CN108397476B - 滚珠轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种滚珠轴承。滚珠轴承具备内圈、外圈、多个滚珠、保持多个滚珠的环状的保持架。保持架具有位于滚珠的轴向一侧的环状部和从该环状部向轴向另一侧延伸而设置的多个柱部，位于环状部的轴向另一侧的在周向上相邻的一对柱部之间是用于收容滚珠的兜孔。该兜孔具有当保持架向轴向另一侧位移时与滚珠进行点接触的接触面部，该接触面部在滚珠的旋转中心线与滚珠的表面之间的交点处与滚珠进行点接触。

Description

滚珠轴承
在2017年2月6日提出的日本专利申请2017-019428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
本发明涉及滚珠轴承。
背景技术
滚珠轴承是低转矩(低旋转阻力)的轴承，但是近年来，追求进一步的低转矩化。滚珠轴承具有内圈、外圈、多个滚珠及环状的保持架。滚珠轴承通过在形成于内圈与外圈之间的环状空间设置的润滑脂(润滑剂)来确保旋转性能。保持架具有对设置在内圈与外圈之间的多个滚珠进行分隔的作为分隔器的功能。保持架存在钢制或树脂制。钢制的保持架具有一对环状的构件，成为通过上述环状的构件以从两侧夹着多个滚珠的方式配置而利用铆钉等进行结合的结构(例如，参照日本特开2014-70669号公报)。
如图7所示，树脂制的保持架具有在滚珠93的轴向一侧设置的环状部91和从该环状部91向轴向另一侧延伸设置的多个柱部92。位于环状部91的轴向另一侧的在周向上相邻的一对柱部92、92之间成为收容滚珠93的兜孔94。
在以往的滚珠轴承中，保持架90采用由滚珠93引导的被称为滚动体引导的结构。即，保持架90由滚珠93定位。这在钢制的保持架的情况下也同样。为了实现滚动体引导，在图7所示的保持架90中，兜孔94具有兜孔面95，该兜孔面95是沿着具有比滚珠93的直径稍大的直径的假想的球面的形状。
为了采用滚动体引导的结构，保持架90需要环抱滚珠93。为此，如上所述，兜孔面95具有沿着直径比滚珠93稍大的假想的球面的形状。因此，与滚珠93相对的兜孔面95变宽。在该兜孔面95的整个区域与滚珠93的表面之间形成有微小间隙，在该整个区域能够与滚珠93接触，由此进行保持架90的定位。
当基于这样的滚动体引导的滚珠轴承旋转时，在所述微小间隙处，润滑脂(润滑剂)被剪切。在兜孔面95与滚珠93之间的大范围内润滑脂被剪切时，由此产生的阻力(剪切阻力)增大。当滚珠轴承旋转时，滚珠93除了与保持架90一起绕内圈旋转(公转)之外，还绕着滚珠93的旋转中心线以高速旋转(自转)。因此，滚珠93与保持架90的转速差(滑动速度)变得非常大，润滑脂的剪切速度也变得非常高。如以上所述，在以往的滚珠轴承中，润滑脂的剪切成为旋转阻力(旋转转矩)的产生原因。而且，存在由于剪切而润滑脂的寿命变短的问题。
发明内容
本发明的目的之一是在滚珠轴承中，抑制在形成于内圈与外圈之间的环状空间设置的润滑剂的剪切，实现旋转阻力的降低和润滑剂的长寿命化。
本发明的一方式的滚珠轴承的结构上的特征在于，具备：在外周形成有内滚道槽的内圈；在内周形成有外滚道槽的外圈；设置于所述内滚道槽与所述外滚道槽之间的多个滚珠；及保持所述多个滚珠的环状的保持架，所述保持架具有位于所述滚珠的轴向一侧的环状部和从该环状部向轴向另一侧延伸设置的多个柱部，位于所述环状部的轴向另一侧的在周向上相邻的一对所述柱部之间是用于收容所述滚珠的兜孔，所述兜孔具有当所述保持架向轴向另一侧位移时与所述滚珠进行点接触的接触面部，所述接触面部在所述滚珠的旋转中心线与该滚珠的表面之间的交点处与该滚珠进行点接触。
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是表示本发明的滚珠轴承的一实施方式的剖视图。
图2是表示保持架的一部分的立体图。
图3是内圈、外圈及保持架的剖视图。
图4是滚珠及保持架的从外周侧观察的图(局部剖面)。
图5是图4的A向视的剖视图。
图6是表示另一滚珠轴承的一部分的剖视图。
图7是表示以往的滚珠轴承的保持架的立体图。
具体实施方式
以下，基于附图，说明本发明的实施方式。图1是表示本发明的滚珠轴承的一实施方式的剖视图。该滚珠轴承1具备内圈2、设置在该内圈2的径向外侧的外圈3、设置于上述内圈2与外圈3之间的多个滚珠4、保持这些滚珠4的环状的保持架5。在该滚珠轴承1中，在形成于内圈2与外圈3之间的环状空间设置润滑脂作为润滑剂。在本实施方式中，轴向也包括与滚珠轴承1的中心线CL(以下，称为轴承中心线CL)平行的方向，而且，径向是与轴承中心线CL正交的方向。
图1所示的滚珠轴承1在轴向两侧还具备密封装置6。通过上述密封装置6，防止设置有滚珠4及保持架5的轴承内部(所述环状空间)的润滑脂向外部泄漏。密封装置6也具备防止外部的异物向轴承内部侵入的功能。
内圈2是环状的构件，在其外周形成有供滚珠4滚动的内滚道槽21。在图1所示的纵向剖面中，内滚道槽21具有比滚珠4的半径稍大的半径的凹圆弧形状。内圈2在内滚道槽21的轴向一侧具有第一肩部22，在内滚道槽21的轴向另一侧具有第二肩部23。
外圈3是环状的构件，在其内周形成有供滚珠4滚动的外滚道槽31。在图1所示的纵向剖面中，外滚道槽31具有比滚珠4的半径稍大的半径的凹圆弧形状。外圈3在外滚道槽31的轴向一侧具有第一肩部32，在外滚道槽31的轴向另一侧具有第二肩部33。在外圈3的轴向两侧部各自的内周面形成有凹槽39。在该凹槽39安装有密封装置6。本实施方式的滚珠轴承1是深槽滚珠轴承。
滚珠4在内滚道槽21与外滚道槽31之间设置有多个，当滚珠轴承1(内圈2)旋转时，滚珠4沿着内滚道槽21及外滚道槽31进行滚动接触。即，滚珠4沿着内滚道槽21及外滚道槽31以轴承中心线CL为中心旋转(公转)，并绕着滚珠4的旋转中心线C0旋转(自转)。在本实施方式中，滚珠4的旋转中心线C0是通过滚珠4的中心C1(以下，称为滚珠中心C1。)且与轴承中心线CL平行的直线。在滚珠4的旋转中心线C0与滚珠4的表面7之间的交点P处，滚珠4的由自转产生的周速成为0。滚珠4在内滚道槽21中的最深点(区域S3)处接触，且在外滚道槽31中的最深点(区域S1)处接触。滚珠4是使用轴承钢等形成的钢制的构件。内圈2及外圈3是轴承钢或机械结构用钢等的钢制。
图2是表示保持架5的一部分的立体图。在图1及图2中，保持架5具有位于滚珠4的轴向一侧的环状部11和从该环状部11向轴向另一侧延伸设置的多个柱部13。保持架5是所谓冠型的保持架。本实施方式的保持架5具有引导部14。处于环状部11的轴向另一侧的在周向上相邻的一对柱部13、13之间成为收容滚珠4的兜孔15。兜孔15在轴向另一侧开口。兜孔15沿着周向形成多个。保持架5能够将多个滚珠4沿周向空出间隔地保持。
图3是内圈2、外圈3及保持架5的剖视图。在图3中，成为拆卸了密封装置6的状态。环状部11是圆环形状的部分，位于内圈2(参照图1)的肩部22与外圈3的肩部32之间。柱部13是从环状部11的径向外侧部11b朝向轴向另一侧直线性地延伸的部分。引导部14是从环状部11的径向内侧部11a朝向轴向另一侧延伸的部分。虽然未图示，但引导部14可以是从柱部13的轴向一侧的部分(基部)分支而向径向内侧突出的结构。引导部14分别设置在各柱部13的径向内侧，在引导部14与柱部13之间形成缺损部16。缺损部16是通过将柱部13的一部分在剖面中切口成凹形状而形成的部分。柱部13全部为相同形状，引导部14也全部相同。保持架5为树脂制(合成树脂制)，通过注塑成形而制造。环状部11、柱部13、引导部14被一体成形，保持架5由单一构件构成。
图4是滚珠4及保持架5的从外周侧观察的图。图4在局部将通过滚珠中心C1且与滚珠轴承1的半径方向的假想线正交的面作为剖面表示。兜孔15具有与滚珠4的表面(外周面)7相对的兜孔面50。如图4所示，在兜孔15的中心与滚珠中心C1一致的状态(以下，将其称为中立状态。)下，在兜孔面50的整体与滚珠4之间形成有间隙，它们成为非接触。因此，以中立状态为基准，相对于滚珠4而保持架5能够向轴向一侧及轴向另一侧、以及周向一侧及周向另一侧(稍微)位移。兜孔15的中心是与滚珠4的节圆相同的直径的圆周上的点，是以滚珠4为基准而保持架5的轴向一侧与轴向另一侧的位移量相同且周向一侧与周向另一侧的位移量相同的点。在中立状态下，如图3所示，保持架5以轴承中心线CL为中心而与内圈2及外圈3呈同心状地配置。
如图3所示，保持架5具有的引导部14是能够与内滚道槽21接触的部分。引导部14通过与内滚道槽21的一部分接触，来限制保持架5的径向(径向两侧)的位移，而且，限制保持架5的向轴向一侧的位移。保持架5的向轴向另一侧的位移通过环状部11的一部(后述的接触面部55)与滚珠4接触而受到限制。
在图1中，密封装置6具有芯部6a和固定于该芯部6a的橡胶制的密封部6b。通过将密封部6b的外周部(径向外侧的部分)与外圈3的凹槽39嵌合而将密封装置6安装于外圈3。在密封部6b的内周部(径向内侧的部分)设置的唇与内圈2的肩部22(23)的外周面接触。密封装置6也可以是其他的方式，可以是例如虽然未图示但是仅由环状的构件构成且在与内圈2之间构成迷宫密封的结构。
在图4中，保持架5的兜孔15具有的兜孔面50具有环状部11的轴向另一侧的侧面部51、从该侧面部51向周向两侧分别连续的圆弧面部52、与各圆弧面部52连续的平坦面部53。通过圆弧面部52和平坦面部53，构成柱部13的周向的侧面。图5是图4的A向视的剖视图，示出包含滚珠中心C1及轴承中心线CL(参照图1)的面处的剖面。如图5所示，侧面部51由位于径向中央的接触面部55、该接触面部55的径向外侧的相对面部56(以下，称为外相对面部56)、接触面部55的径向内侧的相对面部57(以下，称为内相对面部57)构成。
接触面部55是平面矩形形状的面，当保持架5从所述中立状态向轴向另一侧位移时，接触面部55与滚珠4进行点接触。接触面部55在滚珠4的旋转中心线C0与滚珠4的表面7之间的交点P处与滚珠4进行点接触。这样，通过接触面部55与滚珠4接触，来限制保持架5的向轴向另一侧的位移。在中立状态下，在所述交点P与接触面部55之间形成有微小的间隙e1。
外相对面部56是从接触面部55的上缘向径向外侧扩展的面。外相对面部56由沿着半径比滚珠4大的球面的面构成，且与滚珠4的表面7相对。内相对面部57是从接触面部55的下缘向径向外侧扩展的面。内相对面部57由沿着半径比滚珠4大的球面的面构成，且与滚珠4的表面7相对。这样，兜孔15在其里侧的面(所述侧面部51)处具有接触面部55作为中央。兜孔15还在该接触面部55的径向外侧及径向内侧分别具有与滚珠4相对的外相对面部56及内相对面部57。
在中立状态下，在外相对面部56与滚珠4的表面7之间形成有间隙e2，而且，在内相对面部57与滚珠4的表面7之间形成有间隙e3。上述间隙e2、e3分别大于滚珠4的表面7(所述交点P)与接触面部55之间的间隙e1。间隙e2及间隙e3分别可以不恒定，但是间隙e2及间隙e3各自的最小值大于所述间隙e1。间隙e2、e3优选设定为间隙e1的2倍以上且4倍以下。间隙e2、e3成为难以剪切润滑脂那样的宽大的间隙尺寸。
外相对面部56及内相对面部57相比接触面部55向轴向另一侧突出，是虽然与滚珠4接近但是在通常的旋转状态下与滚珠4不接触的面。即，即使保持架5从中立状态向轴向另一侧位移，滚珠4也不会与外相对面部56及内相对面部57接触。保持架5在径向上由引导部14限制位移而仅能位移微小尺寸。在通常的旋转状态下，保持架5即使具有径向成分而从中立状态向轴向另一侧位移，外相对面部56及内相对面部57也不会与滚珠4接触。
在图4中，兜孔15在轴向另一侧开口，在轴向另一侧的开口区域具有一对所述平坦面部53、53。上述平坦面部53、53以比滚珠4的直径稍大的间隔沿周向相对设置。各平坦面部53为平面状，一对平坦面部53、53平行配置。从中立状态开始，当保持架5与滚珠4在周向上相对地接近时，兜孔面50的一部分与滚珠4的表面7接触，但是与滚珠4接触的位置成为平坦面部53上的点(接触点)。并且，所述圆弧面部52是设置于所述侧面部51与所述平坦面部53、53各自之间的面，是与滚珠4不接触的面。在所述中立状态下，在形成于兜孔15与滚珠4之间的间隙(全部间隙)中，接触面部55与滚珠4的间隔(间隙e1)变得最小。
通过图3，进一步说明保持架5的引导部14。引导部14具有朝向内滚道槽21侧而向径向内侧突出的突出部17。突出部17的内周侧端部的直径(内径)比内圈2的肩部22的直径(外径)小。因此，通过使引导部14弹性变形来进行保持架5向设置于内圈2与外圈3之间的滚珠4的安装。
引导部14是用于定位保持架5的部分。在内圈2与保持架5处于同心状的情况下(处于所述中立状态的情况下)，引导部14的突出部17处于与内滚道槽21空出间隙而相对的配置，但是当保持架5沿径向位移时，突出部17的一部分从径向与内滚道槽21接触。由此，引导部14能够进行保持架5的径向上的定位。此外，当保持架5从所述中立状态向轴向一侧位移时，引导部14从轴向与内滚道槽21接触，由此能够进行保持架5的轴向上的定位。这样，通过引导部14与内滚道槽21接触，来限制保持架5的向轴向一侧的位移。
在本实施方式中，引导部14在内滚道槽21中的除了滚珠4接触的区域S3(以下，称为接触区域S3。)以外的非接触区域S2进行接触。此外，引导部14与非接触区域S2仅在一个部位进行接触。引导部14与内圈2的接触方式成为线接触或点接触。非接触区域S2处于比接触区域S3靠肩部22侧的位置。接触区域S3是在轴向载荷未作用于轴承整体的状态下滚珠4所接触的区域。非接触区域S2是在轴向载荷未作用于轴承整体的状态下滚珠4不接触的区域。在轴向载荷未作用于轴承整体的状态下，外滚道槽31的在轴向上的中心、内滚道槽21的在轴向上的中心、及滚珠4的中心分别位于与轴承中心线CL正交的一个面上。
如以上所述，在本实施方式的滚珠轴承1中，保持架5具有的兜孔15(参照图5)具有接触面部55。当保持架5向轴向另一侧位移时，该接触面部55在滚珠4的旋转中心线C0与滚珠4的表面7之间的交点P处与滚珠4进行点接触。即，兜孔15具有的兜孔面50包括与滚珠4进行点接触的平面状的接触面部55。滚珠4的旋转中心线C0与滚珠4的表面7之间的交点P成为与保持架5的接触点。根据该滚珠轴承1，在内圈2与外圈3之间保持滚珠4的保持架5向轴向另一侧位移的情况下，在滚珠4与保持架5之间的周速成为0的位置两者进行点接触，进行保持架5的定位。因此，保持架5在与滚珠4之间润滑脂的剪切速度减小的区域被定位。因此，能够抑制滚珠4与保持架5之间的润滑脂的剪切。其结果是，能够实现滚珠轴承1的旋转阻力的降低和润滑脂的长寿命化。需要说明的是，如现有技术(参照图7)那样，在兜孔面95与滚珠93之间的大范围中润滑脂被剪切，而且，相对于兜孔面95而滚珠93以高转速旋转(自转)，以由此产生的大的速度差(大的剪切速度)剪切润滑脂。因此，在现有技术(参照图7)中，旋转阻力变大，而且，润滑脂被剪切而润滑脂寿命可能会下降。
在图3中，当滚珠轴承1(内圈2)旋转时，滚珠4沿着内滚道槽21及外滚道槽31公转并且也伴有自转，因此保持架5与内圈2(外圈3)的转速差小于保持架5与滚珠4的转速差。这样的转速差成为润滑脂的剪切速度，因此转速差小的一方的润滑脂难以被剪切。因此，在本实施方式中，如上所述，在保持架5向轴向一侧位移的情况下，保持架5不是通过在滚珠4而是通过在内圈2(内滚道槽21)和引导部14处接触来进行保持架5的定位。即，为了向轴向一侧位移的保持架5的定位而成为在转速差减小的保持架5与内圈2之间使两者接触的结构。在本实施方式的情况下，以内圈2的转速与保持架5的转速之差的速度将润滑脂剪切，但是该转速之差(相比较于与滚珠4的转速之差)非常小，因此能够抑制润滑脂的剪切。引导部14与内圈2的接触方式为线接触或点接触，接触范围小，因此能够更进一步抑制润滑脂的剪切。其结果是，能够对于旋转阻力的降低、润滑脂的长寿命化作出贡献。
如上所述，在所述中立状态下(参照图4)，在形成于兜孔15与滚珠4之间的间隙(全部间隙)中，接触面部55与滚珠4的间隔(间隙e1)变得最小。这样在中立状态下，接触面部55与滚珠4之间成为兜孔面50与滚珠4之间的最小尺寸。由此，在形成于兜孔15与滚珠4之间的间隙中，在接触面部55与滚珠4之间以外的区域难以剪切润滑脂。其结果是，对于旋转阻力的降低和润滑脂的长寿命化能够更进一步作出贡献。
本实施方式的保持架5即使由于某些原因而要产生过大的变形，通过该变形而保持架5的一部分也会(在所述接触面部55及除此以外的部分)与滚珠4、内圈2(或外圈3)接触(触底)。由此，成为能阻止该过大的变形的结构。当在保持架5产生过大的变形时，保持架5可能会破损。作为阻止这样的变形的结构，在本实施方式中(参照图5)，兜孔15如上所述具有与滚珠4相对的内相对面部57。在中立状态下，在内相对面部57与滚珠4之间形成大的间隙e3。该间隙e3大于中立状态下的滚珠4与接触面部55之间的间隙e1。通过该结构，当保持架5要产生过大的变形时，通过内相对面部57与滚珠4的接触，阻止所述变形，能够防止保持架5的破损。在通常的旋转时(未产生过大的变形的状态下)，在滚珠4与内相对面部57之间存在不剪切润滑脂那样大的间隙e3，因此润滑脂难以被剪切。当在保持架5要产生过大的变形时，根据该变形的模式而外相对面部56能够与滚珠4接触。由此，能够阻止过大的变形。
在本实施方式中，是引导部14与内圈2的一部分(内滚道槽21)接触的结构。因此，将保持架5作为整体而偏向内圈2侧设置的情况变得容易，能够减小由于保持架5剪切润滑脂而产生的阻力。即，当滚珠轴承1旋转时，在形成于内圈2与外圈3之间的环状空间存在的润滑脂由于离心力而容易向外圈3侧聚集。因此，通过使保持架5偏向内圈2侧设置而保持架5难以剪切润滑脂。由此，能够减小以润滑脂的剪切为起因的阻力。
在所述实施方式中(例如参照图3)，说明了保持架5的引导部14与内圈2(内滚道槽21)接触的情况。然而，如图6所示，也可以是引导部14与外圈3(外滚道槽31)接触的结构。因此，只要设为引导部14在比柱部13靠外圈3侧设置的结构即可。引导部14在外圈滚道槽31的除了滚珠4所接触的区域S1以外的非接触区域S2进行接触。由此，在进行保持架5的定位的结构上优选。
通过以上所述，如上述各方式中说明那样，保持架5具有引导部14。当保持架5从中立状态向轴向一侧位移时，该引导部14与内圈2(内滚道槽21)接触(图3所示的方式)或者与外圈3(外滚道槽31)接触(图6所示的方式)，由此进行保持架5的定位。如图6所示，即使在引导部14与外圈3(外滚道槽31)接触的情况下，该保持架5的兜孔也具有当保持架5向轴向另一侧位移时与滚珠4进行点接触的接触面部55。该接触面部55在滚珠4的旋转中心线C0与滚珠4的表面7之间的交点P处，通过与滚珠4进行点接触而进行保持架5的定位。由此，保持架5在与滚珠4之间润滑脂的剪切速度减小的区域被定位。其结果是，能够抑制滚珠4与保持架5之间的润滑脂的剪切，能够实现滚珠轴承1的旋转阻力的降低和润滑脂的长寿命化。
如以上所述公开的实施方式在全部的方面为例示而不受限制。即，本发明的滚珠轴承并不局限于图示的方式，在本发明的范围内也可以是其他的方式的结构。在上述实施方式中，说明了滚珠轴承为深槽球轴承的情况，但也可以是角接触球轴承。在角接触球轴承的情况下，滚珠的旋转中心线倾斜，但是只要以在该倾斜的旋转中心线与滚珠的表面之间的交点处使保持架的兜孔面具有的接触面部与滚珠进行点接触的方式构成保持架即可。
根据本发明，能够抑制滚珠与保持架之间的润滑剂的剪切，能够实现滚珠轴承的旋转阻力的降低、润滑剂的长寿命化。

Claims (3)

1.一种滚珠轴承，包括：
在外周形成有内滚道槽的内圈；
在内周形成有外滚道槽的外圈；
设置于所述内滚道槽与所述外滚道槽之间的多个滚珠；及
保持所述多个滚珠的环状的保持架，其中，
所述保持架具有位于所述滚珠的轴向一侧的环状部和从该环状部向轴向另一侧延伸而设置的多个柱部，位于所述环状部的轴向另一侧的在周向上相邻的一对所述柱部之间是用于收容所述滚珠的兜孔，
所述兜孔具有当所述保持架向轴向另一侧位移时与所述滚珠进行点接触的平面矩形形状的接触面部，所述接触面部在所述滚珠的旋转中心线与该滚珠的表面之间的交点处与该滚珠进行点接触，
所述保持架还具有当所述保持架向轴向一侧位移时与所述内圈及所述外圈中的一方进行接触的引导部，
所述兜孔以所述接触面部为中央而在该接触面部的径向外侧及径向内侧分别具有与所述滚珠相对的外相对面部及内相对面部，
所述外相对面部是从所述接触面部的上缘向径向外侧扩展的面，所述外相对面部由沿着半径比所述滚珠大的球面的面构成，且与所述滚珠的表面相对，
所述内相对面部是从所述接触面部的下缘向径向外侧扩展的面，所述内相对面部由沿着半径比所述滚珠大的球面的面构成，且与所述滚珠的表面相对。
2.根据权利要求1所述的滚珠轴承，其中，
在所述兜孔的中心与所述滚珠的中心一致的中立状态下，在径向内侧及径向外侧各自的所述相对面部与所述滚珠之间形成有比所述中立状态下的所述滚珠与所述接触面部之间的间隙大的间隙。
3.根据权利要求1或2所述的滚珠轴承，其中，
在所述兜孔的中心与所述滚珠的中心一致的中立状态下，在该兜孔与该滚珠之间形成的间隙中，所述接触面部与所述滚珠之间的间隔最小。
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