CN101688554B - 滚针轴承以及曲轴支承构造 - Google Patents

Abstract

提供一种滚针轴承(11)，其具有：外圈(12)，其包括中心角大于180°的第一外圈部件(13)以及中心角小于180°的第二外圈部件(14)；滚针(15)；以及保持架(16)，其包括一对环部以及在一对环部之间配置的多个柱部(17c、18c)，设外圈(12)的内径尺寸为D，滚针(15)的半径为r，保持架(16)的外径尺寸为d，连结第一外圈部件(13)的内径面的圆周方向端部的线段l₁的长度为X，当使柱部(17c)位于通过外圈(12)的中心且与线段l₁平行的直线1₂上时，设连结与该柱部(17c)邻接的滚针(15)的中心和外圈(12)的中心的直线1₃与1₂形成的角度为θ，则满足d＜X＜D及式(1)，

Description

滚针轴承以及曲轴支承构造

技术领域

本发明涉及一种滚针轴承，尤其涉及一种支承曲轴并使其旋转自如的滚针轴承。

背景技术

参照图14，现有的曲轴101具有：轴部102；曲臂(crank arm)103；以及用于在邻接的曲臂103之间配置连杆的曲轴销104。

此外，支承上述构成的曲轴101的轴部102并使其旋转自如的滚动轴承例如记载在日本特表平7-506889号公报中。在该公报中记载的滚动轴承具有：外圈；沿外圈内径面配置的多个滚动要素以及保持多个滚动要素的保持架。

上述构成的滚动轴承是通过在轴部102上按照带保持架滚子、外圈、以及壳体的顺序装入而完成的。并且，为了能够从径向装入在由曲臂103夹着的轴部102上，外圈为包含中心角大于180°的圆弧形状的第一部分和中心角小于180°的圆弧形状的第二部分在内的分割型外圈。

在此，由于第一部分的切口尺寸比带保持架滚子的最大外径小，所以如果不使切口在扩开方向上弹性变形就不能装入。此外，第一部分的弹性变形量伴随着第一部分的中心角的变大而变大。另一方面，弹性变形能伴随着第一部分的壁厚的增加而变小。因此，根据轴承的尺寸关系，无法容易装入外圈。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种滚针轴承，其为具有分割型外圈的轴承，并且容易装入旋转轴。

本发明的滚针轴承，其具有：圆筒形状的外圈，其是通过中心角大于180°的第一外圈部件以及中心角小于180°的第二外圈部件在圆周方向上相连而形成的；多个滚针，所述多个滚针沿所述外圈的内径面配置；以及保持架，其包括一对环部以及在所述一对环部之间配置的多个柱部，并且所述保持架形成有在邻接的所述柱部之间收容所述滚针的凹兜。而且，在设外圈的内径尺寸为D，设滚针的半径为r，设保持架的外径尺寸为d，设对第一外圈部件的内径面的圆周方向端部进行连结的线段l₁的长度为X，以及使柱部的中心(指“圆周方向的中央部”)位于通过外圈的中心且与线段l₁平行的直线l₂上时，设对与该柱部邻接的所述滚针的中心和外圈的中心进行连结的直线l₃与直线l₂所成的角度为θ，则

满足d＜X＜D以及式(1)，

(式1)

$2\{(\frac{D}{2}-r)\cos \mathrm{\θ}+r\}X.....\left(1\right)$

通过满足上述的尺寸关系，可以在不使第一外圈部件弹性变形的情况下对其进行装配。其结果是能够与外圈的壁厚无关地得到可容易装配的滚针轴承。

保持架优选是使分别为半圆形状的两个保持架段在圆周方向上相连而形成的。并且，滚针轴承，当使保持架段的两部位的接合部分分别位于直线l₂上时，滚针轴承满足所述式(1)。邻接的滚针的间隔在包括保持架段的分割部分的位置处为最大。因此，只要为上述构成，就可以减小第一外圈部件的切口尺寸X，即，增大第一外圈部件的中心角。

优选的是，当设外圈的内径尺寸为D，以及对第一外圈部件的内径面的圆周方向端部进行连结的线段的长度为X时，满足0＜(D-X)/D≤0.003。只要满足上述的尺寸关系，就可以将装配时外圈的弹性变形量抑制为很小(内径尺寸D的0.3％以下)。其结果是，即使外圈的壁厚在某种程度上厚，也可以容易装配到旋转轴上。

外圈优选通过自然分割被分割为第一外圈部件以及第二外圈部件。自然分割与使用刀具等切断外圈的方法相比，可以缩短制造工序及加工时间。其结果是滚针轴承的生产率提高。

进而，优选对外圈实施光亮淬火。并且，外圈的平均硬度为653Hv以上。通过实施光亮淬火，可以使外圈具有所需的机械性质、尤其是可以得到表面硬度(653Hv以上)。并且，本说明书中所谓“Hv”，指维氏硬度。

作为一实施方式，保持架是由实施了渗碳淬火及渗碳氮化淬火之中的任一种的金属材料形成的。并且，保持架的平均硬度为450Hv以上。作为其他的实施方式，保持架由能够注射成形的合成树脂形成。并且，保持架的耐热温度为120℃以上。

保持架优选为在圆周上具有沿轴线方向延伸的分割线的分割型的保持架。不仅是外圈，通过使保持架也为分割型，则装配到旋转轴上变得更容易。

本发明的曲轴支承构造具有曲轴以及滚针轴承，该滚针轴承是支承曲轴并使其旋转自如的上述任一个的滚针轴承。通过采用上述构成的滚针轴承，可以得到装配性优良的曲轴支承构造。

附图说明

图1是表示图2所示的滚针轴承的各种尺寸关系的图；

图2是表示本发明的一实施方式的滚针轴承的图；

图3是从箭头III的方向看图2所示的保持架的向视图；

图4是表示将如图2所示的滚针轴承组装到曲轴上的工序的图，是表示装入了带保持架滚子的状态的图；

图5是表示将如图2所示的滚针轴承组装到曲轴上的工序的图，是表示将第一外圈部件组装到曲轴上的状态的图；

图6是表示将如图2所示的滚针轴承组装到曲轴上的工序的图，是表示在曲轴箱上载置滚针轴承的状态的图；

图7是表示本发明的一实施方式的曲轴支承构造的图；

图8是表示本发明的其他实施方式的滚针轴承的各种尺寸关系的图；

图9是表示将本发明的其他实施方式的滚针轴承组装到曲轴上的工序的图，是表示装入了带保持架滚子的状态的图；

图10是表示将本发明的其他实施方式的滚针轴承组装到曲轴上的工序的图，是表示将第一外圈部件组装到曲轴上的状态的图；

图11是表示将本发明的其他实施方式的滚针轴承组装到曲轴上的工序的图，是表示在曲轴箱上载置滚针轴承的状态的图；

图12是表示本发明的其他实施方式的曲轴支承构造的图；

图13是表示其他的实施方式的保持架的接合部分(突合部分)的图；

图14是表示现有的曲轴的图。

具体实施方式

参照图1～图3，说明本发明的一实施方式的滚针轴承11。并且，图1为表示滚针轴承11的尺寸关系的图，图2为表示滚针轴承11的图，图3为从图2的III的方向看到的保持架16的向视图。

首先，参照图2及图3，滚针轴承11具有：外圈12；沿外圈12的内径面配置的多个滚针15；以及对邻接的滚针15的间隔进行保持的保持架16。上述构成的滚针轴承11由于外圈12和滚针15线接触，所以虽然轴承投影面积小，但具有可得到高载荷容量和高刚性的优点，以汽车为首，在所有的领域被广泛利用。

参照图2，外圈12是使圆弧形状的多个外圈部件在圆周方向上相连接而形成的。此外，在多个外圈部件中，包括一个中心角比180°大的外圈部件。在本实施方式中，将中心角比180°大的第一外圈部件13以及中心角比180°小的第二外圈部件14这两个部件进行组合，从而构成圆筒形状的外圈12。

其次，保持架16是使各自为半圆形状的两个保持架段(retainersegment)17、18在圆周方向上连接而形成的。参照图3，保持架段17包括一对环部17a、17b以及在一对环部17a、17b之间配置的多个柱部17c。此外，在邻接的柱部17c之间形成有收容滚针15的凹兜(pocket)17d。并且，由于保持架段18的构成也是常用的结构，所以省略说明。

此外，由于在两个保持架段17、18的接合部分柱部17c、18c相邻，所以在接合部分的两侧配置的滚针15的间隔与其他的部分相比更大。以下，设在保持架段17、18的圆周方向端部配置的柱部为柱部17e、18e，使得与其他的柱部相区分开。

接着，上述构成的外圈12的制造方法不特别限定，但例如可以通过以下的方法来制造。首先，对作为初始材料的管材实施车削加工，形成规定的外径尺寸、内径尺寸以及宽度尺寸的圆筒部件。接着，为了得到规定的机械性质，实施热处理。具体地说，通过光亮淬火使平均硬度达到653Hv以上。此外，为了降低因光亮淬火而产生的残余应力、内部应变，并且为了使韧性提高、使尺寸稳定化，最好进行回火。

其次，对圆筒部件的表面、尤其对成为轨道面的内径面实施研磨加工。通过使轨道面的表面粗糙度为规定值以下，可以降低轨道面和滚针15之间的摩擦阻力，并抑制旋转时的转矩损耗、发热。其结果是可以得到长寿命且可靠性高的滚针轴承11。

其次，通过对圆筒部件施加冲击而在圆周方向上两分割，得到第一以及第二外圈部件13、14。此时，由于未对分割部分的端面实施研磨加工等，所以分开时的凹凸残留在分割面上。当使用轴承时，通过使对应的端面接合而得到圆筒形状的外圈12。

并且，只要在分割部分(外径面，或者端面)上预先形成V字槽等缺口，就可以在V字槽的根部产生应力集中，从而以该部分作为基点来分割。其结果是可以容易地得到所希望的中心角的第一以及第二外圈部件13、14。

这样的制造方法称为“自然分割”。自然分割与使用刀具等来切断外圈12的方法相比，可以缩短制造工序以及加工时间。其结果是滚针轴承11的生产率提高。

接着，上述构成的保持架16的制造方法不特别限定，但例如可以通过以下的方法制造。首先，将由SCM、SCr、SNCM等金属材料形成的管材加工成规定的形状的圆筒部件。其次，在圆筒部件的外径面上形成在厚度方向贯穿的多个凹兜17d、18d。

接着，为了得到规定的机械性质，对圆筒部件实施热处理。具体地说，通过渗碳淬火或者渗碳氮化淬火使平均硬度达到450Hv以上。此外，最好在上述的淬火之后再进行回火。并且，将圆筒部件在圆周上的两个部位(180°的间隔)切断从而得到半圆形状的保持架段17、18。

并且，本说明书中所谓“半圆形状的保持架段”，不仅限于中心角严格来说为180°的保持架段。即，对于中心角虽然比180°稍小，但实质上可以评价为180°的保持架段，也包含在“半圆形状的保持架段”中。

接着，参照图1，说明滚针轴承11的各种尺寸关系。并且，图1仅用实线表示第一外圈部件13，位于保持架段17、18的圆周方向端部的柱部17c、18c(即，保持架段17、18的接合部分)，以及收容在与该柱部17c、18c邻接的凹兜17d、18d中的滚针15，除此之外由虚线表示。

首先，设外圈12的内径尺寸为D，设滚针15的半径为r，以及设保持架16的外径尺寸为d，设连结第一外圈部件13的内径面的圆周方向端部的线段l₁的长度为X(称为“切口尺寸”)。并且，外圈12的内径尺寸D与装入在保持架16中的多个滚针15的外接圆直径一致。

此外，使保持架段17、18的接合部分，即柱部17e、18e的边界部分位于通过外圈12的中心且与线段l₁平行的直线l₂上。此时，将连结与由实线表示的柱部17e、18e邻接的滚针15的中心和外圈12的中心的直线设为l₃。并且，设直线l₂和直线l₃形成的角为θ。

在此，为了在不使第一外圈部件13弹性变形的情况下进行装入，需要满足d＜X＜D，以及上述式(1)。以下，参照图4～图7，说明将滚针轴承11装入在曲轴1上的方法。

并且，式(1)的左边是指：与保持架段17、18的接合部分邻接(最靠近直线l₂)的滚针15(指由图1的实线表示的滚针15)的位置处的带保持架滚子的直线l₂的方向的宽度尺寸。

参照图4，首先，在保持架段17、18的凹兜17d、18d中装入滚针15而形成带保持架滚子。其次，将保持架段17、18(带保持架滚子)分别从曲轴1的径向装入。

接着，使保持架16的柱部17c、18c配置在与第一外圈部件13的插入方向(图4的箭头A的方向)正交的直线l₂上(与图1的直线l₂一致)。在本实施方式中，将保持架段17、18的两部位的接合部分，即，邻接的滚针15的间隔最大的柱部17e、18e的边界部分配置在直线l₂上。并且，从径向装入第一外圈部件13。

在此，为了在不伴随弹性变形的情况下装入第一外圈部件13，切口尺寸X必须大于相对于第一外圈部件13的插入方向正交的方向(直线l₂的方向)上的带保持架滚子的最大宽度尺寸。

在带保持架滚子的宽度尺寸在直线l₂上变为最大的情况下，即，在最大宽度尺寸与保持架16的外径尺寸一致的情况下，必须满足d＜X。另一方面，在与保持架段17、18的接合部分邻接的滚针15的位置处带保持架滚子的宽度尺寸变为最大的情况下，必须满足上述的式(1)。

接着，参照图5，使带保持架滚子旋转以使滚针15位于直线l₂上的两侧。在此，由于切口尺寸X在中心角为180°时最大(X＝D)，所以在本实施方式中通常满足X＜D。即，切口尺寸X由于小于滚针15的外接圆直径，所以通过形成上述的位置关系，可以防止第一外圈部件13脱落。

接着，参照图6，在曲轴箱2上载置滚针轴承11。接着，参照图7，将第二外圈部件14配置成在第一外圈部件13的圆周方向上与第一外圈部件13相连，形成圆筒形状的外圈12。由此，完成滚针轴承11的装配。进而，在滚针轴承11上覆盖轴承盖(bearing cap)3，并用螺栓等紧固曲轴箱2和轴承盖3(以下，将它们总称为“壳体”)。由此，曲轴支承构造的装配完成。

根据上述的装配方法，由于不用担心第一外圈部件13在装配中脱落，所以滚针轴承11的装配性提高。此外，由于可以省去防止外圈12脱落的挡圈(circlip)等，所以也有助于零件件数的削减。

在此，通过将外圈12不等分割，第一外圈部件13以及第二外圈部件14的接合部分与壳体的接合部分的位置必定偏离。其结果是可以有效防止曲轴支承构造的径向的装配偏移(はぐみずれ、assembly shift)。

并且，所谓“装配偏移”是指曲轴箱2和轴承盖3以及第一外圈部件13和第二外圈部件14在径向上错开而被装配的状态。这在将外圈两等分割(中心角180°)并且外圈的接合部分和壳体的接合部分一致时会有问题。

并且，在上述的实施方式中，表示了将外圈12两分割(第一以及第二外圈部件13、14)的例子，但不仅限于此，只要一个的中心角为180°以上，即使三分割也可以。

此外，在上述的实施方式中，表示了在装入第一外圈部件13时将柱部17e、18e配置在直线l₂上的例子，但即使在配置其他的柱部17c、18c的情况下，只要满足上述的各种尺寸关系，也可以得到本发明的效果。但是，由于作为对象的滚针15离直线l₂越远，式(1)的左边的值变得越小，所以只要是上述的方法，就可以减小第一外圈部件13的切口尺寸X，即，可以增大第一外圈部件13的中心角。

接着，参照图8，说明本发明的其他实施方式的滚针轴承11的各种尺寸关系。并且，由于使用图2以及图3说明滚针轴承11的构成，所以省略。

首先，设外圈12的内径尺寸为D，以及连结第一外圈部件13的内径面的圆周方向端部的线段l₁的长度为X(称为“切口尺寸”)。并且，外圈12的内径尺寸D与装入在保持架16中的多个滚针15的外接圆直径一致。

由于切口尺寸X在第一外圈部件13的中心角为180°时为最大(X＝D)，所以在本实施方式中通常满足X＜D。因此，将第一外圈部件13装入带保持架滚子(指在凹兜17d、18d中装入了滚针15的状态)的情况下的切口的弹性变形量δ，为δ＝D-X(＝δ₁+δ₂)。

在此，设定本发明的第一外圈部件13的各种尺寸，以满足0＜δ/D＜0.003(以下，称为“式2”)。例如，当外圈12的内径尺寸D＝40mm、切口尺寸X＝39.9mm时，弹性变形量δ＝0.1mm(δ/D＝0.0025)。

参照图9～图12，说明将滚针轴承11装入曲轴1的方法。并且，图9为表示装入了带保持架滚子的状态的图，图10为表示装入了第一外圈部件13的状态的图，图11为在曲轴箱2上载置有滚针轴承11的状态的图，图12为表示装入完成后的状态的图。

参照图9，首先，在保持架段17、18的凹兜17d、18d中装入滚针15来形成带保持架滚子。然后，分别从曲轴1的径向装配保持架段17、18(带保持架滚子)

然后，一边在扩大切口尺寸X的(X+δ)方向上弹性变形，一边将第一外圈部件13装配到带保持架滚子上。此时，由于将装配所需的切口的弹性变形量δ限制在式2的范围内，所以即使第一外圈部件13的壁厚厚，也可以容易装配。

接着，参照图10，在将第一外圈部件13装配到带保持架滚子上后，使第一外圈部件13返回自然状态(指未弹性变形的状态)。此时，切口尺寸X，由于比滚针15的外接圆直径(＝D)小，所以可以在这之后的组装工序中防止第一外圈部件13脱落。

接着，参照图11，在曲轴箱2上载置滚针轴承11。接着，参照图12，将第二外圈部件14配置成使其在第一外圈部件13的圆周方向上与第一外圈部件13相连，形成圆筒形状的外圈12。由此，滚针轴承11的装配完成。进而，在滚针轴承11上覆盖轴承盖3，用螺栓等紧固曲轴箱2和轴承盖3(以下，将它们总称为“壳体”)。由此，曲轴支承构造的装配完成。即使如上述那样，滚针轴承11的装配性也提高。

并且，在上述的各实施方式中，说明了通过半圆形状的两个保持架段17、18构成保持架16的例子，但不仅限于此，也可以采用能够从径向装配在曲轴1上的任意的结构。例如，也可以在圆周方向上使三个保持架段相连来形成圆筒形状的保持架，也可以使各自的中心角不同。

此外，也可以是在圆周上的一部位上具有在轴线方向延伸的分割线的一体型保持架(即，所谓的“C型保持架”)。在此情况下，由于一边在扩大分割线的方向上弹性变形一边装配到曲轴1上，所以希望由弹性变形能高的树脂材料形成。作为树脂材料，希望为能够注射成形的合成树脂，由于在高温环境下使用，所以希望耐热温度为120℃以上。具体地说，可以采用尼龙66或者尼龙46等。

进而，参照图13，在分割部分的一方侧端面上形成朝向另一侧突出的凸部26e，在分割部分的另一侧端面上形成承受凸部26e的凹部26f。并且，最好使该凸部26e和凹部26f卡合从而得到圆筒形状的保持架26。此外，由于其他的构成与保持架16一样，所以省略说明。

进而，滚针轴承11可适用在汽车、二轮车等的所有发动机的曲轴上。此外，发动机的汽缸数可以是单汽缸也可以是多汽缸，但适用于如下这种曲轴上，可以期待更大的效果，该曲轴用在多汽缸发动机中，该多汽缸发动机具有轴部，该轴部是如图14的P部所示那样两端由曲臂夹着的轴部。

以上，参照附图说明了本发明的实施方式，但本发明不仅限于图示的实施方式。对于图示的实施方式，在与本发明相同的范围内，或者在均等的范围内，可以施加各种的修改或变形。

(工业上的利用可能性)

本发明用于滚针轴承有利。

Claims (9)

1.一种滚针轴承，其具有：

圆筒形状的外圈，其是通过中心角大于180°的第一外圈部件以及中心角小于180°的第二外圈部件在圆周方向上相连而形成的；

多个滚针，所述多个滚针沿所述外圈的内径面配置；以及

保持架，其包括一对环部以及在所述一对环部之间配置的多个柱部，并且所述保持架形成有在邻接的所述柱部之间收容所述滚针的凹兜，

在设所述外圈的内径尺寸为D，设所述滚针的半径为r，设所述保持架的外径尺寸为d，设对所述第一外圈部件的内径面的圆周方向端部进行连结的线段l₁的长度为X，以及使所述柱部的中心位于通过外圈的中心且与线段l₁平行的直线l₂上时，设对与该柱部邻接的所述滚针的中心和所述外圈的中心进行连结的直线l₃与直线l₂所成的角度为θ，则

满足d＜X＜D以及式(1)，

(式1)

$2\{(\frac{D}{2}-r)\cos \mathrm{\&theta;}+r\}<X\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(1\right)$

2.如权利要求1所述的滚针轴承，其中，

所述保持架是使分别为半圆形状的两个保持架段在圆周方向上相连而形成的，

当使所述保持架段的两部位的接合部分分别位于所述直线l₂上时，所述滚针轴承满足所述式(1)。

3.如权利要求1所述的滚针轴承，其中，

所述外圈的内径尺寸D以及对所述第一外圈部件的内径面的圆周方向端部进行连结的线段的长度X

满足0＜(D-X)/D≤0.003。

4.如权利要求1所述的滚针轴承，其中，

所述外圈通过自然分割被分割为所述第一外圈部件以及所述第二外圈部件。

5.如权利要求1所述的滚针轴承，其中，

对所述外圈实施光亮淬火，

所述外圈的平均硬度为653Hv以上。

6.如权利要求1所述的滚针轴承，其中，

所述保持架是由实施了渗碳淬火及渗碳氮化淬火之中的任一种的金属材料形成的，

所述保持架的平均硬度为450Hv以上。

7.如权利要求1所述的滚针轴承，其中，

所述保持架由能够注射成形的合成树脂形成，

所述保持架的耐热温度为120°以上。

8.如权利要求1所述的滚针轴承，其中，

所述保持架为在圆周上具有沿轴线方向延伸的分割线的分割型的保持架。

9.一种曲轴支承构造，其具有：

曲轴；以及

支承所述曲轴并使其旋转自如的权利要求1所述的滚针轴承。

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