CN100572834C

CN100572834C - 滚动轴承和电机

Info

Publication number: CN100572834C
Application number: CNB038204495A
Authority: CN
Inventors: 武井健治; 寺田康久
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2009-12-23
Anticipated expiration: 2023-08-29
Also published as: AU2003261851A1; CN1678835A; EP1548304A4; US20050254740A1; EP1548304A1; WO2004020855A1; US7186029B2; JP2004092738A

Abstract

一种滚动轴承，其用于支承设置风扇的轴，其具有：在外径面上具有内环轨道的内环；在内径面上具有外环轨道的外环；配设在上述内外环轨道之间的多个滚珠；在圆周方向上隔开间距保持上述滚珠的保持架，设定轴承内径大于或等于3mm、小于或等于17mm，设定轴承外径大于或等于8mm、小于或等于40mm，当设从上述内环轨道的槽底到上述内环的内径面的壁厚为ti、设从上述外环轨道的槽底到上述外环的外径面的壁厚为te时，te≥1.24ti，并且，上述内环材料所含残留奥氏体量小于或等于7%重量比。

Description

滚动轴承和电机

技术领域

本发明涉及适合用于空调风扇电机、空气清洁器风扇电机、吸尘器(电气扫除机)电机、汽车空调风扇电机、IC冷却风扇电机、被炉风扇电机等，电机的转子支承的滚动轴承。

背景技术

图6(A)表示用于上述用途的现在的滚动轴承(滚珠轴承)的例。如图6(A)所示，考虑普通的滚珠轴承的内环91和外环93的强度的平衡，设定内环91和外环93的壁厚最薄的部分即轨道底部的壁厚ti和te与内环91和外环93相等。

在特开2001-90736号公报中，为了减少转矩，提出了如图6(B)所示的设定滚珠的节圆直径Dp小于轴承的剖面中心径的提案。

在使用轴承内径大于或等于3mm、小于或等于17mm，轴承外径大于或等于8mm、小于或等于40mm的轴承的风扇电机和吸尘器电机中，轴承承受的负荷非常小。实际上，轴承的耐久性取决于封入轴承内的润滑油脂的润滑寿命。另外，风扇电机多用于特别介意从轴承发出的声音的环境中。

在风扇电机和吸尘器电机中，轴承的内环带有过盈量与轴组装(过盈配合)，外环大体具有间隙(间隙配合)组装在用钢板冲压加工的外壳上。冲压加工制成的外壳，其组装轴承外环的孔的精度(圆度、圆筒度)不很高，因此，有时外壳会破坏大体加工成圆的轴承外环的精度，此时，会从轴承产生异音。

另外，风扇电机，由于其使用的环境不同，轴承周围的气温有超过100℃。用过盈配合组装在轴上的内环，一般用轴承钢经过热处理工艺制成，所含残留奥氏体约占重量的10％。如果长时间被置于上述大于或等于100℃以上的气温环境，奥氏体就会分解成马氏体，造成内环膨胀，结果，轴和内环的配合就变成为间隙配合，会发生振动、噪声。

发明内容

本发明以上述问题为鉴，目的是提供一种滚动轴承，其内外径尺寸和宽度尺寸与ISO规格标准相同，同时，难以受外壳的孔的精度等的影响，在温度超过100℃的使用环境，也难以发生噪声、振动等。

本发明的目的通过下述的结构实现。

(1)一种滚动轴承，其用于支承设置风扇的轴，其包括：在外径面上具有内环轨道的内环；在内径面上具有外环轨道的外环；配设在上述内外环轨道之间的多个滚珠；在圆周方向上隔开间距保持上述滚珠的保持架。并且，设定轴承内径大于或等于3mm并且小于或等于17mm，设定轴承外径大于或等于8mm并且小于或等于40mm。当设从上述内环轨道的槽底到上述内环的内径面的壁厚为ti，设从上述外环轨道的槽底到上述外环的外径面的壁厚为te时，te≥1.24ti，并且，上述内环中所含残留奥氏体量大于或等于3％并且小于或等于内环重量的7％。

(2)上述(1)中所述的滚动轴承，在上述外环的内径面上设置密封件，并且，在轴承空间内封入润滑油脂。所述轴承内侧空间的容积在除去滚珠和保持架之外由位于其中的内环、外环和密封件限定。

(3)上述(1)或(2)中所述的滚动轴承，上述内环的外径面中的除了上述内环轨道以外之处被形成为大体圆筒面。

(4)上述(1)～(3)中的任何一项所述的滚动轴承，轴承内径、轴承外径和轴承宽度与ISO标准轴承尺寸相同。

(5)一种电机，其用上述(1)～(4)中的任何一项所述的滚动轴承支承电机的转动轴。

在上述结构中，通过形成外环轨道底部的壁厚te大于或等于内环轨道底部的壁厚ti的1.24倍，圆柱形的外环的变形刚性和断面二次转矩、即与壁厚的4次方成比例，因此，能够显著地抑制外环的变形。从而，即使在圆度不高的冲压加工孔等内放入该轴承，其外环也难以变形，能够抑制从轴承发生的异声。也就是，当轴承的外环按照冲压加工的孔的形状发生变形时，轨道面变形(圆度被破坏)，滚珠不能圆滑地公转，保持架的穴和各滚珠干涉，发生刺耳的保持架声，然而，在本实施例，能够防止这样的变形。

只要是te≥1.24ti就可以。

另外，如果内环中所含残留奥氏体量(γR)小于或等于内环重量的7％，则即使长时间在气温超过100℃的环境中使用轴承，也由于γR在马氏体变态时，产生体积膨胀造成内环的时效变形很微小，不会造成轴和内环的配合变成间隙配合。从而，能够显著地抑制由于轴和内环的配合变化成间隙配合所产生的振动和噪声。

在初期的过盈量小时，更为优选的是，形成内环的残留奥氏体的量小于或等于重量的3％。

在图5中，表示对于在组装在电机中的轴承的内环中所含残留奥氏体相对重量的10％(比较例)、重量的7％(实施例1)、重量的3％(实施例2)，在气温20℃的使用环境，所经过时间(残留奥氏体的分解时间)和尺寸变化的关系的图表。在电机运转时间是2.5万小时时，实施例1与比较例相比的尺寸变化率大约是一半，实施例2与比较例相比的尺寸变化率是小于或等于四分之一。

另外，在外环上设置密封件，同时在轴承空间封入润滑油脂，通过采用油脂润滑能够实现轴承的长寿命化。

可以采用尿素系的油脂作为润滑油脂。通过使用尿素系的油脂，能够有效地防止轴承空间内混入异物。增稠剂的尿素系物质的油脂比锂皂系等的油脂表面容易硬化，因此，当从内环轨道排出时，在内环轨道肩附近形成堤坝。通过该堤坝能够显著地防止灰尘、DC电机的电刷的摩擦粉沫等异物的混入。

另外，通过把内环的外径面中的除了内环轨道以外之处形成大体圆筒面，能够确保内环的侧面的宽度尺寸(壁厚)。由此，也能够实现降低和轴肩的矩暂的磨损和提高与轴的安装性(布氏硬度压痕对策)等。另外，这里所说的“大体圆筒面”的含意包括，在不使内环的侧面的宽度尺寸实质上变窄的范围内，在内环的外径面上设凹凸和台阶的情况。例如，在内环外径面的、与密封件的端部在径向相对之处设置凹槽，或者，对内环外径面的轴向端部进行若干个倒角的场合也都认为是形成大体圆筒面。

另外，通过轴承内径、轴承外径和轴承宽度与ISO的标准轴承的尺寸相同，这样，在把轴承和组装了该轴承的电机安装在其他的安装部(轴或外壳)上时，不用改变安装部的尺寸，另外，现有的工装夹具也能够使用。在形成轴承内径、轴承外径和轴承宽度为特殊尺寸时，必须要准备特殊工装夹具，这会造成提高成本，然而，通过采用上述结构，就能够避免这种成本提高。

由上述结构的滚动轴承支承电机转动轴的电机噪声低、振动小，并且，即使长期在气温超过100℃的环境运转，能够保持性能。另外，电机转动轴是指，除电机轴之外，也包括连接在电机轴上的转动轴。

附图说明

图1是本发明的第一实施例的滚动轴承的剖面示意图；

图2是本发明的第二实施例的滚动轴承的剖面示意图；

图3是本发明的第三实施例的滚动轴承的剖面示意图；

图4是应用涉及本发明的滚动轴承的电机的剖面示意图；

图5是表示残留奥氏体的分解和尺寸变化的关系的曲线图；

图6是现在的滚动轴承的剖面示意图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。图1所示的第一实施例的滚动轴承(滚珠轴承)10，形成在内环11和外环13之间配置多个滚珠15的结构。多个滚珠15由保持架17(在此是树脂制的冠状)在周方向隔开等间隔保持。在滚珠15的轴向的两侧配置密封件、即护圈16、16。护圈16、16，其外周部被固定在外环13上形成的槽13a内，内周部以不接触状态对向内环11的外径面。在轴承空间S内封入油脂。

在内环11的外径面的轴向中央部，设置剖面为圆弧形的槽、即内环轨道12。在外环13的内径面的轴向中央部，设置剖面为圆弧形的槽、即外环轨道14。

设定外环槽14的槽底部的外环13的壁厚te大于或等于内环槽11的槽底部的内环11的壁厚ti的1.24倍，在本实施例，设定te＝1.47ti。

设定：轴承内径Di为大于或等于3mm和小于或等于17mm，

轴承外径Do为大于或等于8mm和小于或等于40mm，

轴承内径Di、轴承外径Do、轴承宽度B与ISO的标准轴承的尺寸相同。

例如，采用以下的尺寸组合；

(1)轴承内径Di＝3mm、轴承外径Do＝8mm、轴承宽度B＝3mm

(2)轴承内径Di＝5mm、轴承外径Do＝13mm、轴承宽度B＝4mm

(3)轴承内径Di＝8mm、轴承外径Do＝22mm、轴承宽度B＝7mm

(4)轴承内径Di＝12mm、轴承外径Do＝32mm、轴承宽度B＝10mm

(5)轴承内径Di＝17mm、轴承外径Do＝40mm、轴承宽度B＝12mm

在本实施例采用上述(3)的尺寸组合。

制作内环11和外环13以使残留奥氏体小于或等于重量的7％，在本实施例中，制作为小于或等于重量的3％。

在本实施例，内环11的外径面的，除了其内环轨道12以外之处被形成圆筒面。在护圈16、16的端部(内周部)设置向滚珠15侧延伸的折边部16a。折边部16a对于内环11的外径面间隔微小的缝隙，大体平行地配置，形成迷宫式密封，这样，防止油脂外漏。

以尿素化合物作为增稠剂，配合在基础油内制成油脂，用作润滑油脂。

作为油脂的基础油，不特别地限定，然而，考虑高速转动中的润滑性能和耐热性，酯油和碳化氢油或者二者的混合油是理想的。

作为烃系油，例如有：正链烷烃、异链烷烃、聚丁烯、聚异丁烯、1-癸烯低聚物、1-癸烯和乙烯低聚物等的聚α-烯烃等。作为酯油，例如有：二丁基癸二酸酯、双-2-乙基己基癸二酸酯、二辛基己二酸酯、己二酸二异癸酯、己二酸双十三烷基酯、水杨酸双十三烷基酯、甲基·乙烯基辛酸等的二酯油、偏苯三酸三辛酯、偏苯三酸十三烷基酯、均苯四酸四辛酯等的芳香族酯油、三羟甲基丙烷辛酸酯、三羟甲基丙烷壬酸酯、季戊四醇-乙-乙基乙酸酯、季戊四醇壬酸酯等的多元醇酯油、碳酸酯油等。

另外，根据需要，可以把芳香族基油和醚系油等混合。作为芳香族基油，例如有：单烷基萘、双烷基萘、聚烷基萘等的烷基萘油等。作为醚系油，例如有：聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙二醇单醚、聚丙二醇单醚等的聚二醇、或者一烷基三苯醚、烷基二苯醚、二烷基二苯醚、五苯醚、四苯醚、一烷基四苯醚、二烷基四苯醚等苯醚油等。另外，也可以使用矿物油，可以使用经减压蒸馏、油剂脱沥青、溶剂提取、氢解作用、溶剂脱蜡、硫酸酸洗、白土精制、加氢精制等精制成的油脂。

另外，作为增稠剂的尿素化合物，特别是，1个分子中含2～5个尿键的尿素化合物(双尿素、三尿素、四尿素、五尿素)为理想的增稠剂。随着1个分子中尿键数的增加耐热性增高，具有增加轴承耐久性的趋势。但是，当1个分子中结合的尿键数超过6时，油脂容易固化而不理想。

增稠剂，即上述的尿素化合物按对于全部油脂的9～18.5％的质量比例进行配合为理想。特别地，按质量比10～15％的配合量为理想。当配合量不足质量比9％时，基油的保持能力不够，特别在转动初期，一时地使大量的油分离，引起油脂泄漏，使轴承耐久寿命缩短。另外，当配合量超过质量比18.5％时，基油量相对减少，早期出现润滑不足，同样地使轴承耐久寿命缩短。

另外，在油脂中，按质量比例0.05～4％，特别地按质量比例0.1～4％的比例添加胺系防氧化剂和苯酚系防氧化剂中至少一种为理想。在防氧化剂中，从和上述的尿素化合物的亲和性看，胺系防氧化剂和苯酚防氧化剂为理想。另外，添加量按质量比例不足0.05％时，得不到足够的防氧化性能，例如，对于轴承的耐久寿命，和无添加时相比，看不出大的差别。另外，即使按质量比例添加超过4％的量，也得不到和超过的量相称的效果，不经济，反而因为基油和增稠剂的量相对减少，还会对润滑耐久寿命带来不良影响。

另外，能够例示硫代二苯基胺等，作为胺系防氧化剂，能够例示2，6-二叔-丁基-4-笨酚等，作为苯酚系防氧化剂。

另外，根据需要，也可以在上述的润滑油脂中添加防锈剂、油性剂、耐特压剂等。这些都可以使用通用的品种。这些添加剂的含量，个别地大于或等于油脂全量的0.05％质量比例、合计量是油脂全量的0.15～10％质量比例为理想。特别地，在合计量超过10％质量比时，不仅不能获得和含有量增加相称的效果，而且，使其他成分的含有量相对地减少，还发生在油脂中使这些添加剂凝聚，导致转矩增加等不理想的现象。

图2表示本发明的第二实施例的滚动轴承。另外，在以下说明的实施例中，对于结构、作用与已经说明过的部件相同的部件，在图中附加相同或相当的符号，并且，简化或省略说明。

图2中所示的滚动轴承(滚珠轴承)30，其内环31的外径面的、在轴向位于和护圈16、16相同的位置上，设置凹部(凹槽)31a。这样，可靠地防止油脂泄漏，同时，能提高防尘效果。

图3表示本发明的第三实施例的滚动轴承。图3所示的滚动轴承(滚珠轴承)50具有接触式密封件56，该密封件56在芯骨上一体地设置橡胶等弹性体，密封件56的端部(弹性体)滑动接触内环51的外径面。

图4表示应用了本发明的一实施例的滚动轴承(止推球轴承)的电机的结构。图4所示的电机适用于空调风扇电机、排风扇电机、冷却风扇电机等。电机具有安装了转子1的转子轴2和在转子轴2的外周配置的定子芯3，并且把这些部件收容在外壳4内。转子轴2的两端部由组装在外壳4内的一对轴承5a、5b支承，在上述轴承5b的侧面部插入防松垫圈，轴承5a、5b在轴方向承受预负荷。

另外，本发明不局限于上述实施例，可以进行适当的变形、改进。

例如，滚动轴承也可以是多列轴承和组合轴承，也可以是多点接触(3点接触、4点接触)球轴承。保持器，例如，也可以是切制保持器。

详细并且参照特定的实施例说明了本发明，然而，只要不脱离本发明的宗旨和范围就能够进行各种变更和改进，这对于专业人员是不言而喻的。

本申请基于2002年8月30日申请的日本专利申请书(特愿2002-253083)，引入其内容，在此作为参考。

产业上利用的可能性

能够提供内外径尺寸和宽度尺寸与ISO规格的标准轴承相同，同时，不容易受外壳的孔精度等的影响，即使在超过100℃的使用环境中也不易发生异声、振动等的滚动轴承。

Claims

1.一种滚动轴承，其用于支承设置了风扇的轴，其具有：在外径面上具有内环轨道的内环；在内径面上具有外环轨道的外环；配设在上述内外环轨道之间的多个滚珠；在圆周方向上隔开间距保持上述滚珠的保持架；并且，设定轴承内径大于或等于3mm并且小于或等于17mm，设定轴承外径大于或等于8mm并且小于或等于40mm；其特征在于，当设从上述内环轨道的槽底到上述内环的内径面的壁厚为ti、设从上述外环轨道的槽底到上述外环的外径面的壁厚为te时，te≥1.24ti，并且，上述内环所含残留奥氏体量大于或等于3％并且小于或等于7％重量。

2.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，在上述外环的内径面上设密封件，并且，在轴承空间封入润滑油脂。

3.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，上述内环的外径面中的除了上述内环轨道以外之处被形成为圆筒面。

4.如权利要求2所述的滚动轴承，其特征在于，上述内环的外径面中的除了上述内环轨道以外之处被形成为圆筒面。

5.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述轴承内径、所述轴承外径和所述轴承宽度与ISO标准轴承尺寸相同。

6.如权利要求2所述的滚动轴承，其特征在于，所述轴承内径、所述轴承外径和所述轴承宽度与ISO标准轴承尺寸相同。

7.如权利要求3所述的滚动轴承，其特征在于，所述轴承内径、所述轴承外径和所述轴承宽度与ISO标准轴承尺寸相同。

8.如权利要求2所述的滚动轴承，其特征在于，所述油脂是尿素系油脂。

9.一种电机，其具有用上述权利要求1所述的滚动轴承支承电机的转动轴。

10.一种电机，其具有用上述权利要求2所述的滚动轴承支承电机的转动轴。

11.一种电机，其具有用上述权利要求3所述的滚动轴承支承电机的转动轴。

12.一种电机，其具有用上述权利要求5所述的滚动轴承支承电机的转动轴。