CN108626251B - 滚动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种滚动轴承，其具备内圈、外圈、多个滚珠、保持架及密封装置，在环状空间中产生使润滑脂从轴向一侧朝向另一侧移动的作用。保持架具有在轴向一侧设置的环状体和从该环状体向轴向另一侧延伸设置的多个角形部。在环状体的轴向另一侧且在周向上相邻的角形部之间为容纳滚珠的兜孔，兜孔朝向轴向另一侧开口。

Description

滚动轴承
在2017年3月22日提出的日本专利申请2017-055561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
本发明涉及一种滚动轴承。
背景技术
在对各种机械装置的旋转轴进行支承的滚动轴承中，需要避免发生烧结等的可靠性。因此，广泛地采用具有较高的润滑性能的润滑脂润滑(例如，参照日本特开2016-23647号公报)，并提出了在处于高速旋转环境下的滚动轴承中也使用润滑脂润滑。
图5是表示以往的滚动轴承的一例的剖视图。在润滑脂润滑的情况下，在形成于内圈91与外圈92之间的环状空间94的轴向两侧设置有密封件97、98作为密封装置。为了实现高速旋转，将密封件97、98形成为迷宫密封件(非接触密封件)。即，通过密封件97、98在与内圈91之间形成迷宫间隙97a、98a，防止润滑脂的流出。
图5所示的保持架96是具有第一环状部96a、第二环状部96b和多个柱部96c的所谓切制形的结构。第一环状部96a位于滚珠93的轴向一侧。第二环状部96b位于滚珠93的轴向另一侧。柱部96c将上述环状部96a、96b连结。切制形的保持架96在旋转时的稳定性优异，多用于高速旋转用途的滚动轴承。
图5所示的滚动轴承是角接触球轴承90，滚珠93具有规定的角度(接触角)地与内圈91及外圈92接触。在该角接触球轴承90的情况下，在内圈91中，轴向另一侧(在图5中为右侧)的肩径D2比轴向一侧(在图5中为左侧)的肩径D1大(D1<D2)。因此，当角接触球轴承90(内圈91)旋转时，由于离心力而产生存在于环状空间94的润滑脂从轴向一侧朝向另一侧(在图5中为左侧至右侧)移动的作用。尤其是在轴承高速旋转的情况下，该作用增强。因此，环状空间94的润滑脂集中于轴向另一侧的空间95而产生润滑脂的偏斜。
当润滑脂集中于轴向另一侧的空间95时，该润滑脂由旋转的保持架96的第二环状部96b搅拌。由于该搅拌的影响而使润滑脂容易通过迷宫间隙98a，有时会产生润滑脂的泄漏的问题。当发生润滑脂的泄漏时，不久之后成为润滑不佳的状态，可能会发生烧结、升温、磨损等不良情况。集中于空间95的润滑脂由第二环状部96b搅拌并切变，寿命可能会下降。
如上所述，通过轴承的旋转而使润滑脂从轴向一侧朝向另一侧移动的作用也会由于内圈91的肩径D1、D2不同的结构以外的主要原因引起。例如，虽然未图示，但是存在外圈的肩径在轴向另一侧比轴向一侧增大的情况、或者由于与轴承的旋转相伴的滚动体(滚珠)的自旋而使润滑脂产生从轴向一侧朝向另一侧移动的作用的情况。即使密封装置不是迷宫密封件而是接触式的密封件，也会产生润滑脂的向轴承外部的泄漏的问题。
发明内容
本发明的目的之一是在形成于内圈与外圈之间的环状空间内产生使润滑脂从轴向一侧朝向另一侧移动的作用的滚动轴承中，抑制润滑脂从轴向另一侧的密封装置的泄漏。
本发明的一个方式的滚动轴承的结构上的特征在于，包括：内圈；外圈；多个滚动体，设置在所述内圈与所述外圈之间；保持架，保持所述滚动体；以及密封装置，分别设置在环状空间的轴向一侧和轴向另一侧，该环状空间形成在所述内圈与所述外圈之间，在所述环状空间中产生使润滑脂从轴向一侧朝向另一侧移动的作用，所述保持架具有设置在轴向一侧的环状体和从该环状体向轴向另一侧延伸设置的多个角形部，位于所述环状体的轴向另一侧且在周向上相邻的所述角形部之间为容纳所述滚动体的兜孔，该兜孔朝向轴向另一侧开口。
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是表示本发明的滚动轴承的一个实施方式的剖视图。
图2是表示保持架的一部分的立体图。
图3是表示第一唇部及其周围的剖视图。
图4是表示第二唇部及其周围的剖视图。
图5是表示以往的滚动轴承的一例的剖视图。
具体实施方式
图1是表示本发明的滚动轴承的一个实施方式的剖视图。该滚动轴承是角接触球轴承1，具备外圈2、内圈3、多个滚珠(滚动体)4、环状的保持架5、第一密封装置6以及第二密封装置7。在形成于外圈2与内圈3之间的环状空间S填充有润滑脂。即，在该角接触球轴承1中，采用润滑脂润滑。本实施方式的角接触球轴承1在高速旋转的条件下使用。具体而言，角接触球轴承1在dmn值为100万以上且200万以下的高速旋转环境下使用。角接触球轴承1在最高温度为100度至150度的高温环境下使用。在以下的说明中，关于轴向的位置，使用“轴向一侧”及“轴向另一侧”这样的用语。轴向一侧在图1中为左侧，轴向另一侧在图1中为右侧。
在外圈2的内周面形成有供滚珠4滚动的外圈轨道槽20。滚珠4以规定的接触角与该外圈轨道槽20接触。外圈2隔着外圈轨道槽20而在轴向两侧具有第一外肩部21及第二外肩部22。在本实施方式中，第二外肩部22的内径(肩径)比第一外肩部21的内径(肩径)大。在第一外肩部21的轴向一侧的端部形成有用于固定第一密封装置6的第一槽24。在第二外肩部22的轴向另一侧的端部形成有用于固定第二密封装置7的第二槽25。外圈2的内周面(除了第一槽24及第二槽25的形成区域之外)在整体上具有从轴向一侧朝向另一侧而内径增大的形状。与第一槽24相邻的第一外肩部21的直径最小，与第二槽25相邻的第二外肩部22的直径最大。
在内圈3的外周面形成有供滚珠4滚动的内圈轨道槽30。滚珠4以规定的接触角与该内圈轨道槽30接触。内圈3隔着内圈轨道槽30而在轴向两侧具有第一内肩部31及第二内肩部32。在本实施方式中，第二内肩部32的外径(肩径)比第一内肩部31的外径(肩径)大。在第一内肩部31的轴向一侧的端部形成有第一密封槽34。在第二内肩部32的轴向另一侧的端部形成有第二密封槽35。内圈3的外周面(除了密封槽34、35的形成区域之外)在整体上具有从轴向一侧朝向另一侧而外径增大的形状。与第一密封槽34相邻的第一内肩部31的直径最小。与第二密封槽25相邻的第二内肩部32的直径最大。以下，将如本实施方式这样在外圈2中肩径在轴向一侧与另一侧不同的外圈称为无锁口外圈。以下，将如本实施方式这样在内圈3中肩径在轴向一侧与另一侧不同的内圈称为无锁口内圈。
多个滚珠4设置于外圈2与内圈3之间的环状空间S，当角接触球轴承1旋转时(在本实施方式中当内圈3旋转时)，这些滚珠4以由保持架5保持的状态沿外圈轨道槽20及内圈轨道槽30滚动。
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能够沿周向空出规定间隔(等间隔)地保持多个滚珠4。为此，在保持架5沿周向形成有多个用于容纳滚珠4的兜孔10。保持架5具有在滚珠4的轴向一侧设置的环状体(环状部)11以及从该环状体11向轴向另一侧延伸设置的多个角形部(柱部)13。在环状体11的轴向另一侧且在周向上相邻的角形部13、13之间成为容纳滚珠4的兜孔10。即，该保持架5是所谓冠形保持架，兜孔10朝向轴向另一侧开口。本实施方式的保持架5为PEEK、PA46、PPS等树脂制成。
在图1中，角形部13的轴向另一侧的端部14相比滚珠4的轴向另一侧的端部位置27而位于轴向一侧，角形部13在轴向上较短。保持架5的外周侧的一部分能够与外圈2的内周侧的一部分接触。本实施方式的保持架5是通过外圈2进行径向上的定位的外圈引导的结构。即，当轴承旋转时，环状体11的外周面能够与第一外肩部21的内周面进行滑动接触。在环状体11的轴向一侧且内圈3侧设置有倒角部17。
第一密封装置6具备环状的芯骨41和密封主体42。芯骨41为金属制成，密封主体42为橡胶制成。密封主体42固定于芯骨41。密封主体42具有安装于第一槽24的径向外侧端部43和以具有间隙的方式与密封槽34相对的唇部(第一唇部)44。径向外侧端部43嵌合并固定于第一槽24，由此第一密封装置6成为安装于外圈2的状态。通过芯骨41和径向外侧端部43构成被安装于外圈2的安装部40。第一唇部44从该安装部40的径向内侧的端部向滚珠4侧突出。在第一唇部44与密封槽34之间形成微小的间隙。该间隙成为第一迷宫间隙45。根据以上所述，第一密封装置6为迷宫密封(非接触密封)。
图3是表示第一唇部44及其周围的剖视图。第一唇部44的滚珠4侧的端部44c与第一内肩部31之间成为第一迷宫间隙45的入口45a。该入口45a变窄，抑制润滑脂的通过。在本实施方式中，将该入口45a的轴向另一侧的位置设为第一密封装置6的密封位置。将第一唇部44侧的密封位置(入口45a的轴向另一侧的位置)与所述安装部40(芯骨41和第一唇部44的边缘部的轴向另一侧的位置)之间的轴向尺寸设为“D”。
在图1中，第二密封装置7具备环状的芯骨51和密封主体52。芯骨51为金属制成，密封主体52为橡胶制成。密封主体52固定于芯骨51。密封主体52具有安装于第二槽25的径向外侧端部53和以具有间隙的方式与密封槽35相对的唇部(第二唇部)54。通过径向外侧端部53嵌合并固定于第二槽25而使第二密封装置7成为安装于外圈2的状态。通过芯骨51和径向外侧端部53，构成被安装于外圈2的安装部50。第二唇部54从该安装部50的径向内侧的端部向滚珠4侧突出。并且，在第二唇部54与密封槽35之间形成微小的间隙。该间隙成为第二迷宫间隙55。根据以上所述，第二密封装置7为迷宫密封(非接触密封)。
图4是表示第二唇部54及其周围的剖视图。第二唇部54的滚珠4侧的端部54c与第二内肩部32之间成为第二迷宫间隙55的入口55a。该入口55a变窄，抑制润滑脂的通过。在本实施方式中，将该入口55a的轴向一侧的位置设为第二密封装置7的密封位置。将第二唇部54侧的密封位置(入口55a的轴向一侧的位置)与所述安装部50(芯骨51和第二唇部54的边缘部的轴向一侧的位置)之间的轴向尺寸设为“C”。
在本实施方式中(参照图1、图3及图4)，第一密封装置6与第二密封装置7的形状不同，轴向另一侧的轴向尺寸C大于轴向一侧的轴向尺寸D(D<C)。如图3所示，第一密封装置6的第一唇部44具有一部分固定于芯骨41的主体部44a和从该主体部44a的内周侧向径向内侧突出的突出部44b。成为仅突出部44b容纳于第一密封槽34的状态。如图4所示，第二密封装置7的第二唇部54具有一部分固定于芯骨51的主体部54a和从该主体部54a的内周侧向径向内侧突出的突出部54b。成为主体部54a及突出部54b这双方容纳于第二密封槽35的状态。图4所示的第二迷宫间隙55的路径长度比图3所示的第一迷宫间隙45的路径长度长。第一迷宫间隙45的路径长度能够定义为在图3所示的轴向截面中，第一唇部44与第一内肩部31及第一密封槽34以具有间隙的方式相对的范围的该间隙的长度。更具体而言，在第一唇部44的主体部44a的内周面以及突出部44b的内周面及侧面和存在于与上述内周面及侧面正交的方向上的范围的第一内肩部31及第一密封槽34之间形成的空间成为第一迷宫间隙45。该路径长度能够定义为所述空间的轴向截面中的第一唇部44的长度与轴向截面中的第一密封槽34的长度的平均值。第二迷宫间隙55的路径长度能够定义为在图4所示的轴向截面中，第二唇部54与第二密封槽35以具有间隙的方式相对的范围的该间隙的长度。更具体而言，在第二唇部54的主体部54a的内周面以及端部54c的侧面以及突出部54b的内周面及侧面和存在于与上述内周面及侧面正交的方向上的范围的第二密封槽35之间形成的空间成为第二迷宫间隙55。该路径长度能够定义为所述空间的轴向截面中的第二唇部54的长度与轴向截面中的第二密封槽35的长度的平均值。
在图1所示的角接触球轴承1中，当内圈3旋转时，在环状空间S中产生使润滑脂从轴向一侧朝向另一侧(在图1中为左侧至右侧)移动的作用(泵作用)。在本实施方式中，以所述无锁口内圈3的形状为起因，产生使润滑脂沿内圈3的外周面从轴向一侧(第一内肩部31侧)朝向轴向另一侧(第二内肩部32侧)移动的作用。由于具有无锁口外圈2的形状，因此产生使润滑脂从轴向一侧朝向另一侧移动的作用。通过公转的滚珠4的自旋(自转)，也产生同向的润滑脂的移动。尤其是在轴承高速旋转的情况下，该作用增强。这样，相比于轴向一侧的空间K1，环状空间S的润滑脂更集中于轴向另一侧的空间K2，产生润滑脂的偏斜。因此，通过所述第二密封装置7防止这样的集中于空间K2的润滑脂向轴承外部的泄漏。
根据具备以上的结构的角接触球轴承1，保持架5是仅在轴向一侧具有环状体11的所谓冠形保持架。由此，由于在该另一侧的空间K2不存在保持架5的环状体，因此，即使在内圈3与外圈2之间的环状空间S产生使润滑脂从轴向一侧朝向另一侧移动的作用，润滑脂也不易被搅拌。因此，能够尽可能地抑制润滑脂从轴向另一侧的第二密封装置7的泄漏。在本实施方式中，第二密封装置7是迷宫密封，与接触式的密封相比润滑脂泄漏的可能性升高。然而，如上所述，由于在轴向另一侧的空间K2不会产生润滑脂的搅拌，能够尽可能地抑制由该搅拌引起的润滑脂的泄漏。尤其是，保持架5所具有的角形部13的轴向另一侧的端部14相比滚珠4的轴向另一侧的端部位置27而位于轴向一侧，角形部13在轴向上较短。因此，在轴向另一侧的空间K2中，润滑脂更不易被保持架5的旋转来搅拌，能够有效地抑制由润滑脂的搅拌引起的泄漏。由于在轴向另一侧的空间K2不存在保持架5(环状体)，因此能抑制该另一侧的空间K2内的润滑脂的切变，也能够防止润滑脂的寿命下降。
在本实施方式中，滚珠4的中心配置于轴承的轴向中心，以该滚珠4为中心，轴向长度在角接触球轴承1的轴向一侧与另一侧相同。然而，如上所述，轴向另一侧的第二迷宫间隙55的路径长度比轴向一侧的第一迷宫间隙45的路径长度长。即，第二密封装置7的第二唇部54大型化，提高密封性能。另外，通过使轴向一侧的第一迷宫间隙45的路径长度不长，来防止角接触球轴承1的轴向尺寸变大。
当增大第二唇部54时，第二密封装置7的所述密封位置(入口55a，参照图4)接近滚珠4。即，在图3中，将轴向一侧的滚珠4的端部位置28与第一密封装置6的所述密封位置(入口45a的轴向另一侧的位置)之间的轴向尺寸设为“B”，在图4中，将轴向另一侧的滚珠4的端部位置27与第二密封装置7的所述密封位置(入口55a的轴向一侧的位置)之间的轴向尺寸设为“A”的情况下，如图1所示，轴向尺寸“A”小于轴向尺寸“B”。
这样，在轴向另一侧(参照图4)滚珠4与第二迷宫间隙55(入口55a)(比轴向一侧(图3))接近。然而，如上所述，由于在轴向另一侧的空间K2不存在保持架5的环状体，因此能够抑制由润滑脂的搅拌引起的润滑脂的泄漏。在轴向一侧(参照图3)，从滚珠4至第一迷宫间隙45(入口45a)分离。因此，即使由环状体11搅拌润滑脂，其影响也不易波及到第一迷宫间隙45，润滑脂不易泄漏。而且，在本实施方式中，在环状体11的轴向一侧且在内圈3侧设置有倒角部17。由此，能够增大第一密封装置6的密封位置(入口45a)与保持架5(环状体11)的距离。因此，即使存在由环状体11搅拌润滑脂的情况，其影响也不易波及到第一迷宫间隙45，润滑脂不易泄漏。
在本实施方式中，如上所述，将第一密封装置6(参照图3)的第一唇部44的密封位置(入口45a的轴向另一侧的位置)与芯骨41之间的轴向尺寸设为“D”，将第二密封装置7(参照图4)的第二唇部54的密封位置(入口55a的轴向一侧的位置)与芯骨51之间的轴向尺寸设为“C”。轴向另一侧的轴向尺寸“C”大于轴向一侧的轴向尺寸“D”(C>D)。因此，能够增大滚珠4的轴向另一侧的空间K2。其结果是，即使由于所述泵作用而使润滑脂较多地集中于轴向另一侧的空间K2，也能够容纳该润滑脂，能够抑制在轴向另一侧润滑脂增多而从第二密封装置7泄漏的情况。另外，向环状空间S中的滚珠4的轴向另一侧的空间K2填充(比轴向一侧的空间K1)多的润滑脂。
在本实施方式中，能够在dmn值为100万以上且200万以下的高速旋转环境下使用角接触球轴承1。即使在这样的高速旋转环境下使用滚动轴承时，通过所述各结构也能够抑制润滑脂的泄漏。在本实施方式中，第一密封装置6及第二密封装置7为非接触式(迷宫密封)，因此成为适合于高速旋转的轴承。
保持架5的外周侧的一部分能够与外圈2的内周侧的一部分接触。由此，即使角接触球轴承1在上述那样的高速旋转环境下使用时，保持架5也由外圈2稳定地引导，能够防止振动等不良情况。另外，通常，冠形保持架成为通过滚珠来定位的滚动体引导(在本实施方式中，为冠形保持架，但为外圈引导)。在滚动体引导的情况下，当轴承以高速旋转，离心力增大而使保持架发生变形时，滚珠与兜孔面较强地接触，旋转阻力增大或成为发热的原因。因此，高速旋转用途的滚动轴承不太采用冠形保持架。然而，在本实施方式中，虽然保持架5为冠形，但是通过采用外圈引导而能够实现高速旋转用途。
如上所述公开的实施方式在全部的方面均为例示而并非限制性的。即，本发明的滚动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方式的结构。例如，虽然将滚动体设为滚珠4，但也可以为滚子。在所述实施方式中，作为由于轴承的旋转而产生使润滑脂从轴向一侧朝向另一侧移动的作用的主要原因，说明了(1)无锁口内圈3的形状、(2)无锁口外圈2的形状及(3)滚珠4的自旋。本发明能够适用于由于上述(1)(2)(3)中的至少一个主要原因而产生使润滑脂从轴向一侧朝向另一侧移动的作用的滚动轴承。
根据本发明的滚动轴承，由于在轴向另一侧不存在保持架的环状体，因此润滑脂不易被搅拌，能够抑制润滑脂从该另一侧的密封装置的泄漏。

Claims (8)

1.一种滚动轴承，包括：
内圈；
外圈；
多个滚动体，设置在所述内圈与所述外圈之间；
保持架，保持所述滚动体；以及
密封装置，分别设置在环状空间的轴向一侧和轴向另一侧，该环状空间形成在所述内圈与所述外圈之间，
所述滚动轴承具有在所述环状空间中产生使润滑脂从轴向一侧朝向另一侧移动的作用的结构，
所述滚动轴承的特征在于，
所述保持架具有设置在轴向一侧的环状体和从该环状体向轴向另一侧延伸设置的多个角形部，位于所述环状体的轴向另一侧且在周向上相邻的所述角形部之间为容纳所述滚动体的兜孔，该兜孔朝向轴向另一侧开口，
所述内圈的轴向另一侧的肩径比轴向一侧的肩径大，并且，所述保持架的内径比所述内圈的轴向另一侧的肩径大，
由轴向另一侧的所述密封装置形成的密封位置与所述滚动体之间的轴向尺寸比由轴向一侧的所述密封装置形成的密封位置与所述滚动体之间的轴向尺寸小。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承，其中，
分别设于轴向一侧和轴向另一侧的所述密封装置为迷宫密封件。
3.根据权利要求2所述的滚动轴承，其中，
轴向另一侧的第二迷宫间隙的路径长度比轴向一侧的第一迷宫间隙的路径长度长。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的滚动轴承，其中，
所述角形部的轴向另一侧的端部位于比所述滚动体的轴向另一侧的端部位置靠轴向一侧处。
5.根据权利要求1～3中的任一项所述的滚动轴承，其中，
所述滚动轴承在dmn值为100万以上且200万以下的高速旋转环境下使用。
6.根据权利要求1～3中的任一项所述的滚动轴承，其中，
所述保持架的外周侧的一部分能够与所述外圈的内周侧的一部分接触。
7.根据权利要求1～3中的任一项所述的滚动轴承，其中，
分别设于轴向一侧和轴向另一侧的所述密封装置具有安装于所述外圈的安装部和从该安装部向所述滚动体侧突出的唇部，
在所述环状体的轴向一侧且在所述内圈侧设置有倒角部。
8.根据权利要求1～3中的任一项所述的滚动轴承，其中，
分别设于轴向一侧和轴向另一侧的所述密封装置具有安装于所述外圈的安装部和从该安装部向所述滚动体侧突出的唇部，
轴向另一侧的所述密封装置的密封位置与所述安装部之间的轴向尺寸比轴向一侧的所述密封装置的密封位置与所述安装部之间的轴向尺寸大。
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