円すいころ軸受の構造的特徴により、円すいころ軸受に独自の技術的利点がもたらされます。円筒ころ軸受に匹敵する高いラジアル荷重容量を持ち、深溝玉軸受のようにラジアル荷重とアキシアル荷重の両方に耐えることができます。 ローラーは純粋な転がりを実現し、摩擦係数が低く、高速動作条件に適しています。 そのため、円すいころ軸受は自動車、工作機械、冶金、航空、鉄道、土木機械、農業機械などの分野で広く使用されており、転がり軸受の種類としては深溝玉軸受に次いで2番目に大きい。 ただし、円すいころ軸受の形状、機構、運動学の複雑さによって、その製造も困難になります。 リングなどの主要部品、特に円すいころの加工精度は厳密に管理する必要があり、機能の使用や性能の実現に重大な影響を及ぼします。
1 円すいころの標準化状況
円すいころは軸受の転動体の中で最も加工が難しく（図1）、その幾何学的形状はボール、円筒ころ、針状ころに比べて複雑です。 自動調心ころよりも高い精度が要求されます。 したがって、円すいころは転動体、特にころの代表的な製品となります。
異なる企業間で円すいころ軸受の内部構造設計パラメータを統一することが難しいため、円すいころの標準化レベルは比較的低いです。 円筒ころや針状ころとは異なり、すでに国際的および国家的な寸法規格が定められているため、大量生産を組織することが困難です。 同時に、各タイプのローラーには労働力、カード、数量、金型などに多額の高コスト投資が必要であり、これが技術の進歩を大きく妨げています。
中国は現在、円すいころの業界標準を特別に策定している世界で唯一の国です (日本では JIS B1506:20{{12} の付録に参考として簡単な内容が記載されているだけです) }5 ローリング ベアリング ローラー)。 ただし、業界標準のJB/T10235-2001「転がり軸受の円錐ころの技術条件」では、対応する公差や技術的要求事項などの内容のみが規定されており、寸法規格パラメータDw×Lw×2は規定されていません。図2に示すように、円すいころの公差は0、I、II、IIIの4段階に分かれており、精度は高い順にランク付けされています。 一般的なマッチング原理として、レベル 0 公差ローラーはレベル 2 公差ベアリングに適しており、レベル I ローラーはレベル 4 ベアリングに適しており、レベル II ローラーはレベル 5 および 6 ベアリングに適しており、レベル III ローラーは主にレベル 0 に使用されます。ベアリング。 高精度ローラーは主に工作機械や高速鉄道など一部の分野の軸受に使用されており、例えば等級2を必要とする三次元中ぐり盤の主軸軸受などに使用されます。
図2 テーパーローラーの主な寸法パラメータ
海外には国家規格や業界規格はありませんが、多くの有名なベアリング会社やローラー専門メーカーが社内規格を定めています。 一部の企業規格は非常に広範囲に影響を及ぼし、円すいころの技術と生産において規制上の役割を果たしているだけでなく、企業間、さらには国際的にも円すいころの商業化を促進しています。 このうち、米国ティムケンを筆頭とした英国円すいころ軸受は、円すいころのサイズ規格を規定している。 1つのサイズ仕様のローラーを交換して複数の軸受モデルに使用することができ、可能な限りの量産を実現します。
2 円すいころの試験項目
円すいころの加工の難しさは、転動体の中でも管理・検査項目が最も多いことにも表れています。
中国のベアリング業界における円すいころ製品の寸法と位置誤差の検査項目は、一般に直径、直径変化、長さ、円錐角、真円度、円錐面に対するころ大端部の振れ、表面輪郭形状の7項目である。ローラーの表面粗さ、外観（亀裂など）、熱処理品質（硬度など）、残留磁気などの検査項目が含まれます。ただし、一部の外国ベアリング会社では、さらに関連した試験プロジェクトを行っています。 海外のA社を例にとると、完成した円すいころの寸法や位置誤差を20項目以上テストし、 外資系B社の円すいころの形状・位置誤差検出プロジェクトの模式図を図3に示します。うねりプロジェクトのみ、転動面とボールベース面で低周波と高周波に分けて8個の指標をテストします。 、半径方向と円周方向。
図3：外資系B社の円錐ころの形状・位置誤差の検査項目
3 円すいころの作動面に要求される特性
円すいころの設計と加工において最も重要な関心事は、その作用面の特性、すなわちころの凸面と球面ベース面の要件です。
3.1 ころの凸部
軸受の基本性能パラメータ「基本定格動荷重と定格寿命」の計算方法から、「ころと軌道面の接触部の応力分布が均一であること」が適用条件となります。 この状態を確保するために、内外輪軌道を凸状に加工するほかに、ころの転動面にも凸状を持たせることが最も一般的です。 特に必要な突出量が小さい場合、軌道面を直線に沿って加工することができます。 工程を削減しコストダウンを図るため、ローラーには突起部のみの加工を施しております。
一般的に使用される凸型ローラーの形状には、フルアーク、アーク補正線、対数曲線などがあります。軽荷重および重荷重下でこれらが形成する接触応力分布を直線ローラー（円筒ローラーを例に挙げる）と比較したものが図4です。対数曲線凸型ローラーが最も理想的な接触応力分布を持っていることがわかります。
ころの凸部は主にころと軌道面との接触応力分布を改善する、つまり軸受の負荷容量を高めるための措置であるため、軸受を使用する場合には必ずしもころに凸部が必要であるとは限りません。は、より低い負荷条件、または他の使用要件がより重要な場合に適用されます。 凸面形状の選択は、さまざまな使用要件、特にプロセス実装の可能性に基づいて行う必要もあります。
（１）軽荷重、安定動作、低騒音などの用途には、ストレートプレーンローラーの使用をお勧めします。
(2) ローラコンベキシ加工では、完全な円弧凸の形状を確保するのが最も容易であるため (円弧と直線の交点で円弧補正線が滑らかに移行することが困難、対数曲線も困難)端面で無限遠を達成するために）、多くの有名な外国企業は、一般的な用途でローラー（コーンおよびシリンダーを含む）に完全な円弧凸面を使用しています。
図4 ころの凸形状と接触応力分布
円弧補正線の凸形状は、完全な円弧の凸形状と対数曲線の中間に位置する「補正タイプ」の選択肢であり、より広い適用範囲を備えています。 直線セグメントの選択の場合、一般的にはローラーの有効長の 50% ～ 70% になります。 例えば、ある日本企業では、円弧補正ラインコンベキシローラーを標準タイプ（ストレートセグメントが60％）と改良タイプ（ストレートセグメントが50％）の2種類に分けています。 中でも改良型ローラは偏心荷重への適応に優れています。
円弧補正線と対数曲線の凸部は、理論的には直線や完全な円弧の凸部よりも優れていますが、処理がより困難です。 実際の加工形状誤差が大きすぎると、誤差箇所に接触応力分布の特異点が発生し、逆に疲労や摩耗などの故障現象を引き起こす弱点となります。 国内企業の円弧修正ラインの凸型ローラーは、図5に示すように、円弧と直線部の交点で滑らかな移行ができず、疲労剥離不良が発生しました。 有名外資系円すいころの対数曲線の凸度を測定した結果が図6に示されており、高い加工レベルに達していることが分かります。
図5 円弧補正線付き凸ころの疲労破壊例
図6 某有名外資系円錐ローラーの対数曲線の凸度の測定
円すいころ軸受の構造特性の力解析によれば、ころと軌道面との接触形状は図7に示されます。ころの小端部の接触応力は大端部の接触応力に比べて若干高いため、凸面の形状は非対称である必要があります。つまり、小さい端の凸面が大きい端の凸面より大きくなければなりません。 実際の制作では便宜上、対称処理を行うことが多いです。 フル円弧、円弧補正線、対数曲線凸のいずれにおいても、ローラの有効長中心を座標原点として大端方向に少しずつ移動させる方法により、ローラの両端で異なる凸寸法を実現できます。ローラー。
図7 円錐ころの接触形状
(6) 凸面加工方法。 一般的なローラーの最終加工は研削加工が一般的ですが、高精度ローラーの最終加工は超精密加工が必要です（0.005mm以下など凸部が小さい場合は直接超精密加工も可能です） ; 凸面が大きい場合は、「最初に研磨してから超過する」可能性があります。
(7) ローラに凸加工を施すと、一般に凸部の真円誤差が悪化します。 低騒音軸受に使用する場合は、ころ凸部の真円度誤差を抑える必要があります。
3.2 ローラーボールベース表面
円すいころ軸受の運転中、円すいころの力の状態は図 8 に示されています。つまり、ころの大端面は、軌道と力の影響により、自然に大内輪端面に対して傾きます。ローラーの円錐角。 したがって、ころの大端面も円すいころの重要な作用面となります。 ころ大端面と内輪大端面との運動形態はすべり運動となります。 比較的不利な運動条件下でも効果的な潤滑を確保するために、内輪の大きなエッジは通常、球面、傾斜面、またはわずかに凸面として設計されています。 ころの大端面は、球面、傾斜面、円錐面など様々な面で実験・比較した結果、基本的には球面が最適です。 したがって、円錐ころの大端面は一般に「球面ベース面」と呼ばれます。
図8 円すいころの力の状態
球形の底面の半径は、通常、円錐の頂部の長さの {{0}}.95 (または 0.96) と見なされます。 このときの接触点の形状は楕円形となるため、弾性流体動的潤滑油膜の形成に役立ち、接触応力が低くなり、耐スキュー性能が向上します。 一部の外国企業は、さまざまな使用条件に適応するために、球面の底面の半径の値の範囲を広くしており、円錐の頂部の長さの 0.75-0.96 を採用することもあります。
ボールベース面の最終加工は研削加工のため、直径面のような超精密な面粗さに達することは困難です。 コンビネーション樹脂砥石を使用して貫通研削を行うと、表面粗さRaは{{0}}.125μm以下、最適レベルは0.08μm程度に達します。
4 中国におけるテーパーローラーの問題点と解決策
加工設備と技術が比較的遅れているため、中国のほとんどの企業は依然として単一の機械または単純な生産ラインに依存しています。 工程が多く手作業が主体のリンクも多いため、加工精度のばらつきが大きく、製品の品質安定性が悪くなります。 したがって、それらは常に比較的低いレベルにあります。 量産できるのはクラス III のローラーのみです。 一部はグレード II のローラーを製造できます。 グレード I およびグレード 0 のローラーは、基本的に安定した生産ができません。 存在する主な問題としては、円錐面の直径ばらつきと表面粗さ、円錐角誤差、長さばらつき、真円度誤差、凸部形状（対数曲線凸部のフィット、円弧補正線凸部の滑らかな推移）、ボールベース面の振れと表面粗さ、非加工面の大きさ、位置誤差など。円錐面の表面粗さ、真円度誤差、錐角誤差を例にとると、海外の上級レベルはRa0.06-0です。それぞれ16、μm。 0.8 μ M (最大でも 0.3) μ 約 m)、± 1 μ m。 中国では一般に Ra は {{10}}.1 ～ 0.25、1.5、± 2 μ M の間です。近年の技術の進歩により、直径のばらつき、表面粗さは大幅に改善されました。円錐面、ボールベース面の振れ。 しかし、凸面の形状、球面ベース面の表面粗さ、円錐角誤差、非加工面の品質には依然として大きなギャップが存在します。
前述の寸法誤差や位置誤差の問題を解決するには、まず高度な加工装置を使用する必要があり、現在、開発が有望視されています。
(1) 一部の企業は、タイルシャフト用に日本の坂村製作所の高速ダブルクリック冷間圧造機を導入するなど、国際的に先進的なレベルの加工設備を導入している。 WazhiとLuoyang LYCは、ドイツのModler社の外径研削盤とボールベース研削盤を導入しました。 これらの装置の導入は、高度な技術をもたらすだけでなく、従来の円すいころ製造の概念を大きく変えます。
（2）濮陽北瑶は、中国で最も先進的な全自動円錐ローラー研削生産ラインを開発しました。このラインは、自動積み込みと積み下ろし、搬送、測定、補正などの機能を実現し、基本的に手動操作を排除し、クラスIローラーレベルの加工精度を達成し、ローラー表面の傷を回避します。新郷日勝が開発した精密テーパーローラーセンターレス研削盤は、クラスIIローラーの加工精度の要件を満たすことができます。
(3) 大連龍正が開発した研磨機は、ローラー研削または超精密加工後に研磨処理を行うことにより、ローラーの表面粗さを1-2レベルまで低減し、外観品質を大幅に向上させることができます。 同社の研磨機は国内ベアリング企業だけでなく、ティムケンやシェフラーなどの海外ベアリング企業にも購入され使用されています。
また、円すいころ軸受の寿命が短く、円すいころの故障が主な要因となっているため、凸ころ、特に対数曲線凸ころの使用に加え、高品質の原材料（高純度真空など）を採用しています。脱ガス鋼またはエレクトロスラグ再溶解鋼）、高表面品質の冷間引抜シルバーブライト材（剥離材、研磨材など）、高度な熱処理技術（保護雰囲気または制御可能な雰囲気など）を選択する必要があります。 これは、円すいころの早期故障を回避し、円すいころ軸受の耐用年数に影響を与えるための最も重要な前提条件です。
5 高精度ローラーの製造
高精度円すいころは一般に小径のころです。 ローラー直径 Dw 25 mm 以下を例にとると、高精度グレードの 0 および I ローラーを製造するには、一般に次のような加工設備、プロセス技術、および高度なコンセプトを使用する必要があります。
(1) 粗成形は高速ダブルクリック冷間圧造機を採用し、シルバーブライト材料を使用し、密閉成形、リングベルトの数が少なく、リザーブが少なく、凹面ピットなどの非作業面の寸法および位置公差要件を確保できます。将来的に加工しないボール底面、小端面（未研削）、面取り等。
（２）研削工程ではCNC工作機械を採用し、2-3サイクルの加工を行い、従来の二次焼戻し、冷間処理、追加焼戻し、時効処理などの措置を採用して、ローラーの構造と寸法安定性を向上させます。
(3) ローラーコーン表面は、要求される低表面粗さレベルを達成し、真円度、うねり、研削劣化層などの品質条件を改善するために、最終加工プロセスとして超精密を採用する必要があります。
(4) ころの小端面は研削加工されています。 高精度円すいころ軸受の滑らかな動きを確保し、ころの傾きを防止するために、内輪の小ガードエッジにも研削加工を施し、内輪軌道面の寸法変動を抑制しています。 対応するローラーの長さの変化も厳密に要求されるため、冷間鍛造で形成された小端面も研磨する必要があります。
（5）測定方法は主に機器精密測定に依存しています。主要な寸法および位置誤差項目とパラメータについては、機器精密測定（オンライン測定を含む）が採用されています。キャビティや面取りなどの非作業面については、テンプレートなどの従来の定性測定も、座標投影機や表面プロファイラーなどの定量測定に移行する必要があります。たとえば、高速フィールドで使用される精密ローラーの場合、面取りが一貫していなかったり、溝の同軸度が良くなかったりすると、ローラーは質量の不均衡により運動中に遠心力の激しい変動を経験し、ローラーが傾くなどの現象につながります。
(6) 亀裂検査は複数の方法で管理する必要がある。 ローラーの原材料およびその後の冷間引抜鋼線、冷間圧造、研削などの工程では、亀裂やその他の欠陥が発生しやすいため、これはローラー加工における最も一般的な品質問題です。 そのため、ローラーに亀裂などの重大な欠陥がないか、酸洗浄、渦電流検査、磁粉検査などのさまざまな検査方法を用いて検査する必要があります。
(7) ローラーの仕分けでは、円すいころ軸受の「ランダム組み立て」の要件を満たすために、ローラーバッチのサイズと位置精度の一貫性を可能な限り維持するために、オンラインの「カードセグメントグループ化」の使用を優先する必要があります。
(8) 加工およびテスト環境は実験室で測定する必要があります。 精密機械加工プロセスと試験環境は、工作機械、ワークピース、試験装置に対する環境要因の影響を最小限に抑えるために、一定の温度、湿度、清浄度、防振などの条件を備えた「測定室」の要件を満たしている必要があります。 、加工および測定精度の相対的な安定性と一貫性を確保するため。
6 結論
円錐ころは、軸受転動体の中で最も加工難易度が高い代表的な製品です。 高品質の円すいころ、特に高精度の円すいころを製造するには、加工設備が最優先です。 高度な加工技術の多くは、高度な機械加工装置に頼ることによってのみ実現できます。 同時に、円すいころの技術進歩の方向性をより高いレベルで明確にするためには、円すいころの技術的特性を深く理解し、高度な技術思想や概念を有することが必要です。 海外からの加工設備の導入と独自の研究開発により、中国の円すいころの製品品質と技術レベルは近い将来、確実に大きな進歩を遂げると考えられています。
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