CN106795915A - 合成树脂制保持器以及滚珠轴承 - Google Patents

合成树脂制保持器以及滚珠轴承 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种轴承旋转中的滚珠的延迟或者超前所引起的破损难以产生的合成树脂制保持器。在合成树脂制的两片环状体(9)的各对置面(10)，沿周向拉开间隔地形成有收纳滚珠(3)的多个兜孔(11)，各环状体(9)由形成各兜孔(11)的内表面的向轴向凹陷地弯曲的弧状的兜孔壁部(12)、以及连结相邻兜孔壁部(12)彼此的平板状的连结板部(13)构成，其中，将连结板部(13)的轴向的厚度(A)形成为滚珠(3)的直径的30％以下，将兜孔壁部(12)在兜孔(11)的最深位置(11a)处的厚度(B)形成为滚珠(3)的直径的10％以下。

Description

合成树脂制保持器以及滚珠轴承
技术领域
本发明涉及合成树脂制保持器、以及使用其合成树脂制保持器的滚珠轴承。
背景技术
通常情况下，滚珠轴承由内圈、外圈、在内圈与外圈之间沿周向拉开间隔而设置的多个滚珠以及保持该滚珠的保持器构成。而且，在马达用的滚珠轴承中，虽然大多采用刚性高的金属制保持器，但是在近年来，开始经常采用静音性能比金属制保持器高的轻型合成树脂制保持器。
作为合成树脂制保持器，例如，公知下述专利文献1、2所记载的保持器。该合成树脂制保持器由在轴向对置的两片合成树脂制的环状体构成，在该两片环状体的各对置面，沿周向拉开间隔形成有收纳滚珠的多个兜孔。
专利文献1：日本特开2006-226448号公报
专利文献2：日本特开2008-064157号公报
专利文献1的合成树脂制保持器由两片环状体构成，上述两片环状体由形成收纳滚珠的兜孔的内表面的向轴向凹陷弯曲的弧状的兜孔壁部、以及连结相邻的兜孔壁部彼此的平板状的连结板部构成。该两片环状体在通常情况下，对在聚酰胺等热塑性树脂添加了20～30重量％的玻璃纤维等纤维强化材料的物质进行注射成形而制造出。
在该合成树脂制保持器中，以往，连结板部的轴向的厚度被设定为滚珠的直径的32～33％左右，兜孔壁部的厚度被设定为滚珠的直径的12～15％程度。
另一方面，合成树脂制保持器与金属制的保持器相比，强度易于降低。因此，为了提高合成树脂制保持器的强度，提出将构成合成树脂制保持器的两片环状体的厚度设定得大的方案。例如，在专利文献2中，为了提高合成树脂制保持器的强度，以连结相邻的兜孔壁部之间的方式设置与连结板部一体形成的加强壁。若设置该加强壁，则各环状体的实际的轴向厚度会变大，所以合成树脂制保持器的强度提高。
然而，本申请的发明者在设计如上述那样由两片环状体构成的合成树脂制保持器时，为了有效地防止由在轴承旋转中所产生的应力所引起的保持器的破损，对什么形状的保持器最为合适进行了研究。而且，针对将兜孔壁部以及连结板部的轴向的厚度进行了各种变更的环状体，进行FEM解析(有限要素法解析)，并对其解析结果进行了研究。
该研究的结果可知，以往为了提高保持器的强度，而将构成保持器的两片环状体的厚度设定得大是通常的想法，但是与此相反，若将两片环状体的厚度设定得小，则应力集中不易产生，作为结果，能够有效地防止由轴承旋转中所产生的应力引起的保持器的破损。
该理由可考虑如下。即，轴承旋转中，在滚珠与保持器之间，因滚珠的延迟或者超前，而作用有周向的按压力。此时，若如以往那样，将两片环状体的厚度设定得大，则保持器的各部位的刚性会提高，与此相应地，在具有比较易于变形的形状的部位(例如，兜孔壁部与连结板部连接的弯曲形状的部位、兜孔壁部中的兜孔的最深的部位)，应力会变得易于集中。另一方面，若与以往相反，将两片环状体的厚度设定得小，则在因滚珠的延迟或者超前而周向的按压力施加于保持器时，其按压力引起的应力被分散于各部位，应力集中不易产生，其结果，保持器的破损不易产生。
发明内容
本发明所要解决的课题为提供一种难以产生轴承旋转中的滚珠的延迟或者超前所引起的破损的合成树脂制保持器。
为了解决上述的课题，在本发明中，提供以下构成的合成树脂制保持器。
具有在轴向对置的合成树脂制的两片环状体，
收纳滚珠的多个兜孔沿周向拉开间隔地形成在上述两片环状体的各对置面，
各上述环状体由弧状的兜孔壁部以及平板状的连结板部构成，上述兜孔形成各上述兜孔的内表面且向轴向凹陷地弯曲，上述连结板部连接相邻的兜孔壁部彼此，
上述合成树脂制保持器的特征在于，
将上述连结板部的轴向的厚度形成为上述滚珠的直径的30％以下，
将上述兜孔壁部在上述兜孔的最深位置处的厚度形成为上述滚珠的直径的10％以下。
这样，由于构成保持器的两片环状体的厚度小，所以在因滚珠的延迟或者超前而周向的按压力施加于保持器时，保持器柔软地变形而分散应力，从而能够防止应力集中。因此，难以产生由轴承旋转中的滚珠的延迟或者超前所引起的破损。
可以将上述连结板部的轴向的厚度设定为上述滚珠的直径的15％～28％的范围，
将上述兜孔壁部在上述兜孔的最深位置处的厚度设定为上述滚珠的直径的5～8％的范围。
这样，在因轴承旋转中的滚珠的延迟或者超前而按压力施加于保持器时，能够有效地防止应力集中的产生，并且，能够确保保持器的强度。
上述兜孔壁部能够以包括上述兜孔的最深位置在内的内表面成为以上述环状体的径向为中心的圆筒面的方式形成。
这样，与将包括兜孔的最深位置在内的内表面作为凹球面的情况相比较，能够提高兜孔在兜孔壁部中的最深部位的柔软性，由此，能够有效地防止在兜孔壁部与连结板部连接的部位产生应力集中。
另外，通过采用上述的尺寸设定，可以将在因轴承旋转中的滚珠的延迟或者超前而相当于滚珠质量的150倍的按压力从上述滚珠施加到上述连结板部时主应力变得最大的部位的主应力的大小设为32Mpa以下。由此，由于能够将保持器所产生的最大的应力抑制在形成合成树脂制保持器的合成树脂的疲劳限度以下，所以能够有效地防止轴承旋转中产生的应力所引起的保持器的破损。
另外，在该发明中，作为使用上述的合成树脂制保持器的滚珠轴承，提供一种具有内圈、外圈、沿周向拉开间隔地组装在内圈与外圈之间的多个滚珠、以及保持上述滚珠的上述的合成树脂制保持器的滚珠轴承。
本发明的合成树脂制保持器由于构成保持器的两片环状体的厚度小，所以在因滚珠的延迟或者超前而周向的按压力施加于保持器时，保持器柔软地变形而分散应力，从而能够防止应力集中。因此，难以产生轴承旋转中的滚珠的延迟或者超前所引起的破损。
附图说明
图1是表示组装有本发明的实施方式的合成树脂制保持器的滚珠轴承的剖视图。
图2是在构成图1所示的保持器的两片的环状体中从与另一方环状体对置的面侧观察一方环状体的图。
图3是沿着包括滚珠的节圆的虚拟圆筒面从内径侧观察图1所示的保持器的剖视图。
图4的(a)是表示在图3所示的保持器中，对因轴承旋转中的滚珠的延迟或者超前而从滚珠施加周向的按压力时所产生的主应力分布进行了FEM解析的结果，是表示从内径侧观察的主应力分布的图，图4的(b)是表示在比较例的保持器中，对因轴承旋转中的滚珠的延迟或者超前而从滚珠施加周向的按压力时所产生的主应力分布进行了FEM解析的结果，是表示从内径侧观察的主应力分布的图。
图5的(a)是表示从外径侧观察图4(a)的保持器的主应力分布的图，图5的(b)是表示从外径侧观察图4(b)的保持器的主应力分布的图。
具体实施方式
图1表示使用了本发明的实施方式的合成树脂制保持器的滚珠轴承。该滚珠轴承具有内圈1、外圈2、在内圈1与外圈2之间沿周向拉开间隔设置的多个滚珠3以及保持滚珠3的保持器4。
在内圈1的外周设置有沿周向延伸的剖面呈圆弧状的轨道槽5，在外圈2的内周也设置有沿周向延伸的剖面呈圆弧状的轨道槽6，滚珠3在这些轨道槽5、6滚动。滚珠3为钢制的。
在内圈1与外圈2之间，设置有隔着滚珠3与保持器4在轴向上对置的一对密封部件7。密封部件7的外周固定在形成于外圈2的轨道槽6的槽肩的密封槽8，密封部件7的内周与内圈1的外周滑动接触，利用该密封部件7，防止封入于内圈1与外圈2之间的环状空间的润滑脂向滚珠轴承的外部泄漏。
保持器4由在轴向对置的两片环状体9构成。如图2所示，收纳滚珠3的多个兜孔11沿周向等间隔地形成于两片环状体9的各对置面10。
对合成树脂进行注射成形，而形成各环状体9。两片环状体9形状相同，能够由同一金属模成形。形成各环状体9的合成树脂为聚酰胺(例如PA46)。也能够代替聚酰胺，而采用聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)等。另外，为了提高强度，在形成各环状体9的合成树脂添加玻璃纤维20～30重量％。也能够代替玻璃纤维，而添加碳纤维、芳纶纤维等纤维。
如图3所示，各环状体9由形成兜孔11的内表面的弧状的兜孔壁部12、以及连结相邻兜孔壁部12彼此的平板状的连结板部13构成。兜孔壁部12沿环状体9的周向等间隔地配置。
各兜孔壁部12形成为向轴向凹陷地弯曲的弧状。另外，兜孔壁部12以包括兜孔11的最深的位置11a在内的内表面成为以环状体9的径向为中心的圆筒面14的方式形成。作为这样的兜孔壁部12，能够采用厚度一定的部分圆筒体。这里，兜孔壁部12限制收纳于兜孔11的滚珠3的轴向移动，连结板部13限制收纳于兜孔11的滚珠3的周向移动。
连结板部13具有在结合了两片环状体9时，进行面接触的对接面15。对接面15的中央设置有向轴向突出的结合爪16与结合孔17，上述结合孔17以接收另一个环状体9的结合爪16的方式形成。结合爪16具有与形成于结合孔17的内表面的阶部18卡合的钩部19。由此，在使两片环状体9向轴向靠近，而将结合爪16插入结合孔17时，钩部19与阶部18卡合，利用其卡合，防止结合爪16从结合孔17脱落，两片环状体9结合。
在连结板部13的周向两端形成有沿着滚珠3的外周的凹球面20，利用该凹球面20，对兜孔11内的滚珠3进行引导。凹球面20与滚珠3之间的周向缝隙21设定为比圆筒面14与滚珠3之间的轴向缝隙22小。在凹球面20的周围形成有连接凹球面20与圆筒面14之间的平坦面23(参照图1)。
连结板部13在对接面15的一端具有向轴向突出的突出壁部24，在对接面15的另一端具有收纳兜孔25。收纳兜孔25是结合了两片环状体9时接收另一个环状体9的突出壁部24的部分。通过将该突出壁部24以及收纳兜孔25设置于连结板部13，从而结合了两片环状体9时的环状体9的接缝来到从兜孔11的轴向中央偏离的位置。由此，轴承旋转中，在由于滚珠3的延迟或者超前，而滚珠3与连结板部13接触时，能够防止滚珠3与两片环状体9的接缝的位置接触，所以能够稳定地保持滚珠3。
突出壁部24与收纳兜孔25形成为：在结合了两片环状体9的状态下，在突出壁部24与收纳兜孔25之间产生周向以及轴向的缝隙27、28的大小。具体而言，在结合了两片环状体9的状态下，在突出壁部24的与凹球面20相反的一侧的侧面和收纳兜孔25的内表面之间形成有周向的缝隙27，在突出壁部24的轴向的末端与凹球面20的内表面之间形成有轴向的缝隙28。由此，能够防止因对环状体9进行了注射成形后的收缩差而引起突出壁部24与收纳兜孔25的干涉，能够使两片环状体9的连结板部13的对接面15彼此可靠地紧贴。
连结板部13的轴向的厚度A(除去结合爪16的部分的轴向的厚度)设定为滚珠3的直径的13～30％的范围，优选设定为15％～28％的范围。另外，兜孔壁部12在兜孔11的最深位置11a处的厚度B设定为滚珠3的直径的4～10％的范围，优选设定为5～8％的范围。
然而，合成树脂制保持器4与金属制的保持器相比，强度易于降低。因此，以往，在设计合成树脂制保持器4时，为了提高其强度，通常将构成合成树脂制保持器4的两片环状体9的厚度设定得大。
与此相对地，该实施方式的合成树脂制保持器4与以往相反，通过将两片环状体9的厚度设定得小，从而如由以下进行说明的FEM解析的结果而得知那样，应力集中不易产生，作为结果，能够有效地防止轴承旋转中产生的应力所引起的保持器4的破损。
图4(a)的以及图5的(a)表示在上述实施方式的合成树脂制保持器4中，对由于轴承旋转中的滚珠3的延迟或者超前，而从滚珠3向合成树脂制保持器4施加周向的按压力时所产生的主应力分布进行了FEM解析的结果。该FEM解析是在如下条件下对主应力的分布进行解析的：相当于滚珠3的质量的150倍的按压力从滚珠3沿周向施加于连结板部13。主应力为，以在各部位中剪断应力成分成为0的方式取坐标系时的垂直应力。该解析所使用的模型的连结板部13的轴向的厚度A相当于滚珠3的直径的约28％，兜孔壁部12的厚度B相当于滚珠3的直径的约8％。图4的(a)是从内径侧观察保持器4时的主应力分布，图5的(a)是从外径侧观察保持器4时的主应力分布。
另一方面，图4的(b)以及图5的(b)表示在比较例的合成树脂制保持器中，对由于轴承旋转中的滚珠的延迟或者超前而从滚珠向合成树脂制保持器施加周向的按压力时所产生的主应力分布进行了FEM解析的结果。该解析所使用的模型的连结板部13的轴向的厚度相当于滚珠的直径的约32％，兜孔壁部12的厚度相当于滚珠的直径的约12％。图4的(b)是从内径侧观察保持器时的主应力分布，图5的(b)是从外径侧保持器时的主应力分布。
若对两个解析结果进行比较，则在表示比较例的合成树脂制保持器的图4的(b)以及图5的(b)中，在主应力变得最大的部位中，产生29～35MPa左右的高的应力。与此相对地，在表示上述实施方式的合成树脂制保持器4的图4的(a)以及图5的(a)中，在主应力变得最大的部位(兜孔壁部12与连结板部13所连接的弯曲形状的部位，以及兜孔壁部12中的兜孔11的最深部位)，主应力的大小也被抑制为18～23MPa左右。而且可知，作为形成合成树脂制保持器的合成树脂，在使用了向PA46配合20～30重量％的玻璃纤维而得合成树脂的情况下，该合成树脂的疲劳限度为32Mpa左右，所以与最大的主应力超过32Mpa的比较例相比，最大的主应力不足32Mpa的上述实施方式，防止破损的可靠性极高。此外，疲劳限度由日本工业标准JISK7118－1995“硬质塑料材料的疲劳试验方法总则”所规定，为可承受107次应力负荷试验的应力的上限值。
换句话说，与将环状体的厚度设定得比较大的比较例的合成树脂制保持器相比，将环状体9的厚度设定得比较小的上述实施方式的合成树脂制保持器4更不易产生应力集中，由此，能够有效地防止轴承旋转中所产生的应力所引起的保持器4的破损。
该理由可考虑如下。即，若如比较例那样，将两片环状体的厚度设定得大，则保持器的各部位的刚性变高，与此相应地，具有比较易于变形的形状的部位，应力变得更易于集中。另一方面可想到，若如该实施方式那样，将两片环状体9的厚度设定得小，则通过保持器4的柔软变形，应力分散于各部位，而使得应力集中难以产生。
如上所述，该实施方式的合成树脂制保持器4由于构成保持器4的两片环状体9的厚度小，所以在由于滚珠3的延迟或者超前而周向的按压力施加于保持器4时，保持器4柔软地变形而分散应力，从而能够防止应力集中。因此，不易产生因轴承旋转中的滚珠3的延迟或者超前而引起的破损。
另外，该合成树脂制保持器4以包括兜孔11的最深位置11a在内的内表面成为以环状体9的径向为中心的圆筒面14的方式，形成有兜孔壁部12。因此，与包括兜孔11的最深位置11a在内的内表面形成为凹球面的情况相比较，兜孔11在兜孔壁部12中的最深部位的柔软性高。由此，能够有效地防止在兜孔壁部12与连结板部13连接的部位产生应力集中。
在上述实施方式中，以利用结合爪16与结合孔17结合两片环状体9而成的合成树脂制保持器4为例进行了说明，但是本发明也能够用于利用铆钉将两片环状体9的连结板部13彼此结合而成的合成树脂制保持器。
本次公开的实施方式的所有方面均为示例，并没有限定作用。本发明的范围通过权利要求的范围示出而非上述的说明，与权利要求的范围均等的内容以及权利要求范围内的全部变形均包含于此。
附图标记说明：
1…内圈；2…外圈；3…滚珠；4…保持器；9…环状体；10…对置面；11…兜孔；11a…兜孔的最深位置；12…兜孔壁部；13…连结板部；14…圆筒面；A、B…厚度。

Claims (5)

1.一种合成树脂制保持器，
具有在轴向对置的合成树脂制的两片环状体(9)，
收纳滚珠(3)的多个兜孔(11)沿周向拉开间隔地形成于所述两片环状体(9)的各对置面(10)，
各所述环状体(9)由弧状的兜孔壁部(12)以及平板状的连结板部(13)构成，所述兜孔壁部(12)形成各所述兜孔(11)的内表面且向轴向凹陷地弯曲，所述连结板部(13)连结相邻兜孔壁部(12)彼此，
其特征在于，
将所述连结板部(13)的轴向的厚度(A)形成为所述滚珠(3)的直径的30％以下，
将所述兜孔壁部(12)在所述兜孔(11)的最深位置(11a)处的厚度(B)形成为所述滚珠(3)的直径的10％以下。
2.根据权利要求1所述的合成树脂制保持器，其中，
将所述连结板部(13)的轴向的厚度(A)设定为所述滚珠(3)的直径的15％～28％的范围，
将所述兜孔壁部(12)在所述兜孔(11)的最深位置(11a)处的厚度(B)设定为所述滚珠(3)的直径的5～8％的范围。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的合成树脂制保持器，其中，
所述兜孔壁部(12)以包括所述兜孔(11)的最深位置(11a)在内的内表面成为以所述环状体(9)的径向为中心的圆筒面(14)的方式形成。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的合成树脂制保持器，其中，
在因轴承旋转中的滚珠(3)的延迟或者超前而相当于滚珠(3)质量的150倍的按压力从所述滚珠(3)施加到所述连结板部(13)时主应力变得最大的部位的主应力大小为32Mpa以下。
5.一种滚珠轴承，其中，
具有内圈(1)、外圈(2)、沿周向拉开间隔地组装在内圈(1)与外圈(2)之间的多个滚珠(3)、以及保持所述滚珠(3)的权利要求1～4中任一项所述的合成树脂制保持器(4)。
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