CN101627217B - 滚珠轴承壳体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于滚动轴承的套圈(4)，该套圈包括基本上为环形的主体(5)和卡钳(6)，所述主体(5)包括基本上为环形的根部(7)和连接到所述根部(7)的基本上轴向部分(8)，用于滚珠(3)的凹坑(9)布置在所述轴向部分内，所述基本上轴向部分(8)在轴向相对着所述根部(7)的一侧支撑所述卡钳(6)，所述套圈包括设置于所述凹坑(9)之间的轴向隔板(14)，所述轴向隔板从相对着所述卡钳(6)的所述根部(7)的端部向所述卡钳(6)延伸，因此在所述隔板(14)两侧径向限定外自由空间(16)和内自由空间(15)。

Description

滚珠轴承壳体
技术领域
本发明涉及滚珠轴承套圈领域，特别涉及以用于滚珠轴承的合成材料制成的套圈，该套圈明显具有深陷座圈，以确保滚珠之间存在适当的圆周间隙。本发明还涉及设计用于高速操作的轴承套圈。
背景技术
这种套圈一般为环形，具有球形凹坑，滚珠局部收纳在所述凹坑中。滚珠借助相对着套圈根部成对设置的卡钳而保持在所述凹坑中。球形凹坑的直径略大于滚珠直径，以便滚珠和凹坑之间存在特定的功能间隙。
文件JP2003-035 317(NSK)或者专利申请US2002/114550公开了一种设置在两个凹坑之间的套圈，该套圈具备从相对着卡钳的径向面向卡钳附近延伸的深陷凹槽。从所述凹槽向套圈的孔设置有凹口。
专利US4 938 613和专利申请JP 2005-514259公开了一种厚度恒定的套圈。
当轴承高速旋转时，在离心力的作用下，套圈主要沿着径向承受易于使其变形的应力，并且该应力将套圈塑形为伞状，就是说通过增大卡钳一侧的直径而赋予套圈以圆锥形。这种变形带来的结果对于轴承正确操作有害。具体来说，凹坑边缘抵靠滚珠张紧，导致摩擦扭矩以及润滑剂刮擦效应增大，迅速导致轴承润滑条件加速退化。这对于与轴承外座圈的孔接触的卡钳端部也会带来风险，危及套圈过渡磨损。
此外，由于轴承承受高速操作，所以油脂容易被离心甩到倾向于油脂停滞或油脂仅对滚珠有效润滑作用微弱的区域中。
发明内容
本发明的目标是缓解这些缺陷。
本发明进一步的目标是减小套圈相对着根部的端部的径向变形，同时协助改善轴承内润滑剂的循环。
用于滚珠轴承的套圈包括基本上为环形的主体和卡钳。主体包括基本上为环形的根部和连接到所述根部的基本上轴向部分，用于滚珠的凹坑布置在所述轴向部分内。所述基本上轴向部分在轴向相对着所述根部的一侧支撑所述卡钳。所述根部的外径大于所述轴向部分的外径，以使所述轴向部分比所述根部径向较薄。所述套圈包括置于所述凹坑之间的轴向隔板，所述轴向隔板并从相对着所述卡钳的所述根部的端部向所述卡钳延伸，同时径向界定径向位于所述隔板各一侧的外自由空间和内自由空间。
这样的方案减轻了所述套圈，同时形成润滑剂存储部以及循环通道。
这种结构特别具有优势，因为存在厚度较大的根部以及所述轴向隔板，所述隔板从相对着所述卡钳的所述根部的外柱状表面向所述卡钳延伸，从而限定内外自由空间。外自由空间优选存在于所述根部的每一侧，从而改善润滑。
在一种实施方式中，外自由空间形成凹腔，该凹腔轴向穿过所述套圈的所述根部并轴向出现在所述根部各一侧。润滑剂可以向滚动元件移动。
在一种实施方式中，内自由空间形成加强件，该加强件轴向向着相对着所述卡钳的所述根部的面部敞开，并径向向内敞开。相当数量的润滑剂可以存储在其中。
在一种实施方式中，轴向隔板包括至少一个开口，所述开口允许连通位置相对的外自由空间和内自由空间。
所述开口可以具有凹口形状，所述凹口从相对着所述卡钳的所述根部的端部布置在所述轴向隔板中。
在一种实施方式中，轴向隔板在所述凹坑之间沿着圆周方向延伸，并且基本上布置成圆圈。因此，提供了凹坑加强件。所述隔板从相对着所述卡钳的所述根部的外表面向所述卡钳基部延伸，这一事实确保了套圈具有优良的刚性。
在一种实施方式中，轴向隔板的外径基本上等于所述套圈的节距圆直径。
在一种实施方式中，所述基本上轴向部分的外径小于所述根部的外径。
滚动轴承可以包括安装在所述套圈的凹坑中并置于两条座圈道之间的滚珠。
在一种实施方式中，提供两种不同的润滑剂，至少一种置于内自由空间中。
借助本发明，油脂可以经由内外自由空间轴向循环，以便更为接近地返回到滚珠。内自由空间同时为接近滚珠的油脂形成存储部，从而允许油脂向滚珠缓慢传输润滑剂。
此外，自由空间形成通道，允许套圈根部两侧之间的油脂轴向自由循环，这样显著改善了总体润滑效果。此外，套圈的总体结构因存在自由空间而减轻，因此节省了材料并降低了套圈重量，这对于许多应用场合来说是一个优点，并且这样设计效果还在于减轻了高速旋转的离心效应。由于凹坑边缘形成肋，并且轴向隔板连接凹坑边缘并从相对着所述卡钳的所述根部的端部向所述卡钳基部延伸，所以套圈具有非常大的刚性。
此外，由于滚珠和凹坑之间的接触区域基本上位于轴向隔板的径向水平，所以因操作中滚珠碰撞凹坑产生的圆周力被所述隔板吸收，并且不会导致套圈明显变形或者令人讨厌的局部应力。
可以在凹坑边缘让轴向厚度与凹坑内侧轴向厚度相同，从而形成肋，提供良好刚性。使用者得益于减轻套圈重量的影响，增大了油脂的可用空间，同时保持充分的刚性以减小套圈径向变形。套圈重量减轻的量级为20％到30％，例如为25％，而径向变形减小的量级约为30％到40％，例如35％。利用这种套圈，可以在比配装传统套圈的轴承在提高17％的旋转速度下使用轴承，例如旋转速度为700000ndm，而非600000ndm，ndm是以rpm计的旋转速度与以mm计的轴承节距圆直径的乘积。ndm是滚珠移动的线速度的表征。
对于给定的速度，还允许比传统套圈在更高的操作温度下使用所述套圈，这是因为减小了变形并增大了润滑剂可用空间。例如，对于充满玻璃纤维的PA66聚酰胺套圈，可以将工作温度极限从120℃推高到150℃。此外，减少形成套圈的材料量对于降低原材料成本具有显著影响。
附图说明
阅读作为非限制性示例给出并示于附图中的若干实施方式的详细说明，将能更好地理解本发明，附图中：
图1是符合本发明一个方面的滚动轴承的分解透视图；
图2是图1所示轴承的另一幅透视图；
图3是从前方示出的滚动轴承套圈的透视图；
图4是从后面示出的另一个套圈的透视图；
图5是穿过图3所示套圈的轴向平面的截面半视图；
图6是图3所示套圈的详细视图；
图7是符合另一种实施方式的套圈的局部后视图；和
图8是图7所示套圈的局部透视图。
具体实施方式
从图1可以看出，滚动轴承包括外座圈1、内座圈2、滚动元件3阵列和保持滚动元件3圆周间隙的套圈(cage)4，其中所述的滚动元件在本例中为滚珠。未示出的密封凸缘或密封件可以连接到外座圈1，并与内座圈2轴承表面形成摩擦密封件或窄通道密封件。
外座圈1和内座圈2是深式座圈，例如通过机加工管材部分或锻制或辊轧环形坯料而形成。外座圈1包括柱状轴向外表面1a，相对的径向横截表面1b和1c以及孔，由所述孔形成滚动元件3的座圈道(raceway)1d。内座圈2包括柱状孔2a、两个相对的径向横截表面2b和2c以及外表面，外表面形成滚动元件3的座圈道2d。外座圈1布置有两条对称凹槽，密封凸缘可以在径向表面1b和径向表面1c的侧部配置在该凹槽中。
套圈4在图3和4中更为清楚地示出，并且包括基本上呈环形的主体5和卡钳6。套圈4可以是单一部件，例如通过注射模制聚酰胺诸如PA6.6制成。主体5包括基本上呈环形的根部7和轴向部分8，轴向部分为滚动元件3限定多个凹坑9。凹坑9为球形或者基本上为球形。卡钳6也协助限定凹坑9。
根部7的外径大于轴向部分8的外径，而内径基本上与轴向部分的内径相等。但是，作为一种变体方案，可以提供一种内径略微不同于轴向部分8的根部。轴向部分8的轴向长度至少等于凹坑9直径的一半，所以滚动元件3可以适当地保持在凹坑9内。基本上轴向部分8的外径接近套圈的节距圆直径，例如落入这样的范围：套圈节距圆直径减去根部径向厚度和套圈节距圆直径加上根部径向厚度的一半。套圈节距圆直径是穿过限定凹坑9的假想球体中心的假想圆的直径。
在两个相邻凹坑9之间，轴向部分8形成凸起，该凸起包含位于圆弧上的两条分支10，每条分支终止于相对着根部7的卡钳6。轴向部分8还包括肋12，所述肋连接与两个相邻凹坑关联、轴向相对着根部7的分支10的端部。肋12用作隔件功能。卡钳6延伸地超过肋12。分支10、卡钳6以及肋12可以具有基本上相等的径向厚度。分支10形成肋，提供了充分的表面积来限定凹坑9，以保持滚动元件3。分支10从一个肋12到下一个肋12可以具有基本上恒定的厚度。
套圈4还包括位于每条分支10基部的连接件13，该连接件在根部7和分支10之间形成结合部。连接件13的轮廓在截面上为圆整形状，且径向厚度从根部7向分支10减小。连接件13轴向长度的数量级为基本上轴向部分8轴向长度的15％到30％。
套圈还包括轴向隔板14，其连接两个相邻凹坑9的两条分支10。轴向隔板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的基部表面或外柱状表面以及卡钳6的基部之间延伸。隔板14设置地从轴向部分8的内面部隔开一定的径向距离，并且基本上与该轴向部分8的外圆周平齐，留出内自由空间15和外自由空间16，正如从图3、5和6中看到的那样。
隔板14相对于轴向部分8的圆周可以略微径向凹陷，正如图4所示。
换句话说，内自由空间15在肋12和根部7的端面7a之间轴向延伸，而该内自由空间15从根部7的端面7a出现。内自由空间15由轴向隔板14径向向外界定，并在套圈4的孔中向内出现。内自由空间15还在圆周方向由两个相邻凹坑9的分支10界定。内自由空间15穿过根部7，并且至少局部穿过基本上轴向部分8。
自由空间16布置在根部7和连接件13内，从图5和6中能更为具体地看出。外自由空间16为拱形狭槽形状，跟随根部7的一般曲率，在根部7的端面7a上形成长椭圆形开口，而在连接件13的相对一侧形成同为长椭圆形的开口。外自由空间16可以在所述轴向部分的圆周上轴向延伸，以便形成盘件16a，该盘件相对于凹坑的外边缘径向凹陷(参见图4)。外自由空间16的径向尺寸可以从根部7端面7a向连接件13减小，参见图5。同样，外自由空间16的角度尺寸可以从根部7端面7a向连接件13减小。外自由空间16可以定位地略微超过套圈4的节距圆直径。因此，外自由空间16径向布置地超过分支10，这样可以保持较高的刚性。作为示例，套圈的节距圆直径可以与基本上轴向部分8的外表面平齐。
特别从图4中可以看出，转角方向上位于外自由空间16水平的根部7分成两个环，即径向隔开的内环17和外环18，从而能允许所述外自由空间16存在。离开根部7外基部表面7a的环17和18与凹坑9相平，同时与分支10合并，从而形成共用筒形结构(trunk)。
从图6可以更为具体地看到，滚珠主要与凹坑9相对限制在表面区域内的区域19接触，并且轴向位于肋12的水平。因此，由滚珠施加在套圈4接触区域19的力不仅被相应的分支10吸收，而且被肋12以及下一个凹坑的分支10吸收。与凹坑9相切施加的力也被轴向隔板14吸收。因此，套圈4对于滚珠施加在该套圈上的圆周力具有优良的刚性。
此外，套圈4的中空结构，特别是由于存在自由空间15合同16，所以允许套圈4的重量因减少了所用的材料量而减轻，因此减小了高速旋转过程中产生的离心力。然而，径向刚性仍然满足要求，特别是由于存在肋12和具有明显径向厚度的分支10。这样避免了套圈4特别在卡钳6处出现向外的不良变形。
内自由空间15的存在使得能在凹坑9和滚动元件3附近具有显著的润滑剂存储部。外自由空间16也发挥润滑剂存储部的功能，并用作润滑剂从根部7端面7a一侧流向连接件13的循环通道。从连接件13中的外自由空间16的开口流出的润滑剂可以借助离心现象向外流动，并到达外座圈1的座圈道1d，或者沿转角方向流动并结合凹坑9内的滚动元件3。
在图7和8所示的实施方式中，与前面实施方式类似的元件的附图标记保持不变。凹口20从根部7端面7a开始，布置在轴向隔板14中。因此，凹口20在内环17上形成中断部。凹口20将内自由空间15与外自由空间16连通，并且在套圈4的总体空间要求范围内进行连通，因此允许润滑剂从内自由空间15向外自由空间16循环，因此使得润滑剂向外座圈1的座圈道1d或者向着凹坑9内的滚动元件3更好地循环。如果根部7端面7a与轴承密封凸缘之间的轴向距离较小，这在小型轴承中经常出现，则凹口20特别有用。
在一种实施方式中，润滑剂，例如油脂，置于形成润滑剂存储部的内外自由空间中。
在另一种实施方式中，寿命较短的润滑剂置于套圈外侧，特别是置于外自由空间16内，而寿命较长的润滑剂则置于套圈的所述孔的一侧，特别是置于内自由空间15内。当轴承开始旋转时，寿命较短的润滑剂被离心甩向外座圈1d，从而确保立即润滑。通过在轴承内缓慢扩散，寿命较长的润滑剂取代寿命较短的润滑剂。在一种变体方案中，寿命较短的润滑剂置于套圈外侧而寿命较长的润滑剂置于内自由空间15和外自由空间16内。润滑剂可以是粘性不同的油脂。
套圈的优势还在于使得轴承更容易清洁，这是组装过程中安装套圈之后的步骤。具体来说，导入轴承的清洁液体可以更容易地在外座圈1和内座圈2之间循环，从而更为有效地带走污染颗粒，否则这些颗粒留在轴承内，对于正常操作有害。
特别从图4至8可以看出，轴向隔板14借助分支10和径向厚度明显更大的肋12进行径向加强。因此，套圈在径向和转角方向都进行了适当加强。

Claims (7)

1.一种用于滚动轴承的套圈(4)，该套圈包括基本上为环形的主体(5)和卡钳(6)，所述主体(5)包括基本上为环形的根部(7)和连接到所述根部(7)的轴向部分(8)，用于滚珠(3)的凹坑(9)布置在所述轴向部分内，所述轴向部分(8)在轴向相对着所述根部(7)的一侧支撑所述卡钳(6)，其特征在于，所述根部(7)的外径大于所述轴向部分(8)的外径，所述套圈包括设置于所述凹坑(9)之间的隔板(14)，所述隔板从相对着所述卡钳(6)的所述根部(7)的端部向所述卡钳(6)延伸，同时径向界定径向位于所述隔板(14)各一侧的外自由空间(16)和内自由空间(15)，所述隔板(14)设置成从所述轴向部分(8)的内面部隔开一定的径向距离，所述隔板(14)使得彼此不连通的外自由空间(16)和内自由空间(15)分离开。
2.如权利要求1所述的套圈，其特征在于，所述外自由空间(16)形成凹腔，该凹腔轴向穿过所述套圈的所述根部(7)并轴向出现在所述根部(7)各一侧。
3.如权利要求1或2所述的套圈，其特征在于，所述内自由空间(15)轴向向着所述根部(7)的背对着所述卡钳(6)的那一面部(7a)敞开，并径向向内敞开。
4.如权利要求1或2所述的套圈，其特征在于，所述隔板(14)在所述凹坑(9)之间沿着圆周方向延伸，并且基本上布置成圆圈。
5.如权利要求1或2所述的套圈，其特征在于，所述隔板(14)的外径等于所述套圈的节距圆直径，所述套圈的节距圆直径是穿过限定凹坑(9)的假想球体中心的假想圆的直径。
6.一种滚动轴承，包括安装在如权利要求1或2所述的套圈(4)的凹坑(9)中并置于两条座圈道(1d、2d)之间的滚珠(3)。
7.如权利要求6所述的轴承，其特征在于，提供两种不同的润滑剂，至少一种置于所述内自由空间中。
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