CN108425952B - 预紧结构的电机用一体化滚珠轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种预紧结构的电机用一体化滚珠轴承，包括：一个芯轴，该芯轴的表面上设有一对第一沟道；一对轴承外圈，每个轴承外圈的内表面上均设有一个第二沟道；每组第一沟道与第二沟道共同形成用于放置轴承滚珠的轴承滚道；位于每个轴承滚道内，并通过各自对应的轴承保持架分隔的轴承滚珠；以及，一个套筒，该套筒套接至一对轴承外圈上，每个轴承外圈的外表面均与筒套的内表面相胶合，且均保持轴向预紧，或者一个轴承外圈的外表面与筒套的内表面相胶合，另一个轴承外圈的端面通过弹簧垫施压。其解决了“提供一种超高速、高效及长寿命的一体化滚珠轴承”的技术问题，具备在高转速工作环境中应用的优点。

Description

预紧结构的电机用一体化滚珠轴承
技术领域
本发明涉及一种电机用一体化滚珠轴承，特别是一种预紧结构的电机用一体化滚珠轴承。
背景技术
现在，高档电机市场的上用的电机向小型化、高转速的方向发展，用户要求该电机体积小、效率高，所使用的滚珠轴承一般轴的尺寸在¢3~10㎜、轴承的外径在¢10-25㎜；另外，要求轴承是一体化的。例如，由本申请人向国家知识产权局专利局提交，专利号为201620296293 .7的已授权中国实用新型专利文献中所提供的一种新型连体轴承。
同时，为了消除轴承间隙，提高轴承刚性以及提高轴承旋转精度，避免出现因材料热胀冷缩的原因，导致轴承在工作中轴承滚珠抱死的情况，对滚珠轴承进行预紧。
目前，在市场上未出现能够满足上述要求的滚珠轴承，为解决市场的急需，拓宽轴承产品种类，公司决定研发该类轴承。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种预紧结构的电机用一体化滚珠轴承。
为了实现上述目的，本发明所设计的一种预紧结构的电机用一体化滚珠轴承，其包括：
一个芯轴，该芯轴的表面上设有一对第一沟道，且在芯轴的轴向上间隔排布；
一对轴承外圈，每个轴承外圈的内表面上均设有一个第二沟道以及位于该第二沟道的外侧或双侧的密封槽；所述轴承外圈与芯轴表面的第一沟道逐一对应，且相对应的每组第一沟道与第二沟道共同形成用于放置轴承滚珠的轴承滚道；
位于每个轴承滚道内，并通过各自对应的轴承保持架分隔的轴承滚珠；
位于每个密封槽内，用以阻止外物进入上述轴承滚道的轴承防尘盖；
以及，一个套筒，该套筒套接至一对轴承外圈上，每个轴承外圈的外表面均与筒套的内表面相胶合，且均保持轴向预紧。
上述一体化滚珠轴承，其结构中的一对轴承外圈在各自轴向受力的情况下，均胶合至同一筒套上，实现一体化结构设计，并且使得一对滚珠轴承在轴向实现预紧。在高转速情况下，上述结构的滚珠轴承能够避免出现因材料热胀冷缩的原因，导致轴承在工作中轴承滚珠抱死的情况，其能够在高转速要求的电机上应用。
本发明所设计的另一种预紧结构的电机用一体化滚珠轴承，其包括：
一个芯轴，该芯轴的表面上设有一对第一沟道，且在芯轴的轴向上间隔排布；
一对轴承外圈，每个轴承外圈的内表面上均设有一个第二沟道以及位于该第二沟道的外侧或双侧的密封槽；所述轴承外圈与芯轴表面的第一沟道逐一对应，且相对应的每组第一沟道与第二沟道共同形成用于放置轴承滚珠的轴承滚道；
位于每个轴承滚道内，并通过各自对应的轴承保持架分隔的轴承滚珠；
位于每个密封槽内，用以阻止外物进入上述轴承滚道的轴承防尘盖；
以及，一个套筒，该套筒套接至一对轴承外圈上；任意一个轴承外圈的外表面与筒套的内表面相胶合；在另一个轴承外圈的外表面与套筒的内表面之间的间隙处加设密封圈，且在该轴承外圈的至少一侧设有一个始终处于压紧状态，且一个端部挡接至该轴承外圈上的弹簧垫，且在弹簧垫的外侧设有一个对该弹簧垫进行限位，且固定至套筒上的止动环。
上述一体化滚珠轴承，其结构中一对轴承外圈套接至筒套内，实现一体化设计，且一个弹簧垫始终施压在一侧的轴承外圈上，导致对应的滚珠轴承在轴向实现预紧。结合了上述一体化滚珠轴承的电机在高转速工作一段时间后，上述一体化滚珠轴承结构中的芯轴受热膨胀，导致其长度延伸，此时弹簧垫一侧的滚珠轴承能够克服弹簧垫的施压作用力，同步的朝向该弹簧垫移动，弹簧垫被进一步的压缩，其能够避免出现因材料热胀冷缩的原因，导致轴承在工作中轴承滚珠抱死的情况，其能够在高转速要求的电机上应用。
优选的，两种结构的一体化滚珠轴承，任意一种结构，其结构中每个轴承滚道内的轴承滚珠的数量相同。
上述优选方案中所述滚珠轴承的工作平稳性好，使用有效性好以及使用寿命长。
进一步优选的，上述滚珠轴承为角接触轴承；其中，所述芯轴的材料为执行军甲61标准的ZGCr15高碳铬军甲轴承钢，其芯轴的外径d+0.010 +0.002㎜，粗糙度Ra0.16μm，外径圆度0.001㎜，圆柱度0.002㎜，径向跳动0.003㎜，第一沟道的曲率Ri+0.03 0 ㎜，曲率系数0.525，沟位间距L±0.005㎜，两个第一沟道的平行差0.005㎜；上述轴承外圈的材料为钢GCr15，其外径D0 -0.005㎜，外径表面粗糙度Ra0.16μm，外径圆度0.001㎜，圆柱度0.002㎜，径向跳动0.004㎜，第二沟道的曲率Re+0.02 0㎜，曲率系数0.530，第二沟道对端面的平行度0.005㎜，第二沟道的粗糙度＜0.04μm。
上述进一步优选方案中所提供一体化角接触轴承，其能够满足~20万转/分的超高转速工作环境，且一体化角接触轴承采用后者活动预紧结构时，在上述高转速工作环境下其能够稳定的工作8000h。
本发明得到的一种预紧结构的电机用一体化滚珠轴承，其与现有技术相比具备以下优点：
1、本发明满足了电机厂家对滚珠轴承的一体化、超高速、高效、长寿命的使用要求；
2、本发明的结构紧凑，两列滚道间的中心距离较大，承载能力强，而且芯轴的两列沟道同时加工，内、外圈两沟尺寸差能够有效控制，故能使轴承两列滚道与钢球的配合所形成的径向游隙基本保持一致，这样保证了两列滚道、钢球承受径向负荷均匀。
附图说明
图1是本实施例中所提供一种预紧结构的电机用一体化角接触轴承的结构示意图；
图2是图1中A处的局部放大示意图；
图3是本实施例中所提供一种预紧结构的电机用一体化深沟球轴承的结构示意图；
图4是图3中B处的局部放大示意图；
图5是本实施例中所提供另一种预紧结构的电机用一体化角接触轴承的结构示意图；
图6是图5中C处的局部放大示意图；
图7是本实施例中所提供另一种预紧结构的电机用一体化深沟球轴承的结构示意图；
图8是图7中D处的局部放大示意图。
图中：芯轴1、角接触轴承外圈2、角接触轴承钢球3、角接触轴承保持架4、角接触轴承防尘盖5、套筒6、第一沟道7、第二沟道8、密封槽9、深沟球轴承外圈10、深沟球轴承钢球11、深沟球轴承保持架12、深沟球轴承防尘盖13、弹簧垫14、止动环15、O形圈16。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
结合图1和图2，本实施例中所提供一种预紧结构的电机用一体化角接触轴承，由芯轴1、带锁口的角接触轴承外圈2、角接触轴承钢球3、整体尼龙材质的角接触轴承保持架4、角接触轴承防尘盖5和套筒6构成。其中，芯轴1的外径φ为3㎜，角接触轴承外圈2的外径φ为10㎜。
芯轴1的加工工艺：芯轴1坯料-回火-软磨-淬火-冷冻处理-回火-抗疲劳强化处理-粗磨外圆-精磨外圆-平面磨双端面-滚研外径-精磨沟道-精研内沟-入库。
角接触轴承外圈2的加工工艺：外圈车削件-淬火-清洗-回火-粗磨外径-磨两端端面-精磨外径-滚研外径-精磨外沟-精研外沟-修磨外径-滚研外径-入库。
芯轴1上第一沟道7的曲率Ri+0.03 0 ㎜， 曲率系数0.525；角接触轴承外圈2上第二沟道8的曲率Re+0.02 0㎜，曲率系数0.530，角接触轴承外圈2的第二沟道8相对大一些的曲率系数，能提高一体化角接触轴承的灵活性。
芯轴1所使用的材料为ZGCr15高碳铬军甲轴承钢，该钢综合性能优良，淬火后硬度高而且均匀，耐磨性能和接触疲劳强度高，其杂质比一般轴承钢少，性能更加优良适用于高速精密长寿命轴承。
芯轴1的加工精度较高，加工后芯轴1的外径要达d+0.010 +0.002㎜，粗糙度要达到Ra0.16μm，外径圆度要达到0.001㎜，圆柱度0.002㎜，径向跳动0.003㎜；沟位间距要达到L±0005，两沟道的平行差0.005㎜，从而确保了高速运转时的平稳性。
角接触轴承外圈2用优质轴承钢GCr15制造，角接触轴承外圈2加工后要达如下高要求：外径D0 -0.005，外径表面粗糙度Ra0.16μm，外径圆度0.001㎜，圆柱度0.002㎜，径向跳动0.004㎜，第二沟道8对端面的平行度0.005㎜，采用进口油石超精沟道，使超精后的内外圈沟道的粗糙度在0.04μm以下，以减小钢球与沟道的摩擦，提高轴承的转速和效率。
芯轴1和角接触轴承外圈2加工合格后，就可以进行装配。由于角接触轴承的角接触轴承外圈2锁口的总尺寸小于角接触轴承外圈2的第二沟道8尺寸，一般采用加热角接触轴承外圈2的办法，即利用金属的热膨胀性能增大锁口尺寸、迫使芯轴1与角接触轴承钢球3进入角接触轴承外圈2的第二沟道8中。将芯轴1和角接触轴承外圈2的一头按沟径的尺寸配套，按配套顺序向加热板上以锁口向上摆放角接触轴承外圈2，将芯轴1套上整体尼龙材质的角接触轴承保持架4，同时往角接触轴承保持架4中装入角接触轴承钢球3形成芯轴保持架组件，在角接触轴承外圈2加热时间和加热温度足夠的情况下轻轻压下芯轴1与角接触轴承钢球组件，用同样的方法装配轴承的另一头。从加热板上取下已组装好的轴承自然冷却至常温，清洗、注进口高速油脂，用专用工具把角接触轴承防尘盖5固定在角接触轴承外圈2的密封槽9内，将组装好的前后轴承的外表面涂上胶，然后装上套筒6，用专用夹具在前后角接触轴承外圈2的端面上施加一个轴向力，等胶固化后两个轴承就各自存在轴向预紧力了，这样就形成了一体化超高速精密角接触轴承，该一体化角接触轴承能够满足~20万转/分的超高转速工作环境。
结合图3和图4，本实施例中所提供的一种预紧结构的电机用一体化深沟球轴承，其大体结构与前述一体化角接触轴承相一致，仅仅是滚珠轴承选用深沟球轴承，所述芯轴1上第一沟道7的曲率Ri+0.02 0，曲率系数0.525，深沟球轴承外圈10上第二沟道8的曲率Re+0.02 0，曲率系数0.530，深沟球轴承外圈10相对大一些的沟曲率系数能减小滚动体与内外圈的接触面积、减少摩擦以提高轴承灵活性，从而满足了主机厂家对轴承的超高速、高效、长寿命的使用要求。
芯轴1的加工方法同上，深沟球轴承外圈10的加工方法同一般的深沟球轴承。芯轴1和深沟球轴承外圈10加工合格后，就可以进行装配。设置芯轴1和深沟球轴承外圈10之间的径向游隙Gr为0.008~0.013㎜。把芯轴1和深沟球轴承外圈10的一头按沟径尺寸配套、放到装球模上装上深沟球轴承钢球11；用同样的方法装另外一头的深沟球轴承钢球11，测游隙，合格后两头分别装深沟球轴承保持架12，清洗、注进口高速油脂，用专用工具把深沟球轴承防尘盖13固定在角接触轴承外圈2的密封槽9内，形成深沟球轴承。将组装好的前后深沟球轴承的外表面涂上胶，然后装上套筒6，用专用夹具在前后深沟球轴承外圈10的端面施加一个轴向力，同样，等胶固化后两个轴承就各自存在轴向预紧力了。该一体化深沟球轴承能满足10-12万转/分的超高转速要求。
结合图5和图6，本实施例中所提供另一种预紧结构的电机用一体化角接触轴承，由芯轴1、带锁口的角接触轴承外圈2、角接触轴承钢球3、整体尼龙材质的角接触轴承保持架4、角接触轴承防尘盖5、套筒6、弹簧垫14、止动环15、O形圈16构成。其中，芯轴1的外径φ为10㎜，角接触轴承外圈2的外径φ为25㎜。
芯轴1的加工工艺：芯轴1坯料-回火-软磨-淬火-冷冻处理-回火-抗疲劳强化处理-粗磨外圆-精磨外圆-平面磨双端面-滚研外径-精磨沟道-精研内沟-入库。
角接触轴承外圈2加工工艺：外圈车削件-淬火-清洗-回火-粗磨外径-磨两端端面-精磨外径-滚研外径-精磨外沟-精研外沟-修磨外径-滚研外径-入库。
芯轴1上第一沟道7的曲率Ri+0.03 0 ㎜， 曲率系数0.525；角接触轴承外圈2上第二沟道8的曲率Re+0.02 0㎜，曲率系数0.530，角接触轴承外圈2的第二沟道8相对大一些的曲率系数，能提高一体化角接触轴承的灵活性。
芯轴1所使用的材料为ZGCr15高碳铬军甲轴承钢，该钢综合性能优良，淬火后硬度高而且均匀，耐磨性能和接触疲劳强度高，其杂质比一般轴承钢少，性能更加优良适用于高速精密长寿命轴承。
芯轴1的加工精度较高，加工后芯轴1的外径要达d+0.010 +0.002㎜，粗糙度要达到Ra0.16μm，外径圆度要达到0.001㎜，圆柱度0.002㎜，径向跳动0.003㎜；沟位间距要达到L±0005，两沟道的平行差0.005㎜，从而确保了高速运转时的平稳性。
角接触轴承外圈2用优质轴承钢GCr15制造，角接触轴承外圈2加工后要达如下高要求：外径D0 -0.005，外径表面粗糙度Ra0.16μm，外径圆度0.001㎜，圆柱度0.002㎜，径向跳动0.004㎜，第二沟道8对端面的平行度0.005㎜，采用进口油石超精沟道，使超精后的内外圈沟道的粗糙度在0.04μm以下，以减小钢球与沟道的摩擦，提高轴承的转速和效率。
芯轴1和角接触轴承外圈2加工合格后，就可以进行装配。由于角接触轴承外圈2锁口的总尺寸小于第二沟道8尺寸，一般采用加热角接触轴承外圈2的办法，即利用金属的热膨胀性能增大锁口尺寸、迫使芯轴1与角接触轴承钢球3进入角接触轴承外圈2的第二沟道8中。将芯轴1和角接触轴承外圈2的一头按沟径的尺寸配套，按配套顺序向加热板上以锁口向上摆放角接触轴承外圈2，将芯轴1套上整体尼龙材质的角接触轴承保持架4，同时往角接触轴承保持架4中装入角接触轴承钢球3形成芯轴保持架组件，在外圈加热时间和加热温度足夠的情况下轻轻压下芯轴与钢球组件；用同样的方法装配轴承的另一头。从加热板上取下已组装好的轴承自然冷却至常温，清洗、注进口高速油脂、用专用工具把角接触轴承防尘盖5固定在角接触轴承外圈2的密封槽9内。将组装好的前轴承的外表面涂上胶，后轴承的外縁装上两个O型圈，装上套筒6，再在轴承组件的右端面装上弹簧垫14和止动环15，这样就形成了一体化超高速精密角接触轴承。同样，该一体化超高速精密角接触轴承能够满足~20万转/分的超高转速工作环境，且在上述高转速工作环境下稳定的工作8000h。
结合图7和图8，本实施例中所提供的另一种预紧结构的电机用一体化深沟球轴承，其大体结构与前述一体化角接触轴承相一致，仅仅是滚珠轴承选用深沟球轴承，所述芯轴1上第一沟道7的曲率Ri+0.02 0，曲率系数0.525，深沟球轴承外圈10上第二沟道8的曲率Re+0.02 0，曲率系数0.530，深沟球轴承外圈10相对大一些的沟曲率系数能减小滚动体与内外圈的接触面积、减少摩擦以提高轴承灵活性，从而满足了主机厂家对轴承的超高速、高效、长寿命的使用要求。
芯轴1的加工方法同上，深沟球轴承外圈10的加工方法同一般的深沟球轴承。芯轴1和深沟球轴承外圈10加工合格后，就可以进行装配。设置轴承芯轴1和深沟球轴承外圈10之间的径向游隙Gr为0.008~0.013㎜。把芯轴1和深沟球轴承外圈10的一头按沟径尺寸配套、放到装球模上装上深沟球轴承钢球11；用同样的方法装另外一头的深沟球轴承钢球11，测游隙，合格后两头分别装深沟球轴承保持架12，清洗、注进口高速油脂，用专用工具把深沟球轴承防尘盖13固定在深沟球轴承外圈10的密封槽9内，形成深沟球轴承。将组装好的前深沟球轴承的外表面涂上胶，后轴承的外縁装上两个O型圈，装上套筒6，再在组件的右端面装上弹簧垫14和止动环15，这样就形成了一体化超高速精密深沟球轴承。同样，该一体化超高速精密深沟球轴承能够满足10~12万转/分的超高转速工作环境。
为了使轴承符合主机厂对轴承的超高速的性能要求，加强了内外圈精磨沟后超精的质量控制；芯轴1和轴承外圈精加工合格后，加强合套、清洗、注脂、压盖质量控制，轴承装配车间采用衡温、无尘，环境洁净，从而确保一体化超高速精密轴承的质量要求。

Claims (6)

1.一种预紧结构的电机用一体化滚珠轴承，其特征是包括：
一个芯轴，该芯轴的表面上设有一对第一沟道，且在芯轴的轴向上间隔排布；
一对轴承外圈，每个轴承外圈的内表面上均设有一个第二沟道以及位于该第二沟道的外侧或双侧的密封槽；所述轴承外圈与芯轴表面的第一沟道逐一对应，且相对应的每组第一沟道与第二沟道共同形成用于放置轴承滚珠的轴承滚道；
位于每个轴承滚道内，并通过各自对应的轴承保持架分隔的轴承滚珠；
位于每个密封槽内，用以阻止外物进入上述轴承滚道的轴承防尘盖；
以及，一个套筒，该套筒套接至一对轴承外圈上，每个轴承外圈的外表面均与筒套的内表面相胶合，并用专用夹具在前后轴承外圈的端面上施加一个轴向力实现胶固化后两个轴承就各自存在一个轴向预紧力，最终保持轴向预紧。
2.根据权利要求1所述的一种预紧结构的电机用一体化滚珠轴承，其特征是每个轴承滚道内的轴承滚珠的数量相同。
3.根据权利要求2所述的一种预紧结构的电机用一体化滚珠轴承，其特征是上述滚珠轴承为角接触轴承；其中，所述芯轴的材料为执行军甲61标准的ZGCr15高碳铬军甲轴承钢，其芯轴的外径d+0.010 +0.002㎜，粗糙度Ra0.16μm，外径圆度0.001㎜，圆柱度0.002㎜，径向跳动0.003㎜，第一沟道的曲率Ri+0.03 0㎜，曲率系数0.525，沟位间距L±0.005㎜，两个第一沟道的平行差0.005㎜；上述轴承外圈的材料为钢GCr15，其外径D0 -0.005㎜，外径表面粗糙度Ra0.16μm，外径圆度0.001㎜，圆柱度0.002㎜，径向跳动0.004㎜，第二沟道的曲率Re+0.02 0㎜，曲率系数0.530，第二沟道对端面的平行度0.005㎜，第二沟道的粗糙度＜0.04μm。
4.一种预紧结构的电机用一体化滚珠轴承，其特征是包括：
一个芯轴，该芯轴的表面上设有一对第一沟道，且在芯轴的轴向上间隔排布；
一对轴承外圈，每个轴承外圈的内表面上均设有一个第二沟道以及位于该第二沟道的外侧或双侧的密封槽；所述轴承外圈与芯轴表面的第一沟道逐一对应，且相对应的每组第一沟道与第二沟道共同形成用于放置轴承滚珠的轴承滚道；
位于每个轴承滚道内，并通过各自对应的轴承保持架分隔的轴承滚珠；
位于每个密封槽内，用以阻止外物进入上述轴承滚道的轴承防尘盖；
以及，一个套筒，该套筒套接至一对轴承外圈上；任意一个轴承外圈的外表面与筒套的内表面相胶合，并用专用夹具在前后轴承外圈的端面上施加一个轴向力实现胶固化后两个轴承就各自存在一个轴向预紧力，最终保持轴向预紧，在另一个轴承外圈的外表面与套筒的内表面之间的间隙处加设密封圈，且在该轴承外圈的至少一侧设有一个始终处于压紧状态，且一个端部挡接至该轴承外圈上的弹簧垫，且在弹簧垫的外侧设有一个对该弹簧垫进行限位，且固定至套筒上的止动环。
5.根据权利要求4所述的一种预紧结构的电机用一体化滚珠轴承，其特征是每个轴承滚道内的轴承滚珠的数量相同。
6.根据权利要求5所述的一种预紧结构的电机用一体化滚珠轴承，其特征是上述滚珠轴承为角接触轴承；其中，所述芯轴的材料为执行军甲61标准的ZGCr15高碳铬军甲轴承钢，其芯轴的外径d+0.010 +0.002㎜，粗糙度Ra0.16μm，外径圆度0.001㎜，圆柱度0.002㎜，径向跳动0.003㎜，第一沟道的曲率Ri+0.03 0㎜，曲率系数0.525，沟位间距L±0.005㎜，两个第一沟道的平行差0.005㎜；上述轴承外圈的材料为钢GCr15，其外径D0 -0.005㎜，外径表面粗糙度Ra0.16μm，外径圆度0.001㎜，圆柱度0.002㎜，径向跳动0.004㎜，第二沟道的曲率Re+0.02 0㎜，曲率系数0.530，第二沟道对端面的平行度0.005㎜，第二沟道的粗糙度＜0.04μm。
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