CN106164512A

CN106164512A - 角接触滚珠轴承

Info

Publication number: CN106164512A
Application number: CN201480076581.5A
Authority: CN
Inventors: 松永恭平; 胜野美昭
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-07-17
Publication date: 2016-11-23
Anticipated expiration: 2034-07-17
Also published as: JPWO2015129064A1; KR20160113258A; WO2015129064A1; CN106164512B; JP6376212B2; TWI567306B; TW201533339A; KR101988706B1

Abstract

保持架(30)是冠型保持架，具有：大致圆环状的环部(31)；从环部(31)的正面侧或者背面侧以预定间隔在轴向突出的多个支柱(32)；以及在相邻的支柱(32)之间形成的多个兜孔部(33)。在保持架(30)中添加有强化材料。滚珠(3)的节圆直径为X，ΔRmax＝X²×5.0×10^‑6+X×1.8×10^‑3+0.14，ΔRmin＝X²×5.5×10^‑6+X×1.5×10^‑3+0.02时，保持架(30)的径向窜动量ΔR为ΔRmin≤ΔR≤ΔRmax。100℃时的保持架(30)的径向相对膨胀量为Δt时，Δt＜ΔRmin。

Description

角接触滚珠轴承

技术领域

本发明涉及角接触滚珠轴承。

背景技术

在数控车床、铣床、加工中心、复合加工机、五轴加工机等机床、主轴箱、安装加工物的底座的直动进给机构中，使用将旋转运动转换为直线运动的滚珠丝杠。作为对该滚珠丝杠的轴端进行旋转支持的轴承，采用角接触球轴承(例如参照专利文献1)。

加工中发生的切削载荷、使主轴箱及底座以急加速移动的情况下的惯性载荷经由滚珠丝杠作为轴向载荷由角接触球轴承负荷。在最近的机床中，出于高效率加工的目的，处于如下倾向：切削载荷、因快速进给而导致的惯性载荷较大，对角接触球轴承负荷较大的轴向载荷。

所以，在这样的滚珠丝杠支承用的角接触滚珠轴承中，为了增加滚动疲劳寿命，需要使轴向的承载容量的增加、与用于维持加工精度的高刚性并存。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-104742号公报

发明内容

本发明欲解决的问题

为了使它们并存，如果加大轴承尺寸、或者增多组合的列数就能够对应，但是，当加大轴承尺寸时，在滚珠丝杠轴端，空间会增加，另外，当将组合的列数轻率地增多时，滚珠丝杠单元部分会成为宽度大的构成。其结果是，机床的必要占用面积增加、高度方向的尺寸增加，因此，轴承的大型化、列数增加存在限度。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种角接触球轴承，能在有限的空间中使轴向的承载容量增加与高刚性并存。

用于解决问题的方案

本发明的上述目的由下述的构成实现。

(1)一种角接触球轴承，包括：

外圈，其在内周面具有滚道面；

内圈，其在外周面具有滚道面；

多个滚珠，其配置在所述外圈与所述内圈的滚道面间；以及

滚珠引导方式的保持架，其将所述滚珠滚动自如地保持，

所述角接触球轴承的特征在于，

在所述内圈的外周面中，凹设在背面侧的内圈沉孔的外径为D1，凸设在正面侧的内圈槽肩部的外径为D2时，D1＜D2，

所述外圈的内周面中，凹设在正面侧的外圈沉孔的内径为D3，凸设在背面侧的外圈槽肩部的内径为D4时，D3＞D4，

所述滚珠的接触角α为45°≤α≤65°，

所述内圈槽肩部的径向高度除以所述滚珠的直径后的结果为Ai时，0.35≤Ai≤0.50，

所述外圈槽肩部的径向高度除以所述滚珠的直径后的结果为Ae时，0.35≤Ae≤0.50，

所述保持架是冠型保持架，具有：大致圆环状的环部；多个支柱，其从所述环部的正面侧或者背面侧以预定间隔在轴向突出；以及多个兜孔部，其形成在相邻的所述支柱之间，

在所述保持架中添加有强化材料，

所述滚珠的节圆直径为X，ΔRmax＝X²×5.0×10^-6+X×1.8×10^-3+0.14，ΔRmin＝X²×5.5×10^-6+X×1.5×10^-3+0.02时，所述保持架的径向窜动量ΔR为ΔRmin≤ΔR≤ΔRmax，

100℃时的所述保持架的径向相对膨胀量为Δt时，Δt＜ΔRmin。

(2)如(1)所述的角接触球轴承，其特征在于，

所述兜孔部的球面中心位置相对于所述环部的径向中心在径向偏离，

所述兜孔部的径向截面形状是任意的半径的圆。

(3)如(1)或(2)所述的角接触球轴承，其特征在于，

所述保持架由聚酰胺树脂构成，

所述强化材料是玻璃纤维，

所述保持架中的所述强化材料的比例是5～30重量％。

发明效果

根据本发明的角接触球轴承，内圈沉孔的外径D1小于内圈槽肩部的外径D2(D1＜D2)，外圈沉孔的内径D3大于外圈槽肩部的内径D4(D3＞D4)，滚珠的接触角α满足45°≤α≤65°。所以，通过增大接触角，从而轴承的轴向载荷的负荷能力增加，能够在更大的预压负荷下使用。其结果是，能够提高轴承，进而提高滚珠丝杠系统的刚性。

另外，由于内圈槽肩部的径向高度除以滚珠的直径后的结果为Ai时，0.35≤Ai≤0.50，外圈槽肩部的径向高度除以滚珠的直径后的结果为Ae时，0.35≤Ae≤0.50，因此能够在防止轴承的轴向载荷的负荷能力不足的同时，使内外圈槽肩部的磨削加工容易。

另外，滚珠的节圆直径为X，ΔRmax＝X²×5.0×10^-6+X×1.8×10^-3+0.14，ΔRmin＝X²×5.5×10^-6+X×1.5×10^-3+0.02时，保持架的径向窜动量ΔR被设定为满足ΔRmin≤ΔR≤ΔRmax。所以，能够防止保持架的径向窜动量大于保持架与内圈及外圈的径向间隙，防止保持架与内圈或者外圈接触的不良。

另外，100℃的保持架的径向相对膨胀量为Δt时，由于Δt＜ΔRmin，因此即使在轴承使用温度上限时，也能够使保持架和滚珠不互相支撑地使用。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的角接触球轴承的剖视图。

图2是将图1的角接触球轴承并列组合的剖视图。

图3是保持架的侧视图。

图4是从轴向一侧观察保持架的图。

图5是从轴向另一侧观察保持架的图。

图6是图4的VI-VI截面向视图。

图7是变形例所涉及的角接触球轴承的剖视图。

图8是从轴向一侧观察变形例所涉及的保持架的图。

图9(a)是保持架的侧视图，(b)是(a)的A-A′截面的IX方向向视图。

图10是示出滚珠的节圆直径、与保持架的径向窜动量及径向相对膨胀量的关系的图表。

图11是示出玻璃纤维含有率与聚酰胺66的线膨胀系数的关系的图表。

附图标记的说明

1：角接触滚珠轴承

3：滚珠

10：外圈

11：滚道面

12：外圈槽肩部

13：外圈沉孔

14：外圈倒角

20：内圈

21：滚道面

22：内圈槽肩部

23：内圈沉孔

24：内圈倒角

30：保持架

31：环部

32：支柱

33：兜孔部

34：缺口部

35：角部

具体实施方式

下面，使用附图说明本发明的实施方式所涉及的角接触滚珠轴承。

如图1所示，本实施方式的角接触球轴承1包括：在内周面具有滚道面11的外圈10；在外周面具有滚道面21的内圈20；配置在外圈10与内圈20的滚道面11、21间的多个滚珠3；以及滚动自如地保持滚珠3的滚珠引导方式的保持架30。

外圈10的内周面具有：在比滚道面11靠背面侧(负荷侧。图1中左侧)的位置凸设外圈槽肩部12；以及在比滚道面11靠正面侧(负荷相反侧。图1中右侧)的位置凹设的外圈沉孔13。

内圈20的外周面具有：在比滚道面21靠正面侧(负荷侧。图1中右侧)的位置凸设内圈槽肩部22；在比滚道面21靠背面侧(负荷相反侧。图1中左侧)的位置凹设的内圈沉孔23。

此处，设内圈沉孔23的外径为D1，内圈槽肩部22的外径为D2时，D1＜D2；且设外圈沉孔13的内径为D3，外圈槽肩部12的内径为D4时，D3＞D4。这样，由于增大内圈槽肩部22的外径D2，减小外圈槽肩部12的内径D4，因此能够将滚珠3的接触角α设定得较大。更具体而言，通过如上所述设定外径D2和内径D4，从而能够使接触角α为45°≤α≤65°左右，即使考虑到轴承制作时的接触角α的偏差，也能够为50°≤α≤60°左右，能够增大接触角α。

另外，设将内圈槽肩部22的径向高度Hi除以滚珠3的直径Da后的结果为Ai(Ai＝Hi/Dw)时，设定为满足0.35≤Ai≤0.50；设将外圈槽肩部12的径向高度He除以滚珠3的直径Da后的结果为Ae(Ae＝He/Dw)时，设定为满足0.35≤Ae≤0.50。

假设在0.35＞Ai或者0.35＞Ae的情况下，由于内圈槽肩部22或者外圈槽肩部12的径向高度Hi、He相对于滚珠3的直径Dw而言变得过小，因此接触角α不到45°，轴承的轴向载荷的负荷能力不足。另外，在0.50＜Ai或者0.50＜Ae的情况下，由于外圈10和内圈20的滚道面11、21被形成为使滚珠3的节圆直径X露出，因此外圈槽肩部12和内圈槽肩部22的磨削加工变得困难，是不期望的。

另外，在外圈槽肩部12的背面侧端部设有随着朝向背面侧而朝向径向外侧的锥形的外圈倒角14，在内圈槽肩部22的正面侧端部设有随着朝向正面侧而朝向径向内侧的锥形的内圈倒角24。这些外圈倒角14和内圈倒角24的径向宽度大于外圈槽肩部12和内圈槽肩部22的径向高度He、Hi的一半，被设定为比较大的值。

这样的角接触球轴承1如图2所示，能够并列组合来使用。由于本实施方式的角接触球轴承1将外圈槽肩部12和内圈槽肩部22设置到滚珠3的节圆直径X的附近，因此，假设不设置外圈倒角14和内圈倒角24时，那么一个角接触球轴承1的内圈20与另一个角接触球轴承1的外圈10会干涉，在轴承旋转中会产生不良状况。另外，在油润滑下使用的情况下，假设不设置外圈倒角14和内圈倒角24，那么油不会在各角接触球轴承1间通过，油排出变差，会关系到润滑不良、油大量残留在轴承内部而导致的温度上升。这样，通过设置有外圈倒角14和内圈倒角24，从而能够实现内圈20与外圈10彼此的干涉的防止、及油排出性的提高。此外，外圈倒角14和内圈倒角24这两者不一定都需要设置，设有至少一者即可。

接下来，参照图3～6详细说明保持架30的构成。保持架30是由合成树脂构成的滚珠导向方式的塑料保持架，构成该保持架30的基体树脂是聚酰胺树脂。此外，聚酰胺树脂的种类没有限制，除了聚酰胺以外，也可以是聚缩醛树脂、聚醚醚酮、聚酰亚胺等、其他合成树脂。并且，在基体树脂中，作为强化材料，添加有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。另外，保持架30是通过注射模塑成型或切削加工而制造的。

保持架30是冠型保持架，具有：与内圈20及外圈10同轴配置的大致圆环状的环部31(参照图1)；从环部31的背面侧以预定间隔向轴向突出的多个支柱32；以及在相邻的支柱32之间形成的多个兜孔部33。

此处，在本实施方式的角接触球轴承1中，为了实现轴向载荷的高负荷能力，增大了外圈槽肩部12和内圈槽肩部22的径向高度He、Hi，因此轴承内部空间减小。所以，在这样的轴承内部空间配置的保持架30是冠型保持架(单侧环构造)的情况下，为如下构造：在外圈沉孔13与内圈槽肩部22之间配置环部31，在外圈10与内圈20的滚道面11、21间配置支柱32，环部31与支柱32的径向外侧端部连接。即，兜孔部33的球面中心位置的构造为：相对于环部31的径向中心向径向内侧偏离。此外，兜孔部33的径向截面形状为任意的半径r的圆。

另外，如图6所示，形成兜孔部33的支柱32的周向两个侧面、及环部31的背面侧(支柱32侧)的侧面被形成为与滚珠3相似形状的球面状。此处，支柱32的末端在周向中间设置有截面大致V形的缺口部34，分开为两股。由此，在通过注射成型来制造保持架30时，能够防止因勉强将形成兜孔部33的模具零件拔出而导致的、支柱32的兜孔部33侧的角部35的破损。

此外，兜孔部33的球面中心位置不限于相对于环部31的径向中心向径向内侧偏离的构成，也可以如图7和图8所示，是向径向外侧偏离的构造。即，构造也可以是：在外圈槽肩部12与内圈沉孔23之间配置环部31，在外圈10和内圈20的滚道面11、21间配置支柱32，环部31与支柱32的径向内侧端部连接。此外，即使在该情况下，由于支柱32的末端在周向中间设有缺口部34并分开为两股，因此，在通过注射成型来制造保持架30时，能够防止因勉强将形成兜孔部33的模具零件拔出而导致的、支柱32的兜孔部33侧的角部35的破损。

另外，在保持架30材料的合成树脂中添加的强化材料的比例优选为5～30％。假设合成树脂成分中的强化材料的比例超过30％，保持架30的柔软性会降低，因此，在保持架30成型时从兜孔部33勉强拔出模具时、组装轴承时向兜孔部33压入滚珠3时，支柱32的角部35会破损。另外，保持架30的热膨胀取决于基体材料即树脂材料的线膨胀系数，因此，当强化材料的比例少于5％时，轴承旋转中的保持架30的热膨胀相对于滚珠3的节圆直径dm的膨胀而言变大，滚珠3与保持架30的兜孔部33会彼此支撑，会引起烧伤等不良。因此，通过使合成树脂成分中的强化材料的比例为5～30重量％的范围，从而能够防止上述不良。

另外，在如本实施方式的角接触球轴承1这样，为了维持较大的接触角α而分别将外圈槽肩部12及内圈槽肩部22的径向高度He、Hi增高到滚珠3的节圆直径X附近的情况下，外圈10及内圈20间的径向空间变窄，位于外圈10及内圈20间的空间中的保持架30的环部31的径向壁厚不能相对于标准轴承而言制作得较厚。特别是在冠形保持架的情况下，由于仅在保持架30的轴向一方侧存在环部31，因此，担心因壁厚不足而导致的环部31的强度降低。

为了补偿环部31的强度降低，将环部31的径向壁厚加厚至外圈10和内圈20附近，“保持架30的径向窜动量＞保持架30与内圈20及外圈10间的径向间隙”，虽然是滚珠引导方式，可是会产生环部31与外圈10或者内圈20接触的不良。特别是，在滚珠引导方式的情况下，由于没有设想到保持架30与外圈10及内圈20接触，外圈10的内周面和内圈20的外周面的面粗糙度、形状精度不怎么好，因此有可能由于与该部分接触而使保持架30磨损、破损。

所以，需要在适当保持环部31的壁厚的同时，根据保持架30与外圈10及内圈20的径向间隙，来使以半径间隙定义的保持架30的径向窜动量ΔR的上限值Δrmax为特定值以下。

此处，滚珠引导方式的保持架30的径向窜动量ΔR如图9所示，由兜孔部33的径向内侧的滚珠3与兜孔部33的径向间隙ΔRi、或者径向外侧的滚珠3与兜孔部33的径向间隙ΔRe中的较小者决定{ΔR＝min(ΔRe,ΔRi)}。然而，径向窜动量ΔR由于保持架30的加工精度的偏差而会在某一范围偏离。特别是在注射成型树脂保持架的情况下，除了成型模具的尺寸精度外，还有成型时的尺寸误差，偏差度有变大的倾向。

这样，本实施方式的角接触球轴承1与一般的轴承不同，由于正面侧或者背面侧的内圈20与外圈10之间的空间狭小，因此，为了增大用于确保润滑脂封入量的轴承内部空间，保持架30的形状具有单侧环构造的特别构造。所以，需要决定保持架30的径向间隙，使得在为了确保环部31的强度而将环部31的径向壁厚尽可能加厚的同时，且不与内圈20或者外圈10干涉。另外，决定保持架30的径向间隙，使得能够防止随着保持架30的径向窜动量ΔR变得过剩而导致的保持架30的振动等弊病(保持架噪音等)。因此，在设定了能够防止保持架30与外圈10或者内圈20干涉的径向窜动量ΔR的最大值即上限值ΔRmax的情况下，通过各种分析和实验验证，ΔRmax＝X²×5.0×10^-6+X×1.8×10^-3+0.14(其中，X为滚珠3的节圆直径)。这样，通过将保持架30的径向窜动量ΔR设定为满足ΔR≤ΔRmax，从而能够防止保持架30的径向窜动量ΔR大于保持架30与外圈10或者内圈20的径向间隙，防止保持架30与外圈10或者内圈20接触的不良。

另外，通过各种分析和实验验证，径向窜动量ΔR的下限值ΔRmin被设定为ΔRmin＝X²×5.5×10^-6+X×1.5×10^-3+0.02。假设，ΔRmin＝0的情况下，保持架30与滚珠3会互相支撑。所以，作为保持架30和滚珠3不会互相支撑而发挥作为保持架30的性能而需要的最小径向间隙，设定了ΔRmin，该性能是在轴承旋转中不会产生异常发热、力矩不均匀、过大力矩而能够将滚珠3滚动自如地保持并引导的性能。

另外，优选的是保持架30由聚酰胺树脂构成，强化材料为玻璃纤维，该玻璃纤维的添加量设定为5～30重量％的范围。通过这样，如图10所示，在滚珠节圆直径φ34mm～φ93mm的范围内，在轴承温度为使用最高温度的100℃下，“保持架30的径向窜动量ΔR的下限值ΔRmin＞保持架30的径向相对膨胀量Δt”，能够防止滚珠3与保持架30的兜孔部33的支撑所导致的不良(力矩增加、兜孔部磨损、保持架破损、烧伤等)。此处，保持架30的径向相对膨胀量Δt是指保持架30相对于外圈10、内圈20、滚珠3的径向相对膨胀量(因材质的差异而产生的相对膨胀量)，以半径间隙定义。

此外，在图10中，随着玻璃纤维的添加量增加，保持架30的径向相对膨胀量Δt减少。这是聚酰胺的如下性质决定的：随着其成分中的玻璃纤维的比例增加，线膨胀系数变小。

另外，在本实施方式中，保持架30为聚酰胺树脂，将玻璃纤维的添加量设定为5～30重量％的范围，满足“保持架30的径向窜动量ΔR的下限值ΔRmin＞保持架30的径向相对膨胀量Δt”的关系，但只要是满足该关系式的材料即可，也可以代替聚酰胺，而适用聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚酰亚胺等树脂，作为强化材料，也可以使用适量添加了碳纤维、芳纶纤维等的合成树脂。

接下来，使用实施例示出对保持架30的材料使用聚酰胺66、且作为强化材料添加了玻璃纤维的情况下的，聚酰胺66中的玻璃纤维含有率的下限。在图11示出玻璃纤维含有率与聚酰胺66的线膨胀系数的关系。这样，聚酰胺66具有随着其成分中的玻璃纤维含有率的增加，而线膨胀系数减小的性质。

(实施例1)

在轴承内径(d)Φ30mm、轴承外径(D)Φ62mm、滚珠节圆直径(W)Φ47mm的角接触球轴承1中，由于ΔRmax≈0.24mm，ΔRmin≈0.10mm，因此图9所示的保持架30的径向窜动量ΔR{ΔR＝min(ΔRe,ΔRi)}设定为0.10mm≤ΔR≤0.24mm。

假设径向窜动量ΔR超过上限值即0.24mm，那么保持架30的径向窜动量ΔR变大，有保持架30与内外圈接触的不良。如果将保持架30的环部31的壁厚减薄，那么虽然变得难以接触，但保持架30的环部31的强度下降，在使用中有可能断裂。

另外，由于机床、电动注射成型机等使用本发明的角接触球轴承1的用途中的轴承温度上限为100℃，因此室温为20℃时，温差ΔT为80℃。使用温度为100℃时的保持架30的径向相对膨胀量Δt与玻璃纤维含有率的关系在表1中示出。

[表1]

玻璃纤维含有率	径向相对膨胀量Δt(mm)
		0	0.11
5wt.％	0.09
		10wt.％	0.07
15wt.％	0.05
		20wt.％	0.03
30wt.％	0.02

由表1可知，玻璃纤维含有率为5重量％以上时，“保持架30的径向窜动量ΔR的下限值ΔRmin＞保持架30的径向相对膨胀量Δt”，在轴承使用温度上限即100℃时，能够使保持架30与滚珠3不互相支撑地使用。所以，在为了如角接触球轴承1那样增大接触角d，而将外圈槽肩部12和内圈槽肩部22增大到滚珠3的节圆直径X附近的情况下，也鉴于保持架30的强度，强化材料的添加量的比例为不可缺少的构成。

(实施例2)

在轴承内径(d)Φ60mm、轴承外径(D)Φ120mm、滚珠节圆直径(W)Φ93mm的角接触球轴承1中，由于ΔRmax≈0.36mm，ΔRmin≈0.21mm，因此图9所示的保持架30的径向窜动量ΔR设定为0.21mm≤ΔR≤0.36mm。与实施例1同样，使用温度为100℃时的保持架30的径向相对膨胀量Δt与玻璃纤维含有率的关系在表2中示出。

[表2]

玻璃纤维含有率	径向相对膨胀量Δt(mm)
		0	0.23
5wt.％	0.18
		10wt.％	0.14
15wt.％	0.10
		20wt.％	0.07
30wt.％	0.04

由表2可知，玻璃纤维含有率为5重量％以上时，“保持架30的径向窜动量ΔR的下限值ΔRmin＞保持架30的径向相对膨胀量Δt”，在轴承使用温度上限即100℃时，能够使保持架30与滚珠3不互相支撑地使用。

如上所述，可知优选的是，保持架30材料的合成树脂中的强化纤维含有率的下限为5重量％。

此外，本发明不限于上述的实施方式，能够适当进行变更、改良等。

另外，本申请基于2014年2月27日申请的日本专利申请2014-037087，其内容作为参照并入本文。

Claims

1.一种角接触球轴承，包括：

外圈，其在内周面具有滚道面；

内圈，其在外周面具有滚道面；

多个滚珠，其配置在所述外圈与所述内圈的滚道面间；以及

滚珠引导方式的保持架，其将所述滚珠滚动自如地保持，

所述角接触球轴承的特征在于，

所述滚珠的接触角α为45°≤α≤65°，

所述内圈槽肩部的径向高度除以所述滚珠的直径为Ai时，0.35≤Ai≤0.50，

所述外圈槽肩部的径向高度除以所述滚珠的直径为Ae时，0.35≤Ae≤0.50，

在所述保持架中添加有强化材料，

所述滚珠的节圆直径为X，ΔRmax＝X²×5.0×10^-6+X×1.8×10^-3+0.14，ΔRmin＝X²×5.5×10^-6+X×1.5×10^-3+0.02时，所述保持架的径向窜动量ΔR为ΔRmin≤ΔR≤ΔRmax，100℃下的所述保持架的径向相对膨胀量为Δt时，Δt＜ΔRmin。

2.如权利要求1所述的角接触球轴承，其特征在于，

所述兜孔部的径向截面形状是任意半径的圆。

3.如权利要求1或2所述的角接触球轴承，其特征在于，

所述保持架由聚酰胺树脂构成，

所述强化材料是玻璃纤维，

所述保持架中的所述强化材料的比例是5～30重量％。