DE10151147B4

DE10151147B4 - Kegelrollenlager

Info

Publication number: DE10151147B4
Application number: DE10151147A
Authority: DE
Inventors: Kimihiro Hanai; Takashi Tsujimoto; Tsukasa Yamakawa; Yasuhiro Shimizu; Shiro Ishikawa
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2000-10-17
Filing date: 2001-10-17
Publication date: 2011-08-11
Anticipated expiration: 2021-10-18
Also published as: US20020044707A1; US6547443B2; DE10151147A1

Abstract

Kegelrollenlager (A, B) umfassend einen Außenring (10) mit einer Innenlaufrille (11) an seiner inneren Randoberfläche, einen Innenring (20) mit einer Außenlaufrille (21) an seiner äußeren Randoberfläche wobei die Außenlaufrille (21) von einer großen Flanschoberfläche (22) und einer kleinen Flanschoberfläche (23) eingefasst ist, eine Vielzahl an Kegelrollen (30), die jeweils rollbar zwischen der Innenlaufrille (11) und der Außenlaufrille (21) montiert sind und eine große Stirnfläche (32) an einem Ende und eine kleine Stirnfläche (33) an dem anderen Ende haben, und eine Aufnahme (40) zum Aufnehmen der Kegelrollen (30) in regelmäßigen Abständen, wobei die Durchschnittsrauhigkeit R = (Rr2 + Rb2)1/2 ≤ 0,14 μm ist, wobei Rr die Rauhigkeit der großen Stirnfläche (32) der Kegelrolle (30) und Rb die Rauhigkeit der großen Flanschoberfläche (22) des Innenringes (20) ist, und das Zentrum der Kontaktoberfläche zwischen den Kegelrollen (30) und den Innen- und Außenlaufrillen (11, 21) zu den großen...

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kegelrollenlager, welches z. B. bei einer Antriebsvorrichtung für ein Eisenbahnrad verwendet werden kann.
Für Stützvorrichtungen einer Antriebsvorrichtung für einen Eisenbahnwagen werden allgemein Kegelrollenlager verwendet, welche relativ große radiale und axiale Belastungen aushalten können.
Wie in den 8 und 9 gezeigt, wird in einer Antriebsvorrichtung 1 für einen Eisenbahnwagen eine Leistung von einer Hauptwelle 3 eines Hauptelektromotors 2 zu einer Achse 7 übertragen, die Räder 6 durch ein Ritzel 4 und ein Getrieberad 5 stützt. Eine Getriebewelle 8, die das Ritzel 4 trägt, ist rotierbar durch ein Paar Kegelrollenlager 9 gestützt. Verglichen mit dem Getrieberad 5 hat das Ritzel 4 eine hohe Drehzahl und eine große Belastung. Die Kegelrollenlager 9 werden in einer rauhen Umgebung verwendet. Gerade in einer solchen Umgebung ist beste Rollendauerhaltbarkeit und Zuverlässigkeit gefordert.
Ein Kegelrollenlager mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1 ist aus der DE 199 00 858 A1 bekannt.
Im Folgenden erfolgt eine Beschreibung eines weiteren herkömmlichen Kegelrollenlagers. 14 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines herkömmlichen Kegelrollenlagers 100, welches einen Außenring 110, einen Innenring 120, Kegelrollen 130 und eine Aufnahme 140 aufweist. Der Außenring 110 hat eine kegelförmige Innenlaufrille 111 an der inneren Randoberfläche. Der Innenring 120 hat eine kegelförmige Außenlaufrille 121 an der äußeren Randoberfläche, und eine große Flanschoberfläche 122 an der Seite des großen Durchmessers der Außenlaufrille 121 und eine kleine Flanschoberfläche 123 an der Seite des kleinen Durchmessers. Die Kegelrollen 130 sind zwischen der Innenlaufrille 111 des Außenringes 110 und der Außenlaufrille 121 des Innenringes 120 montiert, und jede hat eine kegelförmige Rolloberfläche 131 an ihrer äußeren Randoberfläche und eine große Stirnfläche 132 und eine kleine Stirnfläche 133. Die Aufnahme 140 beinhaltet rollbar eine große Anzahl an Kegelrollen 130 in Taschen 141, die in gleichmäßigen Abständen ausgebildet sind.
Wie in 15 gezeigt, konvergieren die Scheitel der Innenlaufrille 111 des Außenringes 110, der Außenlaufrille 121 des Innenringes 120 und der Rolloberflächen 131 der Kegelrollen 130 zu einem Punkt 0 auf der zentralen Achse x des Kegelrollenlagers 100. Während das Lager rotiert, werden die Kegelrollen 130 gegen die große Flanschoberfläche 122 des Innenringes 120 durch die kombinierte Kraft gedrückt; die von der Innenlaufrille 111 und der Außenlaufrille 121 ausgeht, und machen eine Rollbewegung auf den Laufrillen mit ihren großen Stirnflächen 132, geführt durch die große Flanschoberfläche 122. Während der Rotation des Lagers kommen die kleinen Stirnflächen 133 der Kegelrollen 130 nicht mit der kleinen Flanschoberfläche 123 des Innenringes 120 in Kontakt, wobei eine kleine Lücke dazwischen vorliegt.
Bei den Kegelrollenlagern, die in einer Antriebsvorrichtung für einen Eisenbahnwagen verwendet werden, ist, speziell im Winter oder in einem kalten Gebiet, das Niedrigtemperatur-Startverhalten wichtig. Das ist z. B., wenn ein Wagen, welcher über Nacht gestanden hat, früh am Morgen beginnt aufzubrechen, und wenn die Antriebsvorrichtung und die Lager in der Antriebsvorrichtung aus einem genügend gekühlten Stadium beschleunigt werden (arbeiten), erhöht sich in dem Lager 100 nur die Temperatur des Innenringes 120 rapide, während die Temperatur des Außenringes 110 nicht folgt. Daher kann die Temperaturdifferenz zwischen dem Innenring und Außenring des Lagers groß sein und die ursprünglichen Lagerlücken verschwinden, so dass, wenn eine Ölschichtbildung an den Kontaktbereichen zwischen der großen Flanschoberfläche 122 des Innenringes 120 und den Kegelrollen 130 schlecht ist, sich der Schmierzustand verschlechtert und das Lager 100 sich festfressen kann.
Speziell bei einem Kegelrollenlager, das in einer Antriebsvorrichtung für einen Eisenbahnwagen verwendet wird, ist die Schmiervorrichtung so, dass das Getriebeöl, das das Ritzel 4 und das Getrieberad 5 schmiert, auf das Lager gespritzt wird, unter Verwendung der Rotation des Ritzels 4 und des Getrieberades 5. Daher verschlechtert sich im Winter oder in einem kalten Gebiet, wenn die Viskosität des Getriebeöls durch die Kälte während der Nacht ansteigt, die Ölschicht an den Kontaktbereichen zwischen der großen Flanschoberfläche 122 des Innenringes 120 und den großen Stirnflächen 132 der Rollen 130, so dass der Schmierzustand dazu tendiert, sich zu verschlechtern, und das Lager 100 frisst sich fest.
Auch wenn der Kontaktzustand zwischen der Innenlaufrille 111 und der Außenlaufrille 121 und der Rolloberfläche 131 der Kegelrollen 130 schlecht ist, neigt die Asymmetrie der Kegelrollen 130 dazu, zu wachsen, und der Kontaktoberflächendruck an der großen Flanschoberfläche 122 des Innenringes wird übermäßig, so dass ein Festfressen erfolgt.
Um diese Probleme zu lösen, im Hinblick darauf, dass die durch den Ölfilm bedingten Eigenschaften an den Kontaktbereichen zwischen der großen Flanschoberfläche des Innenringes und den Rollen des Kegelrollenlagers von ihrer Oberflächenrauhigkeit abhängen, wird ein Kegelrollenlager vorgeschlagen, in welchem die Durchschnittsrauhigkeit (R) [= (Rr² + Rb²)^1/2] der Rauhigkeit (Rr) der großen Stirnflächen der Rollen und der Rauhigkeit (Rb) der großen Flanschoberfläche des Innenringes auf 0,4 μm Ra oder geringer festgesetzt wird ( JP-Patentveröffentlichung 11-210765 ).
Auch im Hinblick darauf, dass der Oberflächendruck an den Kontaktbereichen zwischen der großen Flanschoberfläche des Innenrings und den Kegelrollen von den Positionen der Kontaktbereiche dazwischen abhängt, wird auch ein Kegelrollenlager vorgeschlagen, in welchem der Krümmungsradius R der großen Stirnflächen der Rollen auf 75–85% des Referenzradius R0 der Rollen festgelegt wird, und der zentrale Winkel der Kontaktpositionen zwischen den Kegelrollen und der großen Flanschoberfläche des inneren Ringes wird ein 1/15 bis 1/10 des Rollenwinkels betragen ( JP-Gebrauchsmusterveröffentlichung 5-87330 ).
Aber gerade, wenn diese beiden Lösungen verwendet werden, war es unmöglich, vollständig ein Festfressen des Lagers zu verhindern. Daher herrschte Verwirrung beim Überwachen des Diagramms der Eisenbahnwagen. Deshalb sind Kegelrollenlager, welche frei von einem Festfressen in den Lagern sind, sehr erwünscht.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kegelrollenlager zur Verfügung zu stellen, welches sich gerade in strengen Wintern oder in einer extrem kalten Region nicht festfrisst.
Ein anderes herkömmliches Kegelrollenlager, das in Leistungsübertragungsgeräten für Fahrzeuge, wie z. B. Ringgetriebestützbereichen von Differenzialgetrieben oder Wellenstützbereichen von Übertragungen verwendet wird, ist in 16A gezeigt. Es umfasst einen Außenring 222 mit einer kegelförmigen Innenlaufrille 221, einen Innenring 226 mit einer kegelförmigen Außenlaufrille 223 und ist ausgestattet mit einer großen Flanschoberfläche 224 auf der Seite des großen Durchmessers der Außenlaufrille 223 und einer schmalen Flanschoberfläche 225 auf der Seite des kleinen Durchmessers, einer Mehrzahl von Kegelrollen 227, die rollbar zwischen der Innenlaufrille 221 und der Außenlaufrille 223 angeordnet sind, und einer Aufnahme 228 zum Aufnehmen der Kegelrollen 227 an vorbestimmten gleichen Umfangsabständen. Der Abstand zwischen der großen Flanschoberfläche 224 und der kleinen Flanschoberfläche 225 auf dem Innenring 226 ist etwas größer als die Länge der Kegelrollen 227 gestaltet.
Die Kegelrollen 227 sind so entworfen, dass sie in geradlinigem Kontakt mit der Innenlaufrille 221 und der Außenlaufrille 223 sind, und die Kegelwinkelscheitel der Kegelrollen 227 und die Innen- und Außenlaufrillen 221 und 223 fallen an einem Punkt O auf der zentralen Achse des Kegelrollenlagers zusammen. Mit dieser Anordnung können die Kegelrollen 227 eine rollende Bewegung entlang der jeweiligen Innenlaufrille 221 und Außenlaufrille 223 machen.
Mit diesem Kegelrollenlager wirkt, wenn die Kegelwinkel der Innen- und Außenlaufrillen 221 und 223 verschieden sind, die kombinierte Kraft der Belastungen, die von der jeweiligen Laufrillen 221, 223 auf die Kegelrollen 227 ausgeübt werden, in so einer Richtung, dass die Kegelrollen 227 zu der großen Flanschoberfläche 224 des Innenringes 226 geschoben werden. Daher sind, während der Verwendung des Lagers, die Kegelrollen 227 mit ihren großen Stirnflächen 229, die gegen die große Flanschoberfläche 224 gedrückt sind, geführt, so dass die großen Stirnflächen 229 und die große Flanschoberfläche 224 einen gleitenden Kontakt miteinander haben.
Andererseits, wenn der Abstand zwischen der großen Flanschoberfläche 224 und der kleinen Flanschoberfläche 225 des Innenrings etwas größer als die Länge der Kegelrollen 227 gestaltet ist, wie vergrößert in 16B gezeigt ist, ist die kleine Flanschoberfläche 225 nicht in Kontakt mit den kleinen Stirnflächen 230 der Kegelrollen 227, wobei kleine Lücken dazwischen vorhanden sind. Auch ist die kleine Flanschoberfläche 225 als eine Oberfläche ausgebildet, die nach außen in einem Winkel relativ zu den kleinen Stirnflächen 230 geneigt ist.
Bei diesem Kegelrollenlager war es üblich, dass der Krümmungsradius R der großen Stirnflächen 229 der Kegelrollen 227 auf 90–97% des Referenzabstandes Rb festgesetzt wird, (das ist der Abstand von dem Scheitel des Kegelwinkels der Kegelrollen 227 zu der großen Flanschoberfläche 224 des Innenringes 226). Auch war ehemals die Oberflächenrauhigkeit der großen Flanschoberfläche des Innenringes auf 0,1 bis 0,3 μm gesetzt.
Bei einem solchen Kegelrollenlager wird eine axiale Vorlast geladen, um eine axiale Bewegung der Kegelrollen 227 während der Verwendung zu verhindern und um die Kegelrollen 227 in geradlinigen Kontakt mit den Innen- und Außenlaufrillen 221 und 223 stabil zu bringen.
Aber bei der Verwendung wird der Flansch durch einen metallischen Kontakt zwischen den großen Stirnflächen 229 der Kegelrollen 227 und der großen Flanschoberfläche 224, und einen Kontakt zwischen den Kantenbereichen der großen Stirnflächen 229 und der großen Flanschoberfläche 224 während eines Schiefsitzens der Kegelrollen 227 zerfressen. Dies resultiert in einem Entlasten der Vorlast, einer Erscheinung, in welcher die Vorlast allmählich sinkt.
Wie für die Beziehung zwischen der Vorlast und der Lagerlebensdauer, wie in 17 gezeigt ist, ist es so, dass während hier eine Vorlast einer geeigneten Größe (Region, in welcher der axiale Abstand negativ ist) existiert, ist das Lebensdauerverhältnis L/L0 (wobei L eine Lebensdauer ist, die den Abstand und eine Vorlast berücksichtigt, und L0 die Lebensdauer, wenn der Abstand gleich 0 ist) 1 oder darüber. Aber wenn der axiale Abstand sich von Null zu einer positiven Region ändert, erfolgt ein Entlasten der Vorlast, so dass das Lebensdauerverhältnis allmählich sinkt.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Kegelrollenlager zur Verfügung zu stellen, welches eine längere Lebensdauer durch Verhindern eines Entlastens der Vorlast hat.
Zusammenfassung der Erfindung
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Kegelrollenlager mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.
Bei dem erfindungsgemäßen Kegelrollenlager ist, da die Durchschnittsrauhigkeit R [= (Rr² + Rb²)^1/2] der Rauhigkeit Rr der großen Stirnflächen der Rollen und der Rauhigkeit Rb der großen Flanschoberfläche des Innenrings auf 0,14 μm Ra oder geringer festgesetzt ist, die Ölschicht an den Kontaktbereichen zwischen den großen Stirnflächen der Roller und der großen Flanschoberflächen des Innenrings abgesichert. Da der Krümmungsradius R der großen Stirnflächen der Rollen 75–85% des Referenzradius R0 der Rollen beträgt, und der zentrale Winkel der Kontaktpositionen zwischen den Kegelrollen und dem großen Flansch des Innenringes bei 1/15 bis 1/10 des Rollenwinkels festgesetzt ist, sinkt auch die Gleitgeschwindigkeit der Rollen relativ zu den gleitenden Bereichen zwischen den großen Stirnflächen der Rollen und der großen Flanschoberfläche des Innenrings, so dass das Drehmoment und die Lagerhitzeausbildung sinkt. Da weiter das Zentrum der Kontaktoberfläche zwischen den Kegelrollen und den Laufrillen zu den großen Stirnflächen der Rollen von dem Zentrum der Rolloberflächen der Kegelrollen durch einen Betrag abgesetzt ist, welcher größer als 0% und gleich oder kleiner als 10% ihrer effektiven Länge ist, ist ein Schiefstellen (Asymmetrie) der Kegelrollen unterdrückt. Durch ihre kombinierten Effekte, wird auch ein Festfressen des Lagers verhindert.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung bilden entweder die Rolloberflächen der Kegelrollen oder die Innen- und Außenlaufrillen eine wie im Patentanspruch 1 definierte Erhöhung aus.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung sind die Laufrillen so an dem Gipfel ausgebildet, dass die Form der Gipfelausbildung an der großen Flanschseite des Innenringes verschieden von der an der kleinen Flanschseite des Innenringes ist.
Durch eine der obengenannten Anordnungen ist es möglich, das Zentrum der Kontaktoberflächen zwischen den Kegelrollen und den Laufrillen zu den großen Stirnflächen der Rollen von dem Zentrum der Rolloberflächen der Kegelrollen in einem Bereich von 10% ihrer effektiven Längen zu versetzen, und damit ist es möglich, ein Kegelrollenlager zur Verfügung zu stellen, in welchem ein Schiefstellen der Kegelrollen unterdrückt ist und ein Festfressen des Lagers gerade in einer sehr kalten Jahreszeit oder in einer kalten Region nicht auftreten wird.
Andere Eigenschaften und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung im Hinblick auf die zugehörigen Zeichnungen ersichtlich, in welchen die 1 bis 13 einzelne Merkmale des Patentanspruches 1 zeigen, wobei:
Kurze Bezeichnung der Zeichnungen
1 eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht eines Kegelrollenlagers mit einer Kegelrolle mit unterschiedlichen Krümmungsradien ist;
2 eine Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Kegelrollenlagers ist;
3 eine erläuternde Ansicht ist, die die Laufrillen der Lagerringe, die Rolloberflächen der Kegelrollen und den Krümmungsradius der großen Stirnflächen der Kegelrollen der gleichen zeigt;
4 eine erläuternde Ansicht ist, die die Kontaktoberfläche zwischen den Kegelrollen und der großen Flanschoberfläche des Innenringes der gleichen zeigt;
5 eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht zum Erläutern des Bereichs des Zentrums einer Kontaktoberfläche zwischen den Kegelrollen und den Laufrillen der gleichen ist;
6 eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht eines Kegelrollenlagers mit Innen- und Außenlaufrillen ist, die jeweils unterschiedliche Krümmungsradien an der großen und kleinen Durchmesserseite haben;
7 eine grafische Darstellung ist, die die Ergebnisse des Festfress-Zeittests für die Gegenstände der vorliegenden Erfindung und herkömmliche Gegenstände zeigt;
8 eine perspektivische Ansicht einer Wagenantriebsvorrichtung ist, in welcher die Kegelrollenlager montiert sind;
9 eine teilweise vergrößerte Querschnittsdraufsicht der Wagenantriebsvorrichtung ist;
10 eine Querschnittsansicht eines Kegelrollenlagers mit vorbestimmten Krümmungsradius an der großen Stirnfläche ist;
11A eine vergrößerte Querschnittsansicht der gleichen ist;
11B eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht der gleichen ist;
12 eine Draufsicht der gleichen ist;
13 eine grafische Darstellung ist, die experimentelle Ergebnisse zeigt;
14 eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Kegelrollenlagers ist;
15 eine Teilquerschnittsansicht ist, die die Formen der Laufrillen der Innen- und Außenringe und der Rolloberflächen der Kegelrollen in einem herkömmlichen Kegelrollenlager erläutert;
16A eine Teilquerschnittsansicht eines konventionellen Lagers ist;
16B eine teilweise vergrößerte Ansicht des gleichen ist; und
17 eine grafische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen der Vorlast und der Lagerlebensdauer zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
2 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Kegelrollenlagers A, welches einen Außenring 10, einen Innenring 20, Kegelrollen 30 und eine Aufnahme 40 aufweist.
Der Außenring 10 hat eine kegelförmige Innenlaufrille 11 an seiner inneren Randoberfläche. Der Innenring 20 hat eine kegelförmige Außenlaufrille 21 an seiner äußeren Randoberfläche. Er hat auch eine große Flanschoberfläche 22 an der Seite des großen Durchmessers de Außenlaufrille 21 und eine kleine Flanschoberfläche 23 an seiner kleinen Durchmesserseite.
Die Kegelrollen 30 sind zwischen dem Außenring 10 und dem Innenring 20 montiert, und jede davon hat eine kegelförmige Rolloberfläche 31 an ihrer äußeren Randoberfläche, und eine große Stirnfläche 32 und eine kleine Stirnfläche 33. Eine Aufnahme 40 beherbergt rollbar die Kegelrollen 30 in ihren Taschen 41 in regelmäßigen Abständen.
3 erläutert die Beziehung zwischen den Formen und Abmessungen des Außenringes 10, des Innenringes 20 und der Kegelrollen 30. Die Innenlaufrille 11 des Außenringes 10, die Außenlaufrille 21 des Innenringes 20 und die Rolloberfläche 31 einer jeden Kegelrolle 30 sind als kegelförmige Oberflächen ausgebildet, welche an einem Punkt O auf der zentralen Achse x des Lagers konvergieren.
Die große Stirnfläche 32 der Kegelrollen 30 ist kugelförmig ausgebildet mit einem Krümmungsradius R und das Zentrum der Krümmung am Punkt O' ist näher an den Kegelrollen 30 als der Punkt O. Die Durchschnittsrauhigkeit R [= Rr² + Rb²)^1/2] der Rauhigkeit Rr der großen Stirnflächen der Kegelrollen 30 (im Folgenden große Rollenstirnflächen genannt) und der Rauhigkeit Rb der großen Flanschoberfläche 22 des inneren Ringes 20 (im Folgenden große Innenringflanschoberfläche genannt), welche die große Rollenstirnfläche kontaktiert und führt, ist auf 0,14 μm Ra oder darunter festgelegt.
Auch ist, wie in 4 gezeigt, der Krümmungsradius R der großen Rollenstirnflächen 32 bei 75–85% des Rollenreferenzradius R0 festgelegt, und der zentrale Winkel γ des Kontaktbereiches zwischen jeder Kegelrolle 30 und der großen Innenringflanschoberfläche 22 ist auf 1/15 bis 1/10 (Reduzierung um etwa 20–50%) des Rollenwinkels β festgelegt. Auch zeigt 4 einen Kontaktabschnitt 50 zwischen jeder Kegelrolle 30 und der großen Innenringflanschoberfläche 22 und einen Kontaktbereich e des Kontaktabschnittes 50.
Weiter ist, wie in 5 gezeigt, das Zentrum der Kontaktoberfläche zwischen der Rolloberfläche 31 jeder Kegelrolle 30 und den Laufrillen 11 und 12 der Lagerringe (Außenring 10 und Innenring 20) zu der großen Stirnfläche 32 von dem Zentrum y der Rolloberflächen 31 der Kegelrollen 30 innerhalb eines Bereiches a versetzt, welcher 10% oder geringer als die effektive Längen der Rollen 30 ist.
1 zeigt ein Kegelrollenlager, bei welchem das Zentrum der Kontaktoberfläche zwischen der Rolloberfläche 31 jeder Kegelrolle 30 und den Laufrillen 11 und 12 der Lagerringe (Außenring 10 und Innenring 20) zu der großen Stirnfläche 32 von dem Zentrum y der Rolloberfläche 31 der Kegelrolle 30 innerhalb eines Bereiches a von 10% oder weniger der effektiven Länge der Rollen versetzt ist, und die Rolloberflächen 31 der Kegelrollen 30 sind erhöht. Die Form der Erhöhung ist so, dass sich der Krümmungsradius Rr1 der Kegelrollen 30 an ihrer großen Stirnflächenseite von dem Krümmungsradius Rr2 an der kleinen Stirnflächenseite unterscheidet, so dass die Beziehung Rr1 > Rr2 gewährleistet ist.
Entsprechend dieser Erfindung ist erstens das Ölschichtbildungsverhalten an den Kontaktbereichen zwischen den Kegelrollen 30 der großen Innenringflanschoberfläche 22 durch die Anordnung verbessert, dass die Durchschnittsrauhigkeit R [= (Rr² + Rb²)^1/2] der Rauhigkeit Rr der großen Rollenstirnflächen 32 und der Rauhigkeit Rb der großen Innenringflanschoberfläche 22 bei 0,14 μm Ra oder darunter festgelegt ist. Zweitens wird eine Verringerung der Lagerwärmeentwicklung, die aus einer Verringerung der Gleitgeschwindigkeit an dem Gleitbereich resultiert, durch die Anordnung erreicht, dass der Krümmungsradius R der großen Rollenstirnflächen 32 bei 75–85% des Rollenreferenzradius R0 festgesetzt ist und dass der zentrale Winkel γ der Kontaktpositionen zwischen den Kegelrollen 30 und der großen Innenringflanschoberfläche 22 auf 1/15 bis 1/10 des Rollenwinkels β festgelegt ist. Drittens wird die Asymmetrie der Kegelrollen 30 durch die Anordnung unterdrückt, dass das Zentrum der Kontaktoberfläche zwischen der Rolloberfläche 31 jeder Kegelrolle 30 in den Laufrillen 11 und 12 der Lagerringe (Außenring 10 und Innenring 20) zu der großen Stirnfläche 32 von dem Zentrum y der Rolloberfläche 31 der Kegelrolle 30 innerhalb des Bereiches a abgesetzt ist, welcher 10% oder weniger der effektiven Länge der Rollen beträgt. Durch Zusammenwirken dieser drei Funktionen wird ein Festfressen des Lagers verhindert.
6 zeigt ein Kegelrollenlager, bei welchem das Zentrum der Kontaktoberfläche zwischen der Rolloberfläche 31 jeder Kegelrolle 30 und den Laufrillen 11 und 12 der Lagerringe (Außenring 10 und Innenring 20) zu der großen Stirnfläche 32 von dem Zentrum y der Rolloberflächen 31 der Kegelrollen 30 innerhalb eines Bereiches a von 10% oder weniger der effektiven Länge der Rollen versetzt ist, wobei die Laufrillen 11 und 21 des Außenringes 10 und des Innenringes 20 gipfelartig ausgebildet sind. Die Gipfelform ist so, dass der Krümmungsradius Ro1 der Innenlaufrille 11 des Außenringes 10 auf der großen Durchmesserseite sich von dem Krümmungsradius Ro2 der kleinen Durchmesserseite unterscheidet, so dass die Beziehung Ro1 > Ro2 gewährleistet ist, und die Krümmungsradien Ri1 und Ri2 der Außenlaufrille 21 des Innenringes 20 auf der großen Durchmesserseite und der kleinen Durchmesserseite sind so festgesetzt, dass die Beziehung Ri1 > Ri2 erfüllt ist. Durch ein Festsetzen auf diese Weise wird auch die Asymmetrie der Kegelrollen 30 unterdrückt und das Festfressen des Lagers wird verhindert, wie in der Ausführungsform von 1.
Obwohl nicht als eine andere Ausführungsform gezeigt, ist das Zentrum der Kontaktoberfläche zwischen der Rolloberfläche 31 jeder Kegelrolle 30 und den Laufrillen 11 und 21 der Lagerringe (Außenring 10 und Innenring 20) zu der großen Stirnfläche 32 von dem Zentrum y der Rolloberflächen 31 der Kegelrollen 30 innerhalb eines Bereiches a von 10% oder weniger der effektiven Länge der Rollen abgesetzt, und der Laufrillenwinkel des Außenringes 10 kann kleiner festgesetzt sein, wobei der Laufrillenwinkel des Innenringes 20 größer ist, mit der Kontaktposition zwischen den Kegelrollen und den Laufrillen der Lagerringe an dem Zentrum y der Rolloberfläche 31 jeder Kegelrolle 30. Durch ein Festlegen auf diese Weise kann auch die Asymmetrie der Kegelrollen 30 unterdrückt werden und das Festfressen des Lagers wird verhindert, wie in den Ausführungsformen von 1 und 6.
Obwohl nicht gezeigt, kann der Rollenwinkel der Kegelrollen 30 erhöht werden, wobei die Laufrillenwinkel des Außenringes 10 und des Innenringes 20 unverändert sind. Mit dieser Anordnung kann auch, wie in den 1 und 6, das Zentrum der Kontaktoberfläche zwischen der Rolloberfläche 31 jeder Kegelrolle 30 und den. Laufrillen 11 und 21 der Lagerringe (Außenring 10 und Innenring 20) zu der großen Stirnfläche 32 von dem Zentrum y der Rolloberflächen 31 der Kegelrollen 30 innerhalb eines Bereiches a von 10% oder weniger der effektiven Länge der Rollen versetzt werden. Mit dieser Anordnung ist es auch möglich, die Asymmetrie der Kegelrollen 30 zu unterdrücken und ein Festfressen des Lagers zu verhindern.
[Beispiele]
Im Folgenden folgt eine Beschreibung anhand von Beispielen des Kegelrollenlagers der vorliegenden Erfindung.
Lagerspezifikationen: 70 dia. × 150 dia. × 38
Das Zentrum der Kontaktoberfläche zwischen den Kegelrollen und den Laufrillen ist zu den großen Stirnflächen 32 von dem Zentrum der Rolloberflächen der Kegelrollen um 5% der effektiven Länge der Rollen versetzt.
Tester: Vertikaltyp-Drehmomenttester
Testbedingungen

Eintauchöl: Railroad sonic EP3080
Belastung: 600 kgf
Drehzahl: 3000 rpm (Anlaufzeit: etwa 4 Sekunden)
Testtemperatur: Raumtemperatur
Lücke: 100 μm

Testmethode

(1) Die zu testenden Lager wurden in Öl eingetaucht in der Position\/.
(2) Nach dem Herausnehmen der Lager wurden sie für 30 Minuten in der Position \/ stehengelassen.
(3) Sie wurden auf einen Vertikaltyp-Drehmomenttester in der Position \/ eingebaut und unter den oben beschriebenen Testbedingungen getestet.

Wenn eine Überbelastung des Motors auftritt, wobei der Stromwert 7 A durch ein erhöhtes Drehmoment beträgt, erfolgt die Entscheidung, dass ein Festfressen vorliegt.
Testergebnisse
7 zeigt die Testergebnisse, in welchen Nr. 1 und Nr. 2 Beispiele der vorliegenden Erfindung zeigen und Nr. 3 und Nr. 4 zeigen Vergleichsbeispiele. Wie von 7, mit den Kegelrollenlagern von Beispielen der vorliegenden Erfindung, ersichtlich ist, war die Durchschnittsfestfresszeit 396 Sekunden (max. – min. = 6 Sekunden), während bei Vergleichsbeispielen die Durchschnittsfestfresszeit 82,5 Sekunden war (max. – min. = 15 Sekunden). Damit haben die Gegenstände der vorliegenden Erfindung nicht nur eine längere Durchschnittsfestfresszeit, d. h. etwa 4,8 mal länger als die herkömmlicher Lager, sondern auch eine geringere Streuung.
Auch für Lagerspezifikationen ähnlich zu denen oben zeigen die Gegenstände der herkömmlichen Spezifikationen in Tests, in welchen, unter Simulation der tatsächlichen Festfressbedingungen, sie stark in kaltem Zustand beschleunigt wurden, ein Festfressen, während die Gegenstände der vorliegenden Erfindung kein Festfressen zeigten.
Wenn das Zentrum der Kontaktoberfläche zwischen den Kegelrollen und den Laufrillen zu der großen Stirnfläche durch einen Betrag abgesetzt ist, welcher mehr als 10% der effektiven Länge der Rollen beträgt, geht die Laufruhe in der Rollbewegung der Kegelrollen verloren und damit ist die Wirkung eines verhinderten Festfressens des Lagers nicht erreichbar. Daher wird entsprechend der vorliegenden Erfindung, das Zentrum der Kontaktoberfläche zwischen den Kegelrollen und den Laufrillen zu der großen Stirnfläche von dem Zentrum der Rolloberflächenkegelrollen durch einen Betrag abgesetzt, welcher größer als 0% und 10% oder weniger der effektiven Länge der Rollen ist.
Die vorliegenden Erfinder testeten nicht nur die Kegelrollenlager, die in den Beispielen gezeigt sind, sondern auch solche mit anderen Abmessungen, und ähnliche Ergebnisse wie oben wurden erzielt.
Im Folgenden wird ein Kegelrollenlager im Hinblick auf die 10–13 beschrieben. Wie in den 10 und 11 gezeigt ist, umfasst das Kegelrollenlager, wie in dem Lager aus dem Stand der Technik, einen Außenring 62 mit einer kegelförmigen Innenlaufrille 61, einen Innenring 66 mit einer kegelförmigen Außenlaufrille 63 und ausgebildet mit einer großen Flanschoberfläche 64 an der großen Durchmesserseite der Außenlaufrille 63 und einer kleinen Flanschoberfläche 65 an seiner kleinen Durchmesserseite, eine Vielzahl von Kegelrollen 67, die rollbar zwischen der Innen- und Außenlaufrille 61 und 63 des Außenringes 62 und des Innenringes 66 angeordnet sind, und eine Aufnahme 68 zum Aufnehmen der Kegelrollen 67 in gleichen Umfangsabständen. Der Abstand zwischen der großen Flanschoberfläche 64 und der kleinen Flanschoberfläche 65 des Innenringes 66 ist etwas länger als die Länge der Kegelrollen 67 festgelegt.
Die Kegelrollen 67 sind so angeordnet, dass sie in linienförmigen Kontakt mit den Innen- und Außenlaufrillen 61 und 63 sind, und die Kegelwinkelscheitel der Kegelrollen 67 und Innen- und Außenlaufrille 61 und 63 konvergieren an einem Punkt O der zentralen Achse des Kegelrollenlagers. Mit dieser Anordnung können die Kegelrollen 67 eine Rollbewegung entlang der Innen- und Außenlaufrille 61 und 63 machen. Mit diesem Kegelrollenlager wirkt, wenn die Innen- und Außenlaufrille 61 und 63 verschiedene Kegelwinkel haben, eine kombinierte Lastkraft, die von jeweiligen Laufrillen 61, 63 auf die Kegelrollen 67 ausgeübt wird, in einer solchen Richtung, dass die Kegelrollen 67 gegen die großen Flanschoberfläche 64 des Innenringes gedrückt werden. Damit werden, während der Verwendung des Lagers, die Kegelrollen 67 mit ihren großen Stirnflächen 69 geführt, die gegen die große Flanschoberfläche 64 gedrückt sind, so dass die großen Stirnflächen 69 und die große Flanschoberfläche 64 einen gleitenden Kontakt miteinander haben.
Andererseits, wenn der Abstand zwischen der großen Flanschoberfläche 64 und der kleinen Flanschoberfläche 65 des Innenringes 66 ein wenig länger als die Länge Kegelrollen 67 entworfen ist, wie vergrößert in 11B gezeigt ist, kommt die kleine Flanschoberfläche 65 nicht in Kontakt mit den kleinen Stirnflächen 70 der Kegelrollen 67, bei eine kleine Lücke zwischen vorliegt. Auch ist die kleine Flanschoberfläche 65 so ausgebildet, dass sie relativ zu den kleinen Stirnflächen 70 nach außen geneigt ist.
Bei diesem Kegelrollenlager ist der Krümmungsradius R (12) der großen Stirnflächen 69 der Kegelrollen 67 bei 75–85% oder weniger des Referenzabstandes Rb festgelegt (das ist der Abstand von dem Scheitel des Kegelwinkels der Kegelrollen 67 zur großen Flanschoberfläche 64 des Innenringes). Auch ist die Oberflächenrauhigkeit der großen Flanschoberfläche 64 des Innenringes 66 auf 0,01 bis 0,08 μm festgelegt, und die Oberflächenrauhigkeit der großen Stirnflächen 69 der Kegelrollen 67 ist auf 0,01 bis 0,08 μm festgesetzt.
Die unteren Grenzwerte (0,01 μm) dieser Oberflächenrauhigkeiten sind die maschinelle Grenze, und die oberen Grenzwerte (0,08 μm) sind diejenigen, die für ein Entlasten der Vorlast effektiv sind.
[Experimentelle Beispiele]
Bei dem Kegelrollenlager mit einer vorbeschriebenen Kegelrolle, die unterschiedliche Krümmungsradien aufweist, sind die Ergebnisse des Experimentes, das zur Beziehung zwischen dem Krümmungsradius R der großen Stirnflächen 69 der Kegelrollen 67 und dem Betrag der Entlastung der Vorlast durchgeführt wurde, in 13 gezeigt. Als experimentelle Bedingungen wurden je zwei Teststücke (Nr. 1 und Nr. 2) vorbereitet und das Verhältnis R/Rb in % wurde von 70% auf 95% in 5%-Intervallen geändert, und sie wurden 100 Stunden betrieben, wobei die Anfangsvorlast auf 4,9 kN festgelegt wurde, um die Entlastung der Vorlast zu messen.
Die Oberflächenrauhigkeiten der großen Flanschoberflächen 69 der Teststücke Nr. 1 und Nr. 2 waren 0,8 μm und die Oberflächenrauhigkeiten der großen Stirnflächen 69 waren 0,8 μm.
Wie in 13 gezeigt ist, war die Entlastung der Vorlast am geringsten, wenn R/Rb 75% war, und der Bereich von 75–85% wird als wünschenswert betrachtet. Es ist berücksichtigt, dass sich die wünschenswerten Ergebnisse innerhalb dieses Bereiches gezeigt haben, da der Krümmungsradius R der großen Standflächen 69 der Kegelrollen 67 kleiner als herkömmlich festgelegt wurde, wurde die Ölschichtbildung zwischen der großen Stirnflächen 69 und der großen Flanschoberfläche 64 einfach, so dass der Verschleiß durch einen metallischen Kontakt nur schwer möglich ist und ein Verfressen des Flansches während einer Schrägstellung Kegelrollen auch weniger auftreten wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Kegelrollenlager sinkt, da der Krümmungsradius R der großen Stirnflächen der Kegelrollen bei 75–85% des Referenzabstandes Rb festgelegt ist, das Entlasten der Vorlast. Es ist damit möglich, ein Sinken der Lagerlebensdauer und der Lebensdauer eines Getriebes, das dieses verwendet, zu unterdrücken.

Claims

Kegelrollenlager (A, B) umfassend einen Außenring (10) mit einer Innenlaufrille (11) an seiner inneren Randoberfläche, einen Innenring (20) mit einer Außenlaufrille (21) an seiner äußeren Randoberfläche wobei die Außenlaufrille (21) von einer großen Flanschoberfläche (22) und einer kleinen Flanschoberfläche (23) eingefasst ist, eine Vielzahl an Kegelrollen (30), die jeweils rollbar zwischen der Innenlaufrille (11) und der Außenlaufrille (21) montiert sind und eine große Stirnfläche (32) an einem Ende und eine kleine Stirnfläche (33) an dem anderen Ende haben, und eine Aufnahme (40) zum Aufnehmen der Kegelrollen (30) in regelmäßigen Abständen, wobei die Durchschnittsrauhigkeit R = (Rr² + Rb²)^1/2 ≤ 0,14 μm ist, wobei Rr die Rauhigkeit der großen Stirnfläche (32) der Kegelrolle (30) und Rb die Rauhigkeit der großen Flanschoberfläche (22) des Innenringes (20) ist, und das Zentrum der Kontaktoberfläche zwischen den Kegelrollen (30) und den Innen- und Außenlaufrillen (11, 21) zu den großen Stirnflächen (32) der Kegelrollen (30) von dem Zentrum (y) der Rolloberflächen (31) der Kegelrollen (30) durch einen Betrag (a) versetzt ist, welcher größer als 0% und gleich oder kleiner als 10% der effektiven Länge der Kegelrollen (30) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius (R) der großen Stirnflächen (32) der Kegelrollen (30) 75–85% des Rollenreferenzradius (R0) ist, dass der zentrale Winkel (γ) der Kontaktpositionen zwischen den Kegelrollen (30) und der großen Flanschoberfläche (22) des Innenringes (20) bei 1/15 bis 1/10 des Rollenwinkels (β) festgesetzt ist, und dass entweder die Rollenoberflächen (31) der Kegelrollen (30) derart erhöht sind, dass ein Krümmungsradius (Rr1) an der großen Stirnflächenseite (32) der Kegelrolle (30) größer als ein Krümmungsradius (Rr2) an der kleinen Stirnflächenseite (33) der Kegelrolle (30) ist, oder die Innen- und Außenlaufrillen (11, 21) derart erhöht sind, dass ein Krümmungsradius (Ro1) der Innenlaufrille (11) auf der großen Durchmesserseite der Innenlaufrille (11) größer als ein Krümmungsradius (Ro2) der Innenlaufrille (11) auf der kleinen Durchmesserseite der Innenlaufrille (11) und ein Krümmungsradius (Ri1) der Außenlaufrille (21) auf der großen Durchmesserseite der Außenlaufrille (21) größer als ein Krümmungsradius (Ri2) der Außenlaufrille (21) auf der kleinen Durchmesserseite der Außenlaufrille (21) ist.