CN101443568A - 滚珠轴承座圈 - Google Patents

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Abstract

一种用于滚珠轴承的座圈(4)，包括环圈(7)和配合有爪(11)的基本上轴向的部分(8)，所述基本上轴向的部分为滚珠限定凹坑(9)并结合到所述环圈(7)，所述基本上轴向的部分(8)在所述凹坑(9)的一部分上轴向延伸。所述基本上轴向的部分(8)的外径小于所述环圈(7)的外径，所述基本上轴向的部分的外径落入座圈基本直径减去环圈直径径向厚度一半和该基本直径加上环圈径向厚度一半之间的范围内。

Description

滚珠轴承座圈
技术领域
本发明涉及滚动轴承座圈领域，特别是用在深槽滚珠轴承中、在滚珠之间提供适当圆周间隔的合成座圈。本发明还涉及环圈以薄片制成的滚动轴承的座圈。
背景技术
这些类型的座圈总体具有环形形状，带有球形凹坑，滚珠局部收容在该凹坑内。滚珠借助座圈根部相对侧上成对布置的爪而保持在凹坑内。球形凹坑直径略微大于滚珠直径，以使在滚珠和凹坑之间保持特定的功能间隙。可以参照文件JP2002/147463(NSK)的摘要，其中所述的爪的径向厚度从根部开始逐渐变薄。
当滚动轴承高速运行时，离心力使得座圈承受应力，该应力趋向使所述座圈变形，主要是沿着径向变形，并使其成伞状，也就是说通过增加所述爪一侧的直径而使座圈成为锥形。诸如这种变形对于滚动轴承的正确操作具有不利影响，因为凹坑边缘压紧滚珠，增大了摩擦力矩并且刮擦润滑剂，这些都很快导致轴承润滑加速退化。还存在以下这种风险：爪的端部将接触轴承外环的孔，容易导致座圈过度磨损。
发明内容
本发明的目的是缓解这些不足。
本发明的目的是降低座圈相对着根部的端部的径向变形，同时使得所述座圈更轻。
一种用于滚珠轴承的座圈，包括环形根部和设置有爪的基本上轴向的部分，所述轴向的部分为滚珠限定凹坑并连接到所述根部。所述基本上轴向的部分在大于或等于凹坑直径一半的长度上轴向延伸。基本上轴向的部分，其外径小于根部的外径。基本上轴向的部分的外径落在座圈节距圆直径减去根部径向厚度一半和座圈节距圆直径加上根部径向厚度一半之间的范围内的某处。
“座圈节距圆直径”指的是通过限定凹坑的假想球体中心的假想圆的直径。座圈节距圆直径基本上等于滚动轴承节距圆直径，就是说连接滚珠中心的假想圆的直径。
座圈的基本上轴向的部分因此重量减轻，其径向厚度较之根部来说减小，因此带来座圈原材料成本降低，座圈质量和惯性减小。因为基本上轴向的部分具有明显的长度，所以重量减轻量很大。由于这种减轻效果，所以在高速时，座圈变形程度更小，因此降低了座圈和滚珠磨损。
在一种实施方式中，基本上轴向的部分至少在其一部分长度范围内具有小于6°的后角，例如4°。这样使得以模制合成材料制成的基本上轴向的部分更容易从模具中脱出。
在一种实施方式中，基本上轴向的部分在至少等于凹坑直径60％的长度范围内轴向延伸。该基本上轴向的部分可以具有小于或等于根部外径95％的外径。
具有优势的是，基本上轴向的部分的外径落在座圈节距圆直径减去根部径向厚度三分之一和座圈节距圆直径加上根部径向厚度三分之一之间的范围内的某处。
在一种实施方式中，座圈在根部和径向部分之间包括连接部。连接部在小于轴向部分的长度上轴向延伸。该连接部赋予轴向部分更大的径向刚性。连接部可以在小于轴向部分长度三分之一的长度上延伸。基本上轴向的部分和该连接部可以在凹坑直径至少一半的长度上轴向延伸。
具有优势的是，在根部形成开口，该开口向着根部的至少两个面敞开。该开口可以在两个凹坑之间以均等的距离倾斜定位。然后显著减轻根部重量。
具有优势的是，从轴向部分的外表面形成中空区域。该中空区域可以在两个凹坑之间以均等的距离倾斜定位。这样减轻了轴向部分，因此节省了材料并减小了速度引发的变形。
在一种实施方式中，该开口和中空区域互相连通。
在一种实施方式中，所述基本上轴向的部分包括多个凹坑之间的凸起。凸起包括两个限定凹坑并连接到根部的分支；在从根部隔开一定距离并从分支自由端隔开一定距离处连接分支的肋；和位于分支、肋和根部之间的隔件。隔件的径向厚度可以小于分支的径向厚度。
在一种实施方式中，座圈包括填充了玻璃纤维的聚酰胺。
在一种实施方式中，座圈包括聚醚醚酮。
本发明还涉及包括滚动元件的滚动轴承组件，滚动元件位于两条轨道之间并安装在座圈的凹坑中。座圈包括环形根部和基本上轴向的部分，该基本上轴向的部分设置有限定所述凹坑并连接到根部的爪。该基本上轴向的部分在滚动元件一部分长度上轴向延伸。该基本上轴向的部分的外径小于根部的外径。基本上轴向的部分的外径落在座圈节距圆直径减去根部径向厚度一半和座圈节距圆直径加上根部径向厚度一半之间的范围内的某处。
在凹坑的边缘周围，可以保留等于凹坑内侧轴向厚度的轴向厚度，由此形成肋提供良好的刚性。降低座圈质量并增大可用于油脂的空间具有积极的效果，同时保持了足够的刚性，使得座圈径向变形可以减少。座圈节省的质量可能为20-30％的数量级，例如25％，而径向变形可以减小约30-40％，例如35％。利用这种座圈，滚动轴承可以用于旋转速度比配合在传统座圈上的滚动轴承高17％的旋转速度，例如700000ndm，而不是600000ndm，ndm指的是以rpm表示的转速与以mm表示的滚动轴承节距圆直径乘积所获得的速度因子。ndm是滚珠线性行进速率的指标。
对于给定的速度，该座圈还可以以高于传统轴承所能承受的操作温度的操作温度进行操作，这是因为变形减小且用于润滑剂的空间增大。例如，在玻璃纤维填充的PA-6、6聚酰胺座圈情况下，操作温度极限可以从120℃扩展到150℃。此外，减少制作座圈的材料量对于降低原材料成本具有显著效果。
附图说明
借助完全作为非限制性示例给出并以附图示出的若干实施方式，可以从研究以下详细说明来更好地理解本发明，其中：
图1是根据本发明一个方面的滚动轴承组件的分解透视图；
图2是图1所示滚动轴承的座圈的透视图；
图3是穿过图2所示座圈一个凹坑的轴向截面局部视图；
图4基本上穿过图2所示座圈的轴向部分的轴向截面局部视图；
图5和6是座圈另一种实施方式对应于图3和图4的视图；
图7和8是座圈另一种实施方式对应于图3和图4的视图；
图9是座圈另一种实施方式对应于图3的视图；
图10是图9所示座圈的透视图；
图11是座圈另一种实施方式对应于图3的视图；
图12是图11所示座圈的透视图；
图13是给定操作条件下，示出了座圈变形作为本发明的座圈和传统座圈相对于根部的距离的函数的曲线。
具体实施方式
从图1中可以看出，滚动轴承组件包括外环1；内环2；一列滚动元件3，在本例中为滚珠；用于保持滚动元件3圆周间隔的座圈4；和密封板5和6。
外环1和内环2为深槽型，例如通过机加工管件的一部分而形成。外环1包括柱状轴向外表面1a；相对的径向前表面1b和1c；和孔，该孔为滚动元件3形成轨道(raceway)1d。内环2包括柱状孔2a；两个相对的径向前表面2b和2c；以及外表面，该外表面为滚动元件3形成轨道2d。外环1装备有两个对称的密封凹槽，密封板5和6分别从与径向表面1b相同的一侧和与径向表面1c相同的一侧配合到该密封凹槽中。密封板5和6形成狭窄通道，内环的柱状衬垫铺设在轨道2d和各径向前表面2b和2c之间。
座圈4在图2中视角更好，包括环形根部7和轴向部件8，该轴向部件为滚动元件3限定多个凹坑。凹坑9为球形或近似球形。
根部7的外径大于轴向部件8的外径，但是内径相同。但是，作为替代方案，可以让根部的内径略微不同于轴向部件8的内径。轴向部件8的轴向长度至少等于凹坑9直径的一半，以使滚动元件3可以适当地保持在所述凹坑9内。基本上为轴向的部分8的外径落在由座圈节距圆直径减去根部径向厚度一半和座圈节距圆直径加上根部径向厚度一半所限定的范围内某处。座圈节距圆直径是指通过限定凹坑9的假想球体中心的假想圆的直径。
在相邻两个凹坑9之间，轴向部件8形成凸起，该凸起包括两个弧形分支10，每个弧形分支在与根部轴向相对的端部终止于爪11。在与根部7相对的端部，轴向部件8还包括连接两个分支10端部的肋12。爪11延伸地超过肋12。分支10、爪11和肋12可以具有相同的径向厚度。
座圈1还具有位于每个分支10基部的连接部13，该连接部在根部7和分支10之间形成结合部。连接部13的截面为圆整的轮廓，并且径向厚度从根部7向分支10减小。分支10形成肋，该肋提供了足够的表面积，以形成保持滚动元件3的凹坑9。
轴向部件8还包括隔件14，其连接相邻两个凹坑9的两个分支10。隔件14径向厚度较小，例如小于分支10径向厚度的一半，并且在根部7和肋12之间轴向延伸。隔件14位于轴向部件8的内表面上，在外表面上留下中空区域16。换句话说，中空区域16在根部7和肋12之间轴向延伸，而在相邻两个凹坑9的两个分支10之间圆周延伸，在隔件14和轴向部件8的外表面之间径向延伸。从图2可以看出，隔件14由座圈1的柱状内表面向着内侧径向界定。
还在根部17上形成开口15，该开口在根部7相对着轴向部件8的表面和中空区域16之间延伸。开口15和中空区域16因此互相连通，使得座圈容易制造，例如进行模制。此外，开口15和中空区域16的存在促使润滑剂在滚动轴承内流动。开口15基本上圆周界定在开口16的区域内，因此位于每个分支10的根部之间，而径向限定使得将根部7的一部分留在内侧而将根部的另一部分留在外侧。
由于轴向部件8外径减小，且存在开口15和中空区域16，所以形成座圈4所需材料量限制减少，由此降低了原材料成本并减小了质量，这意味着减少了高速旋转引起的径向变形。此外，轴向部件8的形状，使得分支形成加强肋和隔件14，在轴向部件8整体承受弯曲径向变形时，隔件也增加了轴向部件8承受轴向拉伸应力一侧的刚性，这也意味着可以减小所述径向弯曲变形，而根部7由于具有环形结构，所以在径向保持相对不变形。
从图3和4中可以看出，轴向部件8的外径略大于座圈的节距圆直径，而小于座圈节距圆直径与根部7径向厚度一半的总和。
在图5和6所示的实施方式中，轴向部件8的外径基本上等于座圈4的节距圆直径。
在图7和8所示的实施方式中，轴向部件8的外径小于节距圆直径，而同时又大于节距圆直径减去根部7径向厚度的一半。该实施方式提供的座圈特别轻，因此特别经济。其变形可能略大，但不会遭受特别的损坏，因为在爪11和滚动轴承外环的孔之间存在较大的距离。该距离可以超过凹坑的半径。
在图9和10所示的实施方式中，轴向部件8和根部7直接连接在一起，根部7在轴向部件8一侧具有径向表面7a。因此，设置在以前的实施方式中的圆整的连接部13在这里不存在。
在图11和12所示的实施方式中，连接部13呈现基本上45°倒角的形式，具有较短的轴向长度，为轴向部件8长度的15％到25％的数量级。连接部的存在增大了轴向部件8的径向刚性，但是代价是质量略微增大。
图13的曲线示出了对于给定滚动轴承的给定操作点来说，或者换句话说，对于特定节距圆的座圈在特定旋转速度来说，座圈4轴向部件8的径向变形根据需要测量变形的点相对于根部7的距离而变化，并且示出了传统座圈和本发明的座圈的情形。作为示例，可以看出，当本发明的座圈显示出0.15mm变形时，传统座圈已经显示出0.2mm的变形，而两者均为在距离根部相同距离处测量。
除了润滑更好，质量、惯性减小以及所用材料减少之外，本发明还显著降低了径向变形，因此改善了润滑剂膜的均匀性，减小了摩擦力矩，降低了轴承内部热量，减小了座圈磨损并且显著延长了轴承寿命。此外，在允许的最大径向变形情况下，可以获得滚动轴向旋转速度的显著提升。从传统座圈变成本发明的座圈时，速度提升量基本上等于变形减小量的平方根。

Claims (10)

1.一种用于滚珠轴承的座圈(4)，包括：环形根部(7)和设置有爪(11)的基本上轴向的部分(8)，所述轴向的部分为滚珠限定凹坑(9)并连接到所述根部(7)，其特征在于，所述基本上轴向的部分(8)在大于或等于凹坑直径一半的长度上轴向延伸，所述基本上轴向的部分(8)外径小于所述根部(7)的外径，所述基本上轴向的部分的外径落在座圈节距圆直径减去根部径向厚度一半和座圈节距圆直径加上根部径向厚度一半之间的范围内的某处。
2.如权利要求1所述的座圈，其特征在于，所述基本上轴向的部分(8)在至少等于凹坑直径60％的长度上轴向延伸。
3.如前述权利要求任一所述的座圈，在根部(7)和基本上轴向的部分(8)之间包括连接部(13)，所述连接部(13)在短于所述基本上轴向的部分(8)的长度上轴向延伸。
4.如前述权利要求任一所述的座圈，其特征在于，开口(15)形成在所述根部(7)，所述开口向所述根部的至少两个表面敞开。
5.如前述权利要求任一所述的座圈，其特征在于，中空区域(16)形成在所述基本上轴向的部分(8)的外表面上。
6.如权利要求4和5所述的座圈，其特征在于，第一开口(15)和第二开口(16)互相连通。
7.如权利要求4和5所述的座圈，其特征在于，所述开口(15)和所述中空区域(16)在所述凹坑(9)之间以均等的距离倾斜定位。
8.如前述权利要求任一所述的座圈，其特征在于，所述基本上轴向的部分(8)包括多个凹坑之间的凸起，所述凸起包括两个限定凹坑(9)并连接到根部的分支(10)；在从根部和所述分支自由端隔开一定距离处连接分支(10)的肋(12)；和位于分支(10)、分隔元件(12)和根部(7)之间的隔件(14)，所述隔件的径向厚度小于分支的径向厚度。
9.如前述权利要求任一所述的座圈，其特征在于，包括玻璃纤维填充的聚酰胺和/或聚醚醚酮。
10.一种滚动轴承组件，包括安装在座圈(4)的凹坑(9)内并位于两条轨道之间的滚珠(3)，该座圈如前述权利要求任一所述。
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