CN104100640A - 双列滚子轴承用的树脂制梳形保持架以及双列滚子轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供双列滚子轴承用的树脂制梳形保持架以及双列滚子轴承。具备圆环部以及多个柱部。柱部在与滚子的外周面对置的对置面，具有用于在所需转速以下进行基于滚子的外周面的滚子引导的滚子引导面。并且，含有圆环部的外周面与柱部的径向外侧的面的保持架外表面具有：在超过所需转速的状态下因离心力而向径向外侧扩大从而使与外圈的内周面之间的径向缝隙变小而进行基于该内周面的外圈引导的外圈引导面。

Description

双列滚子轴承用的树脂制梳形保持架以及双列滚子轴承

本申请主张于2013年4月3日提出的日本专利申请2013-077598号的优先权，并在此引用其全部内容。

技术领域

本发明涉及组装于双列滚子轴承的树脂制梳形保持架、以及具备树脂制梳形保持架的双列滚子轴承。

背景技术

在机床中，为了维持较高的加工精度，以能够旋转的方式支承主轴的轴承部需要较高的刚性，因此，使用双列滚子轴承。并且，近年来，由于对主轴的高速旋转化有所要求，所以希望获得能够对应高速旋转的双列滚子轴承。

双列滚子轴承具备内圈、外圈以及多个滚子。上述滚子以双列状态配置于上述内圈与外圈之间。如日本特开2012-102796号公报（参照图3）所示，存在具备每列保持多个滚子的独立的保持架的双列滚子轴承。即，在该双列滚子轴承组装有两个保持架。各保持架具备圆环部以及多个柱部。上述柱部从上述圆环部的一侧面沿轴向延伸且沿周向空开间隔设置。上述保持架构成为梳形。沿周向相邻的柱部之间成为保持滚子的兜孔部。

由于在为梳形保持架的情况下，柱部是从圆环部沿轴向突出的悬臂梁状，所以柱部的前部侧能够某种程度地自由变形。因此，即便伴随着双列滚子轴承的旋转而产生例如滚子的超前或者滞后，使拉力与压缩力反复作用于柱部，也能够释放该力，难以产生破损。与此相对，在为一对圆环部之间通过柱部连结的结构的笼型保持架的情况下，将柱部固定于两侧的圆环部并且限制其变形。因此，若拉力与压缩力反复作用于柱部，则难以释放该力，与梳形保持架相比，容易产生破损。

机床的主轴的转速可以从低速旋转至高速旋转（例如15000rpm）进行选择，并且主轴以各种转速进行旋转。而且，相应于主轴的转速的变化，双列滚子轴承以及组装于该轴承的保持架的转速也发生变化。

这里，在为高速旋转的双列滚子轴承的情况下，优选将保持架形成为树脂制，并且形成为通过外圈的内周面进行该保持架的径向定位的“外圈引导”。保持架具有的圆环部的外周面成为被外圈的内周面引导的引导面。即，保持架在圆环部的外周面，通过外圈的内周面引导周向的旋转。

但是，若保持架例如以15000rpm进行高速旋转，则在离心力的作用下在该保持架会发生向径向扩大的变形。因此，在保持架的圆环部的外周面（引导面）与外圈的内周面之间，需要设置预先含有由离心力产生的变形量的径向缝隙。这样，若考虑伴随着高速旋转的变形量，而将径向缝隙设定为较大，则在低速旋转时，由于不会产生高速旋转时大小的变形，所以径向缝隙不需要那么大。于是，由于在低速时保持架的径向位置不固定，例如保持架与外圈的内周面的接触反复不规则或者规则地进行，所以成为产生异响的原因。

发明内容

本发明的目的之一在于，能够在双列滚子轴承内，将树脂制梳形保持架在从低速旋转至高速旋转的全域稳定地进行引导。

本发明的一个实施方式的树脂制梳形保持架，其组装于双列滚子轴承，并且每列保持多个上述滚子，其中，在上述双列滚子轴承中多个滚子在内圈与外圈之间以双列状态配置，上述树脂制梳形保持架具备圆环部以及多个柱部，所述多个柱部从该圆环部的一侧面沿轴向延伸并且沿周向空开间隔设置，上述柱部在与上述滚子的外周面对置的对置面具有在所需转速以下通过该外周面而被引导的滚子引导面，并且含有上述圆环部的外周面与上述柱部的径向外侧的面的保持架外表面具有外圈引导面，在超过上述所需转速的状态下，在离心力的作用下该保持架外表面向径向外侧扩大，由此使外圈引导面与上述外圈的内周面之间的径向缝隙变小，从而该外圈引导面通过该内周面而被引导。

附图说明

通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述，本发明的上述以及其它目的、特征及优点会变得更加清楚，其中，相同的附图标记显示相同的要素，其中：

图1是双列滚子轴承的纵剖视图。

图2是保持架的立体图。

图3是放大显示图2的一部分的放大图。

图4是从保持架的轴向观察保持架的一部分的图。

图5是图4的V-V向视的剖视图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是双列滚子轴承1的纵剖视图。此外，对于各附图中的相同结构要素，标注相同的附图标记（参照编号），并且省略重复的说明。

双列滚子轴承1例如作为支承通用车床、CNC车床、加工中心、铣床等机床的主轴6的轴承来使用。双列滚子轴承1能够以较高的刚性支承高速旋转的主轴6。主轴6的直径例如为50～150mm大小，主轴6的最大转速为10000～15000rpm。主轴6存在低速旋转的情况和高速旋转的情况。另外，主轴6存在从低速或者停止状态向高速旋转状态（最大转速）急加速的情况。

本实施方式的双列滚子轴承1具备内圈2、外圈3、多个滚子4以及环状的保持架5、5。上述滚子4配置于上述内圈2与外圈3之间。上述保持架5、5保持上述滚子4。滚子4以双列状态（两列状态）配置。保持架5、5分别在每列独立地保持多个滚子4。即，在该双列滚子轴承1组装有独立的两个保持架5、5。滚子4的外周面是圆筒形，该双列滚子轴承1是双列圆柱滚子轴承。

在内圈2的外周面形成有滚动面2a、2b，该滚动面2a、2b供配置为两列的滚子4滚动。外圈3的内周面的一部分成为供两列滚子4滚动的滚动面3a、3b。外圈3安装于机床的轴承壳体8的内周面，在内圈2插有主轴6。该双列滚子轴承1通过润滑脂润滑，并且在内圈2、外圈3、滚子4以及保持架5附着有润滑脂。

虽然一侧的滚子列用的保持架5和另一侧的滚子列用的保持架5往双列滚子轴承1安装的安装方向不同，但是是相同的保持架。上述保持架5、5沿轴向并排组装于双列滚子轴承1。各保持架5的朝向轴向的一侧面11以朝向双列滚子轴承1的轴向外侧的方式配置，并且保持架5、5的对置的环状的背面14、14彼此能够接触。保持架5、5能够彼此独立地与各滚子列一起旋转。

图2是保持架5（图1的右侧的保持架5）的立体图。该保持架5是梳形保持架，并且具备呈圆环形状的圆环部10以及多个柱部20。多个柱部20沿周向空开间隔（等间隔）设置。各柱部20以从圆环部10的一侧面11朝向轴向延伸的方式形成。因此，柱部20成为从圆环部10突出的悬臂梁状。此外，一侧面11的轴向相反侧的面（另一侧面）成为上述背面14。背面14由圆环状的光滑的面构成，并且成为能够与设置于轴向附近的其它保持架5的背面14接触的配合面。

保持架5是树脂制（合成树脂制）的，通过射出成型来制造，并且圆环部10与柱部20成型为一体。保持架5的材质例如能够形成为聚醚醚酮（PEEK）、聚酰胺。

沿周向隔开恒定间隔地设置柱部20。在圆环部10的一侧面11侧，且在周向相邻的柱部20、20之间，形成有保持滚子的兜孔部7。即，各兜孔部7通过由沿周向邻接的柱部20、20的相互对置的对置面24、24、以及圆环部10的一侧面11围起的空间构成。各兜孔部7朝向轴向外侧开口，并且保持架5整体呈梳齿形状。

图3是放大表示图2的一部分的放大图。图4是从保持架5的轴向观察保持架5的一部分的图。柱部20具有前端面36、径向内侧的面21、径向外侧的面27以及上述对置面24、24。对置面24是与滚子4的外周面4b对置的面。

柱部20的对置面24具有在其一部分与滚子4的外周面4b之间具有缝隙且对置的面（参照图4）。该面是由以后进行说明的圆弧面（圆形表面）构成的滚子引导面42。保持架5因为旋转而在离心力的作用下向径向外侧弹性变形，但是在柱部20变形不大（离心力比较小）的不大于所需转速N的状态下，在该面（滚子引导面42）上通过各列所含有的多个滚子4而被在径向上定位（滚子引导）。若超过所需转速N，则作用于保持架5的离心力变大，柱部20变形较大。在该状态下，对于保持架5而言，主要在圆环部10（参照图2）的外周面19（的一部分19a）上，通过外圈3的内周面而被在径向上定位（外圈引导）。这样，能够相应于保持架5的转速，切换滚子引导与外圈引导。为了进行上述滚子引导与外圈引导，以下针对保持架5具有的结构进行说明。

针对用于滚子引导的结构进行说明。在图3与图4中，柱部20在与滚子4的外周面4b对置的对置面24，具有滚子引导面42。滚子引导面42由形成于对置面24中的靠径向外侧的区域的圆弧面构成。而且，滚子引导面42呈沿着滚子4的外周面4b的形状，并且在为所需转速N以下的状态下与外周面4b之间具有恒定的滚子缝隙d1（参照图4）地对置。在图3中，用网状线表示滚子引导面42。通过该滚子引导面42进行基于滚子4的外周面4b的滚子引导。此外，该滚子引导在保持架5为所需转速N以下的状态下进行。

另外，在图3中，在柱部20的对置面24中的滚子引导面42的径向内侧的区域，形成有非引导面43。非引导面43形成为，与滚子4的外周面4b之间的缝隙d2（参照图4）（与滚子引导面42的缝隙d1相比）变大的面。本实施方式的非引导面43由从滚子引导面42向径向内侧延伸而形成的光面（straight）构成。而且，如图3所示，该非引导面43形成为伴随着朝向柱部20的基部25侧而向径向外侧扩大。即，滚子引导面42随着朝向柱部20的基部25而缩小。

针对用于外圈引导的结构进行说明。图5是图4的V-V向视的剖视图。在图4与图5中，含有圆环部10的外周面19与柱部20的径向外侧的面27的保持架外表面45具有外圈引导面46。本实施方式的外圈引导面46含有圆环部10的外周面19的一部分19a以及柱部20的径向外侧的面27。此外，如图2所示，圆环部10的外周面19具有大径部与小径部19b。上述大径部的径向尺寸较大且为上述一部分19a。上述小径部19b的径向尺寸比大径部小。大径部（一部分19a）与柱部20沿周向以相同间距形成有多个，并且与柱部20的径向外侧的面27连续。沿周向交替形成大径部（一部分19a）与小径部19b。

在图5中，外圈引导面46中的圆环部10的外周面19的一部分19a（大径部）由比外圈3的内周面3c半径稍微小的圆弧面构成，并且在一部分19a（大径部）与上述内周面3c之间，沿周向形成有恒定的径向缝隙d3。此外，保持架5由于高速旋转而使得圆环部10在离心力的作用下稍微向径向外侧变形（扩径）。因此，考虑该变形量来设定上述径向缝隙d3。即，将上述径向缝隙d3设定为，即便保持架5高速旋转而产生扩径，在保持架5与外圈3的内周面3c之间也能够设有微小的缝隙。

另外，外圈引导面46中的柱部20的径向外侧的面27由伴随着朝向柱部20的前端而位于径向内侧的倾斜面构成（参照图5）。即，柱部20的径向外侧的面27成为，伴随着朝向柱部20的前端而与外圈3的内周面3c之间的径向缝隙d4变大的倾斜面。此外，虽然该倾斜面（径向外侧的面27）也可以是直线的倾斜面，但是在本实施方式中，是伴随着朝向前端而倾斜角度发生变化的（变大）倾斜面。而且，若超过所需转速N，则作用于柱部20的离心力变大，从而该柱部20向径向外侧变形。由此，上述径向缝隙d4变小，且通过倾斜面（径向外侧的面27）进行外圈引导。

另外，如上所述，保持架5的柱部20是从圆环部10沿轴向突出的悬臂梁状。对于这种悬臂梁状的柱部20而言，若保持架5的转速超过所需转速N，则离心力变大。由此，柱部20向径向外侧变形（特别是柱部20的前端）。该柱部20的径向外侧的面27是，伴随着朝向前端而与外圈3的内周面3c之间的径向缝隙d4变大的倾斜面。因此，能够防止该径向外侧的面27与外圈3的内周面3c强烈地滑动接触从而产生例如旋转阻力变大的情况。

据此，外圈引导面46所含有的圆环部10的外周面19的一部分19a在超过所需转速N的状态下，圆环部10在离心力的作用下向径向外侧变形（扩径）。由此，圆环部10成为沿着外圈3的内周面3c的形状，并且与该内周面3c之间的径向缝隙d3变小，从而进行基于内周面3c的外圈引导。外圈引导面46所含有的柱部20的径向外侧的面27在超过所需转速N的状态下，柱部20在离心力的作用下向径向外侧变形。由此，柱部20成为沿着外圈3的内周面3c的形状，并且与该内周面3c之间的径向缝隙d4变小，从而进行基于内周面3c的外圈引导。

即，含有圆环部10的外周面19的一部分19a与柱部20的径向外侧的面27的外圈引导面46能够具有在超过所需转速N的状态下沿着外圈3的内周面3c的形状。而且，该外圈引导面46在超过所需转速N的状态下，在离心力的作用下向径向外侧扩大，从而与外圈3的内周面3c之间的径向缝隙d3、d4变小，并且在该外圈引导面46进行基于外圈3的内周面3c的外圈引导。

另外，如上所述，若保持架5超过所需转速N进行高速旋转，则在保持架5中进行外圈引导。针对在所需转速N以下进行的滚子引导进行说明。在超过所需转速N的状态下，柱部20在离心力的作用下向径向外侧变形，从而滚子缝隙d1（参照图4）变大。即，滚子引导面42从滚子4的外周面4b远离。因此，若保持架5超过所需转速N进行高速旋转，则解除滚子引导。由此，若保持架5的转速从所需转速N以下的状态超过所需转速N，则能够从滚子引导向外圈引导切换。

以上，根据本实施方式的保持架5，在保持架5的转速较低且为所需转速N以下的状态下，保持架5通过设置于柱部20的对置面24的滚子引导面42，进行滚子引导。因此，即便考虑保持架5由于转速变高而在离心力的作用下向径向外侧变形（扩大）的情况，将保持架外表面45（圆环部10的外周面19的一部分19a）与外圈3的内周面3c之间的径向缝隙d3设定为较大，在所需转速N以下的低速或者中速旋转时，保持架5也不会晃荡，而稳定地在轴承内被引导。另外，由于本实施方式的滚子引导面42由成为沿着滚子4的外周面4b的形状的圆弧面构成，所以通过滚子引导面42对保持架5稳定地进行滚子引导。

而且，若保持架5的转速超过所需转速N进行高速旋转，则外圈引导面46在离心力的作用下向径向外侧扩大，从而与外圈3的内周面3c之间的径向缝隙d3、d4变小，进而对保持架5进行外圈引导。因此，即使在高速旋转时，保持架5也不会晃荡，而稳定地在轴承内被引导。即，能够在双列滚子轴承1内，将保持架5在从低速旋转至高速旋转的全域内稳定地进行引导。

如以上那样，保持架5的转速在所需转速N以下，进行基于设置于柱部20的对置面24的滚子引导面42的滚子引导。在超过该所需转速N的状态下，进行基于圆环部10的外周面19与柱部20的径向外侧的面27双方的外圈引导。

此外，虽然上述所需转速N根据双列滚子轴承1的大小（直径）而产生变化，但是例如dmn值是600000。此外，dmn值是轴承的PCD（节圆直径）［mm］×旋转速度［min^-1］。

另外，若以图3为参考进行说明，则由于在离心力的作用下向径向外侧变形的柱部20是悬臂梁状，所以在基部25变形量较小，在前部变形量较大。因此，假设设置于柱部20的对置面24的滚子引导面42是遍及柱部20的全长（轴向全长）未产生变化的恒定的圆弧面，则在超过所需转速N切换为外圈引导时，在柱部20的前部26侧，由圆弧面构成的滚子引导面42与滚子4的外周面4b之间的间隔扩大。由此，虽然明确地将滚子引导解除，但是在柱部20的基部25侧，与滚子4的外周面4b的间隔并不怎么变化，残留接近滚子引导的状态。

因此，在本实施方式中，按照上述所述，在柱部20的对置面24中的滚子引导面42的径向内侧的区域，形成有滚子缝隙变大的非引导面43。该非引导面43伴随着朝向柱部20的基部25侧而向径向外侧扩大。因此，即便基部25的变形量小，也能够在该基部25侧扩大与滚子4的外周面4b之间的间隔，并且能够解除滚子引导。即，能够通过保持架5的转速超过所需转速N，从而从滚子引导明确地向外圈引导切换。

另外，由于本实施方式的保持架5是树脂制的，所以与金属制（例如黄铜制）的相比，能够降低旋转阻力，并且噪声低，对应高速旋转的性能较高。此外，虽然保持架有黄铜制（铜合金制）的，但在特别用于高速旋转的环境的情况下，保持架的内周面、外周面以及兜孔面等由于与内圈、外圈以及滚子接触而产生摩耗，会产生磨损粉末。若该磨损粉末混入双列滚子轴承的润滑用的润滑脂中，则有可能造成润滑脂的润滑性能产生劣化，造成轴承烧损、损伤。但是，由于本实施方式的保持架5是树脂制的，所以能够防止由上述那种磨损粉末造成的润滑脂的润滑性能劣化。即，树脂制的保持架5比黄铜制的保持架适于高速旋转。

另外，由于保持架5是梳形的，柱部20是从圆环部10沿轴向突出的悬臂梁状，所以柱部20的前部侧能够某种程度地自由变形。因此，即便双列滚子轴承1旋转，并且因滚子4的超前滞后，使得拉力与压缩力反复作用于保持架5，也能够释放该力，难以产生破损。

另外，本发明的双列滚子轴承以及保持架不限定于图示的方式，也可以是在本发明的范围内的其他方式。例如，在上述实施方式中，对外圈引导面46含有圆环部10的外周面19的一部分19a的情况进行了说明。即，对在保持架5的转速超过所需转速N的状态下因离心力而向径向外侧变形的圆环部10的外周面19的一部分19a作为外圈引导面发挥功能的情况进行了说明。然而，也可以将外周面19的整周作为外圈引导面46。即，只要外圈引导面46含有外周面19的至少一部分19a即可。而且，双列滚子轴承1也可以用于除支承机床的主轴6以外的用途。

根据本发明的树脂制梳形保持架、以及具备该树脂制梳形保持架的双列滚子轴承，能够在保持架的转速较低且为所需转速以下的状态下，通过设置于柱部中的与滚子的外周面对置的对置面的滚子引导面，对保持架进行滚子引导。而且，在保持架的转速超过所需转速的状态下，设置于保持架外表面的外圈引导面在离心力的作用下向径向外侧扩大，从而与外圈的内周面之间的径向缝隙变小，进而对保持架进行外圈引导。这样，能够在双列滚子轴承内，在从低速旋转至高速旋转的全域内稳定地引导树脂制梳形保持架。

Claims (6)

1.一种双列滚子轴承用的树脂制梳形保持架，其组装于双列滚子轴承，并且每列保持多个所述滚子，其中，在所述双列滚子轴承中，所述多个滚子在内圈与外圈之间以双列状态配置，

所述梳形保持架具备圆环部以及多个柱部，其中，所述多个柱部从该圆环部的一侧面沿轴向延伸并且沿周向空开间隔设置，

所述柱部在与所述滚子的外周面对置的对置面具有滚子引导面，该滚子引导面用于在所需转速以下进行基于该外周面的滚子引导，

并且，含有所述圆环部的外周面与所述柱部的径向外侧的面的保持架外表面具有外圈引导面，在超过所述所需转速的状态下，在离心力的作用下所述保持架外表面向径向外侧扩大，由此使所述外圈引导面与所述外圈的内周面之间的径向缝隙变小，从而进行基于该内周面的外圈引导。

2.根据权利要求1所述的双列滚子轴承用的树脂制梳形保持架，其中，

所述滚子引导面形成于所述对置面中的靠径向外侧的区域，并且由在为所述所需转速以下的状态下呈沿着所述滚子的外周面的形状且与该外周面之间具有滚子缝隙地对置的圆弧面构成。

3.根据权利要求2所述的双列滚子轴承用的树脂制梳形保持架，其中，

所述柱部的径向外侧的面是伴随着朝向该柱部的前端而与所述外圈的内周面之间的径向缝隙变大的倾斜面，该倾斜面成为：在超过所述所需转速的状态下在离心力的作用下所述柱部向径向外侧变形，由此使所述径向缝隙变小而进行所述外圈引导的所述外圈引导面，

并且，在超过所述所需转速的状态下，由于在离心力的作用下所述柱部向径向外侧变形，使所述滚子缝隙变大，从而解除所述滚子引导。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的双列滚子轴承用的树脂制梳形保持架，其中，

所述外圈引导面含有所述圆环部的外周面的至少一部分。

5.根据权利要求2或3所述的双列滚子轴承用的树脂制梳形保持架，其中，

在所述柱部的所述对置面中的所述滚子引导面的径向内侧的区域，形成有与所述滚子的外周面之间的缝隙变大的非引导面，所述非引导面伴随着朝向所述柱部的基部侧而向径向外侧扩大。

6.一种双列滚子轴承，其具备内圈、外圈、多个以双列状态配置于所述内圈与外圈之间的滚子、以及多个独立的保持架，在所述保持架中每列保持多个所述滚子，

其中，

所述保持架分别是具备圆环部以及多个柱部的树脂制梳形保持架，多个所述柱部从该圆环部的一侧面沿轴向延伸并且沿周向空开间隔设置，

所述柱部在与所述滚子的外周面对置的对置面具有滚子引导面，该滚子引导面用于在所需转速以下进行基于该外周面的滚子引导，

并且，含有所述圆环部的外周面与所述柱部的径向外侧的面的保持架外表面具有外圈引导面，在超过所述所需转速的状态下，由于在离心力的作用下所述保持架外表面向径向外侧扩大，由此使所述外圈引导面与所述外圈的内周面之间的径向缝隙变小，从而进行基于该内周面的外圈引导。