CN113167320B - 圆锥滚子轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是，在外圈的外圈轨道面的大径侧端部形成有凸缘部的圆锥滚子轴承中，不使纯轴向载重的负载能力极端降低地实现高力矩刚性、长寿命化。圆锥滚子轴承(11)包括：在内周面具有外圈轨道面(12a)的外圈(12)；在外周面具有内圈轨道面(13a)的内圈(13)；在所述外圈轨道面(12a)与所述内圈轨道面(13a)之间可自由转动地配置的多个圆锥滚子(14)；和具有将该多个圆锥滚子(14)以规定的间隔收纳保持的多个兜孔的保持器(15)，在所述外圈(12)的外圈轨道面(12a)的小径侧端部和大径侧端部以及内圈(13)的内圈轨道面(13a)的小径侧端部和大径侧端部的4个端部中的、外圈(12)的外圈轨道面(12a)的大径侧端部，形成有向半径方向内侧突出的凸缘部(12b)，其中，接触角为35°以上，并且滚转角度为3.5°以下。

Description

圆锥滚子轴承
技术领域
本发明涉及在机器人或建筑机械的减速器中使用的圆锥滚子轴承，尤其是涉及在外圈的外圈轨道面的小径侧端部和大径侧端部、以及内圈的内圈轨道面的小径侧端部和大径侧端部的4个端部之中，仅在外圈的外圈轨道面的大径侧端部形成有向半径方向内侧突出的凸缘部的圆锥滚子轴承。
背景技术
虽然在内圈的内圈轨道面的大径侧端部没有形成凸缘部、而仅在外圈的外圈轨道面的大径侧端部形成有向半径方向内侧突出的凸缘部的圆锥滚子轴承，在专利文献1或者专利文献2中被公开，但是作为产品几乎没有看到。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本实开平1-85521号公报
专利文献2：日本特开2016-196944号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
作为其理由，首先举例的理由是，相对于在内圈的内圈轨道面的大径侧端部形成有凸缘部的结构，在外圈的外圈轨道面的大径侧端部形成有凸缘部的结构中，纯轴向载重的负载能力极端降低。
因此，本发明的课题在于，在外圈的外圈轨道面的大径侧端部形成有凸缘部的圆锥滚子轴承中，不使纯轴向载重的负载能力极端降低、而实现高力矩刚性、长寿命化。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题，本发明的圆锥滚子轴承包括：在内周面具有外圈轨道面的外圈；在外周面具有内圈轨道面的内圈；在所述外圈轨道面与所述内圈轨道面之间配置成能够自由转动的多个圆锥滚子；和具有将该多个圆锥滚子以规定的间隔收纳保持的多个兜孔的保持器，在所述外圈的外圈轨道面的小径侧端部和大径侧端部、以及内圈的内圈轨道面的小径侧端部和大径侧端部这4个端部中的、外圈的外圈轨道面的大径侧端部，形成有向半径方向内侧突出的凸缘部，在该圆锥滚子轴承中，使接触角(轴承中心轴与外圈轨道面所成的角度)为40～50°，并且使滚转角度为3.5°以下，由此能够形成使纯轴向载重的负载能力不极端降低地、实现高力矩刚性、长寿命化的圆锥滚子轴承。
发明效果
圆锥滚子轴承的情况下，滚子尺寸、滚子个数、接触角、滚转角度、滚子对凸缘部的接触点位置和凸缘侧轨道面的角度x是相同规格时，在内圈的内圈轨道面的大径侧端部形成有凸缘部的图2所示的结构(以下称为“内圈凸缘轴承”。)、和在外圈的外圈轨道面的大径侧端部形成有凸缘部的图1所示的结构(以下称为“外圈凸缘轴承”。)相比较时，在纯轴向(Fa)负载时，与内圈凸缘轴承相比，外圈凸缘轴承的转动体载重(外圈侧转动体载重Fo、内圈侧转动体载重Fi)以及转动体与轨道环的接触面压增加，如本发明所示，使接触角为40～50°、且滚转角度为3.5°以下的情况下，能够抑制纯轴向(Fa)负载时的转动体载重(外圈侧转动体载重Fo、内圈侧转动体载重Fi)以及与轨道环的接触面压的增加，也能够抑制纯径向(Fr)负载时的转动体载重以及与轨道环的接触面压。
图1所示的外圈凸缘轴承和图2所示的内圈凸缘轴承的纯轴向负载时的转动体载重的计算式是，设定
Fio：外圈侧的转动体载重(内圈凸缘轴承)
Foo：外圈侧的转动体载重(外圈凸缘轴承)
Fii：内圈侧的转动体载重(内圈凸缘轴承)
Foi：内圈侧的转动体载重(外圈凸缘轴承)
Fir：凸缘侧的转动体载重(内圈凸缘轴承)
For：凸缘侧的转动体载重(外圈凸缘轴承)
α：外圈半角度
θ：内圈半角度
β：滚转角度
x：滚子相对于凸缘部的接触点位置与凸缘侧轨道面的角度
Y：滚子大端面与内圈凸缘部的接触点角度(θ+x)
δ：滚子大端面与内圈凸缘部的接触点角度(α-x)的情况下，如以下所示。
Fio＝Fa/sinα
Fio＝Fi(sinθ·sinδ+cosθ·cosδ)/(cosα·cosδ+sinα·sinδ)
Fii＝Fo(sinα·sinY+cosα·cosY)/(cosθ·cosY+sinθ·sinY)
Foi＝Fa/sinθ
Fir＝(Ficosθ-Focosα)/sinY
For＝(Ficosθ-Focosα)/sinδ
根据上述的计算式，以纯轴向载重Fa作为负载，关于使接触角为40～50°、使滚转角度为3.5°以下的各例子，和使接触角为40°以下、滚转角度为3.5°以上的各例子，求取最大转动体载重和最大接触面压，如表1～表6所示。
[表1]
Figure BDA0003100822000000031
[表2]
Figure BDA0003100822000000041
[表3]
Figure BDA0003100822000000042
[表4]
Figure BDA0003100822000000043
[表5]
Figure BDA0003100822000000051
[表6]
Figure BDA0003100822000000052
根据上述表1～表6的结果能够确认，对于轴承尺寸相同的外圈凸缘轴承和内圈凸缘轴承，使内圈凸缘轴承的最大转动体载重和最大接触面压为100％来进行比较，本发明所规定的外圈凸缘轴承能够将最大转动体载重和最大接触面压均抑制为内圈凸缘轴承的10％以内的增加率，而本发明的规定以外的外圈凸缘轴承，其最大转动体载重和最大接触面压的至少一者与内圈凸缘轴承相比，增加率超过了10％。
附图说明
图1是示意性地表示在外圈的外圈轨道面的大径侧端部形成有凸缘部的圆锥滚子轴承承载了纯轴向载重时的外圈侧转动体载重、内圈侧转动体载重和凸缘侧转动体载重的分力的说明图。
图2是示意性地表示在内圈的内圈轨道面的大径侧端部形成有凸缘部的圆锥滚子轴承承载了纯轴向载重时的外圈侧转动体载重、内圈侧转动体载重和凸缘侧转动体载重的分力的说明图。
图3是将本发明的实施方式的圆锥滚子轴承在保持器的柱部切断的放大部分截面图。
图4是将图3的圆锥滚子轴承组装在壳体中的状态的放大部分截面图。
图5是概念性地表示图3的圆锥滚子轴承的外圈侧的大凸缘部与圆锥滚子的接触面积的概略图。
图6是表示将圆锥滚子推压在图3的实施方式的保持器的滚子引导面的状态的放大图。
图7是表示将圆锥滚子推压在图3的实施方式的保持器的爪的状态的放大图。
图8A是表示将滚子-保持器组件插入到外圈的顺序的放大部分截面图。
图8B是表示将滚子-保持器组件插入到外圈的顺序的放大部分截面图。
图8C是表示将滚子-保持器组件插入到外圈的顺序的放大部分截面图。
图9是图3的实施方式的外圈的正面图。
图10是图3的实施方式的外圈的背面图。
图11是图3的实施方式的外圈的左侧面图。
图12是图3的实施方式的外圈的右侧面图。
图13是图3的实施方式的外圈的平面图。
图14是图3的实施方式的外圈的底面图。
图15是图9的A-A线的截面图。
图16是图15的B-B线的放大截面图。
图17是图3的实施方式的保持器的正面图。
图18是图3的实施方式的保持器的背面图。
图19是图3的实施方式的保持器的左侧面图。
图20是图3的实施方式的保持器的右侧面图。
图21是图3的实施方式的保持器的平面图。
图22是图3的实施方式的保持器的底面图。
图23是图17的A-A截面图。
图24是从小径侧看图3的实施方式的保持器的立体图。
图25是从大径侧看图3的实施方式的保持器的立体图。
图26是图17的H-H截面图。
图27是图23的B-B放大截面图。
图28是图17的C-C放大截面图。
图29是图24的D-D放大截面图。
图30是图24的E-E放大截面图。
图31是图25的F-F放大截面图。
图32是图25的G-G放大截面图。
图33是图26的I-I放大截面图。
图34是表示将接触角进行了各种变化的例子的力矩刚性比的图表。
图35是表示将接触角进行了各种变化的例子的寿命比的图表。
图36是将现有技术的圆锥滚子轴承在保持器的柱部切断的放大截面图。
图37是表示将图36的圆锥滚子轴承组装在壳体中的状态的放大截面图。
图38是概念性地表示图36的圆锥滚子轴承的内圈侧的大凸缘部与圆锥滚子的接触面积的概略图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
本发明的圆锥滚子轴承11是接触角α为40°～50°的高斜率、滚转角度为3.5°以下的低斜率的结构。在图3～图33所示的实施方式的圆锥滚子轴承11是接触角α为45°、滚转角度为3.5°的结构。
如图3所示，本发明的实施方式的圆锥滚子轴承11包括：在内周面具有外圈轨道面12a的外圈12；在外周面具有内圈轨道面13a的内圈13；在上述外圈轨道面12a与上述内圈轨道面13a之间可自由转动地配置的多个圆锥滚子14；和具有将该多个圆锥滚子14以规定的间隔收纳保持的多个兜孔的保持器15。
本发明的圆锥滚子轴承11将接触角α设定为40～50°的高斜率来实现高力矩刚性化，图3的实施方式的圆锥滚子轴承11将接触角α设定为45°。
本发明的实施方式的圆锥滚子轴承11，在上述外圈12的外圈轨道面12a的小径侧端部和大径侧端部、以及内圈13的内圈轨道面13a的小径侧端部和大径侧端部的4个端部之中，仅在外圈12的外圈轨道面12a的大径侧端部形成有向半径方向内侧突出的凸缘部12b。
不形成内圈13的小径侧端部的小凸缘，使滚子长度增长与小凸缘相应的量而实现高负载容量化，并且仅在外圈12的外圈轨道面12a的大径侧端部形成向半径方向内侧突出的凸缘部12b，而没有形成内圈13的内圈轨道面13a的大径侧端部的凸缘部。
接触角为40～50°的高斜率的圆锥滚子轴承11，因为在外圈12的外圈轨道面12a的大径侧端部与内圈13的大径侧的端面之间在轴方向上空出较大的空间，因此利用该空间形成有在本发明中向半径方向内侧突出的凸缘部12b。
仅在外圈12的外圈轨道面12a的大径侧端部形成向半径方向内侧突出的凸缘部12b，而没有形成内圈13的内圈轨道面13a的大径侧端部的凸缘部，由此能够实现轴方向的紧凑化。
即，在图3中如两点划线所示，设在内圈13的内圈轨道面13a的大径侧端部形成有凸缘部12b的情况下的轴方向宽度为T’，通过不形成内圈13的内圈轨道面13a的大径侧端部的凸缘部，能够使内圈13的轴方向宽度变薄，由于在外圈12的外圈轨道面12a的大径侧端部形成有向半径方向内侧突出的凸缘部12b的情况下的轴方向幅为T，因此能够以T’-T的量使轴方向宽度紧凑化。
如本发明所示，通过在外圈12的外圈轨道面12a的大径侧端部形成向半径方向内侧突出的凸缘部12b，与在内圈13的内圈轨道面13a的大径侧端部形成凸缘部的图36所示的现有技术例的圆锥滚子轴承1相比，能够使凸缘部高刚性化。
即，将图3所示的在外圈12的外圈轨道面12a的大径侧端部形成向半径方向内侧突出的凸缘部12b的情况、与图36所示的在内圈3的内圈轨道面3a的大径侧端部形成凸缘部3b的情况相比较，即使凸缘部的高度C(由轨道面和凸缘面的交点与凸缘部顶点形成的径方向的距离)相同，图5所示的滚子端面与外圈凸缘面的接触面积，比图38所示的现有技术例的滚子端面与内圈凸缘面的接触面积大约7％，承受滚子产生的感应推力的面积在外圈凸缘一方变大，因此接触部的应力变低，滚子端面与凸缘面的接触形变变小。
另外，如图36所示的现有例，在内圈3的大径侧端部设置凸缘部3b的话，如图37中空心箭头所示，对圆锥滚子4产生的感应推力变成由凸缘部3b承受，由于对凸缘部3b施加的弯曲应力，在凸缘部3b有可能产生形变，如图4中所示的本发明，在外圈12的大径侧端部设置有凸缘部12b的情况下，对圆锥滚子14产生的感应推力如空白箭头所示，对外圈12的凸缘部12b施加的弯曲应力能够由壳体6承受，因此凸缘部12b的刚性变高。图36的现有技术例中，符号2表示外圈，2a表示外圈轨道面，5表示保持器。
在本发明中，作为保持器15，能够使用树脂制的部件。
保持器15如图6和图7所示，在大径侧具有大径环部15a、在小径侧具有小径环部15b，在外径部具有引导圆锥滚子14的滚子引导面15c，在内径面具有保持圆锥滚子14的爪15d。引导圆锥滚子14的滚子引导面15c和保持圆锥滚子14的爪15d也可以相反。另外，在保持器15的大径环部15a的外周面，设置有避免与外圈12的凸缘部12b干涉的缺口部15e。
如图6所示，将圆锥滚子14推向处于保持器15的外径侧的滚子引导面15c时的滚子外切圆径设为P，如图7所示，将圆锥滚子14推向保持器15的内径侧的爪15d时的滚子外切圆径设为P’的情况下，如图8A、8B、8C所示的顺序，在将滚子-保持器组件插入外圈12时，凸缘部12b的凸缘高度C相同，对接触角α、凸缘外径角度γ、|P-P’|进行各种变更，将判断滚子-保持器组件的向外圈12的插入容易度的结果表示在表7～表11中。
根据表7～表11的结果能够确认，接触角为40～50°的部件，|P-P’|≥C，且凸缘大径侧角度γ为35°～50°的情况下，滚子-保持器组件的向外圈12的插入性良好。
[表7]
Figure BDA0003100822000000101
[表8]
Figure BDA0003100822000000102
[表9]
Figure BDA0003100822000000111
[表10]
Figure BDA0003100822000000112
[表11]
Figure BDA0003100822000000121
本发明的圆锥滚子轴承11的接触角为40～50°，使外部负载为一定值、并且轴承的PCD和滚子的尺寸以及个数为一定值，仅改变接触角时的力矩刚性如图34的图表所示，另外，寿命比如图35的图表所示。根据该图34和图35的图表，进行对于各接触角的综合评价，结果如表12所示，能够确认通过使接触角为40～50°，能够兼顾轴承的力矩刚性和寿命。
[表12]
接触角 25 30 35 40 45 50 55 60 65
力矩刚性 × ○ － ○ ○ ○ ◎ ○ ○
寿命 × × － ○ ◎ ○ × × ×
综合评价 × × － ◎ ◎ ◎ × × ×
本发明并不限定于任何上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，当然还能够以各种方式实施，本发明由要求的权利范围表示，还包括与要求的权利范围记载等同的意义和范围内的全部变更。
附图标记的说明
11：轴承
12：外圈
12a：外圈轨道面
12b：凸缘部
13：内圈
13a：内圈轨道面
15：保持器
15a：大径环部
15b：小径环部
15c：引导面
15d：爪
15e：缺口部。

Claims (3)

1.一种圆锥滚子轴承，其特征在于，包括：
在内周面具有外圈轨道面的外圈；在外周面具有内圈轨道面的内圈；在所述外圈轨道面与所述内圈轨道面之间配置成能够自由转动的多个圆锥滚子；和具有对该多个圆锥滚子以规定的间隔进行收纳保持的多个兜孔的保持器，在所述外圈的外圈轨道面的小径侧端部和大径侧端部、以及内圈的内圈轨道面的小径侧端部和大径侧端部的4个端部之中的、外圈的外圈轨道面的大径侧端部，形成有向半径方向内侧突出的凸缘部，
所述圆锥滚子轴承中，接触角为40～50°，而且滚转角度为3.5°以下。
2.如权利要求1所述的圆锥滚子轴承，其特征在于：
在保持器的外径侧或者内径侧具有圆锥滚子的引导面，并且在保持器的引导面的相反侧具有防止圆锥滚子脱落的1个以上的爪，而且在保持器的大径环部外周面，形成有使该环部的壁厚比具有保持器引导面的柱部的壁厚薄的缺口部。
3.如权利要求2所述的圆锥滚子轴承，其特征在于：
在滚子接触保持器的引导面时的、滚子外切圆直径P和滚子接触保持器的爪时的滚子外切圆直径P’，相对于从轨道面起的外圈凸缘高度C，为|P-P’|≥C的关系，而且凸缘外径角度γ为35°～50°。
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