CN100378357C

CN100378357C - 圆柱滚子轴承

Info

Publication number: CN100378357C
Application number: CNB2004100043840A
Authority: CN
Inventors: 乌泽秀斗
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2024-02-17
Also published as: CN1523243A; US7048445B2; US20040184692A1; KR20040074936A; KR101032929B1; DE102004006313A1; JP2004251323A; DE102004006313B4

Abstract

本发明是关于一种圆柱滚子轴承，本发明提供一种适用于高速旋转的圆柱滚子轴承，其能够控制在圆柱滚子与凸缘部分的接触部位的生热、磨损和其它影响。一种圆柱滚子轴承包括：一个内圈，其外圆周上具有一条滚道，一个外圈，其内圆周上具有一条滚道，多个圆柱滚子，它们在内圈的滚道与外圈的滚道之间自由地滚动，在内圈滚道的两侧面上设有凸缘部分，并且在两侧面上的凸缘部分的凸缘面与滚道之间形成有凹槽。凸缘面以相同的角度从其一底端部向其一顶端部倾斜。形成于圆柱滚子的外圆周边缘部分上的倒角的径向尺寸被设定为小于邻近于所述凹槽的滚道的径向高度。在邻近于所述端面的外圆周边缘的圆柱滚子端面部位形成弧形部分。

Description

圆柱滚子轴承

技术领域

本发明涉及一种圆柱滚子轴承。特别是涉及一种圆柱滚子轴承，其能够顺利地装入机床、发动机如喷气发动机或者燃气涡轮以及其它用途，以支承高速旋转的轴。

背景技术

在许多情形下，诸如加工中心、CNC车床或者铣床等机床的主轴总成被驱动而高速旋转，因为，其工作效率和精确度提高了。现在尤其有一种显著的趋势，就是提高主轴的旋转速度。

通常，机床主轴总成的主轴被滚动接触轴承支承以相对于轴承座自由旋转。该滚动接触轴承被采用油雾润滑、气/油润滑、喷射润滑、滑脂润滑，或者与在其它因素条件下相适应的其它方式进行润滑。圆柱滚子轴承，角接触滚珠轴承等等被用于滚动接触轴承。

圆柱滚子轴承通常包括一个内圈，在内圈的外圆周上具有一个滚道，一个外圈，在外圈的内圆周上具有一个滚道，多个圆柱滚子，它们在内圈与外圈的各自滚道之间自由地滚动，以及一个保持架，保持架将圆柱滚子均匀相隔地保持在圆周方向上。

当在内圈的两侧面形成有凸缘部分时，凹槽分别位于拐角部位，在拐角部位，内环的每一凸缘部分的凸缘表面与滚道接触。在磨削滚道和凸缘表面期间，所述凹槽被主要形成为齿根根切凹槽。倒角被形成于角部，在角部，滚子表面与圆柱滚子的两端面分别接触。而且，在轴向方向上在凸缘表面之间的轴向尺寸被设置成稍微大于圆柱滚子的长度，从而在圆柱滚子与凸缘部分之间形成了一个导承间隙。

由于圆柱滚子的滚子表面与轴承座圈的滚道(内和外圈)是线接触，上述的这种圆柱滚子轴承能够承受较高的径向负载，并被用于高速旋转。相反，当与滚珠轴承相比较时，在高速旋转期间所产生的热量很大，特别是，在所产生的热增加的位置容易出现问题，在圆柱滚子与凸缘部分之间滑动接触的位置容易发生磨损，还容易产生其它的影响。

具体是，圆柱滚子的倾角具有一个与上述导承间隙一样大的自由度，在轴承旋转期间，一种不可避免的现象会发生，圆柱滚子的轴线相对于轴承的轴线倾斜，即歪斜。当圆柱滚子歪斜时，在由滚道的旋转侧面提供的驱动力作用下，形成了一个轴向分力，其成为一个轴向推力F以将圆柱滚子的端部推靠在一个凸缘部分上。这样，在圆柱滚子与凸缘部分之间形成滑动接触的区域，摩擦阻力增大，因而，在圆柱滚子的端部和凸缘部分就产生热并遭受磨损。

针对该问题，现有技术中人们已经提出各种改进方法。例如，通过设计凹槽并在凸缘面上形成扩大的锥形表面，以改进在上述滑动接触的部位的润滑状态，其中所述凹槽的高度大于圆柱滚子的倒角的高度，所述凸缘面具有一个在轴向上向外的预定角度(例如，日本专利公开说明书昭和58-43609)。

还有一种设计方案，其具有一种结构，其中，当圆柱滚子已经歪斜时，通过使圆柱滚子的两端面的外圆周边缘部分与一个比凸缘表面的顶部边缘更加接近基座的部分接触，与当圆柱滚子的两端面的外圆周边缘部分与凸缘表面的顶部边缘相接触相比，滑动接触部分的边缘荷载就小些了(例如，日本专利未审公开说明书平成7-12119)。

如上所述，圆柱滚子具有一个与所述导承间隙一样大的倾角自由度，并且在轴承旋转期间，圆柱滚子在它们自己的轴线上旋转，且当它们的状态在一个最大倾斜角(skew angle)θMAX的范围内经常变化时绕一根轴旋转。这里，该最大倾斜角θ_MAX意指一种状态，即圆柱滚子的两端面的外圆周边缘部分与滚道两侧的凸缘部分接触，并且在圆柱滚子的歪扭角的总自由度范围内处于最大倾斜角。

如图10所示，当圆柱滚子23倾斜一个小于最大倾斜角θ_MAX的倾斜角θ时，该圆柱滚子23被上述轴向推力F在轴向上推动，并且，当在它们被推靠在凸缘部分之一21b上的状态下正被导向时发生滚动。此时，圆柱滚子23与凸缘部分21b之一之间的接触状态会根据倾斜角θ(0＜θ_T＜θ_U＜θ_MAX)按照下述方式变化。

当倾斜角θ在范围0＜θ≤θ_T内时，如图11所示，在圆柱滚子23的端面23b和倒角23c之间的一条第一分界线R₁₃与在凸缘面21b₁和凹槽21c之间的一条第二分界线R₁₁相接触(接触点用一个黑点“·”表示)。然后，当倾斜角θ在范围θ_T＜θ＜θ_U内时，如图12所示，在圆柱滚子23的端面23b和倒角23c之间的所述第一分界线R₁₃与所述凸缘面21b₁相接触(接触点用一个黑点“·”表示)。接下来，当倾斜角θ接近θ_U时，在圆柱滚子23的端面23b和倒角23c之间的所述第一分界线R₁₃与在凸缘面21b₁和凸缘倒角21b₃之间的一条第三分界线R₁₂相接触(图中未示出)。此后，圆柱滚子23的两端部分别与两个凸缘部分21b接触以保持最大的倾斜角θ_MAX(图中未示出)。

图13示出圆柱滚子23的倾斜角θ与在圆柱滚子23和凸缘部分21b间的接触面上的压力P之间的关系(实线)，还示出作用在圆柱滚子23上的轴向推力F的关系(虚线)。如该图所示，轴向推力F随着倾斜角θ的增加而逐渐变大。

在范围0＜θ＜≤θ_T内，出现一种现象，接触面上的压力P随着倾斜角θ的增大而以一个相对陡峭的梯度增加。这与圆柱滚子23和凸缘部分21b之一在所述第一分界线R₁₃和第二分界线R₁₁接触有关(如图11所示的状态)，轴向推力F随着倾斜角θ的增大而变大。特别是，通过测试已经被验证，接触面上的压力P变得大于一个表面压力水平P₀，在这里，在范围θ₀≤θ≤θ_T内的接触区域(在图中用双向影线表示的区域)发生磨损。

当倾斜角θ超出θ_T时，接触面上的压力P减小到一个低于所述表面压力水平P0的值，在压力P0处，在圆柱滚子23与凸缘部分21b之一之间的接触部分发生磨损，之后，显示为一个稳定的过渡段，其具有比较低的值，而与倾斜角θ的增大无关。这与圆柱滚子23和凸缘部分21b之一之间的接触状态从所述第一分界线_R13与第二分界线R₁₁之间的接触(其状态被示于图11)变化为所述第一分界线R₁₃与凸缘表面21b₁之一之间的接触(其状态被示于图12)有关。

当倾斜角θ接近θ_U时，如图13所示，接触面上的压力P再次开始一个急剧的增大，并变成一个超过所述表面压力水平P₀的值，在这点P₀已经达到了θ_U。这与圆柱滚子23和凸缘部分21b之一之间的接触状态从所述第一分界线R₁₃与凸缘表面21b₁之间的接触(其状态被示于图12)变化为一种所述第一分界线R₁₃与第三分界线R₁₂之间的接触状态有关。

如上所述，在圆柱滚子与凸缘部分的接触面上的压力P是一个超过表面压力水平P₀的值，在点P₀处，圆柱滚子23与凸缘部分21b之间的接触部分在达到最大倾斜角θ_MAX之前的阶段发生磨损，就是说，在下列倾斜角θ范围内，θ₀≤θ≤θ_T，θ_U≤θ＜θ_MAX。这被认为是促使在接触部分产生热量和发生磨损等问题的一个主要因素。

然而，在上述日本专利昭和58-43609所公开的发明没有认识到上述问题，并且没有提出一种用以改进它的方法。同样，在日本专利平成7-12119所公开的发明将圆柱滚子的两端面的外圆周边缘部分与凸缘面之间的接触状态限制在最大倾斜角θMAX，并且没有认识到所述的生热、磨损或者在θ₀≤θ≤θ_T阶段发生的其它问题，而且没有建议一种改进的方法。

所述的生热、磨损以及在θ₀≤θ≤θ_T阶段发生的其它问题容易发生在，比如，仅仅在内圈和外圈之一上具有凸缘部分的圆柱滚子轴承(例如，NU型，N型，等)被以高速驱动并具有负的径向内间隙(预载条件)。仅仅在内圈和外圈之一上具有凸缘部分的圆柱滚子轴承不会承受轴向载荷，因而，作为诸如在轴承装配期间的未对准以及轴承滚道形状的轻微不完美性等因素的后果，圆柱滚子发生歪斜。因而，其倾斜角仅仅稍微具有一种高的可能性而成为θ₀≤θ≤θ_T，并且在圆柱滚子与凸缘部分之一之间的接触部分上表面压力变成一个大于表面压力水平P₀的值，在P₀点发生磨损是一种频繁状态，通过测试已经被证实。而且，当被以高速驱动时生热、磨损等更容易扩展，因为在圆柱滚子与凸缘部分之间发生接触的部分，滑动速度很高。

由此可见，上述现有的圆柱滚子轴承仍存在有诸多的缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决圆柱滚子轴承存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。

有鉴于上述现有的圆柱滚子轴承存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新型的圆柱滚子轴承，能够改进一般现有的圆柱滚子轴承，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的圆柱滚子轴承存在的缺陷，而提供一种新的圆柱滚子轴承，所要解决的技术问题是根据上述知识改进一种圆柱滚子轴承。

特别是，本发明提供一种圆柱滚子轴承，适用于更高的旋转速度，通过减小圆柱滚子与凸缘部分之间接触面上的压力，特别是当圆柱滚子的倾斜角在范围θ₀≤θ≤θ_T内时接触表面的压力，能够控制在圆柱滚子的端部和凸缘部分处的生热、磨损和其它影响。从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种圆柱滚子轴承，其包括：一个内圈，其外圆周上具有一条滚道；一个外圈，其内圆周上具有一条滚道；多个圆柱滚子，它们被设置以自由滚动于所述内圈的滚道与所述外圈的滚道之间；凸缘部分，它们分别被设置在所述内圈和外圈至少其一的滚道之两侧；以及一个凹槽，其被设置在所述滚道两侧的至少一个凸缘部分的一个凸缘面与该滚道相交的一个拐角部位，所述凸缘面以相同的角度从其一底端部向其一顶端部倾斜，其中，在所述倒角与所述圆柱滚子的端面之间形成弧形部分，所述弧形部分被调整为一种满足下列表达式的形状：

0.8≤h₂/h₁

1°≤tan^-1[δ/(h₂-h₃)]

其中，h₁是自所述滚道到凹槽与所述凸缘面之间的分界线的径向高度，h₂是从所述圆柱滚子的滚子表面到所述弧形部分与所述端面之间的分界线的径向尺寸，h₃是圆柱滚子的所述倒角的径向高度，而δ是从所述倒角与所述弧形部分之间的分界线到圆柱滚子的所述端面的轴向尺寸。

并且，径向高度h₃被设定为小于h₁。。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的圆柱滚子轴承，其中所述弧形部分是通过加工而成，在其过程中，一柔性磨石以一种相对于圆柱滚子的所述端面稍微倾斜的状态与之接触。

前述的圆柱滚子轴承，其中所述轴承被装配于机械装置的主轴组装件中。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到前述发明目的，本发明的主要技术内容如下：

本发明提供一种适用于高速旋转的圆柱滚子轴承，其能够控制在圆柱滚子与凸缘部分的接触部位的生热、磨损和其它影响。一种圆柱滚子轴承包括：一个内圈，其外圆周上具有一条滚道，一个外圈，其内圆周上具有一条滚道，多个圆柱滚子，它们在内圈的滚道与外圈的滚道之间自由地滚动，在内圈滚道的两侧面上设有凸缘部分，并且在两侧面上的凸缘部分的凸缘面与滚道之间形成有凹槽。凸缘面以相同的角度从其一底端部向其一顶端部倾斜。形成于圆柱滚子的外圆周边缘部分上的倒角的径向尺寸被设定为小于邻近于所述凹槽的滚道的径向高度。在邻近于所述端面的外圆周边缘的圆柱滚子端面部位形成弧形部分。

借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：本发明圆柱滚子轴承当倾斜角不在θ₀≤θ≤θ_T的范围内时现有技术中所发生的问题，就是说，在圆柱滚子的端面和倒角之间的所述分界线与在凸缘表面和凹槽之间的所述分界线相接触的现象，能够被避免发生。因而，可以防止在圆柱滚子的端部和凸缘部分发生生热、磨损等现象。可以提供一种适用于更高旋转速度的圆柱滚子轴承，特别是，一种用于被以更高旋转速度驱动的机床的主轴总成的有利的圆柱滚子轴承。

综上所述，本发明特殊结构的圆柱滚子轴承，其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新，其不论在结构上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的圆柱滚子轴承具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为一个放大的横截面图，示出根据本发明一实施例的一个圆柱滚子以及一个内圈滚道和一个凸缘部分的基本结构；

图2为一个横截面图，示出一台机床的一个主轴总成的结构实例；

图3为一个横截面图，示出根据本发明一实施例的圆柱滚子轴承，其中省略了部分结构；

图4为一个示出一个圆柱滚子和一个柔性的磨石的视图；

图5A为一个示出一个圆柱滚子被沿平面A截取的横截面图；

图5B为一个根据现有技术一实例的视图，示出当倾斜角θ＝0°时，一圆柱滚子与一凸缘部分之间的接触状态；

图5C为一个根据现有技术的上述实例的视图，示出当倾斜角为0＜θ≤θ_T时，所述圆柱滚子与所述凸缘部分之间的接触状态；

图5D为一个根据本发明的一实例的视图，示出当倾斜角为θ＝0°时，一圆柱滚子与一凸缘部分之间的接触状态；

图5E为一个根据本发明的上述实例的视图，示出当倾斜角为0＜θ≤θ_T时，所述圆柱滚子与所述凸缘部分之间的接触状态；

图6为一个放大视图，示出根据本发明一实施例的一个圆柱滚子的一个倒角和一个弧形部分的基本结构；

图7为一个图表，示出根据本发明一实施例的圆柱滚子的弧形部分的形状尺寸；

图8为一个表示各实施例的试验结果的特性曲线图，示出转数与温度升高之间的关系；

图9为一个圆柱滚子的端面的视图，示出与一弧形部分上的一凸缘部分轻微接触所形成的痕迹，以获得一实施例的试验结果；

图10为一个视图，示出圆柱滚子以一个小于最大倾斜角θ_MAX的倾斜角θ倾斜、并与一对凸缘部分其中之一接触的状态；

图11为一个视图，示出圆柱滚子的端面和倒角之间的一条分界线与一凸缘面和一凹槽之间的一条分界线接触的状态；

图12为一个视图，示出圆柱滚子的端面和倒角之间的一条分界线与一凸缘面接触的状态；

图13为一个图表，示出根据现有技术的圆柱滚子轴承的圆柱滚子的倾斜角θ与在圆柱滚子和凸缘部分之间的接触面上的压力P的关系(实线)，以及，与作用在圆柱滚子上的轴向推力F的关系(虚线)。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的圆柱滚子轴承其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图1、图2、图3、图4所示，本发明较佳实施例的圆柱滚子轴承，其主要包括：其主要由所组成，其中：

图2示出了一台诸如加工中心或者磨床的机床的主轴总成的结构实例。图中所示的主轴总成是一种内置式的，一台内部电机10驱动主轴11高速旋转。电机10被设置在主轴总成的轴向中央部位，并且包括一个被设置在主轴11的外圆周上的转子10a和一个被设置在一箱体12的内圆周上的定子10b 。当电源供应到定子10b上时，在定子10b与转子10a之间就产生激励功率，主轴11被该激励功率驱动而高速旋转。

主轴11的旋转被分别设置在前端(加工端)和后端(与加工端相反)的滚动接触轴承支承以便相对于箱体12自由旋转，其中后端将电机10夹置。通常，位于后端的滚动接触轴承要能够便于在轴向上移动(自由端)，以吸收或者避让因运转期间产生的热而导致主轴11轴向伸长的量。在此实例中，匹配装配的角接触球轴承(一对角接触球轴承)13被用作前端的滚动接触轴承，而一个单列圆柱滚子轴承14被用作后端的一个滚动接触轴承。

图3示出被设置在后端的圆柱滚子轴承14。该圆柱滚子轴承14包括一个内圈1，在内圈1的外圆周上具有一个滚道1a，一个外圈2，在外圈2的内圆周上具有一个滚道2a，多个圆柱滚子3，它们在内圈1的滚道1a与外圈2的滚道2a之间自由地滚动，以及一个保持架4，保持架4将圆柱滚子3均匀相隔地保持在圆周方向上。在内圈1的滚道1a的两侧面上分别设有凸缘部分1b。保持架4可以是由树脂材料制成。

圆柱滚子轴承14的内圈1和外圈2分别被装配到主轴11的外圆周和箱体12的内圆周上。比如在运转期间，径向内间隙是一个负间隙。轴承的内部零件被采用诸如油雾润滑、气/油润滑、喷射润滑、或者润滑脂润滑的方法进行润滑。

当主轴11被容纳在主轴总成中的电机10驱动而高速旋转时，其旋转被前端的所述角接触球轴承13和后端的所述圆柱滚子轴承支承以便相对于箱体12自由地旋转。当主轴11因运转温度升高而导致在轴向上经受热膨胀时，其轴向膨胀量通过在圆柱滚子轴承14的外圈2与圆柱滚子3之间的滑动位移被吸收或者被允许避让。

而且，当本发明被应用于一种单列圆柱滚子轴承时，可能适用于各种已知的轴承类型，包括N型(两个内圈凸缘)、NU型(两个外圈凸缘)、NE型(两个内圈凸缘，一个外圈凸缘)、NJ型(一个内圈凸缘，两个外圈凸缘)、或者NUP型(两个内圈凸缘之一是可分离的，两个外圈凸缘)。在凸缘部分是可分离的实例中，齿根根切凹槽有时不是被形成于凸缘面与其滚道之间的拐角部分。本发明也可以被应用于双列或者多列圆柱滚子轴承。在这样的实例中，可以采用各种各样的已知轴承。

根据此实施例，如图1的放大图所示，凹槽1c被形成于每一凸缘部分1b的凸缘面1b₁与内圈1的滚道1a分别接触的拐角部分。所述凹槽1c主要是在滚道1a和凸缘面1b₁的磨削期间被形成为根切凹槽。根据此实施例，凸缘面1b₁是沿一个方向倾斜的锥形面，以便在径向向外的方向上逐渐敞开，而凸缘倒角1b₃被形成于角部，凸缘面1b₁与外径面1b₂相交于该角部。

倒角3c被形成于所述角部，滚子表面3a和圆柱滚子3的两端面3b分别相交于所述角部。形成于圆柱滚子3的外圆周边缘部分上的倒角3c的第一径向尺寸h3被设定为小于邻近于凹槽1c的滚道1a的径向高度h1。而且，弧形部分3d被形成于圆柱滚子3的倒角3c与端面3b之间。

所述径向高度h₁是从内圈1的滚道1a处到凹槽1c与凸缘面1b₁之间的一第一分界线R₁的尺寸。第二径向尺寸h₂是从滚子表面3a与倒角3c之间的一第二分界线R₄到圆柱滚子3的弧形部分3d与端面3b之间的一第三分界线R₅的尺寸。第三径向尺寸h₃是从滚子表面3a与倒角3c之间的所述第二分界线R4到倒角3c与弧形部分3d之间的一第四分界线R₃的尺寸。而且，最好是，所述分界线R₁到R₅是由弧形表面形成的以减小接触面的压力，比如，是曲率半径为0.1至0.3mm的弓形表面，以使相邻表面间形成平滑的连接部分。

下面对将圆柱滚子3的倒角3c的第一径向尺寸h3设置成小于邻近于凹槽1c的滚道1a的径向高度h₁的理由进行描述。

例如，假如将圆柱滚子3的倒角3c的径向尺寸h₃设置成大于邻近于凹槽1c的滚道1a的径向高度h1，这正是圆柱滚子23的情形(参见图12)，其端面23b与倒角23c之间的所述第一分界线R₁₃与凸缘面21b₁接触，其中圆柱滚子23是不歪斜的。通常地，由于倒角23c经过锻造处理，则第一分界线R₁₃的精度很差。通过试验已经证实，在圆柱滚子23不歪斜的状态下，当该精度很差的第一分界线R13与凸缘面21b₁接触时，圆柱滚子23会发生不正常的振动，并在第一分界线R₁₃处发生磨损。因而，根据此实施例，圆柱滚子3的倒角3c的所述第一径向尺寸h₃被设置成小于邻近于凹槽1c的滚道1a的径向高度h₁。

上述弧形部分3d被调整为满足下列表达式：

0.8≤h₂/h₁

1°≤tan^-1[δ/(h₂-h₃)]

其中，h₁是滚道1a邻近于凹槽1c处的径向高度，h₂是从圆柱滚子3的滚子表面3a到弧形部分3d与端面3b之间的所述第三分界线R₅的径向尺寸，h₃是圆柱滚子3的倒角3c的第一径向尺寸，而δ是从倒角3c与弧形部分3d之间的第四分界线R₃到圆柱滚子3的端面3b的轴向尺寸。

另外，如图4所示，通过加工而形成弧形部分3d，其中，将一柔性磨石5以一种倾斜状态与之接触，该状态具有仅仅相对于圆柱滚子3的端面3b的一个微小角度α。

通过形成圆柱滚子3的倒角3c与端面3b之间的弧形部分3d，就可以避免上述现有技术中当倾斜角不在0＜θ≤θ_T(包括θ₀≤θ)的范围内时所发生的问题，即，在圆柱滚子23的端面23b和倒角23c之间的所述第一分界线R₁₃与在凸缘表面21b₁和凹槽21c之间的所述第二分界线R₁₁接触的现象(参见图11)。下面将参照图5A至5E进行解释。

图5B和5C示出图5A中所示的圆柱滚子23的一横截面A和上述现有技术一个实例的第二分界线R₁₁，该分界线是从轴承外侧的径向方向向轴承中心观看时的分界线。图5D和5E示出图5A中所示的圆柱滚子3的一横截面A和本发明的所述第一分界线R₁，该分界线是从轴承外侧的径向方向向轴承中心观看时的分界线。

根据所述现有技术，如图5B和5C所示，当圆柱滚子23在0＜θ≤θ_T(包括θ₀≤θ)的范围内倾斜时，其在端面23b和倒角23c之间的第一分界线R₁₃与在凸缘面21b₁和凹槽21c之间的第二分界线R₁₁接触。在此实例中，由于圆柱滚子23的两个边缘与凸缘面21b正在接触，接触面上的压力很大，并发生不正常的生热、磨损等现象。

相反，根据本发明的上述实例，如图5D和5E所示，当圆柱滚子3在0＜θ≤θ_T(包括θ₀≤θ)的范围内倾斜时，所述弧形部分3d与在凸缘面1b₁和凹槽1c之间的所述第一分界线R₁接触。此例中，接触面上的压力小，因为可以避免象现有技术的实例中那样在边缘部分之间相互接触，而且不正常的生热、磨损等现象不会发生。

为了形成所述弧形部分3d而将表达式设定为0.8≤h₂/h₁，1°≤tan^-1[δ/(h₂-h₃)]，其理由如下(其中，h₁：是滚道1a邻近于凹槽1c处的径向高度；h₂：是从圆柱滚子3的滚子表面3a到弧形部分3d与端面3b之间的第三分界线R₅的径向尺寸；h₃：是圆柱滚子3的倒角3c的第一径向尺寸；δ：是从倒角3c与弧形部分3d之间的第四分界线R₃到圆柱滚子3的端面3b的轴向尺寸)。

通常，圆柱滚子3的第一径向尺寸h₃与径向高度h₁的关系大致为：0.5≤h₃/h₁≤0.9，比如甚至为h₃/h₁＝0.5，h₂/h₁的下限值为0.8，以便保持圆柱滚子3的弧形部分3d的径向宽度(h2-h3)。

而且，对于圆柱滚子3正常而言，即使在最大倾斜角θ_MAX时，它也仅仅只是一个约为0.5至1.00的角度，然而，设定1°≤tan^-1[δ/(h₂-h₃)]，以便当由圆柱滚子3的弧形部分3d的径向宽度(h₂-h₃)和轴向尺寸δ所形成的三角形的顶角θ1(参见图6)等于1°或者更大时，当圆柱滚子3在0＜θ≤θ_T(包括θ₀≤θ)的范围内倾斜时，弧形部分3d将与凸缘面1b₁和凹槽1c之间的第一分界线R₁接触。关于这点，可以通过下面的试验来进行检验，其中所使用的产品满足tan^-1[δ/(h₂-h₃)]＝1°。

(实施例)

制造现有技术和本发明所述实例中的试验轴承，并将它们放置在一台试验设备中。在下述条件下执行驱动操作，在其中寻求转数与温度升高之间的关系，而且观察到在圆柱滚子的端部发生磨损的条件。

(试验条件)

试验轴承：单列圆柱滚子正常N1020(现有技术实例，本发明实例)

转数：2000至8000rpm(最大dh＝80×104)

内间隙：-5μm(装配后的径向内间隙)

润滑：润滑脂润滑

弧形部分3d的形状(见图7)：h₂/h₁＝1.05 tan^-1[δ/(h₂-h₃)]＝1°

(试验结果)

上述现有技术实例和本发明实例的温度升高的结果示于图8。对于现有技术的实例，轴承的温度升高很高，而且在转数为7000rpm时轴承温度变得不稳定，因而试验不能被继续。观察试验中的轴承，证实磨损是发生在圆柱滚子23的端面23b与倒角23c之间的第一分界线R₁₃上，以及在内圈21的凸缘面21b₁与凹槽21c之间的第二分界线R₁₁上。

相反，对于本发明的实例，轴承的温度升高较低，而且在转数为8000rpm时仍然能够稳定地驱动。从而，驱动操作可以进行1000小时，此后再观察轴承。在圆柱滚子23的端面3b上看不到磨损，由于它与内圈1的凸缘部分1b轻微接触，在弧形部分3d上仅仅有被认为是接触痕迹的标记a(参见图9)，因而可以证实本发明的效果。而且，也可以证实当满足tan^-1[δ/(h₂-h₃)]＝1°时本发明的效果。因而，将tan^-1[δ/(h₂-h₃)]的下限值设为1°。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种圆柱滚子轴承，其特征在于：其包括：

一个内圈，其外圆周上具有一条滚道；

一个外圈，其内圆周上具有一条滚道；

多个圆柱滚子，它们被设置以自由滚动于所述内圈的滚道与所述外圈的滚道之间；

凸缘部分，它们分别被设置在所述内圈和外圈至少其一的滚道之两侧；以及

一个凹槽，其被设置在所述滚道两侧的至少一个凸缘部分的一个凸缘面与该滚道相交的一个拐角部位，所述凸缘面以相同的角度从其一底端部向其一顶端部倾斜，其中，

形成于所述圆柱滚子的外圆周边缘部分上的倒角的一径向尺寸h₃被设定为小于自所述滚道到所述凹槽与所述凸缘面之间的分界线(R₁)的一径向高度h₁，而在所述倒角与所述圆柱滚子的端面之间形成弧形部分；

所述弧形部分被调整为一种满足下列表达式的形状：

0.8≤h₂/h₁

1°≤tan^-1[δ/(h₂-h₃)]

其中，h₁是自所述滚道到所述凹槽与所述凸缘面之间的分界线(R₁)的径向高度，h₂是从所述圆柱滚子的滚子表面到所述弧形部分与所述端面之间的分界线(R₅)的径向尺寸，h₃是圆柱滚子的所述倒角的径向高度，而δ是从所述倒角与所述弧形部分之间的分界线(R₃)到圆柱滚子的所述端面的轴向尺寸。

2.根据权利要求1所述的圆柱滚子轴承，其特征在于其中所述弧形部分是通过加工而成，在其过程中，一柔性磨石以一种相对于圆柱滚子的所述端面稍微倾斜的状态与之接触。

3.根据权利要求1或2所述的圆柱滚子轴承，其特征在于其中所述轴承被装配于机械装置的主轴组装件中。