JP7202171B2 - bearing device - Google Patents
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Description
この発明は、トランスミッション等で使用される軸受装置に関し、詳しくは、転がり軸受で回転軸をハウジングに対して回転自在に支持し、ハウジングにねじ止めされたプレートで転がり軸受の外輪の軸方向移動を阻止するものに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a bearing device used in a transmission or the like, and more specifically, a rolling bearing supports a rotating shaft rotatably with respect to a housing, and a plate screwed to the housing controls axial movement of the outer ring of the rolling bearing. About what to block.
例えば、自動車のデュアルクラッチトランスミッション(DCT)又は連続可変トランスミッション(CVT)等のトランスミッションにおいては、トランスミッションのハウジングに対して回転軸を転がり軸受で回転自在に支持している。その転がり軸受には、回転軸からラジアル荷重が負荷され、その転がり軸受に負荷された荷重がハウジングで受けられる。 For example, in a transmission such as a dual clutch transmission (DCT) or a continuously variable transmission (CVT) of an automobile, a rotating shaft is rotatably supported by a rolling bearing with respect to a housing of the transmission. A radial load is applied to the rolling bearing from the rotating shaft, and the load applied to the rolling bearing is received by the housing.
トランスミッションの回転軸の端部に転がり軸受の内輪が嵌合され、ハウジングの内面に設けられた凹部に転がり軸受の外輪が嵌合されると共に、プレートが複数の雄ねじ部品によって凹部に固定されている。プレートは、転がり軸受の外輪が凹部から抜け出すことを防止するためのものである(例えば、特許文献1)。 The inner ring of the rolling bearing is fitted to the end of the rotating shaft of the transmission, the outer ring of the rolling bearing is fitted to a recess provided in the inner surface of the housing, and the plate is fixed to the recess by a plurality of male screw parts. . The plate is for preventing the outer ring of the rolling bearing from slipping out of the recess (for example, Patent Document 1).
特許文献1のプレートは、3本の雄ねじ部品によってハウジングの凹部と締結されている。3本の雄ねじ部品の軸力によってプレートが外輪に向かって軸方向に押し付けられ、その外輪が凹部とプレートとで軸方向に拘束されている。
The plate of
近年、CVT用軸受などでは、特異剥離の一つである水素脆性剥離に対する課題が注目されている。CVTなどに使用される特殊鋼製の転がり軸受に対してどのような機序で水素が侵入して脆化を進行させるのかは未だ原因が特定されていない。 In recent years, in CVT bearings and the like, attention has been focused on the problem of hydrogen embrittlement flaking, which is one of the peculiar flakings. It is not yet clear what kind of mechanism causes hydrogen to enter rolling bearings made of special steel used in CVTs, etc., and to promote embrittlement.
その水素脆性剥離に対する対応策としては、軸受材料である鋼材のCr含有量を多くして表面に不動態膜を形成すること、又は、窒化処理を施して水素拡散係数を小さくすることが効果的とされている(特許文献2、3)。
As a countermeasure against the hydrogen embrittlement flaking, it is effective to increase the Cr content of the steel material, which is the bearing material, to form a passivation film on the surface, or to reduce the hydrogen diffusion coefficient by nitriding. (
しかしながら、特許文献2、3のような特殊鋼の使用又は窒化のための特殊熱処理を行う場合も、転がり軸受が高価になる問題がある。
However, even when special steel is used or special heat treatment for nitriding is performed as in
また、複数の雄ねじ部品がハウジングの凹部及び外輪にプレートを締め付ける軸受固定構造においては、それら雄ねじ部品の軸力の影響で外輪が変形する事象が発生する。この外輪の変形は、外輪の格子欠陥に水素がトラップされる要因になる。また、その外輪変形に伴い、外輪の軌道面が円形でなくなるため、転動体が外輪の軌道面に沿って1周公転する間に、外輪接触面圧(転動体との接触領域における外輪の表面圧力)が局所的に高くなる通過領域が生じる。この通過領域では、外輪と転動体の金属接触による摩耗が生じて新生面が露出し易くなり、その新生面の触媒作用によって潤滑剤が分解されて水素が発生し、外輪を成す鋼中に前述の水素が侵入し、外輪の軌道面で起こる水素脆性剥離の要因になると考えられる。 In addition, in a bearing fixing structure in which a plurality of male-threaded parts fasten a plate to a recess of a housing and an outer ring, an event occurs in which the outer ring is deformed under the influence of the axial force of these male-threaded parts. This deformation of the outer ring causes hydrogen to be trapped in the lattice defects of the outer ring. As the outer ring deforms, the raceway surface of the outer ring ceases to be circular. A passage area occurs where the pressure) is locally high. In this passage area, wear occurs due to metal contact between the outer ring and the rolling elements, and the new surface is likely to be exposed. is considered to be a cause of hydrogen embrittlement flaking that occurs on the raceway surface of the outer ring.
特許文献1のようにプレートの各貫通孔付近の剛性を意図的に低くし、外輪に対する押圧力を円周方向に均一化する技術は、プレートの厚さを大きくすれば有効性を期待できるが、そのような厚さのプレートは、プレス加工での形成が困難であって切削加工で形成することになるので、コスト高で重いものとなる。
The technique of intentionally lowering the rigidity near each through-hole of the plate as in
そこで、この発明が解決しようとする課題は、コスト上昇を避けつつ、軸受装置に備わる外輪での水素脆性剥離を防止することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to prevent hydrogen embrittlement flaking in an outer ring of a bearing device while avoiding an increase in cost.
上記の課題を達成するため、この発明は、回転軸と、ハウジングと、前記回転軸を前記ハウジングに対して回転自在に支持する転がり軸受と、を備え、前記転がり軸受が、前記回転軸に嵌合された内輪と、前記ハウジングに嵌合された外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置された複数の転動体とを有し、前記ハウジングが、前記外輪を径方向に支持するボディと、前記ボディに固定されたプレートと、前記プレートを前記ボディ及び前記外輪に軸方向に締め付ける複数の雄ねじ部品とを有する軸受装置において、前記プレート及び前記複数の雄ねじ部品が前記ボディから取り外された状態で前記回転軸が運転された場合に前記転がり軸受の荷重負荷域の中で最大の外輪接触面圧をPmax0とし、前記プレートが前記複数の雄ねじ部品によって前記ボディに固定された状態で前記回転軸が運転された場合に前記転がり軸受の荷重負荷域の中で最大の外輪接触面圧をPmax1としたとき、前記複数の雄ねじ部品が、Pmax1≦Pmax0となるようにPmax0の接触領域の位置から離れた位置に配置されている構成を採用した。 In order to achieve the above object, the present invention includes a rotating shaft, a housing, and a rolling bearing that rotatably supports the rotating shaft with respect to the housing, wherein the rolling bearing is fitted to the rotating shaft. a body having a mated inner ring, an outer ring fitted to the housing, and a plurality of rolling elements arranged between the inner ring and the outer ring, wherein the housing radially supports the outer ring and a plate fixed to the body, and a plurality of externally threaded components axially tightening the plate to the body and the outer ring, wherein the plate and the plurality of externally threaded components are removed from the body The maximum outer ring contact surface pressure in the load bearing region of the rolling bearing is Pmax 0 when the rotating shaft is operated in the state, and the plate is fixed to the body by the plurality of male threaded parts. When the maximum outer ring contact surface pressure in the load bearing region of the rolling bearing when the rotating shaft is operated is Pmax 1 , the plurality of male threaded parts have Pmax 0 so that Pmax 1 ≤ Pmax 0 . A configuration was adopted in which it is arranged at a position away from the position of the contact area.
回転軸からのラジアル荷重を受ける転がり軸受の荷重負荷域では、荷重を分担する転動体と外輪の接触領域における外輪表面部分の面圧(外輪接触面圧)が高圧となる。プレートの固定に伴う外輪の変形がない場合を考えると、転がり軸受の荷重負荷域の中で最大の外輪接触面圧Pmax0の接触領域の位置は、回転軸から転がり軸受に負荷されるラジアル荷重の方向で決まる。一方、複数の雄ねじ部品によってプレートをハウジングのボディに固定された場合を考えると、プレートからの押圧力による外輪の変形は、雄ねじ部品に近い位置程に大きくなる傾向がある。Pmax0の接触領域の位置と回転軸の回転中心線を結ぶ径方向の仮想直線(前述のラジアル荷重の作用線)の延長上に雄ねじ部品のねじ軸線が位置すると、転がり軸受の荷重負荷域の中で最大の外輪接触面圧Pmax1の接触領域の位置はPmax0の接触領域と同じ位置になるが、前述の外輪の変形によって転動体の転がり運動が妨げられるため、Pmax1がPmax0よりも高くなる。雄ねじ部品のねじ軸線を前述のラジアル荷重の作用線の延長上から遠い位置に配置する程、Pmax1の接触領域の位置がラジアル荷重の作用線上から遠くなり、かつPmax1が低くなる傾向がある。したがって、前述のラジアル荷重の作用線の延長上から複数の雄ねじ部品を適切に離して配置すれば、Pmax1をPmax0と同等以下にすることが可能である。これにより、複数の雄ねじ部品によってプレートがハウジングのボディ及び外輪に締め付けられて外輪が変形しても、外輪接触面圧が高くならず、外輪と転動体の接触領域における摩耗が防止される。したがって、外輪での新生面の生成が防止され、新生面と潤滑剤の接触による水素発生が抑えられるので、外輪の水素脆性剥離が防止される。このように、複数の雄ねじ部品の配置によって外輪の水素脆性剥離が防止されるため、プレートの厚さを厚く設定したり、特許文献2、3のような特殊鋼又は特殊熱処理を外輪に採用したりすることが不要になり、コスト上昇が避けられる。
In the load bearing region of the rolling bearing that receives the radial load from the rotating shaft, the surface pressure of the outer ring surface portion (outer ring contact surface pressure) in the contact region between the rolling elements that share the load and the outer ring becomes high. Considering the case where the outer ring is not deformed due to the fixing of the plate, the position of the contact area where the maximum outer ring contact surface pressure Pmax is 0 in the load bearing area of the rolling bearing is the radial load applied from the rotating shaft to the rolling bearing. determined by the direction of On the other hand, when considering the case where the plate is fixed to the body of the housing by a plurality of male threaded parts, deformation of the outer ring due to the pressing force from the plate tends to increase at positions closer to the male threaded parts. When the thread axis of the male threaded part is positioned on the extension of the radial imaginary straight line connecting the position of the contact area of Pmax 0 and the rotation center line of the rotating shaft (the line of action of the radial load described above), the load bearing area of the rolling bearing The position of the contact area with the maximum outer ring contact surface pressure Pmax 1 is the same as the contact area with Pmax 0 . also higher. The position of the contact area of Pmax 1 tends to be farther from the line of action of the radial load and Pmax 1 tends to be lower as the screw axis of the male threaded part is placed farther from the extension of the line of action of the radial load. . Therefore, Pmax 1 can be made equal to or less than Pmax 0 by arranging a plurality of externally threaded components appropriately apart from the line of action of the aforementioned radial load. As a result, even if the plate is tightened to the body of the housing and the outer ring by the plurality of male threaded parts and the outer ring is deformed, the contact surface pressure of the outer ring does not increase and wear is prevented in the contact area between the outer ring and the rolling elements. Therefore, generation of a new surface on the outer ring is prevented, and generation of hydrogen due to contact between the new surface and the lubricant is suppressed, thereby preventing hydrogen embrittlement flaking of the outer ring. In this way, since hydrogen embrittlement flaking of the outer ring is prevented by arranging a plurality of male threaded parts, it is necessary to set the thickness of the plate thicker or adopt special steel or special heat treatment for the outer ring as described in
具体的には、前記Pmax0の接触領域の位置を通る径方向の仮想直線上を位相0°としたとき、位相0°から一方回りで考えた前記複数の雄ねじ部品の位相と、位相0°から前記一方回りと反対回りに考えた前記複数の雄ねじ部品の位相とが同等であるとよい。このようにすると、複数の雄ねじ部品の軸力を位相0°基準でプレートにバランスよく負荷することができる。 Specifically, when the virtual straight line in the radial direction passing through the position of the contact area of Pmax 0 is assumed to have a phase of 0°, the phases of the plurality of male screw components considered in one direction from the phase of 0° and the phase of 0° Therefore, it is preferable that the phases of the plurality of externally threaded components considered in one direction and in the opposite direction are the same. By doing so, the axial forces of the plurality of externally threaded parts can be applied to the plate in a well-balanced manner on the basis of the phase of 0°.
より好ましくは、前記複数の雄ねじ部品の総本数が3本であるとよい。雄ねじ部品の総本数を4本以上にすると、隣り合う雄ねじ部品間の位相差が90°以下になり、各雄ねじ部品をPmax0の接触領域の位置からPmax1≦Pmax0となるまで離すことが難しくなる。雄ねじ部品の総本数を2本にすると、これら雄ねじ部品の軸力でプレートが反ってしまう。 More preferably, the total number of the plurality of male screw components is three. When the total number of male threaded parts is 4 or more, the phase difference between adjacent male threaded parts becomes 90° or less, and each male threaded part can be separated from the position of the contact area of Pmax 0 until Pmax 1 ≤ Pmax 0 . it gets harder. If the total number of male threaded parts is two, the plate will warp due to the axial force of these male threaded parts.
また、前記Pmax0の接触領域の位置を通る径方向の仮想直線上を位相0°としたとき、前記複数の雄ねじ部品の各ねじ軸線が、位相0°から一方回りに+40°以上離れかつ当該一方回りと反対回りに-40°以上離れた範囲に配置されているとよい。このようにすると、トランスミッション用軸受装置において一般的な軸受形式及び軸受主要寸法においてPmax1をPmax0と同等以下にすることができる。 Further, when the virtual straight line in the radial direction passing through the position of the contact area of Pmax 0 is assumed to have a phase of 0°, the screw axes of the plurality of male threaded parts are separated from the phase of 0° in one direction by +40° or more and It is preferable that they are arranged in a range separated by -40° or more in one direction and in the opposite direction. In this way, Pmax 1 can be made equal to or less than Pmax 0 for the bearing type and bearing major dimensions that are common in bearing devices for transmissions.
前記プレートが、板厚5mm以下の一枚の金属板によって形成されているとよい。このようにすると、プレートが重くならず、また、切削加工でプレートを形成することが不要になるので、トランスミッション用途に好適な軸受装置にすることができる。 The plate is preferably formed of a single metal plate having a thickness of 5 mm or less. In this way, the plate does not become heavy, and it is unnecessary to form the plate by cutting, so that the bearing device can be made suitable for transmission applications.
例えば、前記回転軸が、トランスミッションに備わる回転軸からなる。このようにすると、コスト上昇を避けつつ、トランスミッションに備わる軸受装置の耐久性向上を図ることができる。 For example, the rotating shaft is a rotating shaft provided in a transmission. By doing so, it is possible to improve the durability of the bearing device provided in the transmission while avoiding an increase in cost.
上述のように、この発明は、上記構成の採用により、コスト上昇を避けつつ、軸受装置に備わる外輪の水素脆性剥離を防止することができ、ひいてはトランスミッション用途に好適な軸受装置を実現することができる。 As described above, the present invention can prevent hydrogen embrittlement flaking of the outer ring of the bearing device while avoiding an increase in cost by adopting the above-described configuration, and can realize a bearing device suitable for transmission applications. can.
この発明に係る軸受装置の一例としての実施形態を添付図面に基づいて説明する。図1、図2は、実施形態に係る軸受装置を自動車のトランスミッションに適用する場合の一例として、ベルト式CVT(以下、単に「CVT」と呼ぶ)への適用例を示している。なお、図1は、図2のI-I線断面図である。 An embodiment as an example of a bearing device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1 and 2 show an example of application to a belt-type CVT (hereinafter simply referred to as "CVT") as an example of applying the bearing device according to the embodiment to an automobile transmission. 1 is a sectional view taken along line II of FIG.
図2に示すように、CVTは、プライマリプーリ1と、セカンダリプーリ(図示せず)と、プライマリプーリ1とセカンダリプーリ間に架け渡された動力伝達ベルト2とを備える周知の構造のものである。
As shown in FIG. 2, the CVT has a known structure comprising a
実施形態に係る軸受装置は、回転軸3と、ハウジング4と、回転軸3をハウジング4に対して回転自在に支持する転がり軸受5とを備える。
The bearing device according to the embodiment includes a rotating
プライマリプーリ1は、固定シーブ6と、固定シーブ6に対して接近・離反可能な可動シーブ7とを有する。固定シーブ6は、回転軸3に固定されている。可動シーブ7は、回転軸3によって相対回転不可、軸方向スライド自在に支持されている。可動シーブ7の位置が油圧によって制御されてプライマリプーリ1とセカンダリプーリとの間の変速比が調整される。なお、図2では、可動シーブ7を軸方向に変位させる機構の図示を省略している。
The
前述のセカンダリプーリもプライマリプーリ1と同じく固定シーブと可動シーブとを有する。プライマリプーリ1とセカンダリプーリのうち、一方のプーリ(図示例ではプライマリプーリ1)が他方のプーリの斜め上方に配置され、その一方のプーリの固定シーブ6と一体の回転軸3の片端側が転がり軸受5によって支持されている。
Like the
回転軸3は、動力伝達ベルト2によって回転駆動される固定シーブ6及び可動シーブ7と一体に回転し、これら両シーブ6、7の回転中心となる。回転軸3は、中空回転軸状になっており、その中空孔を通じて潤滑油を転がり軸受5に供給することが可能になっている。回転軸3の一端側は、転がり軸受5によってハウジング4に対して回転自在に支持されている。回転軸3の他端側も他の転がり軸受によってハウジング4に対して回転自在に支持されるが、図2では、回転軸3の他端側の支持構造の図示を省略している。
The
以下、回転軸3の回転中心線に沿った方向のことを「軸方向」という。また、その回転軸3の回転中心線回りに一周する円周に沿った方向のことを「円周方向」という。また、その回転軸3の回転中心線に直交する方向のことを「径方向」という。
Hereinafter, the direction along the rotation centerline of the
ハウジング4は、プライマリプーリ1、セカンダリプーリ等を収容するCVTのケーシングの一部として構成されている。ハウジング4は、回転軸3に対して静止し、転がり軸受5を径方向及び軸方向に支持する。
The
転がり軸受5は、ラジアル軸受として構成されている。図1、図2に示すように、転がり軸受5は、回転軸3に嵌合された内輪8と、ハウジング4に嵌合された外輪9と、内輪8と外輪9との間に配置された複数の転動体10とを有する。
The rolling
内輪8は、外周側に軌道面を有する環状の軸受部品である。外輪9は、内周側に軌道面を有する環状の軸受部品である。転動体10は、内輪8の軌道面と外輪9の軌道面に対応する転動面を有する軸受部品である。
The
内輪8は、回転軸3と一体に回転するように回転軸3の外周に嵌合されている。外輪9は、ハウジング4に固定されている。
The
内輪8、外輪9及び転動体10は、それぞれ鋼によって形成されている。
The
図示では、転がり軸受5として深溝玉軸受を例示している。内輪8の軌道面と外輪9の軌道面は、それぞれ断面円弧状であって、円周方向全周で同一の断面形状を有するように形成されている。転動体10は、玉からなる。
In the drawing, a deep groove ball bearing is exemplified as the rolling
回転軸3から転がり軸受5に負荷される最大のラジアル荷重の方向は、実質的に一定である。図2のCVTにおいては、プライマリプーリ1がセカンダリプーリの斜め上側にあるCVTを想定している。このため、プライマリプーリ1を支持する転がり軸受5に対して回転軸3から斜め下側の方向に最大のラジアル荷重が負荷される。図1において、そのラジアル荷重Pの作用線を矢線で示す。
The direction of the maximum radial load applied from the
図1、図2に示すように、ハウジング4は、外輪9を径方向に支持するボディ11と、ボディ11に固定されたプレート12と、プレート12をボディ11及び外輪9に軸方向に締め付ける複数の雄ねじ部品13とを有する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ボディ11は、外輪9の外径面に嵌め合う円筒面状の軸受座面11aと、軸受座面11aに嵌合された外輪9の軸方向一方側(図2において左側)の端面を軸方向に支持する肩部11bと、軸受座面11aの軸方向他方側(図2において右側)に連続する締結面11cと、軸受座面11aに対して径方向外方に位置する複数のねじ貫通部11dとを有する。
The
軸受座面11aとボディ11の外側面との間の厚さは、外輪9の外径面の真円度を所定内に保てる強度を確保するように設定されている。このため、回転軸3から転がり軸受5に負荷されるラジアル荷重によって外輪9が楕円状に過大変形させられることがない。
The thickness between the
締結面11cは、円周方向全周に連続しかつ径方向に沿った平坦面として形成されている。締結面11cは、プレート12と軸方向に接触する部位となる。
The
ねじ貫通部11dは、雄ねじ部品13のねじ回転軸を軸方向に差し込み可能な貫通孔を規定する。ボディ11に形成された複数のねじ貫通部11dの総数は3である。これらねじ貫通部11dは、円周方向に均等間隔(すなわち回転軸3の回転中心線O1回りに120°間隔)で配置されている。
The screw through
プレート12は、回転軸3の周囲に配置された開口部12aと、雄ねじ部品13のねじ回転軸に対応する複数の雌ねじ部12bとを有する。開口部12aは、軸受座面11aに嵌合された外輪9の外周段部9aと軸方向及び径方向に接触する。
The
プレート12の外周は、正三角形状の各角部を同等に省いた六角形状に形成されている。雌ねじ部12bの総数は3であり、ねじ貫通部11dの総数と同じである。これら雌ねじ部12bは、円周方向に均等間隔で配置されている。雌ねじ部12bは、プレート12の外周の六角形状を成す6辺のうち、3箇所の短辺と開口部12aとの間に配置されている。
The outer periphery of the
プレート12は、板厚5mm以下の一枚の金属板によって形成されている。プレート12の全体的な形状は、プレス成形されている。そのプレス成形品に対し、雌ねじ部12bを形成するねじ切り加工が施されている。
The
複数の雄ねじ部品13の総本数は、ねじ貫通部11d、雌ねじ部12bと同数である。雄ねじ部品13は六角ボルトを例示したが、これに限定されない。
The total number of the plurality of externally threaded
複数の雄ねじ部品13をボディ11のねじ貫通部11dからプレート12の複数の雌ねじ部12bにねじ込むことにより、プレート12がボディ11に固定され、ハウジング4に対する外輪9の軸方向移動を阻止する状態になる。このとき、3本の雄ねじ部品13のねじ軸線O2は、円周方向に120°間隔で配置されている。これら雄ねじ部品13の軸力により、プレート12は、その軸方向一方側の側面においてボディ11の締結面11c及び外輪9の外周段部9aに軸方向に締め付けられている。この締め付けにより、プレート12から外輪9に軸方向の押圧力が加えられ、ボディ11の肩部11bが外輪9から軸方向一方側に向かって押されている。
The
CVTの回転軸3に逆入力が生じた際にプレート12で転がり軸受5の軸方向変位挙動に抵抗するため、各雄ねじ部品13の軸力は数トンに設定される。ボディ11の肩部11b付近をハウジング4の外側から軸方向に支持するバックアップ面がないため、プレート12から外輪9に加えられる押圧力は、ハウジング4ごと外輪9を変形させる程の大きさになる。その押圧力は、雄ねじ部品13に近くなる程に大きくなり、雄ねじ部品13から遠くなる程に小さくなる傾向がある。このため、外輪9の変形も同様の傾向となる。したがって、雄ねじ部品13に近い位置程に外輪9の軌道面が軸方向に大きく歪み、転動体10が円滑に転がりにくくなる。このことは、転がり軸受5の荷重負荷域において外輪接触面圧を高める方向に作用する。ここで、転がり軸受5の荷重負荷域は、転がり軸受5のうち、円周方向の一部領域であってラジアル荷重を受ける領域のことをいう。また、外輪接触面圧は、外輪9の軌道面のうち、1個の転動体10との接触領域における面圧のことをいう。外輪接触面圧は、ヘルツ(Hertz)の弾性接触理論におけるPmaxの値として数値解析で求めることができる。
The axial force of each externally threaded
本願発明者は、雄ねじ部品の位置とPmaxとの関係性を探るための数値解析を行った。その数値解析では、CVT用途で一般的な軸受形式及び主要寸法の転がり軸受として、本出願人の製品型番6010の深溝玉軸受を解析対象に採用した。また、その数値解析では、回転軸から転がり軸受に負荷される荷重を想定し、CVT用途で既知の大きさの等価ラジアル荷重を解析対象に与えた。その等価ラジアル荷重の方向は、回転軸の回転中心線から一方向に設定した。 The inventor of the present application conducted numerical analysis to explore the relationship between the position of the male threaded component and Pmax. In the numerical analysis, a deep groove ball bearing of product number 6010 of the present applicant was adopted as an analysis object as a rolling bearing having a common bearing type and major dimensions for CVT applications. Also, in the numerical analysis, a load applied from the rotating shaft to the rolling bearing was assumed, and an equivalent radial load of known magnitude for CVT applications was applied to the analysis target. The direction of the equivalent radial load was set in one direction from the rotation center line of the rotating shaft.
また、その数値解析では、前述の押圧力が外輪に加えられていない場合を想定し、外輪の変形を設定せずに前述の等価ラジアル荷重を与えた場合をモデル1とした。また、その数値解析では、前述の押圧力による外輪の変形を想定し、解析対象の外輪の変形を設定して前述の等価ラジアル荷重を与えた場合をモデル2~4とした。
In the numerical analysis,
そのモデル2では、前述の等価ラジアル荷重の作用線上での外輪軌道面の変形量を15μmに設定し、その作用線上を位相0°に定めた。モデル2の外輪軌道面の変形量は、位相0°から離れた位相である程に小さく設定した。前述の位相0°の位置で外輪と接触する転動体を第1転動体とし、第1転動体から円周方向の一方回りに向かって1つ目に位置する転動体を第2転動体とし、第1転動体から円周方向の一方回りに向かって2つ目に位置する転動体を第3転動体としたとき、モデル3、4では、それら転動体間のピッチ間隔に基づいて外輪軌道面の変形量を変更した。すなわち、モデル3では、第2転動体と外輪の接触領域となる第1位相での外輪軌道面の変形量を15μmに設定した。モデル3の外輪軌道面の変形量は、第1位相から離れた位相である程に小さく設定した。モデル4では、第3転動体と外輪の接触領域となる第2位相での外輪軌道面の変形量を15μmに設定した。モデル4の外輪軌道面の変形量は、第2位相から離れた位相である程に小さく設定した。これらモデル2~4は、それぞれ対応の転動体と外輪との接触領域を通る径方向の仮想直線上に雄ねじ部品のねじ軸線を配置した場合を想定したものである。
In
前述のモデル1~4において外輪接触面圧の分布(面圧分布)を解析した。各モデルにおいて様々な位相における外輪接触面圧を求め、位相に応じて外輪接触面圧がどのように変化するかを調べた。その解析結果を図3にグラフで示す。図3において、グラフの縦軸は、モデル1の面圧分布における最大の外輪接触面圧に対する比率を示し、グラフの横軸は、前述の位相0°に対する相対角度である位相を示す。位相0°の位置から円周方向の一方回りの位相を正の相対角度で示し、位相0°の位置から前述の一方回りと反対回りの位相を負の相対角度で示す。
The distribution of the outer ring contact surface pressure (surface pressure distribution) was analyzed in
モデル1のグラフから、外輪の変形がない場合、外輪接触面圧は、等価ラジアル荷重の作用線上である位相0°の接触領域において最大となり、位相に応じて放物線状に小さくなることが分かる。
From the graph of
モデル2のグラフから、雄ねじ部品のねじ軸線を等価ラジアル荷重の作用線の延長上(位相0°)に配置すると、面圧分布における最大の外輪接触面圧は、位相0°の接触領域で生じ、モデル1における最大の外輪接触面圧に比して10%以上高くなることが分かる。
From the graph of
モデル3、4のグラフから、雄ねじ部品のねじ軸線を位相0°から離れた位相に配置すると、面圧分布における最大の外輪接触面圧は、位相0°から離れた位相の接触領域で生じると共に低くなることが分かる。
From the graphs of
さらに、モデル4のグラフから、雄ねじ部品のねじ軸線を位相0°から十分に離れた位相に配置すると、面圧分布における最大の外輪接触面圧は、外輪の変形がないモデル1における最大の外輪接触面圧よりも低くなることが分かる。
Furthermore, from the graph of
図3のモデル1~4の各面圧分布における最大の外輪接触面圧と位相との関係を図4に折れ線グラフで示す。この折れ線グラフにおいて、縦軸は、モデル1の面圧分布における最大の外輪接触面圧に対する比率を示し、横軸は、前述の位相0°に対する相対角度である位相を示す。
FIG. 4 is a line graph showing the relationship between the maximum outer ring contact surface pressure and the phase in each surface pressure distribution of
図4の折れ線グラフが位相40°の目盛線と交差する位置での縦軸値は101%程度である。数値解析の誤差を考慮すると、外輪軌道面の変形量が位相40°の位置で最大になる場合、その面圧分布における最大の外輪接触面圧は、モデル1の面圧分布における最大の外輪接触面圧と同等になると考えても実質的に問題ない。
The vertical axis value at the position where the line graph in FIG. 4 intersects the scale line of
図3、図4に示すように、この数値解析では、雄ねじ部品のねじ軸線の位置を位相0°から一方回りについて変更する想定であったが、一方回りと反対回りに変更する場合についても図3のモデル3、4の面圧分布が位相0°の目盛線を対称軸として左右対称に現れることになる。
As shown in Figs. 3 and 4, in this numerical analysis, it was assumed that the position of the thread axis of the male threaded part was changed from 0° in one direction, but the figure also shows the case of changing the direction in one direction and in the opposite direction. The surface pressure distributions of
前述の数値解析の結果から、雄ねじ部品のねじ軸線の位置を位相0°から±40°以上離れた位相に配置する場合の面圧分布における最大の外輪接触面圧は、モデル1の面圧分布における最大の外輪接触面圧と同等以下になると考えられる。
From the results of the above-mentioned numerical analysis, the maximum outer ring contact surface pressure in the surface pressure distribution when the position of the screw axis of the male threaded component is arranged in a phase separated from the
そこで、図1、図2に示す軸受装置では、複数の雄ねじ部品13の配置により、転がり軸受5の荷重負荷域の中で最大の外輪接触面圧の抑制が図られている。すなわち、プレート12及び複数の雄ねじ部品13がボディ11から取り外された状態で回転軸3が運転された場合に転がり軸受5の荷重負荷域の中で最大の外輪接触面圧をPmax0とし、プレート12が複数の雄ねじ部品13によってボディ11に固定された状態で回転軸3が運転された場合に転がり軸受5の荷重負荷域の中で最大の外輪接触面圧をPmax1としたとき、複数の雄ねじ部品13が、Pmax1≦Pmax0となるようにPmax0の接触領域の位置から離れた位置に配置されている。
Therefore, in the bearing device shown in FIGS. 1 and 2, the plurality of male threaded
具体的には、図1に示すように、Pmax0の接触領域は、ラジアル荷重Pの作用線上に生じる。Pmax0の接触領域の位置を通る径方向の仮想直線上を位相0°としたとき、複数の雄ねじ部品13の各ねじ軸線O2が、位相0°から一方回り(図1において時計回り)に+40°以上離れかつ当該一方回りと反対回り(図1において反時計回り)に-40°以上離れた範囲に配置されている。
Specifically, the contact area of Pmax 0 occurs on the line of action of the radial load P, as shown in FIG. When a radial imaginary straight line passing through the position of the contact area of Pmax 0 is assumed to have a phase of 0°, each screw axis O 2 of the plurality of male threaded
円周方向に均等間隔で配置された3本の雄ねじ部品13のうち、1本の雄ねじ部品13のねじ軸線O2の位置は、Pmax0の接触領域の位置と±180°の位相に配置されている。したがって、位相0°から一方回りで考えた複数の雄ねじ部品13の位相と、位相0°から一方回りと反対回りに考えた複数の雄ねじ部品の位相とが同等である。
The position of the screw axis O2 of one of the three male threaded
実施形態に係る軸受装置は、上述のようなものであり、複数の雄ねじ部品13が、Pmax1≦Pmax0となるようにPmax0の接触領域の位置から離れた位置に配置されているので、複数の雄ねじ部品13によってプレート12がハウジング4のボディ11及び外輪9に締め付けられて外輪9が変形しても、外輪接触面圧が高くならず、外輪9と転動体10の接触領域における摩耗が防止される。
The bearing device according to the embodiment is as described above, and the plurality of male threaded
外輪9の軌道面において水素脆性剥離が発生するか否かには、外輪9の軌道面と転動体10の金属接触が生じて当該軌道面に摩耗が起こるか否かが影響すると考えられる。外輪9の軌道面の摩耗が起こるか否かは、外輪9の軌道面と転動体10間の最小油膜厚さと、外輪接触面圧との一次関数的な関係性に依存する。つまり、外輪接触面圧が大きくなる程、摩耗の防止(すなわち水素脆性剥離の防止)に必要な最小油膜厚さの閾値が大きくなる。Pmax1、Pmax0において最小油膜厚さが前述の閾値を満足するのであれば、外輪9の軌道面において水素脆性剥離が発生しないと考えられる。プレート12の固定によって外輪9の変形が生じても、Pmax1がPmax0と同等以下になるのであれば、前述の閾値が高くなることはない。したがって、外輪9の軌道面の摩耗による新生面の生成が防止され、新生面と潤滑剤の接触による水素発生が抑えられるので、外輪9の水素脆性剥離が防止される。
Whether or not hydrogen embrittlement flaking occurs on the raceway surface of the
また、複数の雄ねじ部品13の配置によって外輪9の水素脆性剥離が防止されるので、プレート12の厚さを厚く設定したり、外輪9の素材を特殊鋼にしたり、外輪9に特殊熱処理を施したりすることが不要になり、コスト上昇が避けられる。
In addition, since the arrangement of the plurality of male threaded
このように、実施形態に係る軸受装置は、コスト上昇を避けつつ、外輪9の水素脆性剥離を防止することができる。
As described above, the bearing device according to the embodiment can prevent hydrogen embrittlement flaking of the
また、実施形態に係る軸受装置は、Pmax0の接触領域の位置を通る径方向の仮想直線上を位相0°としたとき、位相0°から一方回りで考えた複数の雄ねじ部品13の位相と、位相0°から一方回りと反対回りに考えた複数の雄ねじ部品13の位相とが同等であるので、複数の雄ねじ部品13の軸力を位相0°基準でプレート12にバランスよく負荷することができる。
Further, in the bearing device according to the embodiment, when the virtual straight line in the radial direction passing through the position of the contact area of Pmax 0 is assumed to have a phase of 0°, the phases of the plurality of male threaded
また、実施形態に係る軸受装置は、複数の雄ねじ部品13の総本数が3本であるので、各雄ねじ部品13をPmax0の接触領域の位置からPmax1≦Pmax0となるまで離すことができ、また、各雄ねじ部品13の軸力によるプレート12の反りを抑えることができる。
Further, in the bearing device according to the embodiment, since the total number of the plurality of male threaded
また、実施形態に係る軸受装置は、Pmax0の接触領域の位置を通る径方向の仮想直線上を位相0°としたとき、複数の雄ねじ部品13の各ねじ軸線O2が位相0°から一方回りに+40°以上離れかつ当該一方回りと反対回りに-40°以上離れた範囲に配置されているので、トランスミッション用軸受装置において一般的な軸受形式及び軸受主要寸法においてPmax1をPmax0と同等以下にすることができる。
In addition, in the bearing device according to the embodiment, when the phase of the imaginary straight line in the radial direction passing through the position of the contact area of Pmax 0 is set to 0°, the screw axes O2 of the plurality of male threaded
また、実施形態に係る軸受装置は、プレート12が板厚5mm以下の一枚の金属板によって形成されているので、プレート12が重くならず、また、切削加工でプレート12を形成することが不要になるので、トランスミッション用途に好適な軸受装置にすることができる。
Further, in the bearing device according to the embodiment, since the
また、実施形態に係る軸受装置は、回転軸3がトランスミッションに備わる回転軸からなるので、コスト上昇を避けつつ、トランスミッションに備わる軸受装置の耐久性向上を図ることができる。
Further, in the bearing device according to the embodiment, since the
なお、Pmax0、Pmax1の各接触領域の位置は実験的に探索することも可能である。すなわち、外輪9の軌道面には僅かな深さの接触痕(転動体10との接触領域が僅かに凹んだ永久変形)が生じる。その接触痕の深さは外輪接触面圧の高さに対応するから、異物の噛み込み等による異常な痕跡を除けば、接触痕の深さ変化からPmax0、Pmax1の接触領域の位置を知ることができる。
The positions of the contact areas of Pmax 0 and Pmax 1 can also be searched experimentally. That is, the raceway surface of the
図示例では、実施形態に係る軸受装置はプライマリプーリ1の回転軸3の支持に適用したが、プライマリプーリとセカンダリプーリの位置関係が上記の説明とは逆になっているCVTについては、セカンダリプーリを支持する転がり軸受に対して荷重が斜め下向きに負荷される。従って、この場合にも実施形態に係る軸受装置を適用することが可能である。
In the illustrated example, the bearing device according to the embodiment is applied to support the
今回開示された実施形態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えられるべきである。したがって、本発明の範囲は上記した説明ではなくて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変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are illustrative in all respects and not restrictive. Therefore, the scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of equivalents of the scope of the claims.
3 回転軸
4 ハウジング
5 転がり軸受
8 内輪
9 外輪
10 転動体
11 ボディ
12 プレート
13 雄ねじ部品
3 Rotating
Claims (4)
前記転がり軸受が、前記回転軸に嵌合された内輪と、前記ハウジングに嵌合された外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置された複数の転動体とを有し、
前記ハウジングが、前記外輪を径方向に支持するボディと、前記ボディに固定されたプレートと、前記プレートを前記ボディ及び前記外輪に軸方向に締め付ける複数の雄ねじ部品とを有する軸受装置において、
前記プレート及び前記複数の雄ねじ部品が前記ボディから取り外された状態で前記回転軸が運転された場合に前記転がり軸受の荷重負荷域の中で最大の外輪接触面圧をPmax0とし、前記プレートが前記複数の雄ねじ部品によって前記ボディに固定された状態で前記回転軸が運転された場合に前記転がり軸受の荷重負荷域の中で最大の外輪接触面圧をPmax1としたとき、前記複数の雄ねじ部品が、Pmax1≦Pmax0となるようにPmax0の接触領域の位置から離れた位置に配置されており、
前記回転軸が、自動車のトランスミッションに備わる回転軸からなり、
前記トランスミッションが、プライマリプーリと、セカンダリプーリと、前記プライマリプーリと前記セカンダリプーリ間に架け渡された動力伝達ベルトとを備える連続可変トランスミッションからなり、
前記Pmax 0 の接触領域が、前記プライマリプーリ又は前記セカンダリプーリを支持する前記転がり軸受に対して前記回転軸から負荷されるラジアル荷重の作用線上に生じ、当該ラジアル荷重の作用線の方向が、上下方向に対して斜め下向きであり、
前記Pmax 0 の接触領域の位置を通る径方向の仮想直線上を位相0°としたとき、前記複数の雄ねじ部品の各ねじ軸線が、位相0°から一方回りに+40°以上離れかつ当該一方回りと反対回りに-40°以上離れた範囲に配置されていることを特徴とする軸受装置。 a rotating shaft, a housing, and a rolling bearing that rotatably supports the rotating shaft with respect to the housing;
The rolling bearing has an inner ring fitted to the rotating shaft, an outer ring fitted to the housing, and a plurality of rolling elements arranged between the inner ring and the outer ring,
A bearing device in which the housing includes a body that radially supports the outer ring, a plate fixed to the body, and a plurality of externally threaded parts that axially fasten the plate to the body and the outer ring,
When the rotating shaft is operated with the plate and the plurality of externally threaded parts removed from the body, the maximum outer ring contact surface pressure in the load bearing range of the rolling bearing is Pmax 0 , and the plate is When the rotating shaft is driven while being fixed to the body by the plurality of male threaded parts, the maximum outer ring contact surface pressure in the load bearing range of the rolling bearing is Pmax 1 , the plurality of male screws the component is positioned away from the contact area location of Pmax 0 such that Pmax 1 ≤ Pmax 0 ;
The rotating shaft comprises a rotating shaft provided in a transmission of an automobile,
wherein the transmission comprises a continuously variable transmission including a primary pulley, a secondary pulley, and a power transmission belt stretched between the primary pulley and the secondary pulley;
The contact area of Pmax 0 occurs on the line of action of the radial load applied from the rotating shaft to the rolling bearing that supports the primary pulley or the secondary pulley, and the direction of the line of action of the radial load is vertical. obliquely downward with respect to the direction of
When the virtual straight line in the radial direction passing through the position of the contact area of Pmax 0 is assumed to have a phase of 0°, the screw axes of the plurality of male threaded parts are separated from the phase of 0° in one direction by +40° or more in the one direction and A bearing device characterized in that it is arranged in a range separated by -40° or more in the direction opposite to the .
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