CN105156467A - 一种电主轴用双列浮动变位混合轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电主轴用双列浮动变位混合轴承，包括：内圈、外圈、圆柱滚子、钢球和保持架；内圈、外圈以及保持架均为环形结构，且内圈、外圈和保持架同心设置；内圈上具有朝向外圈的凸起，凸起与内圈组成两个U型卡槽；保持架设置于外圈和内圈之间；保持架上设置有两列滚动体安装孔，所述滚动体安装孔由多个交替分布的长方形兜孔和球形兜孔组成，且两列滚动体安装孔错位布置；圆柱滚子设置于长方形兜孔中，钢球设置于球形兜孔中；球形兜孔和长方形兜孔的中心分布于同一圆周面上，圆周面称为第一中心圆面。本发明提供的电主轴用双列浮动变位混合轴承具有承载能力极高、使用寿命长、安全性高、易于加工、极限转速高等优点。

Description

一种电主轴用双列浮动变位混合轴承

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，具体地说涉及一种电主轴用双列浮动变位混合轴承。

背景技术

轴承(Bearing)是当代机械设备中一种重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。滚动轴承一般由外圈、内圈、滚动体和保持架四部分组成。按滚动体的形状，滚动轴承分为球轴承和滚子轴承两大类。

浮动变位轴承是一种特殊的轴承，它具有内圈和外圈之间可以进行自由变位的特点，并且其可以达到高速角接触球轴承的转速。这个速度比普通圆柱滚子轴承转速的两倍还要高。由于浮动变位轴承具有高转速和自由变位的特点，使之特别适用于电主轴。

图1是传统的浮动变位轴承的侧面剖视图。如图1所示，该浮动变位轴承包括由外圈1、内圈2、钢球3、保持架4组成。其中外圈为球轴承的外圈，内圈是圆柱滚子轴承的内圈，钢球为标准的滚动体。这种设计保证了在运转时内圈相对外圈能自由浮动，且钢球的存在使其转速能够达到电主轴的使用要求。受其结构设计制约(主要是轴承中采用钢球结构)，这种浮动变位轴承存在承载能力低的缺陷，在浮动变位轴承领域，低承载是难以克服的缺陷。而若将钢球替换为圆柱滚子，虽然可以显著提高这种浮动变位轴承的承载能力。但是在解决了承载能力缺陷的同时，会带来新的问题，即采用圆柱滚子结构，会使得轴承的极限转速降低，这种浮动变位轴承就达不到电主轴所要求的转速，因此，不是通过直接将钢球更换为圆柱滚子就能够实现优化，所以，目前电主轴中使用的浮动变位轴承都是钢球结构。

因此，现有急需一种既具有较大的承载能力，又具有较高转速的浮动变位轴承。

发明内容

针对现有的浮动变位轴承存在的缺陷，本发明提供一种电主轴用双列浮动变位混合轴承。

根据本发明的一个方面，提供一种电主轴用双列浮动变位混合轴承，所述双列浮动变位混合轴承包括：内圈、外圈、圆柱滚子、钢球和保持架；

所述内圈、所述外圈以及所述保持架均为环形结构，且所述内圈、外圈和所述保持架同心设置；

所述内圈滚道上具有朝向所述外圈方向的凸起，所述凸起与所述内圈组成两个U型卡槽结构，分别为第一U型卡槽和第二U型卡槽；

所述保持架设置于所述外圈和所述内圈之间；所述保持架的内边缘与所述内圈同侧，所述保持架的外边缘与所述外圈同侧；

所述保持架上设置有两列滚动体安装孔，分别为第一列滚动体安装孔和第二列滚动体安装孔；

所述第一列滚动体安装孔与第一U型卡槽结构相对应，所述第二列滚动体安装孔与第二U型卡槽结构相对应；

所述的滚动体安装孔由多个交替分布的长方形兜孔和球形兜孔组成，所述长方形兜孔的长边垂直于所述保持架所在回转平面；

所述的第一列滚动体安装孔与所述的第二列滚动体安装孔错位布置；

所述圆柱滚子设置于所述长方形兜孔中，所述圆柱滚子转动轴线与所述双列浮动变位混合轴承轴线平行，所述钢球设置于所述球形兜孔中；

所述滚动体安装孔的球形兜孔和长方形兜孔的中心分布于同一圆周面上，所述圆周面称为第一中心圆面。

根据本发明的一个具体实施方式，所述钢球和/或所述圆柱滚子采用轴承钢或氮化硅材料制备。

根据本发明的另一个具体实施方式，所述圆柱滚子两底面分别为对称凸起的鼓型或锥形圆柱滚子。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述保持架采用黄铜或PEEK工程塑料(聚醚醚酮树脂)制备而成。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述保持架的内边缘的直径等于所述第一中心圆面的直径与0.48～0.53倍所述钢球直径之差。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述保持架的外边缘的直径等于所述第一中心圆面的直径与0.48～0.53倍所述圆柱滚子直径之和。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述保持架的外边缘的两侧朝向所述外圈方向设置有凸台结构。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述凸台直径为所述第一中心圆面的直径与0.70～0.74倍所述钢球的直径之和。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述凸台与保持架的外边缘组成的第三U型卡槽的宽度为所述圆柱滚子的长度的2.12～2.2倍。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述保持架的宽度是所述圆柱滚子长度的2.6～3倍。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述保持架的外边缘上的圆形孔的直径比所述钢球的直径小0.2mm～0.4mm。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述保持架的外边缘上的长方形孔的周向宽度比所述圆柱滚子的直径小0.2mm～0.3mm。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述保持架的内边缘上的长方形孔的轴向宽度为所述圆柱滚子的直径的0.87～0.92倍。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述球形兜孔与所述长方形兜孔数量相等且均为偶数。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述外滚道为圆柱面。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述所述钢球直径和所述圆柱滚子直径相等。

本发明提供的双列浮动变位混合轴承将圆柱滚子与钢球相结合，使圆柱滚子和钢球对轴承进行共同引导；同时，通过优化钢球、圆柱滚子和滚道、保持架的关系，使得本发明提供的电主轴用双列浮动变位混合轴承不但提高了传统浮动变位轴承的承载能力、使用寿命和安全性，而且该浮动变位混合轴承的极限速度仍可与传统的浮动变位轴承相当。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1所示为传统的浮动变位轴承的侧面剖视图；

图2所示为本发明提供的电主轴用双列浮动变位混合轴承的侧面剖视图；

图3所示为本发明提供的电主轴用双列浮动变位混合轴承的保持架的正面剖视图；

图4所示为本发明提供的电主轴用双列浮动变位混合轴承的保持架的侧面剖视图；

图5所示为本发明提供的电主轴用双列浮动变位混合轴承的结构示意图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

附图标记如以下表格中所示：

具体实施方式

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

参考图2和图5，本发明提供的电主轴用双列浮动变位混合轴承包括：内圈2、外圈1、圆柱滚子3、钢球5和保持架4。所述内圈2、所述外圈1以及所述保持架4均为环形结构，且所述内圈2、外圈1和所述保持架4同心设置。

所述内圈2滚道上具有朝向所述外圈1方向的凸起，所述凸起与所述内圈组成两个U型卡槽结构，分别为第一U型卡槽和第二U型卡槽，所述第一U型卡槽21和第二U型卡槽22如图2所示。参考图2，所述外圈的外滚道11采用圆柱面，这种结构可以同时为圆柱滚子和钢球提供引导面，进而降低了加工难度，改变了传统浮动变位轴承的外圈设置钢球滚道的设计理念，如图1。

相对于图1中的结构，本实施例中的钢球与内外圈的接触方式、引导方式都有了很明显的改进，且能够同时适应钢球和圆柱滚子引导的需要。

所述保持架4设置于所述外圈1和所述内圈2之间；所述保持架4的内边缘与所述内圈2同侧，所述保持架4的外边缘与所述外圈1同侧，即外圈位于外侧，内圈位于内侧，保持架位于中间。可选的，所述保持架4采用黄铜或PEEK工程塑料制备而成。由于PEEK工程塑料的密度远远小于黄铜的密度，可有效减小轴承高速运转的离心力，使浮动变位混合轴承的极限转速进一步提升，达到采用单列钢球设计的浮动变动轴承极限转速。因此，优选的，采用PEEK工程塑料制备制备保持架4。

参考图3和图4，在所述保持架4上设置有两列滚动体安装孔，分别为第一列滚动体安装孔和第二列滚动体安装孔。所述第一列滚动体安装孔与第一U型卡槽相对应，所述第二列滚动体安装孔与第二U型卡槽相对应。所述的滚动体安装孔由多个交替分布的长方形兜孔44和球形兜孔45组成，且所述的第一列滚动体安装孔与所述的第二列滚动体安装孔错位布置。为便于描述，将长方形兜孔中与圆柱滚子转动轴线方向一致的一边称为长边，与保持架端面平行的一边称为宽边，所述长方形兜孔44的长边垂直于所述保持架4所在回转平面。为了使轴承的承载能力、使用寿命、安全性和速度都能达到最优，优选的，所述球形兜孔45与所述长方形兜孔44数量相等且均为偶数，形成图4中所示的样式。

如图2所示，球形兜孔的中心分布圆周和长方形兜孔的中心分布圆周重合，即所述球形兜孔45和所述长方形兜孔44的中心分布于同一圆周面上，所述圆周面称为第一中心圆面D1，形成共同的回转中心。

所述圆柱滚子3设置于所述长方形兜孔44中，所述钢球5设置于所述球形兜孔45中，作为最佳的方式，圆柱滚子3和钢球5的直径相同。所述保持架4的宽度是所述圆柱滚子3长度的2.6～3倍。优选的，所述保持架4的宽度是所述圆柱滚子3长度的2.8倍，保证转速、强度和离心力的最佳。

为了有效降低圆柱滚子3与钢球5高速运转时产生的巨大离心力，并有效减小轴承内部的摩擦和磨损，使双列浮动变位混合轴承的极限转速显著提升，可选的，所述钢球5和/或所述圆柱滚子3采用轴承钢GCr15或氮化硅Si₃N₄材料制备。为了进一步提升效果，优选的，采用氮化硅Si₃N₄材料制备钢球5和/或圆柱滚子3。

为了使圆柱滚子3能够更稳定地安装在保持架4上的长方形兜孔44内，可选的，所述圆柱滚子3两底面分别为对称凸起的鼓型或锥形的圆柱滚子，有效降低侧面的转动阻力，并提高安装性能。更为优选的，经实践检验，采用鼓型圆柱滚子3可以达到更好的安装和使用效果。

所述保持架4的内边缘的直径等于所述第一中心圆面D1的直径与0.48～0.53倍所述钢球直径之差。优选的，所述保持架4的内边缘的直径等于所述第一中心圆面D1的直径与0.5倍所述钢球直径之差。所述保持架4的外边缘的直径等于所述第一中心圆面D1的直径与0.48～0.53倍所述圆柱滚子直径之和。优选的，所述保持架4的外边缘的直径等于所述第一中心圆面D1的直径与0.5倍所述圆柱滚子直径之和。当保持架4的直径在上述的数值范围内时，可以在保持轴承寿命的同时使之达到最佳的工作状态。

所述保持架4的外边缘上的圆形孔的直径比所述钢球5的直径小0.2mm～0.4mm。优选的，所述保持架4的外边缘上的圆形孔的直径比所述钢球5的直径小0.3mm。所述保持架4的外边缘上的长方形孔的宽度比所述圆柱滚子3的直径小0.2mm～0.3mm。优选的，所述保持架4的外边缘上的长方形孔的宽度比所述圆柱滚子3的直径小0.25mm。所述保持架4的内边缘上的长方形孔的宽度为所述圆柱滚子3的直径的0.87～0.92倍。优选的，所述保持架4的内边缘上的长方形孔的宽度为所述圆柱滚子3的直径的0.9倍。保持架4的内边缘和外边缘上的开孔(圆形孔和长方形孔)的尺寸，在上述数据范围内时，可以使圆柱滚子3和钢球5的安装更稳定，轴承的工作效率更高。可以理解，上述优选的数值可以达到最优效果。

在所述保持架4的外边缘的两侧朝所述外圈1方向外延伸设置有凸台结构，如图4所示凸台43。从图4中还可以看出，所述凸台43与保持架4的外边缘组成了第三U型卡槽。第三U型卡槽与第一U型卡槽、第二U型卡槽方向形状类似。所述凸台43直径为所述第一中心圆面D1的直径与0.70～0.74倍所述钢球的直径之和。优选的，所述凸台43直径为所述第一中心圆面D1的直径与0.72倍所述钢球的直径之和。

所述凸台43与保持架4的外边缘组成的第三U型卡槽的宽度为所述圆柱滚子3的长度的2.12～2.2倍。优选的，所述第三U型卡槽的宽度为所述圆柱滚子3的长度的2.16倍。

综上，本发明提供的双列浮动变位混合轴承，将传统的单列的，钢球引导型的浮动变位轴承的改变为双列的，钢球与圆柱滚子共同引导型的浮动变位轴承。经实践检验，本发明提供的双列浮动变位混合轴承的承载能力较之传统浮动变位轴承有了明显的提高，且极限转速与传统的图1中钢球式浮动变位轴承的极限转速接近。此外，将传统的外滚道由球面变成圆柱面，可以同时为圆柱滚子和钢球提供引导面，降低了加工难度。故而，本发明提供的浮动变位混合轴承具有承载能力极高、使用寿命长、安全性高、易于加工、极限转速高等综合性能上的优点。

虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。

此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims (10)

1.一种电主轴用双列浮动变位混合轴承，其特征在于，所述双列浮动变位混合轴承包括：内圈、外圈、圆柱滚子、钢球和保持架；

所述内圈、所述外圈以及所述保持架均为环形结构，且所述内圈、外圈和所述保持架同心设置；

所述内圈滚道上具有朝向所述外圈方向的凸起，所述凸起与所述内圈组成两个U型卡槽结构，分别为第一U型卡槽和第二U型卡槽；

所述保持架设置于所述外圈和所述内圈之间；所述保持架的内边缘与所述内圈同侧，所述保持架的外边缘与所述外圈同侧；

所述保持架上设置有两列滚动体安装孔，分别为第一列滚动体安装孔和第二列滚动体安装孔；

所述第一列滚动体安装孔与第一U型卡槽结构相对应，所述第二列滚动体安装孔与第二U型卡槽结构相对应；

所述的滚动体安装孔由多个交替分布的长方形兜孔和球形兜孔组成，所述长方形兜孔的长边垂直于所述保持架所在回转平面；

所述的第一列滚动体安装孔与所述的第二列滚动体安装孔错位布置；

所述圆柱滚子设置于所述长方形兜孔中，所述圆柱滚子转动轴线与所述双列浮动变位混合轴承轴线平行，所述钢球设置于所述球形兜孔中；

所述滚动体安装孔的球形兜孔和长方形兜孔的中心分布于同一圆周面上，所述圆周面称为第一中心圆面。

2.根据权利要求1所述的一种电主轴用双列浮动变位混合轴承，其特征在于，所述保持架的内边缘的直径等于所述第一中心圆面的直径与0.48～0.53倍所述钢球直径之差。

3.根据权利要求1或2所述的一种电主轴用双列浮动变位混合轴承，其特征在于，所述保持架的外边缘的直径等于所述第一中心圆面的直径与0.48～0.53倍所述圆柱滚子直径之和。

4.根据权利要求1所述的一种电主轴用双列浮动变位混合轴承，其特征在于，所述保持架外边缘的两侧朝向所述外圈方向设置有凸台结构。

5.根据权利要求4所述的一种电主轴用双列浮动变位混合轴承，其特征在于，所述凸台直径为所述第一中心圆面的直径与0.70～0.74倍所述钢球的直径之和。

6.根据权利要求4所述的一种电主轴用双列浮动变位混合轴承，其特征在于，所述凸台与保持架的外边缘组成的第三U型卡槽的宽度为所述圆柱滚子的长度的2.12～2.2倍。

7.根据权利要求1所述的一种电主轴用双列浮动变位混合轴承，其特征在于，所述保持架的宽度是所述圆柱滚子长度的2.6～3倍。

8.根据权利要求1所述的一种电主轴用双列浮动变位混合轴承，其特征在于，所述保持架的外边缘上的圆形孔的直径比所述钢球的直径小0.2mm～0.4mm。

9.根据权利要求1所述的一种电主轴用双列浮动变位混合轴承，其特征在于，所述保持架的外边缘上的长方形孔的周向宽度比所述圆柱滚子的直径小0.2mm～0.3mm。

10.根据权利要求1所述的一种电主轴用双列浮动变位混合轴承，其特征在于，所述保持架的内边缘上的长方形孔的周向宽度为所述圆柱滚子的直径的0.87～0.92倍。