外圈凸起率＝外圈凸起量/全體凸起量…(8)滾子凸起率＝(滾子凸起量×2)/全體凸起量…(9)內(nèi)圈凸起率＝內(nèi)圈凸起量/全體凸起量…(10)本實施方式的圓錐滾子軸承，通過分別規(guī)定上述全全體凸起量、外圈凸起率、滾子凸起率以及作為圓錐滾子的大端直徑D(圖4(a))與滾子長度L(圖4(a))之比的D/L，從而抑制軸承壽命的降低并且降低其轉(zhuǎn)動扭矩，下面，對驗證這些值與軸承壽命及轉(zhuǎn)動扭矩的關(guān)系的結(jié)果進行說明。
首先，對用于了解圓錐滾子軸承的轉(zhuǎn)動扭矩與全體凸起量和各凸起率的關(guān)系的驗證試驗的結(jié)果進行說明。
作為供本試驗用的圓錐滾子軸承，準備多個以各種不同值設(shè)定其全體凸起量和各凸起率的具有圖1所示結(jié)構(gòu)的圓錐滾子軸承(相當于JIS30306的產(chǎn)品)，并以實驗方式測定它們的轉(zhuǎn)動扭矩。
作為圓錐滾子軸承的轉(zhuǎn)動扭矩的測定方法，例如，利用軸承試驗裝置，在將作為實施例物品的圓錐滾子軸承設(shè)置在試驗裝置上后，使內(nèi)外圈中的一個轉(zhuǎn)動，測定作用于內(nèi)外圈中另一個上的轉(zhuǎn)動扭矩。作為試驗條件，潤滑油使用差動齒輪裝置用的齒輪油，作為模擬施壓載荷，施加軸向載荷4kN，以轉(zhuǎn)動速度300rpm、2000rpm兩種轉(zhuǎn)動速度進行。
另外，作為試驗時的潤滑條件，在轉(zhuǎn)動速度為300rpm時，在試驗前，僅適量涂布常溫潤滑油，之后不供油而進行試驗。另一方面，在轉(zhuǎn)動速度為2000rpm時，以每分鐘0.5升循環(huán)供給油溫323K(50℃)的潤滑油并且進行試驗。對應(yīng)轉(zhuǎn)速不同而使?jié)櫥凸┙o方法不同的方法的原因在于僅以各轉(zhuǎn)速下所必需的最小限度的潤滑油量進行供給，從而盡可能地消除在潤滑油供給過剩時產(chǎn)生的潤滑油的攪拌阻力的影響，并提取由滾動摩擦產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動扭矩。
如上所述，針對以各種不同的值設(shè)定全體凸起量及各凸起率的各個圓錐滾子軸承，測定轉(zhuǎn)動扭矩。并且，通過掌握上述全體凸起量以及各凸起率和轉(zhuǎn)動扭矩的關(guān)系，限定使轉(zhuǎn)動扭矩減小的值的范圍。
圖6為分布圖，其顯示了全體凸起量和測定的圓錐滾子軸承的扭矩比(轉(zhuǎn)動扭矩/規(guī)定值)的關(guān)系。如從該圖可得知，，雖然在全體凸起量為50μm以下的情況下，扭矩比以較大幅度分散，但隨著全體凸起量增加，分散的扭矩比中的最大值表現(xiàn)出逐漸降低的傾向。在全體凸起量為50μm以上的情況下，則判斷扭矩比與全體凸起量為50μm以下時相比，能夠在更低值的范圍內(nèi)穩(wěn)定分布。
若上述全體凸起量超過100μm，則要在圓錐滾子以及內(nèi)外圈上實施過大的凸起，從而擔心圓錐滾子不能穩(wěn)定轉(zhuǎn)動。因此，全體凸起量最好為100μm以下。
下面，圖7為顯示外圈凸起率與圓錐滾子軸承的扭矩比的關(guān)系的分布圖。如從該圖可得知，在外圈凸起率為40％以下的情況下，隨著外圈凸起率增加，扭矩比中的最大值表現(xiàn)出逐漸降低的傾向。在外圈凸起率為40％以上的情況下，則判斷扭矩比與外圈凸起率為40％以下時相比，能夠在更低值的范圍內(nèi)穩(wěn)定分布。
圖8為顯示滾子凸起率與圓錐滾子軸承的扭矩比的關(guān)系的分布圖。如從該圖可得知，在滾子凸起率為20％以上的情況下，隨著滾子凸起率減小，扭矩比中的最大值表現(xiàn)出逐漸降低的傾向。在滾子凸起率為20％以下的情況下，則判斷扭矩比與滾子凸起率為20％以上時相比，能夠在更低值的范圍內(nèi)穩(wěn)定分布。
圖9為顯示內(nèi)圈凸起率與圓錐滾子軸承的扭矩比的關(guān)系的分布圖。從該圖可得知，相對于內(nèi)圈凸起率的變化，扭矩比在大致一定的范圍內(nèi)是穩(wěn)定的。即，內(nèi)圈凸起率相對于圓錐滾子軸承的扭矩比，沒有確認是顯著相關(guān)的。但是，對于內(nèi)圈凸起率而言，通過將其設(shè)定為10％以上，能夠減小內(nèi)圈軌道面11和滾動面31的接觸面上的軸向兩端附近的接觸載荷。因此，即使在所謂邊緣載荷作用的情況下，仍能減小其作用，從而能夠防止該軸承壽命的降低。
如上所述，以實驗方式測定并驗證圓錐滾子軸承的轉(zhuǎn)動扭矩比、即轉(zhuǎn)動扭矩與全體凸起量和各個凸起率的關(guān)系的結(jié)果，可知通過滿足全體凸起量為50μm以上，外圈凸起率為40％以上，滾子凸起率為20％以下的條件，能夠減小圓錐滾子軸承的轉(zhuǎn)動扭矩。
另外，雖然外圈凸起率可以為100％，但是，若考慮如上所述使內(nèi)圈凸起率達10％以上，則外圈凸起率為90％更為理想。
另外，在滾子凸起率為0％的情況下，若外圈凸起率和內(nèi)圈凸起率為上述規(guī)定值的范圍，則能夠獲得降低轉(zhuǎn)動扭矩的效果。因此，最好以0％以上、20％以下的范圍設(shè)定滾子凸起率。
由于使外圈凸起率達40％以上，因此，內(nèi)圈凸起率最好為60％以下。
在上述驗證試驗中，被測定的圓錐滾子軸承的轉(zhuǎn)動扭矩為在盡可能消除潤滑油攪拌阻力影響的狀態(tài)下測定的值，其為圓錐滾子和內(nèi)外圈之間的滾動粘性阻力主要作用的狀態(tài)下的轉(zhuǎn)動扭矩。
也就是根據(jù)上述驗證試驗的結(jié)果，認為通過將在圓錐滾子30的滾動面以及內(nèi)外圈的軌道面上實施的各凸起的全體凸起量、外圈凸起率以及滾子凸起率設(shè)定為上述條件，能夠降低內(nèi)外圈和圓錐滾子之間的滾動粘性阻力。
即，根據(jù)涉及本實施方式的圓錐滾子軸承1，如上所述，能夠降低圓錐滾子30和內(nèi)外圈10、20之間的滾動粘性阻力，從而能夠降低這些部件的滾動摩擦。其結(jié)果是能夠降低圓錐滾子軸承1的轉(zhuǎn)動扭矩。
特別是，在支承差動齒輪裝置的小齒輪軸的車輛用小齒輪軸支承裝置中，由于較高粘度的齒輪用潤滑油進行了齒輪的潤滑，因此，在該裝置中存在支承小齒輪軸的軸承的滾動粘性阻力增大的傾向。因此，通過在小齒輪軸支承裝置中使用本發(fā)明的圓錐滾子軸承，其轉(zhuǎn)動扭矩的減小效果能夠顯著表現(xiàn)出來。
另外，為了驗證本實施方式的圓錐滾子軸承的轉(zhuǎn)動扭矩減小效果，準備了滿足上述條件的(將全體凸起量設(shè)定為64μm，將外圈凸起量設(shè)定為40μm，將滾子凸起量設(shè)定為2μm，將內(nèi)圈凸起量設(shè)定為20μm)圓錐滾子軸承和在內(nèi)外圈及圓錐滾子上未實施凸起的相同尺寸的圓錐滾子軸承，利用相同的條件測定并比較兩者的轉(zhuǎn)動扭矩。
其結(jié)果確認了實施了滿足上述條件的凸起的圓錐滾子軸承與未實施凸起的圓錐滾子軸承相比，能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)動扭矩降低大致55％。
下面，對在滿足上述條件(全體凸起量為50μm以上，外圈凸起率為40％以上，滾子凸起率為20％以下)的圓錐滾子軸承中，實驗驗證作為圓錐滾子的大端直徑D(圖4(a))與滾子長度L(圖4(a))之比的D/L與軸承壽命之間關(guān)系的試驗結(jié)果進行說明。
作為供本試驗使用的圓錐滾子軸承，準備多個以8.8～17.4mm的范圍設(shè)定圓錐滾子的大端直徑D的值，以13.0～23.0mm的范圍設(shè)定滾子長度L的值，并且上述D/L為0.47～0.90的軸承。另外，這些供本試驗使用的圓錐滾子軸承在圓錐滾子的平均直徑為DW時，將由DW/LWR表示的圓錐滾子的平均直徑DW與滾子有效長度LWR(圖4)之比設(shè)定為0.68～0.92。
另外，這些圓錐滾子軸承實施了以滿足上述條件(全體凸起量為50μm以上，外圈凸起率為40％以上，滾子凸起率為20％以下)的方式設(shè)定的全凸起(軌道面以及滾動面的截面形狀僅為圓弧)。在這些圓錐滾子軸承中，將作為動態(tài)等效徑向載荷Pr與基本動態(tài)徑向載荷Cr之比的動態(tài)額定載荷比Pr/Cr設(shè)定為0.5。另外，動態(tài)等效徑向載荷Pr與基本動態(tài)徑向載荷Cr是為計算由設(shè)計值計算出的計算壽命，即基本額定壽命L10所必需的值(JIS B1518)，通過將動態(tài)額定載荷比Pr/Cr設(shè)定為規(guī)定值，能夠使各實施例以及比較例的基本額定壽命L10成為完全相同的值，從而易于實施通過后面所述的壽命試驗進行的比較驗證。
通過對以上述方式設(shè)定的多個圓錐滾子軸承分別進行壽命試驗，測定達到軸承壽命的壽命時間，從而能夠掌握圓錐滾子的大端直徑D以及滾子長度L與其壽命時間的關(guān)系。
作為上述圓錐滾子軸承的壽命試驗方法，提供以形成動態(tài)等效徑向載荷Pr＝基本動態(tài)徑向載荷Cr、且軸向載荷＝徑向載荷的方式分別確定的合成載荷，以轉(zhuǎn)動速度2000rpm使內(nèi)外圈相對轉(zhuǎn)動。潤滑油使用以0.03重量％的濃度在粘度等級85W-90的齒輪油中添加淬火鋼粉末(硬度為800Hv，粒徑為150μm以下)作為異物的異物混合油，以油溫363K(90℃)在油浴中適量貯存這種異物混合油，通過使圓錐滾子軸承在該油浴中轉(zhuǎn)動進行潤滑。
圖10為分布圖，其顯示了圓錐滾子軸承的壽命比與作為圓錐滾子的大端直徑D和滾子長度L之比的D/L的關(guān)系。此處所提到的壽命比表示在上述壽命試驗中測定的壽命時間Le與基本額定壽命L10之比的Le/L10。由于如上所述，在本試驗中使用的圓錐滾子軸承的基本額定壽命L10被設(shè)定為完全相同的值，因此，由壽命比Le/L10進行的評價與由在各個圓錐滾子軸承中測定的壽命時間Le進行評價時是相同的。
在附圖中，使橫軸為圓錐滾子的大端直徑D與滾子長度L之比D/L，使縱軸為壽命比Le/L10，以顯示它們的關(guān)系。另外，在附圖中，由四方符號標示的數(shù)據(jù)表示滾子長度大于18mm的圓錐滾子軸承，由圓形符號標示的數(shù)據(jù)表示滾子長度為18mm以下的圓錐滾子軸承。
從該圖可以判斷滾子長度L大于18mm的圓錐滾子軸承與D/L的值無關(guān)，壽命比Le/L10的值分布在0.2附近(由直線I1，I2夾持的范圍)。
并且，滾子長度L為18mm以下的圓錐滾子軸承從其分布可知，D/L與壽命比Le/L10的關(guān)系由圖中所示的近似曲線H表示。即，在D/L的值大于0.65附近的范圍內(nèi)，與滾子長度L大于18mm的圓錐滾子軸承相同，與D/L的值無關(guān)，壽命比Le/L10的值在0.2附近是穩(wěn)定的。在D/L的值小于0.65附近的范圍內(nèi)，伴隨D/L的值的減小，壽命比Le/L10也減小。因此，可以判斷出雖然在D/L的值大于0.65的情況下，圓錐滾子軸承的壽命在規(guī)定的值是穩(wěn)定的，但是，若小于0.65，則圓錐滾子軸承的壽命會伴隨D/L的值的減小而降低。
認為該壽命下降的原因在于在滾子長度L為18mm以下的圓錐滾子軸承的圓錐滾子中，若D/L的值減小，則圓錐滾子形成細長形狀，從而難以確保其自身的剛性，同時，不能避免圓錐滾子與內(nèi)外圈的接觸面壓力的上升。
在圖10中，可以確認若圓錐滾子軸承的壽命比Le/L10小于0.1，則不能確保制品的通常壽命。在該圖中，在近似曲線H中，當壽命比Le/L10為0.1時，D/L的值為0.55，在D/L的值小于0.55的范圍內(nèi)，不能確保制品的壽命。換句話說，在滾子長度L為18mm以下的圓錐滾子軸承中，由于D/L的值達0.55以上，因此，能夠抑止軸承壽命降低直至不能確保制品壽命。
總之，在滾子長度L為18mm以下的圓錐滾子軸承中，若D/L的值達到0.55以上，則能夠抑止考慮為壽命降低原因的上述圓錐滾子的剛性降低、或圓錐滾子與內(nèi)外圈的接觸面壓力的上升，從而能夠抑止軸承壽命的降低。
另外，D/L的值優(yōu)選為0.9以下，若該值大于0.9，則相對于大端直徑D而言，滾子長度L過短，從而圓錐滾子缺乏穩(wěn)定性。
在滾子長度L為18mm以下的圓錐滾子軸承中，若D/L的值達到0.55以上，則能夠確保必需的軸承壽命，但是，在D/L的值小于0.65的范圍內(nèi)，在確保軸承壽命的范圍內(nèi)，會發(fā)生壽命降低。因此，D/L的值優(yōu)選為在表示滾子長度L大于18mm的圓錐滾子軸承的壽命比Le/L10的分布范圍的直線I1，I2內(nèi)，其下限側(cè)的直線I2與近似曲線H交叉的值以上，即0.65以上。在這種情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)與滾子長度L大于18mm的圓錐滾子軸承的壽命比大致相同的軸承壽命，從而能更可靠地確保充分的軸承壽命。進而，設(shè)定幾乎不會發(fā)生壽命降低的范圍，即0.7以上更為理想，在這種情況下，能夠使圓錐滾子軸承的軸承壽命更穩(wěn)定。
以上，通過上述驗證試驗的結(jié)果可知，在滾子長度為18mm以下的圓錐滾子軸承中，將D/L的值設(shè)定為0.55～0.9，同時，滿足由圖6～圖9的分布圖得知的上述條件(全體凸起量為50μm以上，外圈凸起率為40％以上，滾子凸起率為20％以下)，由此能夠抑制軸承壽命的降低，并且，能夠降低其轉(zhuǎn)動扭矩。
對于以上述方式進行的圓錐滾子軸承的壽命試驗而言，假定在汽車的差動齒輪裝置或驅(qū)動橋齒輪裝置等車輛用小齒輪軸支承裝置中進行時，通過在潤滑油中混入淬火鋼粉，從而能夠模擬再現(xiàn)在潤滑油中混入的齒輪等的磨損粉末，以便能夠以更接近實際的狀態(tài)進行試驗。因此，本發(fā)明的圓錐滾子軸承在通過在潤滑油中混入許多異物的異物油對車輛用小齒輪軸支承裝置進行潤滑的條件下，能夠有效抑制軸承壽命的降低。因此，本發(fā)明的圓錐滾子軸承適于在具有小齒輪軸以及支承該小齒輪軸的分別設(shè)置在上述小齒輪軸的小齒輪側(cè)及其相反側(cè)的滾動軸承的車輛用小齒輪軸支承裝置中，用作滾動軸承。
另外，本發(fā)明的圓錐滾子軸承不應(yīng)局限于上述各個實施方式，根據(jù)本發(fā)明的思想，可以對軸承的結(jié)構(gòu)或圓錐滾子的滾動面以及內(nèi)外圈的軌道面的形狀等作出適當?shù)母淖儭?br> 權(quán)利要求
1.圓錐滾子軸承，其設(shè)有外圈、內(nèi)圈、位于它們之間的多個圓錐滾子以及所述圓錐滾子的保持架，其特征在于，在將所述圓錐滾子的大端直徑設(shè)定為D，將滾子長度設(shè)定為L時，滾子長度L為18mm以下，并且由D/L表示的圓錐滾子的大端直徑與滾子長度之比處于0.55～0.9的范圍，在所述外圈和內(nèi)圈的各個軌道面以及所述圓錐滾子的滾動面上實施凸起，全體凸起量(＝外圈凸起量+內(nèi)圈凸起量+滾子凸起量×2)為50μm以上，外圈凸起率(＝外圈凸起量/全體凸起量)為40％以上，滾子凸起率(＝(滾子凸起量×2)/全體凸起量)為20％以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓錐滾子軸承，其特征在于，內(nèi)圈凸起率(＝內(nèi)圈凸起量/全體凸起量)為10％以上。
3.車輛用小齒輪軸支承裝置，其具有小齒輪軸以及支承該小齒輪軸的分別設(shè)置在所述小齒輪軸的小齒輪側(cè)及其相反側(cè)的滾動軸承，其特征在于，分別設(shè)置于所述小齒輪軸的小齒輪側(cè)及其相反側(cè)的滾動軸承中的至少一個為權(quán)利要求1所述的圓錐滾子軸承。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠抑止軸承壽命的降低且能降低轉(zhuǎn)動扭矩的圓錐滾子軸承、以及一種車輛用小齒輪軸支承裝置。本發(fā)明的圓錐滾子軸承，在將所述圓錐滾子的大端直徑設(shè)定為D，將滾子長度設(shè)定為L時，滾子長度L為18mm以下，同時，由D/L表示的圓錐滾子的大端直徑與滾子長度之比設(shè)定在0.55～0.9的范圍，在所述外圈和內(nèi)圈的各個軌道面以及所述圓錐滾子的滾動面上實施凸起，全體凸起量為50μm以上，外圈凸起率為40％以上，滾子凸起率為20％以下。
文檔編號F16H57/038GK1924380SQ20061011501
公開日2007年3月7日 申請日期2006年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月18日
發(fā)明者松山博樹, 川口幸志, 大島宏之, 益田直樹, 戶田一壽 申請人:株式會社捷太格特