CN108662025B - 滚动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种滚动轴承，其具备设置于环状空间的轴向端部的密封装置，所述环状空间形成在内圈与外圈之间。密封装置具有：密封主体部，安装于外圈；以及密封唇，从该密封主体部向内圈侧延伸设置并与内圈的密封面接触。密封唇具有：唇基部，从密封主体部向内圈延伸；唇中间部，从该唇基部向与该唇基部的延伸方向不同的方向延伸；以及唇末端部，从该唇中间部向与该唇中间部的延伸方向不同的方向且向内圈侧延伸，并与密封面接触。

Description

滚动轴承
在2017年3月27日提出的日本专利申请2017-061576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
本发明一种涉及滚动轴承。
背景技术
在滚动轴承例如在积存润滑油的壳体内使用的情况下，该润滑油所包含的杂质会进入滚动轴承的轴承内部。当该杂质夹在内圈或外圈的轨道面与滚动体的滚动面之间时，在上述轨道面或滚动面处成为例如剥离的原因，可能会使轴承寿命下降。作为在这样的环境下使用的滚动轴承，例如是汽车的传动装置用的轴承。
因此，以往，如图6所示，在形成于内圈99与外圈95之间的环状空间S的轴向端部设置有密封装置96(例如，参照日本特开2016-166655号公报)。通过该密封装置96，防止杂质从轴承外部进入到存在滚动体(滚珠100)的轴承内部。
以往的密封装置96具有密封主体部94和密封唇90。密封主体部94安装于作为固定圈的外圈95。密封唇90由从该密封主体部94朝向作为旋转圈的内圈99延伸的弹性体构成。密封唇90与内圈99的密封面91接触。因此，当内圈99旋转时，密封唇90在密封面91上滑动，这成为滚动轴承的旋转阻力的主要原因。
为了降低滚动轴承的旋转阻力，只要延长密封唇90的长度L即可。密封唇90越长，则越能够减弱密封唇90的唇末端90a对密封面91的压迫力，旋转阻力减少。
然而，在用于设置密封唇90的空间受限的情况下，难以延长该长度。因此，如果加深在内圈99的轴向端部形成的密封槽98，即，如果将密封面91形成于径向内侧，则能够延长密封唇90。然而，在这种情况下，内圈99的侧面97成为承受作用于轴承的轴向载荷的面。因此，其面积缩窄，存在无法充分地承受轴向载荷这样的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于，提供一种即使用于设置密封唇的空间受限，也能够减小由于密封装置与旋转圈接触而产生的旋转阻力的滚动轴承。
本发明的一个方式的滚动轴承具备设置于环状空间的轴向端部的密封装置，所述环状空间形成在内圈与外圈之间，所述内圈和所述外圈中的一方为旋转圈且另一方为固定圈，所述滚动轴承的结构上的特征在于，所述密封装置具有：密封主体部，安装于所述固定圈；以及密封唇，从该密封主体部向所述旋转圈侧延伸设置并与该旋转圈的密封面接触，所述密封唇具有：唇基部，从所述密封主体部向所述旋转圈侧延伸；唇中间部，从所述唇基部向与该唇基部的延伸方向不同的方向延伸；以及唇末端部，从所述唇中间部向与该唇中间部的延伸方向不同的方向且向所述旋转圈侧延伸，并具有与所述密封面接触的唇末端。
附图说明
上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是第一密封唇及密封槽的剖视图。
图3是第一密封唇及密封槽的剖视图。
图4(A)、(B)是唇末端部的说明图。图4(A)示出第一例，图4(B)示出第二例。
图5(A)、(B)是密封唇的说明图。图5(A)示出第三例，图5(B)示出第四例。
图6是表示以往的滚动轴承的剖视图。
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1具备内圈2、外圈3、多个滚动体、环状的保持器5及密封装置6。本实施方式的所述滚动体是滚珠4，滚动轴承1是球轴承。密封装置6设置于环状空间S的轴向两侧的端部，该环状空间S形成在内圈2与外圈3之间。在图1所示的滚动轴承1中，内圈2作为与未图示的轴进行一体旋转的旋转圈。外圈3作为安装于未图示的壳体的固定圈。
在以下的说明中，将图1所示的滚动轴承1的右侧设为轴向一侧，将左侧设为轴向另一侧。在所述环状空间S中，将存在滚珠4的区域称为轴承内部，将比密封装置6靠轴承内部的相反侧的轴向一侧及轴向另一侧的区域称为轴承外部。因此，在轴向一侧(在图1中为右侧)的第一密封装置6的说明中，该轴向一侧相当于轴承外部，轴向另一侧相当于轴承内部。相对于此，在轴向另一侧(在图1中为左侧)的第二密封装置6中，轴向一侧相当于轴承内部，轴向另一侧相当于轴承外部。
在内圈2的外周面形成有供滚珠4滚动的内圈轨道面20。内圈2隔着内圈轨道面20而在轴向两侧具有内圈肩部21。在内圈2的轴向两侧的端部形成有由凹周槽构成的密封槽24。在外圈3的内周面形成有供滚珠4滚动的外圈轨道面30。外圈3隔着外圈轨道面30而在轴向两侧具有外圈肩部31。在外圈3的轴向两侧的端部形成有由凹周槽构成的安装槽34。多个滚珠4介于内圈2与外圈3之间，当内圈2与外圈3相对旋转时(在本实施方式中，当内圈2旋转时)，上述滚珠4以由保持器5保持的状态沿内圈轨道面20及外圈轨道面30滚动。
保持器5能够将多个滚珠4沿周向空出规定间隔(等间隔)地保持。因此，在保持器5沿周向形成有用于容纳多个滚珠4的兜孔10。保持器5具有环状体(环状部)11和多个角形部(柱部)13。环状体11设置在滚珠4的轴向一侧。角形部(柱部)13从该环状体11向轴向另一侧延伸设置。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。保持器5是所谓冠形保持器，兜孔10朝向轴向另一侧开口。
第一密封装置6与第二密封装置6虽然安装朝向相反，但是结构相同。关于密封装置6的具体的结构，以第一密封装置6(以下简称为密封装置6)为代表而进行说明。密封装置6具有防止设置有滚珠4的轴承内部的润滑剂(润滑脂)向外部泄漏且防止轴承外部的杂质进入到轴承内部的功能。在该滚动轴承1中，采用润滑脂润滑。
密封装置6具有：密封主体部41，安装于外圈3；以及(第一)密封唇42，从该密封主体部41向内圈2侧延伸设置。该密封唇42与内圈2所具有的密封面25接触。本实施方式的密封装置6还具有第二密封唇43。密封主体部41由金属制的芯骨44和固定于该芯骨44的包覆部45构成。密封唇42、43从该包覆部45的内圈2侧的端部朝向内圈2侧延伸。包覆部45及密封唇42、43为橡胶制成，被硫化粘结于芯骨44。包覆部45的外圈3侧的端部嵌入于外圈3的安装槽34。由此，密封装置6被固定于外圈3。
第一密封唇42与内圈2的密封槽24所具有的密封面25接触。由此，具有防止杂质自轴承外部的进入及轴承内部的润滑脂的流出的功能。第二密封唇43具有在与内圈肩部21的外周面之间防止杂质的进入及轴承内部的润滑脂的流出的功能。
图2是第一密封唇42及密封槽24的剖视图。密封槽24形成于内圈2的轴向端部(轴承外部侧的端部)，具有槽底面26和该槽底面26的轴承内部侧的槽侧面27。槽底面26是随着朝向轴承外部侧而远离密封主体部41的倾斜面。即，槽底面26是相对于与滚动轴承1的中心轴C(参照图1)平行的假想线K1而倾斜的面。槽底面26是随着朝向轴承外部侧而外径逐渐变小的锥面。槽侧面27是面对轴向的面，是与所述假想线K1正交的圆环面。槽底面26成为所述密封面25。即，密封唇42(后述的唇末端部53)与槽底面26接触。密封唇42(后述的唇中间部52)与槽侧面27不接触，在两者之间设置有轴向的间隙e。该间隙e设定为，即使在轴向载荷作用于滚动轴承1(参照图1)等情况下而使内圈2与外圈3在轴向上发生相对位移，密封唇42也与槽侧面27不接触。
在图2中，密封唇42从密封主体部41侧朝向密封面25(槽底面26)延伸设置。密封唇42从密封主体部41侧依次具有唇基部51、唇中间部52和唇末端部53。唇基部51是从密封主体部41的内圈2侧的端部41a向内圈2侧延伸的部分。唇中间部52是从唇基部51的内圈2侧的端部51a延伸的部分，且向与该唇基部51不同的方向延伸设置。唇末端部53是从唇中间部52的端部52a向内圈2侧延伸的部分，且向与该唇中间部52不同的方向延伸设置，唇末端60与密封面25接触。这样，密封唇42形成为具有多个弯折部(在本实施方式中为两个弯折部)的台阶形状。唇基部51与唇中间部52的连结部54成为第一弯折部，唇中间部52与唇末端部53的连结部55成为第二弯折部。
唇基部51具有随着远离密封主体部41(即，随着朝向径向内侧)而向从轴承内部侧朝向轴承外部侧的方向延伸的形状。唇中间部52具有以与唇基部51连结的连结部54位于轴承外部侧且与唇末端部53连结的连结部55位于轴承内部侧的方式延伸的形状。唇末端部53具有随着接近密封面25(即，随着朝向径向内侧)而向从轴承内部侧朝向轴承外部侧的方向延伸的形状。以使唇末端部53相对于密封面25具有倾斜角度P1的方式使唇末端部53的唇末端60与密封面25接触。
唇末端部53相对于密封面25的接触角度(劣角)称为唇角度。该唇角度(倾斜角度P1)优选小于60度，特别优选小于45度。唇基部51、唇中间部52及唇末端部53分别具有呈直线地延伸的形状，而且，(除了唇末端部53的前端部53a之外)厚度t恒定。
由于唇末端部53(的唇末端60)与密封面25接触，密封唇42整体上发生弹性变形。伴随于此，唇末端部53以具有过盈量(压溃余量)的方式与密封面25接触。在本实施方式中，唇末端部53中的最靠内圈2侧的前端部53a具有厚度t扩大的鼓出形状。因此，在前端部53a与其他部分相比刚性升高。由此，防止前端部53a(唇末端60)与密封面25的接触宽度变得过宽的情况。相对于此，在唇基部51、唇中间部52及唇末端部53的各部分中，厚度t恒定的笔直部由于薄且刚性低，因此能够灵活地弹性变形。因此，密封唇42对密封面25的接触面压(压迫力)减小。如图3所示，唇基部51在全长(长度L1)上厚度t恒定。唇中间部52也在全长(长度L2)上厚度t恒定。
在唇基部51的长度设为L1，唇中间部52的长度设为L2，唇末端部53的长度设为L3时，它们的合计(L1+L2+L3)成为密封唇42的全长。尤其是，即使将唇基部51与唇末端部53的长度的合计(L1+L3)作为与以往(参照图6)的密封唇90的比较对象，根据本实施方式的密封唇42，唇长度变得比以往长。长度L1、L2、L3分别是沿着穿过各部的厚度方向的中心的中心线的长度。通过使密封唇42变长，能够减小密封唇42对密封面25的压迫力。在本实施方式的情况下，唇末端部53中的有助于减小所述压迫力的部分是除了成为鼓出形状的前端部53a之外的部分(笔直部)53b。该笔直部53b的长度为L4，关于唇基部51与唇末端部53的笔直部53b的长度的合计(L1+L4)，也能够比以往的唇长度L长。
在图2中，表示密封面25与唇末端部53所成的角度的唇角度成为小于60度的锐角。该唇角度是所述倾斜角度P1。唇角度不是由于实际上与密封面25接触而发生弹性变形的状态下的唇末端部53与该密封面25所成的交叉角度。唇角度是指在包含滚动轴承1的中心轴C的截面(参照图1、图2及图3)中(未变形的)处于自然状态的密封唇42与内圈2重叠而描绘的设计上的交叉角度。当减小所述唇角度(倾斜角度P1)时，能够减小唇末端部53的变形量，这在后文也进行说明。其结果是，对密封面25的压迫力减小。因此，在本实施方式中，尽可能地减小唇角度。
唇基部51与唇中间部52的(第一)弯折角度Q1是小于90度的锐角。唇中间部52与唇末端部53的(第二)弯折角度Q2是小于90度的锐角。在本实施方式中，第一及第二弯折角度Q1、Q2设为70度。为了密封唇42的紧凑化及压迫力的降低而优选设为60度～80度左右(在后文进行说明)。
根据具备以上的结构的滚动轴承1，在密封装置6中，如图2所示，密封唇42成为具有两个弯折部(连结部54、55)的台阶形状。密封槽24成为密封唇42的设置空间。即使该空间(密封槽24)缩窄，通过所述台阶形状也能够延长密封唇42。当密封唇42变长时，能够减小密封唇42对密封面25的压迫力。由此，根据本实施方式的密封装置6，能够减小由于密封唇42与内圈2(密封面25)接触而产生的滚动轴承1的旋转阻力。
图4(A)、(B)是唇末端部53的说明图。图4(A)示出第一例，图4(B)示出第二例。在图4(A)、(B)中，由于唇末端部53的唇末端60与密封面25接触而使唇末端部53发生弹性变形。该变形前的状态(自然状态)由实线表示，变形后的状态由双点划线表示。而且，在图4(A)、(B)中，省略前端部53a的鼓出形状。图4(A)所示的第一例的唇末端部53相对于密封面25的唇角度(倾斜角度)P1-1比图4(B)所示的第二例的唇角度P1-2小(P1-1<P1-2)。在第一例和第二例中，唇末端部53的过盈量(压溃余量)J相同，但是，如果唇角度(P1-1、P1-2)不同，则唇末端部53的弹性变形量不同。即，在过盈量(压溃余量)J相同的情况下，唇角度小的图4(A)所示的第一例的唇末端部53的弹性变形量小。因此，唇末端部53的唇角度越小，越能够进一步减小密封唇42对密封面25的压迫力。因此，在本实施方式中，如上所述地减小唇角度(倾斜角度P1)。具体而言，将唇角度(图2及图3所示的倾斜角度P1)设为小于60度的锐角。
当唇角度(倾斜角度P1)过小时，为了确保唇末端部53(参照图3)的长度L3(L4)而使密封唇42整体上的宽度(轴向尺寸)变大。因此，在本实施方式中，如上所述地减小唇基部51与唇中间部52的弯折角度Q1(劣角，参照图2)。具体而言，将弯折角度Q1设为小于90度的锐角。而且，延长唇末端部53的长度L3(参照图3)。具体而言，使唇末端部53的长度L3比唇基部51的长度L1长(L3>L1)。另外，通过减小弯折角度Q1而容易将唇末端部53的长度L3设定得长。根据该结构，能够抑制密封唇42的轴向尺寸的增大，以下，通过图5对此进行说明。
图5(A)、(B)是密封唇42的说明图。图5(A)示出第三例，图5(B)示出第四例。在图5(A)、(B)中，由于唇末端部53与密封面25接触而使密封唇42发生弹性变形。该变形前的状态(自然状态)由实线表示，变形后的状态由双点划线表示。在图5(A)、(B)中，省略前端部53a的鼓出形状。图5(A)所示的第三例的唇基部51与唇中间部52的弯折角度Q1-1比图5(B)所示的第四例的弯折角度Q1-2小(Q1-1<Q1-2)。在图5(A)所示的第三例中，唇末端部53的长度L3比唇基部51的长度L1长(L3>L1)。相对于此，在图5(B)所示的第四例中，唇末端部53的长度L3比唇基部51的长度L1短(L3<L1)。如图5(A)(B)所示，由于唇末端部53与密封面25接触而使密封唇42发生弹性变形。在这种情况下，在图5(A)所示的第三例中，与图5(B)所示的第四例相比，唇基部51的向轴承外部侧的位移量Y1减小。即，唇基部51的变形角度(变形倾斜角度)R减小。因此，在图5(A)所示的第三例中，唇中间部52相对于密封面25的角度Q3增大。即，唇中间部52与唇末端部53之间的连结部55沿径向容易变形。因此，在图5(A)所示的第三例中，连结部55的轴向的位移量Y2减小。对应于此，能够减小唇末端部53的轴向的位移量Y3。相对于此，在图5(B)所示的第四例中，唇基部51的向轴承外部侧的位移量Y1增大。由于唇基部51的变形倾斜角度R增大，因此唇末端部53的轴向的位移量Y3(比第三例)增大。
根据以上所述，在减小密封唇42的轴向宽度的观点上，如图5(A)所示的第三例那样，优选唇基部51与唇中间部52的弯折角度(Q1-1)较小。虽然唇末端部53的长度L3可以比唇基部51的长度L1短(L3<L1)，但是优选长度L3比长度L1长(L3>L1)。变形后的密封唇42的轴向宽度减小。因此，密封槽24可以减小，能够避免唇末端部53从密封槽24伸出。另外，长度L3与长度L1可以相同。
在本实施方式中(参照图2)如上所述，唇中间部52与唇末端部53的弯折角度Q2(劣角)是小于90度的锐角。假设(虽然未图示)弯折角度Q2为90度以上的角度的情况下，唇末端部53的唇角度(唇末端部53相对于密封面25的倾斜角度P1)增大。当唇角度增大时，如通过图4说明那样，难以减小密封唇42对密封面25的压迫力。然而，在本实施方式中，通过减小弯折角度Q2来减小唇角度。由此，唇末端部53的变形量减小，能够使压迫力进一步下降。
如图2所示，唇末端部53具有在随着接近密封面25而朝向轴承外部侧的方向上延伸的倾斜形状，是以相对于该密封面25具有倾斜角度P1的方式与该密封面25接触的形状。因此，在滚动轴承1(参照图1)的组装中，使密封装置6从轴承外部侧沿轴向接近在内圈2与外圈3之间配置有滚珠4的组装体。这样将密封装置6安装于该组装体(外圈3)时，密封唇42成为适当的姿势。因此，组装性良好。虽然未图示，假设唇末端部53的倾斜方向相反时(即，在随着接近密封面25而朝向轴承内部侧的方向上延伸的倾斜形状时)，在使具有该结构的密封装置从轴承外部侧沿轴向接近而安装于组装体的情况下，唇末端部由于与密封面的接触阻力(滑动阻力)而可能会翻转。然而，根据本实施方式，这样的唇末端部53的翻转不会发生。
在图2所示的密封唇42中，唇基部51具有在随着远离密封主体部41而朝向轴承外部侧的方向上延伸的倾斜形状。进而，唇中间部52具有以使与唇基部51连结的连结部54位于轴承外部侧且与唇末端部53连结的连结部55位于轴承内部侧的方式延伸的形状。唇末端部53在随着接近密封面25而朝向轴承外部侧的方向上延伸。根据该结构，唇中间部52及唇末端部53位于唇基部51的内圈2侧，能够使密封唇42在轴向上变得紧凑。
密封槽24具有成为密封面25的槽底面26和该槽底面26的轴承内部侧的槽侧面27。唇末端部53与槽底面26接触。因此，即使轴向载荷作用于滚动轴承1等而使内圈2与外圈3在轴向上发生相对位移，唇末端部53相对于密封面25的过盈量的变化也可以减小。假设是密封唇42(唇末端部53)与槽侧面27接触的结构的情况下，内圈2与外圈3在轴向上发生相对位移时，两者间的过盈量可能超出设想地增大或超出设想地减小。当过盈量增大时，旋转阻力增加，而且，当过盈量减小而越过0时(成为负的过盈量时)，产生间隙而密封性能下降。然而，根据本实施方式的结构，即使内圈2与外圈3在轴向上发生相对位移，过盈量也(几乎)不变化，能够防止过盈量成为0(负的过盈量)的情况。
槽底面26是随着朝向轴承外部侧而外径减小(从密封主体部41分离)的倾斜面。因此，能够减小槽底面26与唇末端部53所成的角度(唇角度)。由此，唇末端部53的变形量减小，能够使压迫力进一步下降。
在本实施方式中，在包含滚动轴承1的中心轴C(参照图1)的截面中(参照图3)，相对于与该中心轴C平行且通过唇基部51的轴承内部侧的背面51b与唇中间部52的轴承内部侧的背面52b的交点的假想线K2，唇中间部52的背面52b所成的角度Q4大于0。这是由于，密封装置6的成型通过沿轴向分割的模具进行，因此为了密封装置6的成型时的脱模的便利性而设置。假设所述角度Q4为负侧时，即，这是由于，如果唇中间部52的背面52b位于比所述假想线K2靠外圈3侧，则在沿轴向分割的模具中无法脱模(无法成型)。
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。在上述实施方式中，说明了滚动轴承1为(深槽)球轴承的情况。然而，滚动轴承1也可以是角接触球轴承，而且，也可以是滚动体为滚子的滚子轴承。
在上述实施方式中，说明了内圈2为旋转圈且外圈3为固定圈的情况。然而，也可以相反，可以是内圈2为固定圈且外圈3为旋转圈的情况。在这种情况下，虽然未图示，密封装置的密封主体部安装于内圈。密封唇从该密封主体部向外圈侧延伸设置并与外圈的密封面接触，该密封唇成为具有多个弯折部的台阶形状。即，上述实施方式中说明的密封唇42的台阶形状(参照图2及图3)能够适用于内圈和外圈中的一方为旋转圈且另一方为固定圈的滚动轴承。
根据本发明的滚动轴承，即使空间狭窄也能够延长密封唇，能够减小对密封面的压迫力。因此，能够减小由于密封唇与旋转圈接触而产生的旋转阻力。

Claims (6)

1.一种滚动轴承，具备设置于环状空间的轴向端部的密封装置，所述环状空间形成在内圈与外圈之间，所述内圈和所述外圈中的一方为旋转圈且另一方为固定圈，所述滚动轴承的特征在于，
所述密封装置具有：
密封主体部，安装于所述固定圈，并由金属制的芯骨和固定于该芯骨的包覆部构成；以及
密封唇，从所述包覆部的所述旋转圈侧的端部向所述旋转圈侧延伸设置并与该旋转圈的密封面接触，
所述密封唇具有：
唇基部，从所述包覆部的所述旋转圈侧的端部向所述旋转圈侧延伸；
唇中间部，从所述唇基部向与该唇基部的延伸方向不同的方向延伸；以及
唇末端部，从所述唇中间部向与该唇中间部的延伸方向不同的方向且向所述旋转圈侧延伸，并具有与所述密封面接触的唇末端，
所述唇末端部具有在随着接近所述密封面而朝向所述内圈的轴向的轴承外部侧的方向上延伸的形状，并以相对于该密封面具有倾斜角度的方式与该密封面接触，
所述唇基部具有在随着远离所述包覆部的所述旋转圈侧的端部而朝向所述内圈的轴向的轴承外部侧的方向上延伸的形状，
所述唇中间部具有以如下方式呈直线地延伸的形状：所述唇中间部与所述唇基部连结的连结部位于所述内圈的轴向的轴承外部侧，并且，所述唇中间部与所述唇末端部连结的连结部位于比所述唇中间部与所述唇基部连结的所述连结部靠所述内圈的轴向的轴承内部侧。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承，其中，
在所述旋转圈的轴向端部形成有密封槽，所述密封槽具有作为所述密封面的槽底面和位于比该槽底面靠轴承内部侧的槽侧面，所述唇末端部与所述槽底面接触。
3.根据权利要求2所述的滚动轴承，其中，
所述槽底面是随着朝向轴承外部侧而远离所述密封主体部的倾斜面。
4.根据权利要求1所述的滚动轴承，其中，
所述密封面与所述唇末端部所成的劣角即唇角度为小于60度的锐角。
5.根据权利要求1所述的滚动轴承，其中，
所述唇基部与所述唇中间部所成的劣角即弯折角度为小于90度的锐角。
6.根据权利要求1所述的滚动轴承，其中，
所述唇中间部与所述唇末端部所成的劣角即弯折角度为小于90度的锐角。
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