CN106870556B - 滚动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种滚动轴承，具备内圈、外圈、多个滚珠及保持这些滚珠的保持器。在外圈与安装有所述外圈的壳体之间的嵌合面上形成有抑制爬行用的环形槽。环形槽具有槽底部和一对锥面部，所述一对锥面部从槽底部的轴向两侧延伸并随着朝向嵌合面侧而使槽宽扩大。包含轴承中心线的截面上的锥面部的截面形状是相对于嵌合面倾斜的直线形状。

Description

滚动轴承
在2015年11月16日提出的日本专利申请2015-224072的公开，包括其说明书、附图及摘要作为参照而全部包含于此。
技术领域
本发明涉及滚动轴承。
背景技术
在各种工业机器中使用大量的滚动轴承。滚动轴承具备内圈、外圈、多个滚动体及保持器。滚动体设置于内圈与外圈之间。保持器保持滚动体。例如，如图6所示，在支承壳体97内的旋转轴95的滚动轴承90中，内圈91外嵌而安装于旋转轴95，外圈92安装于壳体97的内周面98。
尤其是，滚动轴承90为深沟球轴承，此外，在作用有一方向的轴向载荷的轴承的情况下，内圈91与旋转轴95以“过盈配合”的状态被装配。相对于此，外圈92与壳体97多以“间隙配合”的状态被装配。因此，在旋转轴95为旋转着的使用状态下，在外圈92与壳体97之间容易发生爬行(外圈92相对于壳体97的周向的滑动)。
因此，提出如下的滚动轴承：在外圈92的外周面上形成有用于抑制爬行的发生的槽(环形槽)93(参照日本特开2006-322579号公报、日本特开平10-37967号公报)。根据该滚动轴承，能够抑制在作用有径向的大的载荷的情况下容易发生的爬行。需要说明的是，在作用有这样的载荷的情况下容易发生的爬行是外圈92向着与轴承旋转方向相同的方向缓慢地滑动的爬行。
如前所述，通过在外圈92的外周面上形成环形槽93，能够抑制像所述那样的爬行。然而，在这样的情况下，外圈92的外周面与壳体97的接触面积变窄，壳体97上的接触面压变高。尤其是，环形槽93的侧面和该环形槽93的两侧的圆筒部94的外周面正交的部分99与壳体97接触。由此，当面压局部变高，外圈92有一点爬行时，壳体97的磨损容易发展。
另一方面，在日本特开平10-37967号公报中记载的滚动轴承的情况下，如图7的截面图所示，在外圈92的外周面形成的环形槽93为圆弧形状。在这样的情况下，即使环形槽93和圆筒部94的外周面交叉的部分99与壳体97接触，与日本特开2006-322579号公报的情况相比，壳体97的接触面压难以变大。
但是，若使环形槽93成为截面圆弧形状，则外圈92的制造工序中的尺寸管理、生产管理会变得稍微困难。即，如图8(A)所示，环形槽93的形成通过使磨具96接近外圈92的外周面，并且，以由双点划线示出的方式接触而进行。然而，如图8(B)所示，若磨具96相对于外圈92的切入深度E1比设定值E0(参照图8(A))深一点，则形成的环形槽93的槽宽X1与规定的槽宽X0(参照图8(A))相比会变得极大。与之相反，如图8(C)所示，若磨具96的切入深度E2比设定值E0(图8(A))浅一点，则该槽宽X2与规定的槽宽X0(图8(A))相比会变得极小。即，若在磨具96的切入深度E0中存在偏差(E1、E2)，则会对环形槽93的槽宽(X1、X2)的尺寸造成很大的影响，而难以进行尺寸管理、生产管理。
需要说明的是，环形槽93的槽宽X0的尺寸管理很重要，如图8(C)所示，若槽宽X2变窄，则由环形槽93产生的抑制爬行作用会变弱。另一方面，如图8(B)所示，若槽宽X1变得过大，则圆筒部94的外周面变窄而与壳体97之间的接触面压会变高，成为磨损的原因。
发明内容
本发明的目的之一在于，提供一种滚动轴承，其具备能够缓和在与对方部件之间产生的局部接触面压，并且能够抑制环形槽的槽宽的尺寸的偏差的结构。
本发明的一方式的滚动轴承的结构上的特征在于，具备：内圈；外圈；多个滚动体，设置于所述内圈与所述外圈之间；及保持器，保持所述多个滚动体，所述内圈和所述外圈中的一方为旋转圈，另一方为固定圈，在所述固定圈与安装有所述固定圈的对方部件之间的嵌合面上形成有抑制爬行用的环形槽，所述环形槽具有槽底部和一对锥面部，所述一对锥面部从该槽底部的轴向两侧延伸并随着朝向所述嵌合面侧而使槽宽扩大，包含轴承中心线的截面上的所述锥面部的截面形状是相对于所述嵌合面倾斜的直线形状。
附图说明
前述及后述的本发明的特征及优点通过下面的具体实施方式的说明并参照附图而明确，其中，相同的标号表示相同的部件。
图1是表示包括本发明的滚动轴承在内的旋转装置的一实施方式的纵向截面图。
图2是滚动轴承的截面图。
图3是说明环形槽及其形成的说明图。
图4是在滚动轴承上作用有额定静载荷的情况下的外圈及壳体的放大截面图。
图5是其他方式的滚动轴承的截面图。
图6是用于说明以往的滚动轴承的截面图。
图7是说明以往的环形槽的说明图。
图8是说明以往的环形槽的说明图。
具体实施方式
以下，基于附图来说明本发明的实施方式。图1是表示包括本发明的滚动轴承7在内的旋转装置1的一实施方式的纵向截面图。旋转装置1具有壳体2及旋转轴4，旋转轴4被一对滚动轴承7、7支承为在壳体2内旋转自如。旋转轴4具有小径轴部4a、4a和大径轴部4b。在小径轴部4a、4a上安装有滚动轴承7、7。大径轴部4b设置于滚动轴承7、7(内圈11、11)之间且外径比小径轴部4a大。
在壳体2的内周面3(以下，也称为壳体内周面3)的轴向两侧设置有环状部5a、5b。滚动轴承7、7为电动机用的预压赋予型的轴承。滚动轴承7、7处于被赋予轴向一侧的载荷(预压)的状态。
轴向一侧(图1中为右侧)的滚动轴承7与轴向另一侧(图1中为左侧)的滚动轴承7为相同的结构。下面，对以轴向一侧(图1中为右侧)的滚动轴承7为代表的详细的结构进行说明。
图2是滚动轴承7的截面图。滚动轴承7具备内圈11、外圈12、多个滚动体及环状的保持器14。内圈11外嵌而安装于旋转轴4。外圈12安装于壳体内周面3。滚动体设置于这些内圈11与外圈12之间。保持器14保持这些滚动体。本实施方式的滚动体为滚珠13，图2所示的滚动轴承7为深沟球轴承。如前所述，在该滚动轴承7上作用有一方向的轴向载荷。
在本实施方式中，内圈11与旋转轴4以“过盈配合”的状态被装配。内圈11紧贴而嵌合于旋转轴4且能够与旋转轴4一体旋转。相对于此，外圈12安装于处于固定状态下的壳体2。该外圈12以“间隙配合”的状态装配于壳体内周面3。因此，在旋转轴4与内圈11共同旋转的使用状态下，在外圈12和壳体2之间有时会发生爬行(外圈12相对于壳体2的周向上的滑动)。需要说明的是，关于爬行在后面也进行说明。
在内圈11的外周面上设置有供滚珠13滚动的内圈轨道槽(轨道面)11a。在外圈12的内周面上设置有供滚珠13滚动的外圈轨道槽(轨道面)12a。多个滚珠13设置于内圈11与外圈12之间的环状空间15中。当滚动轴承7旋转时(当内圈11旋转时)，这些滚珠13以被保持器14保持的状态在内圈轨道槽11a和外圈轨道槽12a上滚动。
保持器14沿周向隔开规定间隔(等间隔)地保持多个滚珠13。在保持器14中沿着周向形成有多个用于收容滚珠13的兜孔18。本实施方式的保持器14具有圆环部14a和多个柱部14b。圆环部14a设置于滚珠13的轴向一侧。柱部14b从该圆环部14a向轴向另一侧延伸。在圆环部14a的轴向另一侧(图2中为左侧)的周向上相邻的一对柱部14b、14b之间构成兜孔18。保持器14也可以是其他的方式，例如可以是在轴向的另一侧也具有圆环部的结构。
在本实施方式的滚动轴承7中，作为固定圈的外圈12安装于壳体2(对方部件)。该外圈12的外周面成为相对于壳体2(内周面3)的嵌合面22。如图2所示，环形槽32形成于该嵌合面22。环形槽32由在周向上连续的环状的凹槽构成。环形槽32形成于嵌合面22的轴向的中央部。滚珠13相对于外圈轨道槽12a的接触点的径向外侧的位置与环形槽32的轴向的中央一致。
在此，对在壳体2与外圈12之间产生的爬行进行说明。就在滚动轴承7中可能发生的爬行而言，考虑以下三种。需要说明的是，下述的轴承旋转方向在本实施方式的情况下是指作为旋转圈的内圈11的旋转方向。
·第一爬行：外圈12向着与轴承旋转方向相同的方向缓慢滑动的爬行；
·第二爬行：外圈12向着与轴承旋转方向相同的方向快速滑动的爬行；
·第三爬行：外圈12向着与轴承旋转方向相反的方向滑动的爬行。
第一爬行在滚动轴承7上作用有径向的大的载荷的情况下容易发生，被认为由于下述的机理而发生。即，在滚动轴承7上作用有径向的大的载荷的情况下，在滚珠13承受大载荷而通过外圈轨道槽12a时，在其正下方的外圈外周侧局部地发生弹性变形。由于滚珠13沿着外圈轨道槽12a移动，因而外圈12发生脉动变形(脉动位移)。由此，被认为以外圈12的与壳体2的接触区域中的弹性变形为起因而产生相对滑动，并由于该相对滑动而发生第一爬行。
关于第二爬行，外圈12的移动方向(滑动方向)与第一爬行相同，但在滚动轴承7在径向上无载荷的状态下容易发生。即，被认为在径向上无载荷的情况下，由于内圈11的旋转而使外圈12连带转动，由此发生第二爬行。
关于第三爬行，外圈12的移动方向(滑动方向)与第一爬行及第二爬行相反。第三爬行被认为例如由于外圈12因径向的载荷成为偏载荷而沿着壳体内周面3振摆回转而发生。
在本实施方式的滚动轴承7中，为了抑制所述第一爬行，在外圈12的嵌合面22上且在外圈轨道槽12a的径向外侧形成有所述环形槽32。图2所示的环形槽32具有比外圈轨道槽12a的轴向宽度Y大的槽宽X0，但也可以具有外圈轨道槽12a的轴向宽度Y以下的槽宽X0。
像这样在外圈12相对于壳体2的嵌合面22上形成有环形槽32。由此，能够抑制在所述第一爬行的发生机理中说明的弹性变形引起的相对滑动的发生，而能够抑制第一爬行。即，在滚动轴承7上作用有径向的大的载荷的情况下，外圈12中的外圈轨道槽12a的径向外侧的区域向径向外侧弹性变形(扩径)。然而，在该区域中形成有环形槽32，由此能够使弹性变形(扩径)主要发生在环形槽32的范围中。因此，能够降低弹性变形部分与壳体内周面3直接接触的作用。其结果是，弹性变形(几乎)无法传播到作为对方部件的壳体2，而抑制外圈12与壳体2之间的第一爬行的发生。根据以上，环形槽32为抑制第一爬行用的槽(退刀槽)。
由于设置有这样的环形槽32，因而外圈12在环形槽32的轴向两侧具有圆筒部36、37。这些圆筒部36、37的外周面36a、37a是由以滚动轴承7的轴承中心线C0作为中心的圆筒面构成，且能够沿着壳体2(内周面3)接触的面。如图2所示，在包含轴承中心线C0的截面上，圆筒部36、37的外周面36a、37a的截面形状具有与轴承中心线C0平行的直线形状。
对环形槽32的具体的结构进行说明。环形槽32具有槽底部33和一对锥面部34、35。本实施方式的槽底部33具有以轴承中心线C0为中心的圆筒面形状。锥面部34(35)从该槽底部33的轴向两侧的端部33a(33b)朝向圆筒部36(37)的外周面36a(37a)侧延伸而设置。由于这一对锥面部34、35，环形槽32的槽宽随着朝向嵌合面22侧(即，径向外侧)而扩大。在图2中，将最靠径向外侧的环形槽32的槽宽(轴向的宽度尺寸)设为X0。
在包含轴承中心线C0的截面上，轴向一侧的锥面部35的截面形状具有从槽底部33的端部33b朝向嵌合面22(外周面37a)延伸的形状，且成为相对于嵌合面22(外周面37a)倾斜的直线形状。轴向另一侧的锥面部34的截面形状具有从槽底部33的端部33a朝向嵌合面22(外周面36a)延伸的形状，且成为相对于嵌合面22(外周面36a)倾斜的直线形状。在本实施方式中，轴向一侧的锥面部35和轴向另一侧的锥面部34在图2中具有左右对称的形状。
在图2所示的截面上，呈直线形状的一侧的锥面部35的延长假想线35a与嵌合面22(外周面37a)之间的角度θ1设定为5°～45°(5°以上且45°以下)。与之相同，呈直线形状的另一侧的锥面部34的延长假想线34a与嵌合面22(外周面36a)之间的角度θ2设定为5°～45°。
关于角度θ1、θ2的上限值，除了设为45°之外，也可以设为30°，还可以设为15°。关于角度θ1、θ2的下限值，除了设为5°之外，也可以设为8°。需要说明的是，在图2中，为了使环形槽32的截面形状容易理解，而将角度θ1、θ2及深度h记载得比实际大。
环形槽32的形成能够通过使磨具60(参照图3(A))与外圈12的外周面接触而进行。因此，磨具60具有与所述槽底部33及所述锥面部34、35一致的凸形状即可。由此，环形槽32的形成变得容易。圆筒部36、37的外周面36a、37a的研磨能够在环形槽32形成之前结束。
根据具备以上的结构的滚动轴承7(参照图2)，环形槽32具有在截面上呈直线形状的锥面部34、35。因此，该环形槽32(锥面部34、35)与嵌合面22(外周面36a、37a)的交叉部分39a、39b的形状没有成为锐利的尖角形状(例如，呈直角的尖角形状)而成为大的钝角。由此，能够缓和交叉部分39a、39b分别与壳体2接触所产生的壳体2上的接触面压局部变高的情况。其结果是，即使在外圈12上发生爬行，磨损也难以发展。
并且，在通过磨具60(参照图3(A))来形成环形槽32时，形成的环形槽32在槽底部33的轴向两侧具有在截面上呈直线形状的锥面部34、35。由此，即使在该磨具60的切入深度E0中有一点偏差，也能够使得难以对环形槽32的槽宽X0的尺寸精度造成影响。因此，能够抑制环形槽32的槽宽X0的尺寸的偏差。以下对能够抑制这样的偏差的作用进行说明。
如图3(A)所示，环形槽32的形成是通过使磨具60接近外圈12的外周面(嵌合面22)并且如双点划线所示那样使磨具60与外圈12的外周面(嵌合面22)接触而进行。图3(A)表示形成期望的(同设计值一样的)环形槽32的情况。磨具60的切入深度为设定值E0，在这样的情况下，形成期望的(同设计值一样的)槽宽X0。相对于此，图3(B)表示磨具60相对于外圈12的切入深度E1比设定值E0(参照图3(A))深的情况。在这样的情况下，形成的环形槽32的槽宽X1比规定的槽宽X0稍大，但是其变化量(X1-X0)比以往例(图8(B))小。图3(C)表示磨具60的切入深度E2比设定值E0(图3(A))浅的情况。在这样的情况下，形成的环形槽32的槽宽X2比规定的槽宽X0稍小，但是其变化量(X0-X2)比以往例(图8(C))小。
如上所述，本实施方式的环形槽32具有在截面上呈直线形状的锥面部34、35。由此，即使在磨具60的切入深度E0中存在偏差(E1、E2)，也能够使得难以对环形槽32的槽宽X0的尺寸造成影响。因此，环形槽32的尺寸管理、生产管理与以往例(参照图8)相比要容易。其结果是，容易使环形槽32的槽宽X0接近设计值，而能够适当地发挥由环形槽32产生的抑制爬行的作用。此外，能够抑制所述交叉部分39a、39b(参照图2)与壳体2接触所产生的壳体2上的面压变高的情况。此外，能够抑制环形槽32的槽宽X0的尺寸的偏差，因此也适合于量产。
在此，即使在外圈12上形成有环形槽32，在滚动轴承7的实际使用时，若外圈12发生弹性变形而槽底部33的一部分与壳体2(内周面3)接触，则如上所述，由于该接触状态的变化(脉动)而可能发生第一爬行。因此，如图4所示，在本实施方式的滚动轴承7中，环形槽32的深度h被设定为即使作用有径向的额定静载荷(基本额定静载荷)，槽底部33也无法与壳体2(内周面3)接触的值。即，在额定静载荷作用于滚动轴承7而外圈12的一部分发生弹性变形时，在槽底部33与壳体2的内周面3之间形成间隙S，两者处于不接触的状态。在实际使用时，滚动轴承7在作用有额定静载荷以下的径向载荷作为动载荷的条件下被使用的情况较多。因此，根据上述结构，在实际使用时能够更有效地抑制第一爬行的发生。图4是在滚动轴承7上作用有额定静载荷的情况下的外圈12及壳体2的放大截面图。在该图4中，实线是表示通过作用有额定静载荷而发生弹性变形之后的状态，双点划线是表示载荷没有作用的状态。所述额定静载荷是基于JIS B1519：2009的“基本径向额定静载荷”。
环形槽32的深度h是以嵌合面22(外周面36a、37a)为基准的深度。若轴承的型号不一样则所述额定静载荷也会不一样，因此环形槽32的深度h根据轴承的型号而不同。需要说明的是，能够使深度h例如不足0.1mm。
若环形槽32过深，则外圈12的强度、刚度会降低。因此，环形槽32具有当作用有超过所述额定静载荷的大的径向载荷时槽底部33能够与壳体2接触的深度h。通过这样地设定环形槽32的深度h，在作用有超过额定静载荷的大的径向载荷的情况下，槽底部33的一部分与壳体2接触，而能够将该大的载荷传达到壳体2。
在所述实施方式(参照图1)中，内圈11是与安装有该内圈11的对方部件(旋转轴4)一体旋转的旋转圈。外圈12是(虽然爬行)固定于安装有该外圈12的对方部件(壳体2)的固定圈。但是，在本发明中，内圈11和外圈12中的一方为旋转圈，另一方为固定圈即可。也可以与上述实施方式相反，而是如图5所示，安装于轴54的内圈11为固定圈，外圈12是与壳体55一体旋转的旋转圈。在这样的情况下，内圈11与轴54之间为间隙配合的状态，内圈11相对于轴54爬行。因此，在内圈11相对于作为对方部件的轴54的嵌合面(内周面)21上形成环形槽42(与图2的方式相同)。该环形槽42具有槽底部43和一对锥面部44、45，该一对锥面部44、45随着朝向嵌合面(内周面)21侧而使槽宽扩大。包含轴承中心线C0的截面上的这些锥面部44、45的截面形状成为相对于嵌合面(内周面)21倾斜的直线形状。
在该图5所示的方式中，也能够缓和由于内圈11与轴54接触而产生的接触面压局部变高的情况。由此，即使在内圈11发生爬行，磨损也难以发展。与上述实施方式的情况相同，在通过磨具(未图示)来形成环形槽42的情况下，即使在该磨具的切入深度中存在偏差，也能够使得难以对环形槽42的槽宽的尺寸精度造成影响。由此，能够抑制环形槽42的槽宽的尺寸的偏差。能够将图2所示的环形槽32的结构(例如角度θ1、θ2及深度h等的构成)应用到该图5所示的环形槽42中。
如上公开的实施方式在所有方面都为示例，而不是限制性的实施方式。即，本发明的滚动轴承不局限于图示的方式，也可以是在本发明的范围内的其他的方式。例如，槽底部33也可以是凹形的圆弧面。槽底部33和锥面部34(35)的边界部也可以经由凹状的圆角面连续。
在图1中，将滚动轴承7作为电动机用的预压赋予型的轴承来进行说明。然而，本发明的滚动轴承也可以是电动机用之外的轴承，能够应用于以爬行为课题的旋转设备。滚动轴承除了深沟球轴承之外也可以是角接触球轴承。此外，滚动体除了滚珠之外也可以是圆筒滚子、圆锥滚子。
根据本发明，能够缓和由于固定圈与对方部件接触而引起的接触面压局部变高的情况，即使在固定圈发生爬行，磨损也难以发展。而且，在通过磨具来形成环形槽的情况下，即使在该磨具的切入深度中存在偏差，也能够使得难以对环形槽的槽宽的尺寸精度造成影响，而能够抑制环形槽的槽宽的尺寸的偏差。

Claims (3)

1.一种滚动轴承，具备：
内圈；
外圈；
多个滚动体，设置于所述内圈与所述外圈之间；及
保持器，保持所述多个滚动体，
所述内圈和所述外圈中的一方为旋转圈，另一方为固定圈，其中，
安装于对方部件的所述固定圈的嵌合面在径向上的所述对方部件侧的所述固定圈的面分别形成为配置于轴向的一侧的第一局部周面和相比所述第一局部周面配置于轴向另一侧的第二局部周面，
所述固定圈的嵌合面与所述对方部件进行间隙配合，
在所述第一局部周面与所述第二局部周面之间形成有抑制爬行用的环形槽，
所述环形槽具有槽底部和一对锥面部，所述一对锥面部从该槽底部的轴向两侧延伸并随着朝向所述嵌合面侧而使槽宽扩大，
在包含轴承中心线的截面上，
所述槽底部具有以所述轴承中心线为中心的圆筒面形状，
所述锥面部的截面形状是相对于所述嵌合面倾斜的直线形状，
所述一对锥面部中的第一锥面部在第一交叉部分与所述第一局部周面交叉，所述一对锥面部中的第二锥面部在第二交叉部分与所述第二局部周面交叉，
所述第一锥面部与所述第一局部周面之间的第一交叉部分形成第一钝角，所述第二锥面部与所述第二局部周面之间的第二交叉部分形成第二钝角，
所述第一交叉部分相比与所述固定圈接触的滚珠的接触位置设置于所述轴向的一侧，所述第二交叉部分相比与所述固定圈接触的滚珠的接触位置设置于所述轴向另一侧。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承，其中，
在所述截面上，呈直线形状的所述锥面部的延长假想线与所述嵌合面之间的角度为5°～45°。
3.根据权利要求1或2所述的滚动轴承，其中，
所述环形槽具有在作用有径向的额定静载荷时所述槽底部不能与所述对方部件接触的深度。
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