滚子轴承的制作方法

1.本发明涉及滚子轴承，更详细而言，涉及形成有能够在从轻载荷到重载荷条件的较宽载荷范围内实现轴承的长寿命化的突起的轴承。


背景技术：

2.在以往的滚子轴承中，为了防止由于内外圈的滚道面与滚子的滚动面的线接触而在滚子的滚动面的轴向两端部产生边缘载荷，在内外圈的滚道面和滚子的滚动面中的至少一者设置有突起。并且，在下述专利文献1中，已知为了防止在重载荷条件下发生边缘载荷和防止在从轻载荷到中载荷条件下的轴承寿命下降，在内外圈的滚道面和滚子的滚动面中的至少一者设置了圆弧对数突起，该圆弧对数突起由在轴向中央部形成的圆弧曲线和从该圆弧曲线的轴向两端向轴向外端部形成的圆弧曲线和对数曲线合成的合成曲线构成(例如，参照专利文献1)。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本专利第5056115号公报


技术实现要素：

6.发明欲解决的技术问题
7.然而，在上述专利文献1所记载的滚子轴承中，由于在轴向中央部形成有圆弧曲线，因此导致在从轻载荷到中载荷条件下，接触区域的轴向中央部的接触面压力与轴向端部的接触面压力相比变高，有时难以使轴向的接触面压力分布均匀。其结果，有可能妨碍轴承在从轻载荷到中载荷条件下的长寿命化。另外，还需要轴承在重载荷条件下的长寿命化。
8.本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种滚子轴承，该滚子轴承能够在从轻载荷到重载荷条件的较宽载荷范围内实现轴承的长寿命化。
9.用于解决问题的技术手段
10.本发明的上述目的通过以下结构实现。
11.(1)一种滚子轴承，其特征在于，
12.具备：外圈，所述外圈在内周面具有外圈滚道面；内圈，所述内圈在外周面具有内圈滚道面；以及多个滚子，多个所述滚子滚动自如地设置于所述外圈滚道面与所述内圈滚道面之间且多个所述滚子在外周面形成有滚动面，
13.在所述外圈滚道面、所述内圈滚道面以及所述滚子的所述滚动面中的至少一者形成有突起，
14.形成有所述突起的母线形状具有：
15.第一母线形状，所述第一母线形状形成于所述外圈滚道面、所述内圈滚道面以及所述滚子的所述滚动面中的至少一者的轴向中央部，且由直线构成；
16.一对第二母线形状，一对所述第二母线形状从所述第一母线形状的轴向两端朝向
轴向外侧形成，且由单一圆弧曲线构成；以及
17.一对第三母线形状，一对所述第三母线形状从所述第二母线形状的轴向两端朝向轴向外侧形成，且由单一圆弧曲线和对数曲线的合成曲线构成。
18.(2)根据(1)所述的滚子轴承，其特征在于，
19.在将所述第一母线形状的轴向中心设为原点o，将从所述原点o向轴向外侧的位移量设为x，将所述突起的突起下降量设为δ，
20.将la设为所述第一母线形状的从所述原点o起的轴向长度，
21.将lb设为所述第二母线形状的轴向长度，
22.将le设为所述滚子的所述滚动面与所述内圈滚道面或所述外圈滚道面的有效接触长度，
23.将r设为所述第二母线形状的单一圆弧曲线的圆弧半径，
24.将q设为所述滚子的所述滚动面与所述内圈滚道面或所述外圈滚道面的接触载荷，
25.将v1、v2设为所述滚子的所述滚动面与所述内圈滚道面或所述外圈滚道面的泊松比，
26.将e1、e2设为所述滚子的所述滚动面与所述内圈滚道面或所述外圈滚道面的杨氏模量，
27.将b设为赫兹接触宽度的1/2的情况下，
28.所述第一母线形状处的所述突起下降量δ由下述[式1]规定，
[0029]
[式1]
[0030]
0≤x≤ld，
[0031]
δ＝0
[0032]
所述第二母线形状处的所述突起下降量δ由下述[式2]规定，
[0033]
[式2]
[0034]
la＜x≤la+lb，
[0035][0036]
所述第三母线形状处的所述突起下降量δ由下述[式3]规定，
[0037]
[式3]
[0038]
la+lb＜x≤lc，
[0039][0040]
(3)根据(2)所述的滚子轴承，其特征在于，
[0041]
所述第一母线形状的长度是将所述第一母线形状、所述一对第二母线形状和所述一对第三母线形状的轴向长度合计而得到的长度的55％～75％。
[0042]
(4)根据(3)所述的滚子轴承，其特征在于，
[0043]
使所述第三母线形状as3的轴向长度为将第一母线形状as1、一对第二母线形状as2和一对第三母线形状as3的轴向长度合计而得到的长度的15％～35％。
[0044]
(5)根据(1)至(3)中任一项所述的滚子轴承，其特征在于，
[0045]
在所述突起被设置于所述外圈滚道面、所述内圈滚道面以及所述滚子的所述滚动面中的至少两者以上的情况下，对所述外圈滚道面、所述内圈滚道面以及所述滚子的所述滚动面中的至少两者以上设置的所述突起的突起下降量的总和被设定为，与所述突起仅被设置于所述外圈滚道面、所述内圈滚道面以及所述滚子的所述滚动面中的任一者的情况下的在所述外圈滚道面、所述内圈滚道面以及所述滚子的所述滚动面中的任一者设置的所述突起的突起下降量一致。
[0046]
发明效果
[0047]
根据本发明，形成有突起的母线形状同时使用由直线构成的第一母线形状和由圆弧曲线构成的第二母线形状，因此在从轻载荷到中载荷条件下，与以往的圆弧对数突起相比，能够高效地确保轴向中央部附近的滚子与内外圈的接触区域，并且能够使第一母线形状与第二母线形状的接缝平滑。其结果是，滚子与内外圈的接触区域的轴向中央部的接触面压力降低，且接缝处的接触面压力的峰值被抑制，因此能够使接触面压力分布均匀，能够使轴承长寿命化。并且，形成有突起的母线形状具有由单一圆弧曲线和对数曲线的合成曲线构成的第三母线形状，因此即使在重载荷条件下也能够实现轴承的长寿命化。因此，根据本发明，能够在从轻载荷到重载荷条件的较宽载荷范围内实现轴承的长寿命化。
附图说明
[0048]
图1是对本发明所涉及的滚子轴承的一实施方式进行说明的主要部分纵剖视图。
[0049]
图2是本发明的对形成有突起的母线形状进行说明的示意图。
[0050]
图3是表示本发明的本发明例和比较例的突起形状的图表。
[0051]
图4是表示本发明的本发明例与比较例的接触面压力分布的计算结果的图表。
[0052]
图5是表示本发明的本发明例和比较例的轴承寿命的计算结果的图表。
[0053]
图6是表示对滚子轴承施加固定载荷时的轴承寿命的计算结果的图表。
[0054]
图7是表示对滚子轴承施加固定载荷时的轴承寿命的计算结果的图表。
[0055]
符号说明
[0056]
10 圆锥滚子轴承(滚子轴承)
[0057]
11 外圈
[0058]
11a 外圈滚道面
[0059]
12 内圈
[0060]
12a 内圈滚道面
[0061]
12b 凸缘部
[0062]
12c 凸缘部
[0063]
12d 避让部
[0064]
13 圆锥滚子(滚子)
[0065]
13a 滚动面
[0066]
13b 轴向端面
[0067]
13c 轴向端面
[0068]
13d 倒角部
[0069]
as 形成有突起的母线形状
[0070]
as1 第一母线形状
[0071]
as2 第二母线形状
[0072]
as3 第三母线形状
具体实施方式
[0073]
以下，基于附图对本发明所涉及的滚子轴承的一实施方式进行详细说明。
[0074]
如图1所示，本实施方式的圆锥滚子轴承(以下，也简称为“滚子轴承”)10是具有保持架14的滚动轴承。滚子轴承10具备：外圈11，其在内周面具有外圈滚道面11a；内圈12，其在外周面具有内圈滚道面12a；多个圆锥滚子13，其滚动自如地配置在外圈滚道面11a与内圈滚道面12a之间；以及保持架14，其沿周向以规定间隔保持多个圆锥滚子13。另外，滚子轴承10也可以不具备保持架。
[0075]
在内圈12的外周面的轴向两端部分别形成有凸缘部12b、12c，在该凸缘部12b、12c与内圈滚道面12a之间形成有避让部12d。圆锥滚子13具有：滚动面13a，其与外圈滚道面11a和内圈滚道面12a相接；和一对轴向端面13b、13c。在滚动面13a的轴向端部与轴向端面13b、13c之间，遍及整周地形成有曲面形状的倒角部13d。
[0076]
而且，在本实施方式中，在圆锥滚子13的滚动面13a形成有突起。另外，在本实施方式中，对于形成有突起的母线形状as(参照图2)，虽然仅在圆锥滚子13的滚动面13a设置，但并不限于此，也可以仅在外圈滚道面11a、内圈滚道面12a中任一者设置，另外，也可以在外圈滚道面11a、内圈滚道面12a以及圆锥滚子13的滚动面13a中任两者以上设置。并且，在母线形状as被设置于外圈滚道面11a、内圈滚道面12a以及圆锥滚子13的滚动面13a中至少两者以上的情况下，也可以将在外圈滚道面11a、内圈滚道面12a以及圆锥滚子13的滚动面13a的至少两者以上设置的母线形状as的突起下降量的总和设定为：与母线形状as仅设置于外圈滚道面11a、内圈滚道面12a以及圆锥滚子13的滚动面13a中任一者的情况下的在外圈滚道面11a、内圈滚道面12a以及圆锥滚子13的滚动面13a中任一者设置的母线形状as的突起下降量一致。
[0077]
接着，参照图2及图3，对上述母线形状as进行说明。另外，在图2和图3中，将母线形状as(在本实施方式中为圆锥滚子13的滚动面13a)的轴向位置设置于横轴，将突起下降量设置于纵轴。另外，在图2和图3中，为了强调突起的变化，改变横轴与纵轴的比例(倍率)地表示突起。
[0078]
并且，如图2以及图3所示，母线形状as具有第一母线形状as1、一对第二母线形状as2以及一对第三母线形状as3。第一母线形状as1形成于母线形状as(在本实施方式中，为圆锥滚子13的滚动面13a)的轴向中央部，且由直线构成。第二母线形状as2从第一母线形状as1的轴向两端朝向轴向外侧形成，且由单一圆弧曲线构成。第三母线形状as3从第二母线形状as2的轴向两端朝向轴向外侧形成，且由单一圆弧曲线和对数曲线合成的合成曲线构成。一对第二母线形状as2和一对第三母线形状as3相对于母线形状as的轴向中心轴向对称地配置。
[0079]
另外，母线形状as的第一母线形状as1、第二母线形状as2以及第三母线形状as3基于规定的式分别规定。
[0080]
具体而言，如图2及图3所示，将第一母线形状as1的轴向中心设为原点o，将从该原
点o向轴向外侧的位移量设为x[mm]，将母线形状as的突起下降量设为δ[μm]，
[0081]
将la设为第一母线形状as1的距原点o的轴向长度，
[0082]
将lb设为第二母线形状as2的轴向长度，
[0083]
将le设为圆锥滚子13的滚动面13a与内圈滚道面12a或外圈滚道面11a的有效接触长度，
[0084]
将r设为第二母线形状as2的单一圆弧曲线的圆弧半径，
[0085]
将q设为圆锥滚子13的滚动面13a与内圈滚道面12a或外圈滚道面11a的接触载荷，
[0086]
将v1、v2设为圆锥滚子13的滚动面13a与内圈滚道面12a或外圈滚道面11a的泊松比，
[0087]
将e1、e2设为圆锥滚子13的滚动面13a与内圈滚道面12a或外圈滚道面11a的杨氏模量，
[0088]
b：在设为赫兹接触宽度的1/2的情况下，
[0089]
第一母线形状as1处的突起下降量δ[μm]由下述[式4]规定，
[0090]
[式4]
[0091]
0≤x≤la，
[0092]
δ＝0
[0093]
第二母线形状as2处的突起下降量δ[μm]由[式5]规定，
[0094]
[式5]
[0095]
la＜x≤la+lb，
[0096][0097]
第三母线形状as3处的突起下降量δ[μm]由[式6]规定，
[0098]
[式6]
[0099]
la+lb＜x≤le，
[0100][0101]
另外，形成有第一母线形状as1的区域在轴向上是原点o[mm]以上且la以下的范围，形成有第二母线形状as2的区域在轴向上是比la大且为la+lb以下的范围，形成有第三母线形状as3的区域在轴向上是比la+lb大且为le以下的范围。
[0102]
另外，通过使由第二母线形状as2和第三母线形状as3构成的突起下降量δ为10μm以上、优选为15μm以上，从而对寿命延长有效果。另外，由第二母线形状as2和第三母线形状as3构成的突起下降量δ如果过大，则存在不容易进行突起加工的可能，因此优选设为70μm以下。即，由第二母线形状as2和第三母线形状as3构成的突起下降量δ优选为10～70μm。通过这样构成，能够兼顾寿命延长效果以及加工性。
[0103]
由单一圆弧曲线和对数曲线的合成曲线构成的第三母线形状as3中的突起形状部的突起下降量δ由单一圆弧与对数的下降量的合成构成。而且，单一圆弧：对数的合成比例为20％：80％～50％：50％，由此对寿命延长有效果。然而，若考虑突起部的加工性，则单一圆弧：对数的合成比例优选设为30％：70％～50％：50％。通过这样构成，从而能够兼顾寿命延长效果以及加工性。
[0104]
另外，第一母线形状as1的长度只要是将第一母线形状as1、一对第二母线形状as2和一对第三母线形状as3的轴向长度合计而得到的长度(以下，有时称为“合计长度”)的40％～75％，则对轴承的寿命延长有效果。然而，若考虑圆锥滚子13的检查、测定时的稳定性，则作为直线形状的第一母线形状as1的长度优选为上述合计长度的一半以上。因此，第一母线形状as1的长度优选为上述合计长度的55％～75％，在该情况下，能够兼顾寿命延长效果以及测定时的稳定性。
[0105]
另外，通过使由单一圆弧曲线和对数曲线合成的合成曲线构成的第三母线形状as3的轴向长度为将第一母线形状as1、一对第二母线形状as2和一对第三母线形状as3的轴向长度合计而得到的长度(合计长度)的15％～35％，从而对寿命延长有效果。但是，若考虑突起的加工性，则第三母线形状as3的轴向长度优选为突起形状全长(合计长度)的20％以上。因此，第三母线形状as3的轴向长度优选为合计长度的20％～35％，在该情况下，能够兼顾寿命延长效果以及加工性。
[0106]
如以上说明的那样，根据本实施方式的圆锥滚子轴承10，由于母线形状as同时使用由直线构成的第一母线形状as1和由圆弧曲线构成的第二母线形状as2，因此在从轻载荷到中载荷条件下，与以往的圆弧对数突起相比，能够高效地确保轴向中央部附近的圆锥滚子13与内外圈11、12的接触区域，并且例如通过将第一母线形状as1设为第二母线形状as2的切线，从而能够使第一母线形状as1与第二母线形状as2的接缝平滑。其结果是，圆锥滚子13与内外圈11、12的接触区域的轴向中央部的接触面压力降低，且接缝处的接触面压力的峰值被抑制，因此能够使接触面压力分布均匀，能够使轴承长寿命化。并且，由于母线形状as具有由单一圆弧曲线与对数曲线合成的合成曲线构成的第三母线形状as3，因此即使在重载荷条件下也能够实现轴承的长寿命化。因此，根据本实施方式，能够在从轻载荷到重载荷条件的较宽载荷范围内实现轴承的长寿命化。
[0107]
另外，由第二母线形状as2和第三母线形状as3构成的突起下降量δ为10～70μm，因此能够兼顾寿命延长效果以及加工性。
[0108]
另外，第三母线形状as3处的突起下降量δ能够通过单一圆弧和对数的下降量的合成来实现，单一圆弧：对数的合成比例为20％：80％～50％：50％(优选为30％：70％～50％：50％)，因此能够兼顾轴承的寿命延长效果以及加工性。
[0109]
另外，第一母线形状as1的长度是将第一母线形状as1、一对第二母线形状as2和一对第三母线形状as3的轴向长度合计而得到的长度的55％～75％，因此能够兼顾寿命延长效果以及测定时的稳定性。
[0110]
另外，由于第三母线形状as3的轴向长度为合计长度的15％～35％(优选为20％～35％)，因此能够兼顾寿命延长效果以及加工性。
[0111]
另外，根据本实施方式的圆锥滚子轴承10，母线形状as的第一母线形状as1由直线构成，因此在圆锥滚子13的检查、测定时利用该直线部分能够容易地使圆锥滚子13的姿势稳定。
[0112]
实施例
[0113]
为了确认本发明的作用效果，进行了本发明例和比较例的多种对比计算(模拟)。将其结果示于图4、图5。
[0114]
图3示出了本发明例和比较例的突起形状。另外，图3表示将轴向中心设为原点o、
将从该原点o向轴向外侧的位移量设为x[mm]时的突起的突起下降量δ[μm]。另外，在圆锥滚子13的滚动面13a形成的突起相对于轴向中心为轴向对称(参照图2)，因此，在图3中，作为x≥0，仅示出突起的轴向单侧一半量。
[0115]
在本发明例的滚子轴承中，在圆锥滚子13的滚动面13a形成有上述本发明的突起，其母线形状在图3中用符号as表示。即，本发明例的母线形状as包括：由直线构成的第一母线形状as1、由单一圆弧曲线构成的第二母线形状as2、由单一圆弧曲线和对数曲线合成的合成曲线构成的第三母线形状as3。
[0116]
在比较例的滚子轴承中，在圆锥滚子13的滚动面13a形成有上述专利文献1所记载的突起，其母线形状在图3中用附图标记bs表示。该比较例的母线形状bs由在轴向中央部形成的圆弧曲线bs1(比较例的第一母线形状)、和从圆弧曲线bs1的轴向两端向轴向外端部形成的圆弧曲线和对数曲线合成的合成曲线bs2(比较例的第二母线形状)构成。
[0117]
并且，比较例的突起的突起下降量δ[μm]使用上述专利文献1中记载的下述[式1]和[式2]算出。
[0118]
[式7]
[0119]
0≤x≤l1，
[0120][0121]
[式8]
[0122]
l1＜x，
[0123][0124]
l1：比较例的第一母线形状bs1的从原点o起的轴向长度
[0125]
l2：比较例的第二母线形状bs2的轴向长度
[0126]
r：比较例的第一母线形状bs1的单一圆弧曲线的圆弧半径
[0127]
d2：比较例的有效滚道的端部处的突起下降量的对数曲线成分
[0128]
k：用于调整对数部的圆度的参数(0＜k＜1)
[0129]
图4是通过计算而求出对本发明例和比较例的滚子轴承施加固定载荷时的轴向位置x[mm]处的接触面压力p[gpa]的分布的结果。载荷条件是轴承的作用载荷p与动额定载荷c之比p/c为0.05的轻载荷条件。图4中的曲线ap是本发明例的结果，曲线bp是比较例的结果。
[0130]
由图4可知，在比较例的情况下，无法充分确保接触区域，因此接触区域中央部的接触面压力变高。与此相对，在本发明例的情况下，可知由于能够充分确保接触区域，因此接触面压力分布变得均匀。
[0131]
图5是对本发明例和比较例的滚子轴承施加固定载荷时的轴承寿命进行计算的结果。图5的图表中，横轴p/c取在0.05～0.615的范围，纵轴取与在将额定疲劳寿命设为1时通过本计算得到的寿命之比。图5中的曲线al是本发明例的结果，曲线bl是比较例的结果。
[0132]
由图5可知，在p/c为0.05～0.2的范围的轻载荷至中载荷条件下，与比较例相比，本发明例的寿命更长。另外，可知在p/c为0.2～0.615的范围的重载荷条件下，本发明例能
够得到与比较例同等的寿命。因此，根据本发明可知，能够在从轻载荷到重载荷条件的较宽载荷范围内实现轴承的长寿命化。
[0133]
接着，说明第一母线形状as1的长度对轴承寿命造成的影响。图6是表示对滚子轴承施加固定载荷时的轴承寿命的计算结果的图表。图6的图表中，横轴p/c取在0.05～0.615的范围，纵轴取与在将额定疲劳寿命设为1时通过本计算得到的寿命之比。可知，在p/c为0.05～0.2的范围的轻载荷到中载荷条件下，第一母线形状as1的长度为将第一母线形状as1、一对第二母线形状as2和一对第三母线形状as3的轴向长度合计而得到的长度(合计长度)的55％～75％的情况比为40％的情况寿命长。
[0134]
接着，说明在由单一圆弧曲线和对数曲线的合成曲线构成的第三母线形状as3处的突起形状部的突起下降量δ由单一圆弧和对数的下降量合成构成的情况下、单一圆弧：对数的合成比例对轴承寿命造成的影响。图7是表示对滚子轴承施加固定载荷时的轴承寿命的计算结果的图表。图7的图表的横轴p/c取在0.05～0.615的范围，纵轴取与在将额定疲劳寿命设为1时通过本计算得到的寿命之比。可知，在p/c为0.05～0.2的范围的轻载荷到中载荷条件下，单一圆弧：对数的合成比例为20％：80％～50％：50％的情况与为60％：40％～80％：20％的情况相比长寿命。
[0135]
另外，本发明并不限于上述实施方式所例示的内容，在不脱离本发明的主旨的范围内能够适当变更。
[0136]
例如，在上述实施方式中，例示了将本发明应用于圆锥滚子轴承的情况，但并不限于此，也可以将本发明应用于圆柱滚子轴承、滚针轴承、球面滚子轴承等滚子与滚道圈线接触的形式的滚子轴承，另外，也可以将本发明应用于不仅支承径向载荷而且支承推力载荷的滚子轴承。
[0137]
本技术基于2020年1月30日申请的日本专利申请2020-014135，并将其内容结合于此作为参考。