CN102713321B - 滚动轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种滚动轴承，其通过规定在外圈引导保持架或内圈引导保持架的引导面上形成的轴向槽的圆周方向宽度，能够抑制保持架噪音或异常振动的产生。在本发明的滚动轴承(1)中，在外圈引导方式的保持架(10)的外周面上形成有轴向槽(13)。保持架(10)的中心位置的位移量(xo)、保持架(10)的外径(Doc)、外圈(2)的引导直径(Dog)、轴向槽(13)的圆周方向宽度(h)、外圈(2)与保持架(10)之间的引导间隙(ΔLo)以及兜孔(11)与滚动体(4)之间的间隙(ΔP)同时满足如下的数学式(1)和数学式(2)[数学式1][数学式2]

Description

滚动轴承

技术领域

本发明涉及一种滚动轴承，特别涉及一种具有外圈引导方式或内圈引导方式的保持架的滚动轴承。

背景技术

当使用了外圈引导方式的保持架的滚动轴承进行旋转时，在保持架未相对于外圈倾斜的情况下，保持架的外周面与外圈的内周上的引导面进行线接触地旋转。另外，当使用了外圈引导方式的保持架的滚动轴承进行旋转时，保持架相对于外圈而倾斜的情况下，保持架的外周面与外圈的内周上的引导面进行点接触而旋转。为了使这样的外圈引导方式的保持架提高排油效率和提高润滑脂润滑下的磨合性，在保持架的外周面形成有沿轴向延伸的凹部(槽)(例如参照专利文献1)。

文献专利文献

专利文献1：日本特开2002-349580号公报

发明内容

发明所需解决的问题

但是，在外圈引导方式的保持架的外周面形成有槽的情况下，保持架的外周面的有些部分与外圈的引导面发生接触，因而使保持架的中心位置位移。在槽的圆周方向宽度大的情况下，保持架的中心位置会发生较大的位移，因而有可能使保持架的动作变得不稳定，而保持架会出现异常振动。当保持架的动作变得不稳定时，有可能在用于保持滚动体的兜孔与滚动体之间发生不规则的干扰，并产生保持架噪音。在专利文献1中，未对因槽的圆周方向的宽度而引起的保持架的中心位置的位移以及保持架的动作进行任何的记载。

本发明是鉴于上述课题而提出，其目的在于，提供一种滚动轴承，其通过对在外圈引导方式的保持架或内圈引导方式的保持架的引导面上形成的槽的圆周方向宽度进行规定，能够抑制保持架的异常振动以及保持架噪音的发生。

用于解决问题的手段

本发明的上述目的利用下述的构成来实现。

(1)一种滚动轴承，其具有：外圈；内圈；配置于所述外圈与内圈之间的多个滚动体；以及具有用于将所述多个滚动体以预定间隔保持在圆周方向上的多个兜孔的外圈引导方式的保持架；其特征在于，

在所述保持架的外周面上形成有沿轴向延伸的槽，

当分别将所述保持架的中心位置的位移量设为xo、所述保持架的外径设为Doc、所述外圈的引导直径设为Dog、所述槽的圆周方向宽度设为h、所述外圈与所述保持架之间的引导间隙设为ΔLo、所述兜孔与所述滚动体之间的间隙设为ΔP 时，则下列的数学式子成立。

[数学式1]

$x_o=\frac{1}{2}(D_{\mathrm{oc}}-D_{\mathrm{og}}+\sqrt{{D_{\mathrm{og}}}^2-h^2}-\sqrt{{D_{\mathrm{oc}}}^2-h^2})\·\·\·\left(1\right)$

[数学式2]

$\frac{{\mathrm{\&Delta;L}}_o+2x_o}{\mathrm{\&Delta;P}}<1\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(2\right)$

(2)一种滚动轴承，其具有：外圈；内圈；配置于所述外圈与内圈之间的多个滚动体；以及具有用于将所述多个滚动体以预定间隔保持在圆周方向上的多个兜孔的内圈引导方式的保持架；其特征在于，在所述保持架的内周面上形成有沿轴向延伸的槽，

当分别将所述保持架的中心位置的位移量设为xi、所述保持架的外径设为Dic、所述内圈的引导直径设为Dig、所述槽的圆周方向宽度设为h、所述外圈与所述保持架之间的引导间隙设为ΔLi、所述兜孔与所述滚动体之间的间隙设为ΔP时，则下列的数学式子成立。

[数学式3]

$x_i=\frac{1}{2}(D_{\mathrm{ig}}-D_{\mathrm{ic}}+\sqrt{{D_{\mathrm{ic}}}^2-h^2}-\sqrt{{D_{\mathrm{ig}}}^2-h^2})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(3\right)$

[数学式4]

$\frac{{\mathrm{\&Delta;L}}_i+2x_i}{\mathrm{\&Delta;P}}<1\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(4\right)$

发明效果

根据本发明的滚动轴承，通过限制保持架向直径方向的位移，能够使保持架的动作变稳定。另外，通过确保保持架的兜孔与滚动体之间的间隙，能够防止保持架噪音的产生。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式中使用了外圈引导方式的保持架的角接触球轴承的剖视图。

图2的(a)是图1中的保持架的立体图，(b)是其局部主视图。

图3是表示外圈引导方式的保持架与外圈的位置关系的示意图。

图4是表示外圈引导方式的保持架处于位移状态的一个例子的示意图。

图5是表示外圈引导方式的保持架处于位移状态的另一例子的示意图。

图6是表示本发明的第二实施方式中使用了内圈引导方式的保持架的角接触球轴承的剖视图。

图7是表示内圈引导方式的保持架与内圈的位置关系的示意图。

图8是表示内圈引导方式的保持架处于位移状态的一个例子的示意图。

图9是表示内圈引导方式的保持架处于位移状态的另一例子的示意图。

图10是实施例1中表示因槽的圆周方向宽度变动而产生的保持架位移量的曲线图。

图11是表示实施例2中所使用的测定装置的图。

图12是表示实施例2中的保持架的振动的fc分量的曲线图。

符号说明

1、1′：角接触球轴承；2：外圈；3：内圈；4：滚珠；10、10′：保持架；11：兜孔；13、13′：槽；O：外圈中心；O′：保持架中心；xo、xi：保持架中心的位移量；Doc：保持架的外径；Dic：保持架的内径；Dog：外圈的引导直径；Dig：内圈的引导直径；h：轴向槽的圆周方向宽度；ΔLo：外圈与保持架之间的引导间隙；ΔLi：内圈与保持架之间的引导间隙；ΔP：兜孔间隙。

具体实施方式

以下，根据附图来详细说明本发明的滚动轴承的各实施方式。

(第一实施方式)

首先，使用图1～5来说明第一实施方式的滚动轴承。如图1所示，第一实施方式的角接触球轴承1具有：内周面上具有外圈滚道面2a的外圈2；外周面上具有内圈滚道面3a的内圈3；在外圈2的外圈滚道面2a与内圈3的内圈滚道面3a之间配置的多个滚珠4；以及用于将多个滚珠4以预定间隔保持在圆周方向上的保持架10。

如图2所示，保持架10具有以预定间隔形成于圆周方向上的多个兜孔11。该保持架10为外圈引导方式，位于轴向两侧的一对环形部12中的一个环形部12与外圈2的外圈滚道面2a相对应地被反沉孔(Counter bore)侧的内周面2b引导。另外，在保持架10的外周面上，在与兜孔11对应的位置上以预定间隔沿着圆周方向形成有沿轴向延伸的多个槽13。利用这些槽13能够提高润滑脂或润滑油的排出效率，能够解决因初期的磨合运转时间的长期化、旋转中的保持架的自激振动或轴承的异常升温而造成灼烧、温度不稳定等问题。

如图3所示，在角接触球轴承1未旋转时，在保持架10的环形部12的外周面与外圈2的内周面2b之间存在ΔLo/2的间隙，保持架10的中心O′与外圈2的中心O一致对齐。此外，外圈2和保持架10的引导间隙ΔLo通过(外圈2的引导直径(内周面2b的直径)Dog)-(保持架的外径Doc)的关系式来求出。

当角接触球轴承1进行旋转时，在保持架10未相对于外圈2倾斜的情况下，保持架10的环形部12的外周面与外圈2的内周面2b进行线接触，由此使保持架10由外圈2进行引导。另外，在保持架10相对于外圈2倾斜的情况下，保持架10的环形部12的外周面与外圈2的内周面2b进行点接触，由此使保持架10由外圈2进行引导。在由保持架10的环形部12的外周面的最远离槽13的部位(两个槽13、13的中间点)引导保持架10的情况下，保持架10的中心O′从外圈2的中心O仅进行ΔLo位移(参照图4)。

与此相对，在由保持架10的环形部12的外周面的与槽13接近的二个部位引导保持架10的情况下(参照图5)，保持架10最接近于外圈2。由此保持架10的中心O′进一步进行位移，保持架10的中心O′相对于外圈2的中心O的位移量为ΔLo+xo。

这样，当角接触球轴承1从图4所示的状态旋转到图5所示的状态时，保持架10的中心O′在xo的范围内位移。该保持架10的中心O′的位移量xo随着槽13的圆周方向宽度h变大而变大，能够以下述的式(1)来表示。

[数学式5]

$x_o=\frac{1}{2}(D_{\mathrm{oc}}-D_{\mathrm{og}}+\sqrt{{D_{\mathrm{og}}}^2-h^2}-\sqrt{{D_{\mathrm{oc}}}^2-h^2})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(1\right)$

当保持架10的中心O′的位移量xo变大时，有可能使保持架10的动作变得不稳定而产生保持架10的异常振动。另外，当保持架10的动作变得不稳定时，有可能在保持架10的各兜孔11与滚珠4之间发生不规则的干扰，而产生保持架噪音。为了抑制这样的保持架10不稳定的动作，保持架10的中心O′的位移量xo以及兜孔11与滚珠4之间的间隙ΔP满足下述式(2)的关系。此外，兜孔11与滚珠4之间的间隙ΔP通过(兜孔11的轴向宽度D1)-(滚珠4的直径d1)的关系式来求出(参照图1)。

【数学式6】

$\frac{{\mathrm{\&Delta;L}}_o+2x_o}{\mathrm{\&Delta;P}}<1\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(2\right)$

这样，在本实施方式中，设定槽13的圆周方向宽度h以使保持架10的中心O′的位移量xo满足所述式(1)和式(2)，由此限制保持架10向直径方向的位移。由此，能够使保持架10的动作变稳定。另外，通过确保保持架10的兜孔11与滚珠4之间的间隙，能够防止保持架噪音的产生。

另外，优选保持架10的中心位置的位移量xo小于利用半径法求出的保持架10外径的圆度。通过这样限制保持架10向直径方向位移，能够使保持架10的动作变稳定。

这样，根据第一实施方式的角接触球轴承1，限制保持架10向直径方向位移，由此能够使保持架10的动作变稳定。通常，在滚珠轴承中，当内圈和外圈未倾斜地旋转时，各滚珠与内外圈的载荷平衡变均等，因此，轴承内的各滚动体的公转速度理论上相等。在各滚珠未均等配置于圆周方向上的旋转初期等的情况下，在一部分滚珠与兜孔之间可能会发生干扰。但是，利用干扰的调试效果，滚珠缓缓向兜孔的中央移动，结果滚珠稳定处于等分配置于圆周方向上的状态。这样，通常滚珠未被限制在兜孔内部的情况下也会顺畅地进行旋转。在轴承进行高速旋转的情况下，利用离心力将保持架按压到外圈引导面(外圈内周面)上，此时，当滚珠的公转中心(轴承中心)与保持架的公转中心的偏移量变大时，在保持架接触到外圈引导面之前，在滚珠与兜孔面之间发生干扰。这样的情况下，滚珠与兜孔发生不规则的冲撞，因而产生了保持架噪音。根据第一实施方式的角接触球轴承1，通过满足式(2)的关系式，能够在兜孔11与滚珠4之间确保间隙，因此抑制了兜孔11与滚珠4间的不规则冲撞，能够防止保持架噪音的产生。

(第二实施方式)

接着，根据图6～9来说明本发明的第二实施方式的滚动轴承。图6是第二实施方式的角接触球轴承1′的截面的主要部分放大图。此外，第二实施方式的角接触球轴承1′除了保持架为内圈引导方式以外，其他结构与第一实施方式的角接触球轴承1同样，因此，将同一部分分标注同一附图标记或相当的附图标记，并将其说明简化或省略。

如图6所示，在第二实施方式的角接触球轴承1′的保持架10′中，位于轴向两侧的一对环形部12中的一个环形部12采取了受内圈3的外周面3b引导的内圈引导方式。在保持架10′的内周面上，在与兜孔11对应的位置上沿着圆周方向以预定间隔形成有沿轴向延伸的多个槽13。

如图7所示，当角接触球轴承1′未旋转时，保持架10′的环形部12的内周面与内圈3的外周面3b之间存在ΔLi/2的间隙，内圈3的中心O与保持架10′的中心O′一致对齐。此外，内圈3与保持架10′的引导间隙ΔLi通过(内圈3的引导直径(外周面3b的直径)Dig)-(保持架10′的内径Dic)的关系式来求出。

当角接触球轴承1′旋转时，保持架10′未相对于内圈3倾斜的情况下，保持架10′的环形部12的内周面与内圈3的外周面3b进行线接触，由此使保持架10′受内圈3引导。另外，在内圈3相对于保持架10′倾斜的情况下，保持架10′的环形部12的内周面与内圈3的外周面3b进行点接触，由此使保持架10′受内圈3引导。在由保持架10′的环形部12的内周面的最远离槽13的部位(两个槽13、13的中间点)来引导保持架10′的情况下，保持架10′的中心O′从内圈3的中心O开始仅进行ΔLi的位移(参照图8)。

与此相对，在保持架10′的环形部12的内周面的与槽13接近的二个部位上保持架10′受到引导的情况下(参照图9)，保持架10′相对于内圈3最为接近。由此，保持架10′的中心O′进一步进行位移，保持架10的中心O′相对于内圈3的中心O的位移量为ΔLi+xi。

这样，角接触球轴承1′从图8所示的状态开始旋转到图9所示的状态时，保持架10′的中心O′在xi的范围内进行位移。该保持架10′的中心O′的位移量xi随着槽13的圆周方向宽度h变大而变大，能够以下述的式(3)来表示。

[数学式7]

$x_i=\frac{1}{2}(D_{\mathrm{ig}}-D_{\mathrm{ic}}+\sqrt{{D_{\mathrm{ic}}}^2-h^2}-\sqrt{{D_{\mathrm{ig}}}^2-h^2})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(3\right)$

当保持架10′的中心O′的位移量xi变大时，有可能保持架10′的动作变得不稳定，而发生保持架10′的异常振动。另外，保持架10′的动作变得不稳定时，有可能在保持架10′的各兜孔11与滚珠4之间产生不规则的干扰，而产生保持架噪音。为了抑制这样保持架10′的不稳定动作，使保持架10′的中心O′的位移量xi以及兜孔11与滚珠4之间的间隙ΔP满足下述的式(4)的关系。此外，兜孔11与滚珠4之间的间隙ΔP通过(兜孔11的轴向宽度D1)-(滚珠4的直径d1)的关系式来求出(参照图6)。

[数学式8]

$\frac{{\mathrm{\&Delta;L}}_i+2x_i}{\mathrm{\&Delta;P}}<1\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(4\right)$

这样，在本实施方式中，对槽13的圆周方向宽度h进行设定，以使保持架10′的中心O′的位移量xi满足所述式(3)、(4)，由此来限制保持架10′向直径方向位移。由此，能够使保持架10′的动作变稳定。另外，通过确保保持架10′的兜孔11与滚珠4之间的间隙，能够防止保持架噪音的产生。

另外，优选保持架10′的中心位置的位移量xi小于利用半径法而求出的保持架10′内径的圆度。通过这样限制保持架10′向直径方向位移，能够使保持架10′的动作变稳定。

这样，根据第二实施方式的角接触球轴承1′，通过限制保持架10′向直径方向位移，能够使保持架10′的动作变稳定。另外，通过确保保持架10′的兜孔11与滚珠4之间的间隙，能够防止保持架噪音的产生。

此外，本发明并不局限于上述各实施方式，还能够适当地进行变更和改良等。本发明除了角接触球轴承以外，还能够适用于圆筒滚子轴承等。

实施例1

在实施例1中，对于具有外圈引导方式的保持架的三个角接触球轴承，就形成于保持架外周面且沿轴向延伸的槽的圆周方向宽度与保持架中心的位移量之间的关系进行了试验。表1表示具有外圈引导方式的保持架的轴承A(角接触球轴承(40BNR10H))、轴承B(角接触球轴承(70BNR10H))、轴承C(角接触球轴承(100BNR10H))各自的轴承内径、轴承外径、引导间隙ΔLo和兜孔间隙ΔP。另外，在表1中表示根据引导间隙ΔLo和兜孔间隙ΔP，且利用式(2)求出的位移量Δxo的上限值。

【表1】

另外，图10表示根据通过式(1)求出的在轴承A、轴承B、轴承C的保持架的外周面上形成的槽的圆周方向宽度h而获得的保持架的中心的位移量xo。根据图10中的曲线图和位移量Δxo的上限值可知，如果在轴承A、B、C中形成于保持架的外周面上的轴向槽的圆周方向宽度h分别为15.5mm、30mm、43.5mm以下，则保持架能够被外圈稳定地引导。

实施例2

在实施例2中，对于内径70mm的角接触球轴承(70BNR10H)，将该外圈固定在壳体31上，外圈(壳体31)的径向方向处于自由的状态下，由图11所示的装置施加预压力(轴向载荷，150N)。并且，利用高精度的空气主轴30使内圈以3600～12600min^-1转速旋转，并由非接触位移计32测定了外圈(壳体31)的直径方向位移。此外，保持架完全属于外圈引导方式，其使用了外周面上未形成有槽的以往例的保持架a、以及外周面上形成有槽的本发明例的保持架b～e。将保持架a～e的引导间隙ΔLo、兜孔间隙ΔP、ΔLo/ΔP示于表2中。

【表2】

另外，根据由非接触位移计32测定的外圈(壳体31)的径向方向位移，利用FFT分析法来求出保持架a～e的振动成分(fc)，并将结果示于表2以及图12中。根据该结果可知，兜孔间隙ΔP与引导间隙ΔLo的大小大致相等的保持架a在转速为9000min^-1以上的情况下振动成分(fc)变大。

在此，在外周面上未形成有槽的保持架a中，保持架的直径方向运动量与引导间隙ΔLo大致相等。与此相对，在外周面上形成有槽的保持架b～e中，实质的引导间隙、即保持架的直径方向运动量为ΔLo+2xo。综上所述可知，在保持架的外周面上形成有槽的情况下，使引导间隙ΔLo、兜孔间隙ΔP以及保持架的中心的位移量xo满足下述的式(2)，进一步优选使其满足下述的式(5)，由此能够抑制保持架振动的产生。

【数学式9】

$\frac{{\mathrm{\&Delta;L}}_o+2x_o}{\mathrm{\&Delta;P}}<1\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(2\right)$

【数学式10】

$\frac{{\mathrm{\&Delta;L}}_o+2x_o}{\mathrm{\&Delta;P}}\&le;0.5\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(5\right)$

产业上的可利用性

本发明适用于机床的主轴轴承等。

以上，对本发明的实施方式以及实施例进行了说明，但本发明并不局限于上述的实施方式，只要是记载于权利要求书的技术方案，便能够实施各种变更。本申请基于2011年1月19日申请的日本专利申请(特愿2011-008872)，在此将其内容作为参照而引入其中。

Claims (2)

1.一种滚动轴承，其特征在于，具有：

外圈；

内圈；

配置于所述外圈与内圈之间的多个滚动体；和

具有用于将所述多个滚动体以预定间隔保持在圆周方向上的多个兜孔的外圈引导方式的保持架，

在所述保持架的外周面上，形成有沿轴向延伸的槽，

当分别将所述保持架的中心的位移量设为x_o、所述保持架的外径设为Doc、所述外圈的引导直径设为Dog、所述槽的圆周方向宽度设为h、所述外圈与所述保持架之间的引导间隙设为ΔLo、所述兜孔与所述滚动体之间的间隙设为ΔP时，所述滚动轴承满足下述关系式(1)、(2)：

[式1]

[式2]

2.一种滚动轴承，其特征在于，具有：

外圈；

内圈；

配置于所述外圈与内圈之间的多个滚动体；和

具有用于将所述多个滚动体以预定间隔保持在圆周方向上的多个兜孔的内圈引导方式的保持架，

在所述保持架的内周面上，形成有沿轴向延伸的槽，

当分别将所述保持架的中心位置的位移量设为x_i、所述保持架的内径设为Dic、所述内圈的引导直径设为Dig、所述槽的圆周方向宽度设为h、所述内圈与所述保持架之间的引导间隙设为ΔLi、所述兜孔与 所述滚动体之间的间隙设为ΔP时，所述滚动轴承满足下述关系式(3)、(4)：

[式3]

[式4]