CN101821522B - 滚动轴承和用于该轴承的保持架 - Google Patents

滚动轴承和用于该轴承的保持架 Download PDF

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Abstract

一种用于滚动轴承的球体的保持架，包括：环形台肩(16)，其通过凸出部分(18)轴向延伸，在该凸出部分之间限定用于球体的承窝(15)，球体径向地呈现在保持架的任一侧上。保持架由金属制成，每个承窝(15)的表面设计来与一个球体协作并由具有径向定向的轴的假想圆柱体限定，以及被在与台肩(16)相对的侧面上轴向界定保持架的表面切割，以便形成承窝的轴向开口，该开口的宽度小于所述假想圆柱体的直径。

Description

滚动轴承和用于该轴承的保持架
技术领域
本发明涉及滚动轴承，尤其是深沟槽类型的球轴承，其用于高速转动和高温场合。特别地，本发明涉及提供球体之间的正确的圆周间隔的球体保持架。 
背景技术
由合成材料制成的用于滚动轴承的球体保持架是已知的，其包括用于罩住球体的承窝。承窝由成对安置的爪分隔开，与台肩相对。这样的保持架在很多场合是完全令人满意的。但是，在遇到与高的操作温度有关的速度和加速度非常大的情形下的场合，这种类型的保持架导致许多问题。例如，对用于多板离合器以及对F1类型的赛车就会是这种情形。在离合器接合的情况下，轴承的两个座圈以相同的速度在相同方向以19,000rpm数量级的速度转动。那么，在座圈、滚动部件和保持架之间没有相对运动。但是，在换档顺序(离合器脱离/接合)过程中，在大约40毫秒的范围内，轴承的内座圈相对于外座圈慢可能9000rpm的速度差，然后再次加速以再次达到等于外座圈的转动速度的转动速度，这全部是在200℃到250℃数量级的温度下。 
在这样的速度和这样的温度下，合成材料制成的球体保持架由于离心力而趋于呈圆锥形状。这是所谓的“蘑菇状”。事实上，由于离心力，保持架受到趋于使其变形的应力，主要在径向方向，并通过在刚度较小的侧面也就是罩住球体的承窝的开口侧面上增大其直径而将其变为圆锥形状。该变形现象甚至会更加恶劣，因为这些保持架是由合成材料制成的，而所述合成材料在高温下具有被软化的趋势。 
当然，这样的变形能够具有对滚动轴承的正确操作有害的后果。特别地，在已知类型的保持架中，它们导致保持架和轴承的外座圈的孔之间的接触的危险。 
欧洲专利申请EP-A-0,304,872描述了一种设计为经得起高温的球轴承 保持架，球体在深沟槽外座圈中运动。所述的保持架是由碳制成的。它是包括承窝的固体环的形式，其中所述承窝出现在从保持架的边缘之一切掉的区域中。切掉的区域的宽度稍微小于球体的直径，以使得它们正确地保持在承窝内部。这样的保持架是昂贵的并且由于其固体结构所致的惯性而不适于高的速度和高的加速度。此外，用碳来构造这样的保持架使得其相对易碎并且对冲击敏感。 
发明内容
本发明的目的是解决这些问题，并提供保持架以及与该保持架配合的滚动轴承，其能够尽可能高效地在高温下以高的速度和高的加速度操作。 
特别地，本发明的保持架设计为以便减小由于离心力所致的扭曲或者变形，以及使得不存在变形的危险，这些变形对与保持架配合的滚动轴承的正确操作具有负面影响。 
最后，本发明的一个目的还在于提供一种具有与保持架配合的球轴承以及用于该轴承的保持架，其易于制造并且更便宜。 
在一个实施例中，滚动轴承包括外座圈和内座圈，在外座圈和内座圈之间安装有至少一排由环形整体形状的保持架保持的球体。保持架具有环形台肩，该台肩通过凸出部分轴向延伸，在凸出部分之间限定用于球体的承窝，该球体径向地位于保持架的任一侧上。保持架由金属制成。与球体之一配合的每个承窝的表面由具有径向定向的轴的一假想圆柱体限定，并通过在与台肩相对的侧面上轴向界定保持架的平面进行切割，以使得形成承窝的轴向开口，该开口的宽度小于球体的直径。上述假想圆柱体的直径稍微大于球体的直径，以使得球体与承窝的接触面积为大致减小的一个点。 
优选地，保持架的台肩的径向厚度大于所述凸出部分的自由端的径向厚度。 
这样，与保持架的台肩相对的关键区域，包括凸出部分和承窝，重量减轻但维持在足够的刚度。此外，保持架的材料主要向着保持架的旋转中心集中，在高速转动下，保持架的关键区域的径向变形因此明显减小。此外，与轴承的外座圈的孔接触的危险被消除。 
使用金属保持架使得更可能不会产生由合成物材料制成的保持架会遇到的耐热性问题。 
优选地，当轴承静止时，凸出部分的外径小于台肩的外径，并且当轴承运转时大于与通过球体的中心进行描述的圆的直径对应的轴承的原始直径。当轴承高速转动时，在由于离心力所致的保持架的凸出部分的径向变形的过程中，球体和保持架的承窝之间的接触区域趋于移动到更靠近球体的中心。这样的结果是球体在高速下更好的性能。 
优选地，所述凸出部分的轴向长度小于球体的直径。 
承窝的轴向开口的宽度能够在球体的直径的92％和97％之间。这样，球体被容纳在开口的圆柱承窝中，限定承窝的内壁的圆柱体的直径稍微大于球体的直径。球体一旦安装在承窝中就从承窝的开口轴向凸出。 
球体保持在承窝中并能够通过保持架的凸出部分的弹性变形而被插入在承窝中。 
为了有利于这样的弹性变形，所述凸出部分能够在承窝之间有利地具有轴向缝槽或者切口。这样，凸片形成在承窝的轴向开口的每个侧面上。当保持架相对于球体轴向卡合就位时，这些凸片能够在圆周方向非常小的弯曲，不超过材料的弹性极限，然后返回到它们的初始位置以将球体轴向地保持在保持架中。 
缝槽或者切口能够例如延伸过所述凸出部分的轴向长度的20％和60％之间的轴向长度，优选大约50％。 
保持架能够布置在轴承内座圈周围，在保持架和所述座圈之间有利地具有0.1和0.4毫米之间的径向间隙，优选地在0.1和0.2毫米之间。 
根据本发明的另一方面，用于滚动轴承的球体的保持架包括环形台肩，该台肩通过凸出部分轴向延伸，在该凸出部分之间限定用于球体承窝，球体径向地位于保持架的两侧上。保持架由金属制成。设计来与球体之一配合的每个承窝的表面由具有径向定向的轴的一假想圆柱体限定，并被轴向界定在台肩相对侧上的保持架的平面切割，从而形成承窝的轴向开口，该开口的宽度小于假想圆柱体的直径。 
优选地，台肩的径向厚度大于所述凸出部分的自由端的径向厚度。 
所述凸出部分的轴向长度优选地小于所述假想圆柱体的直径。 
所述凸出部分在承窝之间有利地具有轴向缝槽或者切口，从而有利于通过凸出部分的弹性变形将球体插入到承窝中。 
台肩和凸出部分优选地通过圆形部分连接。 
不管什么情况，选择用于保持架的材料可以是铜合金，例如青铜，尤其是CuSn8P，或者黄铜，尤其是CuZn40MnlPb。 
这样，在钢球上以及在保持架所在的轴承的内座圈的圆柱轴承表面上获得低的摩擦系数。 
对于保持架的结构，还可以使用钢，尤其是AMS6415型的。球体和轴承的内座圈之间的摩擦系数可以通过在保持架的表面上涂布金属润滑剂例如包含银的涂层而有利地得以减小。 
这样的保持架可以由环形的粗锻的片制成，或者通过将导管切割成段而获得。那么，径向孔被直接钻穿以形成承窝的内表面。各个直径和面能够通过转动进行机加工。承窝之间的缝槽和切口能够通过磨削获得。 
附图说明
本发明将从作为非限定性例子进行描述并通过附图进行示例的详细实施例的研究得到更好的理解，其中： 
图1是根据本发明的滚动轴承的截面视图，示出静止或者以低速转动的轴承； 
图2同样以截面视图示出用于根据本发明的轴承的保持架； 
图3以透视图示出图2中的保持架；以及 
图4是类似于图1的截面视图，示出以高速转动的轴承。 
具体实施方式
首先参照图1，所示的滚动轴承，其示出在静止状态或者以低速转动，没有由于离心力导致的变形，包括外座圈1和内座圈2。在两个座圈1、2之间安装有一排由环形总体形状的保持架4保持的球体3。球体3在分别在内座圈2的外表面5中以及在外座圈1的孔6中形成的环形形状的深的轴承轨道上滚动。滚动轴承通过两侧的密封7而免遭外部冲击，所述密封具有大致环形板形状，在孔侧上具有两个密封唇部8和9，该唇部在操作中在它们之间形成窄的通道以及圆柱表面10，该圆柱表面是内座圈2的一体的部分，并且其外径小于内座圈2的外径。每个密封7的外周边具有弹性边缘11，其能够卡入在外座圈1的孔的侧边中形成的凹槽12中。密封7由模制到内部加强板13上的柔性合成材料制成。 
环形保持架4布置在内座圈2的外圆柱表面周围，在一方面台肩16和凸出部分18的内表面16b和18b与内座圈2的外表面之间具有0.1至0.2毫米数量级的径向间隙14。 
保持架4是由金属制成。此外，如在图2和3中能够更清楚地看出的，保持架包括一系列均匀分布在其周边并安置来接收球体3的承窝15。在与承窝15相对的侧面上，保持架4具有环形台肩16。 
承窝15径向呈现在保持架4的任一侧上。每个承窝15由具有穿过球体3的中心O的径向定向的轴XX’的一假想圆柱体进行限定，并通过在与台肩16相对的侧面上轴向界定保持架4的平面切割。该平面的路径通过凸出部分18的自由端17示出，所述凸出部分通过圆形部分19连接到台肩16(见图1和2)。台肩16的径向厚度大于凸出部分18的自由端的径向厚度，这能够在附图中清楚地看出。 
靠近凸出部分18的保持架4的外径，在图2中标注为D1，是在两个极限之间。它首先小于在图1中标注为D的台肩16的外径。此外，凸出部分18的直径D1大于在图1中标注为Dp的原始直径，该原始直径对应通过球体3的中心进行描述的圆的直径。每个承窝15和对应的球体3之间的接触区域包括位于球体的赤道面并靠近凸出部分18的外表面18a的连接处。如从图1能够看出的，台肩16的外径D使得在台肩的外表面16a和外座圈1的孔之间保留有相对大的间隙，其标注为20。在凸出部分18的外表面18a和外座圈1的孔之间保留大很多的间隙，以使得当凸出部分18由于离心力而变形时，在这些部分18和外座圈1的孔之间没有接触。 
界定用于保持球体3的承窝15的凸出部分18布置为以使得尽可能多的材料向着保持架4的转动中心聚集。凸出部分18的较大的部分布置在关于球体3的中心O的内侧上。此外，环形保持架4的总体结构，包括其台肩16和其凸出部分18，产生特别轻的保持架，同时保持适当的刚度。 
凸出部分18的轴向长度小于限定承窝15的假想圆柱体的直径和球体3的直径，如从图1可以看出的，其中凸出部分18的自由外边缘17被球体3挡住，如图中所示的。如前所述的，承窝15由假想圆柱体进行限定，并被对应保持架4的外边缘的平面切割，从而具有这样的结构，即向着外面开口并且在所示例子中由大致270°的圆弧形成。承窝15的保持的轴向开口具有在图2中标注为l的宽度，该宽度稍微小于球体3的直径，以便通过将球 体3卡合就位在各自的承窝15中而允许将球体插入在承窝15中，或者将保持架4安装在一排球体3上。轴向开口l的宽度可以为例如球体3的直径的92％和97％之间。 
可通过凸出部分18的柔性而进行安装。为了改善该柔性，如在示出的例子中，设置轴向切口21。切口21从部分18的自由外边缘17延伸到包含限定承窝15的假想圆柱体的轴的平面附近，其对应凸出部分18的轴向长度的大约20％到60％。切口21分隔开两个凸片或者爪22，该凸片或爪的每一个形成承窝15的一个边缘和切口21的一个边缘。当保持架4被轴向卡合就位在球体3上时，凸片22可以在圆周方向弹性弯曲，然后返回到正常位置以在球体3上提供保持架4的相对的轴向保持。切口21，其具有一定宽度，可以通过较小宽度和类似长度的缝槽进行替换。 
图4，其中相同的部件用相同的附图标记表示，示出在高速操作过程中凸出部分18所在的位置。凸出部分18由于离心力经受微小的变形。限定承窝的假想圆柱体的轴YY′相对于径向轴XX′具有一角度α。球体3的赤道平面和保持架4的圆柱承窝之间的接触区域已经通过移动为更靠近内表面18b而向着承窝的中心移动。 
球体和保持架之间的力的传递因此得以改善。这样的结果是根据本发明的保持架的构型不仅由于凸出部分的小的径向尺寸减小了高速下的变形，而且保证了高速下球体和保持架之间的令人满意的接触。根据本发明的保持架因此可以在高速下正确地操作并还能够经得起强大的角加速度。 
在示出的例子中，保持架4是由铜合金例如青铜或者黄铜制成的。这些材料具有在钢球上的摩擦系数小的优点。例如，可以是青铜CuSn8P或者黄铜CuZn40Mn1Pb，其在高速度、高加速度和高温下场合是令人满意的。这样，一方面，在保持架和球体之间获得降低的摩擦，另一方面，在保持架和内座圈的圆柱部分之间获得降低的摩擦。由钢制成的保持架同样能够被使用，例如符合AMS 6415规格的钢，其摩擦系数可以通过金属防摩涂层例如银涂层得以降低。 
这样，根据本发明，获得具有球体保持架的滚动轴承，其不仅轻而且耐用，并且对由于离心力所致的变形不是非常敏感，并能够经得起高速度、高加速度和高温。 

Claims (24)

1.一种滚动轴承，包括外座圈(1)和内座圈(2)，在所述外座圈(1)和所述内座圈(2)之间安装有至少一排由环形整体形状的保持架(4)保持的球体(3)，该保持架具有环形台肩(16)，该台肩通过凸出部分(18)轴向延伸，在所述凸出部分(18)之间限定用于所述球体的承窝(15)，该球体径向地位于保持架的任一侧上，所述台肩(16)的径向厚度大于所述凸出部分(18)的自由端的径向厚度，其特征在于，该保持架是由金属制成，并且与所述球体之一配合的每个承窝(15)的表面由具有径向定向的轴的假想圆柱体限定，并被在台肩(16)的相对侧面上轴向界定所述保持架的平面切割，以便形成所述承窝的轴向开口，该开口的宽度小于所述球体的直径，所述凸出部分(18)的更多的部分相对于球体的中心被径向地设置在内侧以使所述保持架的材料向着所述保持架的旋转轴聚集。
2.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，当轴承静止时，所述凸出部分(18)的外径(D1)小于所述台肩(16)的外径(D)，并且当轴承运转时大于轴承的原始直径(Dp)，该原始直径(Dp)对应通过所述球体(3)的中心描述的圆的直径。
3.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述凸出部分(18)的轴向长度小于所述球体的直径。
4.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述承窝(15)的轴向开口的宽度是在所述球体的直径的92％和97％之间。
5.如权利要求1-3之一所述的轴承，其特征在于，所述凸出部分(18)在所述承窝(15)之间具有轴向缝槽或者切口(21)。
6.如权利要求5所述的滚动轴承，其特征在于，所述缝槽或者切口(21)延伸过所述凸出部分(18)的轴向长度的20％和60％之间的轴向长度。
7.如权利要求1-3之一所述的滚动轴承，其特征在于，所述台肩(16)和所述凸出部分(18)通过圆形部分(19)进行连接。
8.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述保持架布置在所述轴承的内座圈周围，在所述保持架(4)和所述内座圈(2)之间具有在0.1毫米和0.4毫米之间的径向间隙。
9.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，该保持架是由选自铜合金或钢的材料制成。
10.如权利要求9所述的滚动轴承，其特征在于，所述铜合金为青铜或黄铜。
11.如权利要求10所述的滚动轴承，其特征在于，所述青铜为CuSn8P，所述黄铜为CuZn40Mn1Pb。
12.如权利要求9所述的滚动轴承，其特征在于，所述钢为AMS6415类型的钢。
13.如权利要求9所述的滚动轴承，其特征在于，所述保持架设置有防摩涂层。
14.如权利要求13所述的滚动轴承，其特征在于，所述防摩涂层包含银。
15.一种用于滚动轴承的球体的保持架，包括通过凸出部分(18)轴向延伸的环形台肩(16)，在该凸出部分(18)之间限定用于球体的承窝(15)，该球体径向地位于保持架的任一侧上，所述台肩(16)的径向厚度大于所述凸出部分(18)的自由端的径向厚度，其特征在于，该保持架是由金属制成并且设计来与所述球体之一配合的每个承窝(15)的表面由具有径向定向的轴的假想圆柱体进行限定，并被在所述台肩(16)的相对侧上轴向界定所述保持架的平面切割，以便形成所述承窝的轴向开口，该开口的宽度小于所述假想圆柱体的直径，所述凸出部分(18)的更多的部分相对于球体的中心被径向地设置在内侧以使所述保持架的材料向着所述保持架的旋转轴聚集。
16.如权利要求15所述的保持架，其特征在于，所述凸出部分(18)的所述轴向长度小于所述假想圆柱体的直径。
17.如权利要求15-16之一所述的保持架，其特征在于，所述凸出部分具有在所述承窝(15)之间的轴向缝槽或者切口(21)。
18.如权利要求15-16之一所述的保持架，其特征在于，所述台肩(16)和凸出部分(18)通过圆形部分(19)进行连接。
19.如权利要求15所述的保持架，由选自铜合金或钢的材料制成。
20.如权利要求19所述的保持架，其特征在于，所述铜合金为青铜或黄铜。
21.如权利要求20所述的保持架，其特征在于，所述青铜为CuSn8P，所述黄铜为CuZn40Mn1Pb。
22.如权利要求19所述的保持架，其特征在于，所述钢为AMS6415类型的钢。
23.如权利要求19所述的保持架，其特征在于，所述保持架设置有防摩涂层。
24.如权利要求23所述的保持架，其特征在于，所述防摩涂层包含银。
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