CN106812790A - 滚珠轴承组件 - Google Patents

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Abstract

滚珠轴承组件，包括一轴承组，主要由至少两个单元件沿轴向对接及在其中的至少一相邻两个单元件间设置的至少一组多个球形滚珠组成，该单元件包括由外周面形成的一装配部和由两端面形成的两个连接部，各单元件设有贯穿两个端面的一圆形中心通孔，并在该两个端面的至少一面凹设有放置该组多个滚珠的一组多个半球形凹座，各凹座内的滚珠以部分球面凸出于该中心通孔的壁面，使穿设于该滚珠轴承组件的轴芯由该多个滚珠的凸出球面所支承。

Description

滚珠轴承组件
技术领域
本发明涉及轴承技术领域，尤指具有可持续润滑与球体优异滚动机制的新颖轴承结构，通过至少一组多个滚珠径向支承轴芯，大幅提升轴承性能与轴向负载止推能力，且适合长期稳定操作于严苛运转条件下的滚珠轴承组件。
背景技术
滑动轴承在高负载、高转速、高振动等严苛运转条件下，通常在短时间内即可能因整体结构弱、耐磨耗能力不足及润滑介质耗尽，导致磨润界面被破坏，造成轴芯直接与轴孔发生高频率的敲击与碰撞引发过度的磨耗与发热，而使该轴承的接触压力与速度极限值(PV limit)急速下降，终将出现噪音、刮伤、扩孔及卡轴等异常现象而损毁；尤其在启动初期常易造成过度磨耗，轴向负载止推能力不足及轴芯的窜动等，是现有滑动轴承所急待解决的技术问题。
球轴承一般是由多个球体间隔环设在内环与外环间涂有润滑脂的轨道槽内承载与传输负荷，在运作过程中，由于轨道槽间距会出现不同程度的缩小，形成对轮流承力的各球体产生摩擦力，带动该多个球体沿所述轨道槽自转与公转，长期在上述运动机制下运作易造成球体与轨道槽间局部过度磨损、润滑脂受挤压脱离球体而出现噪音甚至松脱，终将导致性能与寿命的恶化，此外，受限于放入球体的数目缺乏弹性、止推能力有限及结构较弱等缺点，因此欲长期在上述严苛运转条件下操作将受到严峻的挑战。
US 3933396 A提出一种球轴承，该轴承包括设在一中空外套管内比邻排列并贴附于轴芯的多个球体，与穿设在该外套管与该多个球体之间由弧形弹性件制成的一轨道，该轨道的凸面朝向轴芯凹面朝向该外套管，通过该多个球体将径向负载均布在整个外套管长度的轴芯上。
US 825956 A提出一种设在一端封口圆筒内的滚子轴承，使轴芯由另一端伸出，在该圆筒的内壁面与轴芯间的环状空间内设置多个圆柱体，在各相邻圆柱体间设置一隔离件，该隔离件纵向两侧内凹的曲率与该圆柱体的曲率相匹配，当轴芯旋转时通过环抱于该轴芯的该多个可转动圆柱体以降低摩擦阻力。
但是，上述轴承均无可持续的润滑机制与强化球体或柱体的转动性机制，难以长期维持低摩擦的稳定运转，也未揭示启动初期运行不良、轴向负载止推能力不足以及轴芯窜动等问题的解决方案，而复杂的结构除使成本增加且不利于散热，更弱化实用性与量产性；因此，欲将其操作于上述严苛运转条件，尤其在PV极限值大于500 MPa‧m/min时将受到严峻的挑战。
发明内容
为克服上述现有技术的缺点，乃提出一种具有新颖结构与功能的滚珠轴承组件，包括由至少两个单元件沿轴向对接及在其中的至少一相邻两个单元件间设置的至少一组多个滚珠组成，使穿设于该滚珠轴承组件的轴芯由该多个滚珠沿径向支承。
本发明滚珠轴承组件至少具有下列优点：
提供一种具有可持续性润滑机制的滚珠轴承组件，达到在对接凹座与储存室中发挥充分供应与循环回收润滑介质的功效。
提供一种使支撑轴芯的多个滚珠具有优异滚动性的滚珠轴承组件，达到有效防制启动初期过度磨耗并提升轴承性能与使用寿命的功效。
提供一种具有微型化结构与精简构件数目的滚珠轴承组件，达到直接应用于微型精密马达以支承高转速微细轴芯与优化导热性能的功效。
提供一种具有模块化的单元件并适合以精密模具使该单元件一次成形的滚珠轴承组件，达到简化量产工艺与降低成本的功效。
提供一种具有轴向对接的至少两个单元件及至少一组多个滚珠的滚珠轴承组件，达到调变负载长度以均布负载与磨润界面的功效。
提供一种具有强固结构的对接凹座并在其中设有降低滚珠磨润面积与强化润滑的滚珠轴承组件，达到提升滚珠滚动性与优化磨润轴芯的功效。
提供一种具有在对接凹座中枢轴抱持滚珠实现优异运动机制的滚珠轴承组件，达到提升滚珠的滚动自由度与均匀承载负荷的功效。
提供一种具有强固整体结构与组装精准定位的滚珠轴承组件，达到降低噪音并增强负载能力与抗振能力的功效。
提供一种具有搭配三段式创新轴芯的滚珠轴承组件，达到同步解决业界长期关注的轴向负载止推能力不足与轴芯窜动问题的功效。
附图说明
图1为本发明第一实施例滚珠轴承组件的立体图；
图2为本发明第一实施例单元件(装设部分滚珠)的立体图；
图3为本发明第一实施例滚珠轴承组件装入马达外壳一端的剖视图；
图4为本发明第二实施例单元件(装设部分滚珠)的立体图；
图5为本发明第二实施例滚珠轴承组件(装设轴芯)的俯视图；
图6为本发明第二实施例朝图5中A-A方向的剖视图(未装设轴芯)；
图7为本发明第三实施例滚珠轴承组件的剖视图；
图8为本发明第四实施例中一单元件(装设部分滚珠)的剖视图；
图9为本发明第五实施例单元件(装设部分滚珠)的立体图；
图10为本发明第五实施例滚珠轴承组件装入马达外壳一端的剖视图。
具体实施方式
图1至图3为本发明第一实施例，该滚珠轴承组件包括一轴承组1，由致密或多孔隙材质制成的两个单元件10沿轴向对接及在其间设置的多个球形滚珠16所组成，本发明各附图中均以八个滚珠为例；各单元件10包括由外周面形成的一装配部13和由两端面形成的两个连接部14，沿轴向贯穿该两个连接部14形成的一圆形中心通孔12，及凹设在一连接部14围绕于该中心通孔12的一同心圆上的多个半球形凹座15，该多个半球形凹座15用于放置该多个滚珠16，各凹座15的曲率与该滚珠16相匹配，并使设置在各凹座15内的滚珠16以部分球面凸出于该中心通孔12的壁面，由该两个单元件10间的相邻两个连接部14上对应设置的该多个凹座15经对接形成多个对接凹座25以容置该多个滚珠，从而使穿设于该组件中的轴芯6由该多个滚珠16的多个凸出球面所支承；显然，即便该轴芯6在旋转初期与该多个易滚动的滚珠16直接接触，其摩擦阻力也远低于该轴芯6直接与轴孔壁面磨耗的滑动轴承，因此本发明可有效避免启动初期的过度磨耗问题。
该滚珠轴承组件可广泛应用于不同器械，以下仅以马达为例作说明；本实施例的该组件可充分利用该装配部13分别紧配装入设在马达外壳5两端中央的腔室7中，使马达的轴芯6可穿设于马达两端的两组件，并支承于对应的两组件的多个滚珠16中；尤其对于供高转速微细轴芯6使用的微型轴承而言，本发明提供一种具有微型化结构的滚珠轴承组件，特别适用于安装于仅能提供狭小安装截面的微型精密马达的腔室7内，相较于现有滑动轴承组件需要外壳以维持结构的整体性，本实施例更适合无需外壳、精简构件数目、且呈紧实组配状态的该模块化单元件10所形成的微型滚珠轴承组件，除可强化散热与结构，在后面的实施例中还可提供储放更多润滑介质的储存室35，以增强负载能力与简化工艺。
该单元件10的中心通孔12的壁面还设有径向高度低于该多个凸出球面顶点的一凸环19，较佳的方式是将两个凸环19设置在该组件的两端，以防止外来物质进入与润滑介质甩出，该凸环19可以和该单元件10一体成形或分开设置，所述润滑介质泛指润滑油与黏稠性较高的润滑脂和含固态润滑粒子的润滑剂等。
该模块化单元件10最可能的量产工艺是以粉末冶金烧结技术，通过精密冲压模具进行成形、精整及组装制成，该工艺除能形成良好渗透性的多孔隙结构外，并可确保该单元件10与该组件尺寸的精准度和所需的结构密度，通过以一次成形的构件达到简化工艺、降低成本及提升质量的功效；本实施例供应润滑介质的方法除可将单元件10真空含浸润滑油外，也可将润滑剂直接涂布在该凹座15中。
当轴芯6旋转时，该润滑介质吸收源自于轴芯6与各滚珠16间的磨润点30及各滚珠16与对接凹座25间的磨润界面所产生的热量而膨胀，使黏稠性降低并且流动性增加，连同多孔隙结构中的毛细力和旋转轴芯6产生的离心力使润滑介质渗流至对接凹座25内，通过各滚珠16的滚动将润滑介质以油膜的形式带至该凸出球面，使该磨润点30持续获得润滑介质的供应，并同时将该凸出球面上的部分多余油膜回收至该对接凹座25内；再由于滚珠16的良好滚动性，使得该磨润点30形成在该凸出球面的位置不停地更换，以均匀分担该轴芯6的负载，有效克服现有球轴承常发生的局部球面磨损问题；上述滚珠16在结构强固的该对接凹座25内优异的运动机制除供强力支承旋转轴芯6负荷外，还具有自动补充与循环回收润滑介质的可持续性润滑机制，从而大幅延长使用寿命。
图4至图6为本发明第二实施例，该滚珠轴承组件包括一壳体11与一轴承组1a；该壳体11为由致密或多孔隙材质制成并沿轴向贯穿形成一空腔20的管体，该空腔20的壁面还设有沿轴向延伸的至少一凸肋24；该轴承组1a由致密或多孔隙材质制成，该轴承组1a由沿轴向对接的两个单元件10a及在其间设置的多个滚珠16所组成。
该单元件10a与前述单元件10的主要区别在于：该单元件10a在设有该多个凹座15的连接部14上还分别凹设一腔槽17与多个凹沟18，其中，该腔槽17自该连接部14朝穿通至该装配部13所形成，该多个凹沟18连通该多个凹座15与该腔槽17，因此该连接部14形成多个隔墙21以隔离邻近的两个凹座15，该连接部14形成多个背墙22以隔离各凹座15与该腔槽17；组装时，先将该多个滚珠16装入该多个凹座15内，再将该两个单元件10a沿轴向对接，使其间对应相邻的两个隔墙21和两个背墙22分别相互贴合即形成该轴承组1a，同时由其间对应相邻的两组多个凹座15与两组多个凹沟18分别形成多个对接凹座25与多个流道36。
该装配部13的形状和尺寸与该空腔20相匹配，以便将该轴承组1a紧配装入该壳体11中；此外，该装配部13还设置至少一凹槽26，以便与该壳体11对应设置的至少一凸肋24相互卡合，上述凹槽26也可设置在该壳体11内以便与对应设置在该装配部13的凸肋24相互卡合，进一步优化组装精准定位与结构强度；并由该壳体11的该腔室20与相邻两个腔槽17合围形成储放润滑介质的一储存室35，使该多个流道36连通该储存室35与该多个对接凹座25，因此，具有该储存室35的该滚珠轴承组件提供一种更有效实现自动供应与循环回收润滑介质的可持续性润滑机制，从而大幅延伸使用寿命与强化轴芯6的承载能力。
该润滑机制也可由设置多个对接凹座25的两个相邻连接部14的至少一个上凹设至少一组多个凹沟18及朝远离该装配部13的任何处凹设至少一腔槽17形成，其中，该至少一组多个凹沟18连通该组多个凹座15与该至少一腔槽17；从而由该至少一腔槽17形成一储存室35，并由该至少一组多个凹沟18形成连通该储存室35与该多个对接凹座25的一组多个流道36；因此，相似于第一实施例的该滚珠轴承组件不需要该壳体11时仍能具有所述可持续性的润滑机制。
图7为本发明第三实施例，旨在说明该滚珠轴承组件的负载长度延伸性；该组件的轴承组1b由两种单元件10a，10b形成两组相邻两个单元件(10a，10b)与(10b，10a)，并在其间分别装入一组多个滚珠16所组成，该轴承组1b紧配装入一壳体11内即形成该组件，该中间单元件10b的两个连接部14结构和上、下两个单元件10a相邻的连接部14结构相同，因此该组件具有分开支承该轴芯6的两组多个滚珠16和两组润滑机制，使储放在两个储存室35中的润滑介质分别通过两组多个流道36输送至两组多个对接凹座25内，以润滑该两组多个滚珠16与旋转轴芯6；相较于前述实施例，负载长度的延伸可使该两组多个滚珠16分担较大的负载与倍增的润滑介质储存容量及使分布于轴芯6的磨润点30更均匀。
以下再以四单元件10，10a，10b依不同的堆叠方式进一步举例说明滚珠轴承组件的负载长度延伸性；例如：以两种单元件10a，10b采用如图7所示的堆叠方式，在该组件中的三组相邻两个单元件(10a，10b)，(10b，10b)及(10b，10a)间设置三组润滑机制；又例如：只需将单元件10的装配部13设置成和单元件10b一致的凹槽26或将该凹槽26自单元件10b去除，以两种单元件10， 10b仍可采用如图7所示的堆叠方式，在该组件中的三组相邻两个单元件(10，10b)，(10b，10b)及(10b，10)间设有三组润滑机制，其与前例的区别在于：与单元件10相邻的各储存室35容量和各组多个流道36的等效水力直径均缩小一半。
基于以上说明，不论该滚珠轴承组件是否具有该壳体11，实现其负载长度延伸性显然适用于沿轴向对接的至少两个由本发明所揭示的任何单元件，作各种可能的排列组合达成，包括具有不同形状、大小、数目及位置的该腔槽17、凹沟18、凸肋24及凹沟26等差异结构特征的组合，且适用于如第一实施例所揭示不具有腔槽17与凹沟18的该单元件10结构特征。
图8为本发明第四实施例，旨在说明提升滚珠16的滚动性方案；其与前述实施例的主要区别在于：该单元件10c的各凹座15仅保留一部分表面的曲率与该滚珠16相匹配并设置成带状间隔分布的多个球面区15b，其余部分则设置成径向尺寸大于该多个球面区15b的多个凹面区15a的径向尺寸，通过降低该滚珠16和该凹座15间的磨润界面面积，以降低该滚珠16的滚动摩擦阻力，同时使润滑介质更易驻留在所述各球面区15b附近的凹面区15a内，以便及时润滑滚动中的滚珠16而提升其在对接凹座25中的滚动性，达到降低马达功耗与温升的功效。
图9与图10为本发明第五实施例，旨在进一步说明提升滚珠16的滚动性方案，并揭示一种搭配该滚珠轴承组件的创新三段式轴芯9，以解决业界长期关注的现有马达轴芯6穿设于传统轴承出现轴向负载止推能力不足与轴芯6的轴向窜动问题；本实施例与前述实施例的主要区别说明如下：
首先，本实施例中单元件10d的腔槽17中设置至少一加强筋38，以强化该单元件10d的结构，并将该腔槽17分隔成多个较小腔槽17。另外，在各邻近的两个凹座15间设置至少一通道28，使该多个凹座15间成为互通；因此，润滑介质可同时储放在储存室35与该通道28内，以就近提供对接凹座25的润滑而强化滚珠16的滚动性，还能增加润滑介质的总量而延长该组件的使用寿命。
并且，该单元件10d的各凹座15中仅保留设置在其底部表面的至少一较小球面区15b，且其表面小于该凹座15总表面积的20%，其余表面则设置成一凹面区15a；因此在各对接凹座25中的滚珠16是由两个球面区15b形成的枢轴所抱持，并通过一中心轴32自由地滚动；所谓“抱持”是指滚珠16的任一球面位置相对于固定的该两个球面区15b是随时变动的，由于该中心轴32为对准该两个球面区15b中心的枢轴，以致各滚珠16的运动模式始终能自动保持着使其自身的旋转轴与该中心轴32重合；以下先以单一直径的传统轴芯6为例说明各滚珠16的运动机制，基于轴芯6的旋转轴与该中心轴32平行，因此随着轴芯6的旋转能轻易地使该滚珠16绕着该中心轴32转动，特别对于轴芯6施加于各磨润点30(参见图3)的切向力始终垂直于各滚珠16的旋转轴，使得该滚珠16的运动不仅仅只是二维的旋转，而是三维的滚动；此乃由于“抱持”在该对接凹座25中的滚珠16并非如地球仪上的转轴已被固定在南、北极上，以致只能绕着该转轴进行转动，然而该滚珠16则是以球体自身随时自由变换的无限多个通过球心的旋转轴，自动对准该中心轴32进行滚动，从而在该滚珠16与轴芯6间形成最低摩擦阻力的磨润点30；依据上述针对该滚珠轴承组件中的滚珠16具有优异滚动性的创新运动机制，可以理解该磨润点30可能发生在该滚珠16球面的任何位置，因此可提升滚动自由度、均匀分担负载及大幅降低磨耗率。
最后，如图10所示，该三段式轴芯9穿设于已分别固装在马达外壳5两端的各滚珠轴承组件中，该组件具有一组多个滚珠16，该三段式轴芯9包括：一较粗段9a、两个较细段9b及分别设置在该较粗段9a与各较细段9b间的两个圆弧段9ab；其中，该较粗段9a设置在该两个组件的两组多个滚珠16间，且无法穿过由各组多个滚珠16的该多个凸出球面所形成的一通孔；该两个圆弧段9ab抵靠在该两组多个滚珠16间的侧表面，其曲率和该多个凸出球面相匹配以形成两组磨润弧线31；该两个较细段9b由该两个圆弧段9ab各端沿轴向延伸，且恰可以以其圆径穿过该通孔。同样可将该轴芯9的该两个较细段9b分别穿设于已固装在马达外壳5各端具有两组多个滚珠16的滚珠轴承组件中(参见图7)，直到该两个圆弧段9ab抵靠在最接近的两组多个滚珠16间，该最接近的两组多个滚珠16分别属于各组件，使该较粗段9a设置在该两个组件中该最接近的两组多个滚珠16间。
当该三段式轴芯9旋转时，通过该两个圆弧段9ab分别抵靠并切向施力于该两组磨润弧线31，从而有效消除该轴芯9的轴向窜动间隙，并同时达到使施加于该轴芯9的轴向负荷被该最接近的两组多个滚珠16的多个凸出球面所承载；另外，相较于由轴芯6形成的磨润点30，该磨润弧线31使滚珠16的滚动角度更易产生变化，从而该轴芯9提供各滚珠16更大的滚动自由度与更灵活转换该滚珠16的磨润位置，达到进一步优化滚珠16的滚动性与大幅降低磨耗率。
基于以上说明，该三段式轴芯9显然适用于匹配本发明所揭示沿轴向对接的至少两个单元件10，10a，10b，10c，10d间设置至少一组多个滚珠16所组成任何形式的滚珠轴承组件，从而本发明同步有效解决业界长期关注的初始运行不良所引发的过度磨耗，以及欠缺轴向负载的止推能力与轴向窜动问题。
该滚珠轴承组件也可将该单元件10，10a，10c，10d的其中之一以该多个凹座15朝向该空腔20，再将该单元件10，10a，10c，10d的该装配部13与该壳体11一端的内壁面接合并一体成形，然后进行组装，即可形成与前述完全相同的滚珠轴承组件，达到精减构件数目、强化组件结构及简化量产工艺的功效。
以上已将本发明做一详细说明，该说明所述仅为本发明的优选实施例而已，当不能视为限定本发明的专利保护范围；即凡依本发明权利要求书所作的等效变化与修饰，都应仍属本发明权利要求书所涵盖的范围之内。

Claims (13)

1.一种滚珠轴承组件，包括一轴承组，主要由至少两个单元件沿轴向对接及在其中至少一组相邻两个单元件间设置的至少一组多个球形滚珠所组成，其特征在于，该单元件包括由外周面形成的一装配部和由两端面形成的两个连接部，该两个连接部的至少一个沿轴向连接该至少两个单元件中一相邻的单元件，沿轴向贯穿该两个连接部形成一圆形中心通孔，及在该两个连接部的至少一个围绕该中心通孔的至少一同心圆上凹设有至少一组多个半球形凹座，使设置在各凹座内的滚珠以部分球面凸出于该中心通孔的壁面，由该至少一组相邻两个单元件间的相邻两个连接部对应设置的两组多个凹座，通过该相邻两个连接部的对接形成容置该至少一组多个滚珠的至少一组多个对接凹座，从而使穿设于该滚珠轴承组件中的轴芯由该至少一组多个滚珠的多个凸出球面所支承。
2.如权利要求1所述的滚珠轴承组件，其特征在于，该至少一组相邻两个单元件间的该相邻两个连接部的至少一个分别凹设有至少一腔槽与至少一组多个凹沟，该至少一腔槽形成储放润滑介质的至少一储存室，该至少一组多个凹沟连通该至少一组多个凹座与该至少一腔槽，该至少一组多个凹沟形成该组件的至少一组多个流道以连通该至少一组多个对接凹座与该至少一储存室。
3.如权利要求2所述的滚珠轴承组件，其特征在于，各凹座表面的曲率与该滚珠相匹配。
4.如权利要求2所述的滚珠轴承组件，其特征在于，该至少一组多个凹座中至少一凹座的各凹座表面设置成曲率与该滚珠相匹配的至少一部分球面区，该各凹座的其余表面的径向尺寸设置成大于该至少一部分球面区的径向尺寸。
5.如权利要求3所述的滚珠轴承组件，其特征在于，该至少一部分球面区设置在该各凹座的底部，且其表面积小于该各凹座总表面积的20%。
6.如权利要求2所述的滚珠轴承组件，其特征在于，该至少一腔槽内设置至少一加强筋。
7.如权利要求1所述的滚珠轴承组件，其特征在于，该组件包括一壳体，该壳体为沿轴向贯穿形成一空腔的管体，该装配部的形状和尺寸与该空腔相匹配，以便将该轴承组紧配装入该壳体中。
8.如权利要求7所述的滚珠轴承组件，其特征在于，该装配部设置轴向延伸的至少一凹槽以与该空腔壁面对应设置的至少一凸肋卡合，或该装配部设置轴向延伸的至少一凸肋以与该空腔壁面对应设置的至少一凹槽卡合。
9.如权利要求1至8中任一项所述的滚珠轴承组件，其特征在于，该至少一组多个凹座中设置使至少一邻近的两个凹座导通的至少一通道。
10.如权利要求1至8中任一项所述的滚珠轴承组件，其特征在于，该组件中的一单元件以该至少一组多个凹座朝向该空腔，再将该单元件的该装配部与该壳体一端的内壁面接合并一体成形。
11.如权利要求1至8中任一项所述的滚珠轴承组件，其特征在于，该组件中至少一单元件的该中心通孔壁面上围设至少一凸环，该至少一凸环的径向高度低于该多个凸出球面的顶点。
12.如权利要求2至8中任一项所述的滚珠轴承组件，其特征在于，该凹设的至少一腔槽是自该相邻两个连接部的至少一个朝穿通至该装配部形成，或自该相邻两个连接部的至少一个朝远离该装配部形成。
13.如权利要求1至8中任一项所述的滚珠轴承组件，其特征在于，穿设于已固定安装在两端的两个滚珠轴承组件中的该轴芯为三段式轴芯，包括一较粗段、两个圆弧段及由该两个圆弧段各端沿轴向延伸的两个较细段，其中，
该较粗段设在该两个组件中最接近的两组多个滚珠间，该最接近的两组多个滚珠分别属于各组件，且该段无法穿过由该多个凸出球面所形成的至少一通孔；
该两个圆弧段分别设在该较粗段与各较细段间，并抵靠在该最接近的两组多个滚珠间的侧表面，及
该两个较细段恰能分别以其圆径穿过该至少一通孔。
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