CN113993639A - 滚针轴承用保持器以及滚针轴承 - Google Patents

滚针轴承用保持器以及滚针轴承 Download PDF

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Abstract

滚针轴承用保持器(20)由金属板的冲压成形品构成，该金属板的冲压成形品一体地具有：圆筒部(21)，其具有多个柱部(21a)以及多个凹槽(21b)；一方的凸缘部(23)，其从圆筒部(21)的轴向一端部经由弯曲部(22)向内径侧延伸；以及另一方的凸缘部(25)，其从圆筒部(21)的轴向另一端部经由弯曲部(24)向内径侧延伸。在圆筒部(21)与一方的凸缘部(23)之间设置的弯曲部(22)的外侧曲面(22a)的半径方向尺寸(L1)和圆筒部(21)的轴向一端部的壁厚(T1)满足L1/T1≤1.4。

Description

滚针轴承用保持器以及滚针轴承
技术领域
本发明涉及滚针轴承用保持器，尤其涉及通过冲压加工形成的滚针轴承用保持器。
背景技术
例如在专利文献1中，示出了组装于工业用机器人或机床等的偏心摆动型齿轮减速器。该减速器具备：筒状的外壳、设置于外壳的内齿轮、与内齿轮啮合的行星齿轮、以及使行星齿轮进行行星运动的曲轴，当输入输入轴的旋转而曲轴旋转时，在曲轴的偏心部安装的行星齿轮一边与内齿轮啮合一边进行行星运动，该行星运动的公转成分作为输出轴的旋转而被输出。在该减速器中，在曲轴的轴颈部与输出轴之间、以及曲轴的偏心部与行星齿轮之间分别组装有滚针轴承。
滚针轴承的保持器大多通过切削加工而形成，但为了降低制造成本，有时也通过冲压加工来形成(例如，参照下述的专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2019-32087号公报
专利文献2：日本特开2012-57751号公报
专利文献3：日本特开2011-12699号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在工业用机器人中，伴随着机器人自身的大型化或可搬重量的增大，对组装于机器人的减速器的轴承施加的径向载荷增大，而伴随着径向载荷的增大，推力载荷(诱发推力载荷)也增大。特别是，在如上述专利文献1那样仅通过滚针轴承对减速器的曲轴进行支承的情况下，容易对这些滚针轴承施加推力载荷。当滚针轴承在轴向上移动而保持器与其他构件(其他滚针轴承的保持器、或对滚针轴承的轴向移动进行限制的挡圈等)抵接时，对保持器施加应力，因此能够通过对保持器进行强度对策来提高可靠性。
例如，在通过切削加工形成保持器的情况下，形状的变更较容易，因此能够进行使需要强度的部位局部地厚壁化等对策。但是，在通过冲压加工形成保持器的情况下，不易进行局部地厚壁化，因此需要其他对策。
例如，在上述的专利文献3中，通过增大保持器与在轴向上与该保持器抵接的垫圈的接触面积，从而防止保持器的变形或破损。但是，这样的对策无法应用于不设置垫圈的情况、或无法变更垫圈的形状的情况。
因此，本发明的目的在于，提高由冲压成形品构成的滚针轴承用保持器的针对推力载荷的耐久性。
用于解决课题的方案
例如，图8所示的滚针轴承用保持器120由冲压成形品构成，该冲压成形品一体地具有：圆筒部121，其形成有对滚针110进行保持的凹槽121b；以及一对凸缘部123、125，其从圆筒部121的轴向两端经由弯曲部122、124向内径侧延伸。如图9中放大所示那样，当其他构件M从轴向一侧(图中右侧)与保持器120抵接时，一方的凸缘部123的内径端向轴向内侧位移，但外径端由于被圆筒部121支承而几乎不发生位移。其结果是，凸缘部123的外侧端面123a的外径端P(即，弯曲部122的外侧曲面122a的内径端)成为对推力载荷F进行支承的点。
然而，在通过弯曲加工形成凸缘部123与圆筒部121之间的弯曲部122的情况下，弯曲部122以大致均匀的壁厚弯曲。因此，弯曲部122的外侧曲面122a的半径方向尺寸L1与圆筒部121的壁厚T1和弯曲部122的内侧曲面122b的半径方向尺寸L2的合计大致相等(L1≈T1+L2)。在该情况下，若缩小弯曲部122的内侧曲面122b的半径方向尺寸L2，则能够缩小弯曲部122的外侧曲面122a的半径方向尺寸L1，但弯曲部122的内侧曲面122b的半径方向尺寸L2由于制造上的原因而无法随意缩小。因此，在以往的由冲压成形品构成的保持器中，弯曲部122的外侧曲面122a的半径方向尺寸L1为圆筒部121的壁厚T1的1.5倍左右。
本发明着眼于上述这样的弯曲部的外侧曲面的内径端成为对推力载荷F进行支承的点这一点而成，其特征在于，通过与以往相比缩小弯曲部的外侧曲面的半径方向尺寸，从而与以往相比将对推力载荷进行支承的点配置于外径侧。具体而言，将弯曲部的外侧曲面的半径方向尺寸L1设为圆筒部的端部的壁厚T1的1.4倍以下。由此，施加于凸缘部的力矩载荷变小，施加于弯曲部的应力减少，因此能够提高保持器的耐久性。
根据以上，本发明提供一种滚针轴承用保持器，其由金属板的冲压成形品构成，所述金属板的冲压成形品一体地具有：圆筒部，其具有多个柱部以及在相邻的柱部的周向间设置的多个凹槽；一方的凸缘部，其从所述圆筒部的轴向一端部经由弯曲部向内径侧延伸；以及另一方的凸缘部，其从所述圆筒部的轴向另一端部经由弯曲部向内径侧延伸，在所述圆筒部与所述一方的凸缘部之间设置的弯曲部的外侧曲面的半径方向尺寸L1和所述圆筒部的轴向一端部的壁厚T1满足L1/T1≤1.4。
上述的发明主要能够应用于滚子填充率为70％以上的滚针轴承的保持器，具体而言，是圆筒部中的所述凹槽的周向上的比例为70％以上的保持器。
上述的保持器例如以如下方式设计：弯曲部的外侧曲面的半径方向尺寸L1、弯曲部的内侧曲面的半径方向尺寸L2以及圆筒部的轴向一端部的壁厚T1满足L1＜T1+L2。
在上述的保持器中，例如，通过对一方的凸缘部的轴向外侧的端面中的至少包括外径端(与弯曲部的外侧曲面的边界)的区域实施磨削加工，能够满足L1/T1≤1.4。或者，通过以使圆筒部与一方的凸缘部之间的角度成为89.9°以下的方式弯曲，能够满足L1/T1≤1.4。
在上述的保持器中，更优选的是，弯曲部的外侧曲面的半径方向尺寸L1和圆筒部的轴向一端部的壁厚T1满足0.5≤L1/T1≤1.3。
上述的保持器能够经过如下工序进行制造：对金属板实施拉深加工而形成一体地具有圆筒成形部以及封闭其轴向另一端部的底部的成形品的工序；对所述底部的轴心进行冲裁而形成所述另一方的凸缘部的工序；对所述圆筒成形部实施弯曲加工而形成所述一方的凸缘部的工序；以及对所述圆筒成形部的周向多个部位进行冲裁而形成所述多个凹槽的工序。
在上述的制造方法中，若在包括圆筒成形部的轴向一端部的区域设置壁厚比其他区域薄的薄壁区域，并对该薄壁区域实施弯曲加工，则弯曲加工变得容易。像这样形成的保持器由于圆筒部的轴向一端部的壁厚比圆筒部的轴向中央部的壁厚薄，因此特别优选应用本发明来提高耐久性。
发明效果
如上所述，根据本发明，能够提高由冲压成形品构成的滚针轴承用保持器的针对推力载荷的耐久性。
附图说明
图1是设置于减速器的曲轴以及对该曲轴进行支承的滚针轴承的剖视图。
图2是上述滚针轴承的保持器的剖视图。
图3是上述保持器的一方的凸缘部附近的放大图。
图4是上述保持器的另一方的凸缘部附近的放大图。
图5A是示出保持器的制造工序的剖视图。
图5B是示出保持器的制造工序的剖视图。
图5C是示出保持器的制造工序的剖视图。
图5D是示出保持器的制造工序的剖视图。
图5E是示出保持器的制造工序的剖视图。
图5F是示出保持器的制造工序的剖视图。
图6是另一实施方式的保持器的放大剖视图。
图7是示出对本发明的效果进行确认的试验的结果的曲线图。
图8是以往的滚针轴承的保持器的剖视图。
图9是图7的保持器的放大图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。
图1示出在工业用机器人的关节部设置的偏心摆动型齿轮减速器的曲轴1。曲轴1具有：一对轴颈部1a，其设置于在轴向上分离的两个部位；一对偏心部1b，其设置于一对轴颈部la之间；以及正齿轮安装部1c，其设置于轴向一端。一对轴颈部1a的外周面形成为以旋转中心O为中心的圆筒面状。一对偏心部1b的外周面形成为以从旋转中心O偏置了的轴心为中心的圆筒面状。各偏心部1b的外周面的轴心相对于旋转中心O配置于不同的相位，例如配置于相差180°的相位。
曲轴1的各轴颈部1a的外周面经由滚针轴承2而安装于齿轮架3。另外，曲轴1的各偏心部1b的外周面经由滚针轴承2而安装于行星齿轮4的内周面。曲轴1仅被这四个滚针轴承2支承为旋转自如。在曲轴1的正齿轮安装部1c的外周面固定有正齿轮5。需要说明的是，偏心摆动型齿轮减速器的整体结构与公知的偏心摆动型齿轮减速器(例如专利文献1所示的偏心摆动型齿轮减速器)相同，因此省略详细的说明。
滚针轴承2具有多个滚针10、及对这多个滚针10进行保持的保持器20。在本实施方式中，滚针轴承2的内侧轨道面直接形成于曲轴1的外周面，滚针轴承2的外侧轨道面直接形成于齿轮架3以及行星齿轮4的内周面。滚针轴承2的滚子填充率例如为70％以上，优选为80％以上。另外，滚针轴承2的滚子填充率根据保持器20的强度等而设定上限，例如为90％以下。需要说明的是，滚子填充率γ以下式表示。
滚子填充率γ＝(Z·DA)/(π·PCD)
其中，Z：滚子个数、DA：滚子直径、PCD：滚子节圆直径
保持器20由金属板的冲压成形品构成，如图2所示，该保持器20一体地具有：圆筒部21；一方的凸缘部23，其从圆筒部21的轴向一端部(图中右端)经由弯曲部22向内径侧延伸；以及另一方的凸缘部25，其从圆筒部21的轴向另一端部(图中左端)经由弯曲部24向内径侧延伸。保持器20是通过圆筒部21的外周面与轨道面(齿轮架3的内周面或行星齿轮4的内周面)接触而被引导的所谓的外圈引导类型。
圆筒部21具有：多个柱部21a，其沿周向等间隔地配置；以及多个凹槽21b，其设置于相邻的柱部21a之间。在本实施方式中，圆筒部21中的凹槽21b的周向上的比例为70％以上。圆筒部21的轴向一端部的壁厚T1比圆筒部21的轴向中央部的壁厚T2薄。在图示的例子中，如图3中放大所示那样，柱部21a具有：主体部21a1，其以壁厚T2形成；以及渐变部21a2，其与主体部21a1的轴向一侧相邻地设置，且壁厚从T2逐渐变小至T1。渐变部21a2的外周面与主体部21a1的外周面设置于同一圆筒面上，渐变部21a2的内周面呈趋向轴向一侧而逐渐扩径的锥状。圆筒部21的轴向另一端部具有与轴向中央部相同的壁厚T2。需要说明的是，在图示的例子中，柱部21a呈沿着轴向的直线状，但并不限定于此，例如也可以形成为将柱部21a的轴向中央部配置于内径侧的截面大致M字形状。
在圆筒部21与一方的凸缘部23之间设置的弯曲部22具有：外侧曲面22a，其使圆筒部21的轴向一端部的外周面与一方的凸缘部23的外侧端面23a连续；以及内侧曲面22b，其使圆筒部21的轴向一端部的内周面与一方的凸缘部23的内侧端面23b连续。弯曲部22的外侧曲面22a的半径方向尺寸L1为圆筒部21的轴向一端部的壁厚T1的1.4倍以下(L1/T1≤1.4)，优选为1.3倍以下(L1/T1≤1.3)，更优选为1.2倍以下(L1/T1≤1.2)，进一步优选为1倍以下(L1/T1≤1)。在图示的例子中，弯曲部22的外侧曲面22a的半径方向尺寸L1小于圆筒部21的轴向一端部的壁厚T1与内侧曲面24b的半径方向尺寸L2之和(L1＜T1+L2)。另外，在图示的例子中，弯曲部22的外侧曲面22a的半径方向尺寸L1小于柱部21a的主体部21a1的壁厚T2(L1＜T2)。弯曲部22的外侧曲面22a的半径方向尺寸L1的下限值从强度或制造方便的观点出发而设定，例如为上述壁厚T1的0.5倍以上(L1/T1≥0.5)。
在一方的凸缘部23的外侧端面23a中的至少包括外径端的区域设置磨削面，在本实施方式中，在一方的凸缘部23的外侧端面23a的整个区域设置磨削面。与像这样实施磨削相应地，一方的凸缘部23的壁厚T3小于圆筒部21的轴向一端部的壁厚T1。
如图4中放大所示那样，在圆筒部21与另一方的凸缘部25之间设置的弯曲部24具有：外侧曲面24a，其使圆筒部21的外周面与另一方的凸缘部25的外侧端面25a连续；以及内侧曲面24b，其使圆筒部21的内周面与另一方的凸缘部25的内侧端面25b连续。弯曲部24的外侧曲面24a的半径方向尺寸L3和圆筒部21的轴向另一端部的壁厚T2与内侧曲面24b的半径方向尺寸L4之和大致相等(L3≈T2+L4)。在另一方的凸缘部25的外侧端面25a不设置磨削面，而整个区域成为冲压成形面。另一方的凸缘部25的壁厚T4比圆筒部21的轴向另一端部的壁厚T2厚。
一方的凸缘部23与圆筒部21之间的弯曲部22通过弯曲加工形成，另一方的凸缘部25与圆筒部21之间的弯曲部24通过拉深加工形成(详细情况将后述)。需要说明的是，在图示的例子中，凸缘部23、25与圆筒部21之间的角度被设定为大致90°，但也可以将其中一方或双方的角度设定为稍小于90°的值。
当其他构件从轴向一侧与上述的保持器20抵接时，如图3所示，对一方的凸缘部23的外侧端面23a的外径端P1(即，凸缘部23的外侧端面23a与弯曲部22的外侧曲面22a的内径端)施加推力载荷F1。在本实施方式中，由于弯曲部22的外侧曲面22a的半径方向尺寸L1变小(具体而言，满足L1/T1≤1.4)，因此施加推力载荷F1的点P1设置于外径侧。由此，施加于凸缘部23的力矩载荷减少，因此，因凸缘部23倾斜而施加于弯曲部22或圆筒部21的轴向一端部的应力减少。特别是，在本实施方式中，圆筒部21的轴向一端部的壁厚T1变薄，因此施加于该部分的载荷减少，从而保持器20的针对推力载荷的耐久性提高。
另一方面，当其他构件从轴向另一侧与上述的保持器20抵接时，如图4所示，对另一方的凸缘部25的凸缘部25的外侧端面25a的外径端P2(即，凸缘部25的外侧端面25a与弯曲部24的外侧曲面24a的内径端)施加推力载荷F2。由于弯曲部24的外侧曲面24a的半径方向尺寸L3大于弯曲部22的外侧曲面22a的半径方向尺寸L1，因此施加推力载荷F2的点P2设置于比图3所示的点P1靠内径侧的位置。因此，施加于凸缘部25的力矩载荷变得较大，但由于圆筒部21的轴向另一端部的壁厚T2、与该圆筒部21的轴向另一端部连续的弯曲部24的壁厚变厚，因此耐久性不存在问题。当然，也可以与弯曲部22同样地，将弯曲部24的外侧曲面24a的半径方向尺寸L3缩小，在该情况下，保持器20的耐久性进一步提高。
接下来，使用图5对上述的保持器20的基于冲压加工的制造方法进行说明。
首先，将平板状的金属板(例如钢板)冲裁成规定形状从而形成坯料W0(参照图5A)。然后，对该坯料W0实施拉深加工，从而形成一体地具有圆筒成形部W1以及封闭其轴向一端部(图中上端)的底部W2的杯状的成形品W(参照图5B)。该拉深加工也可以分多次进行。通过上述的拉深加工，圆筒成形部W1被拉长，因此圆筒成形部W1的壁厚变得比底部W2的壁厚薄。另外，通过上述的拉深加工，在包括圆筒成形部W1的开口侧端部的区域形成有壁厚比其他区域薄的薄壁部W11。薄壁部W11例如通过转印模具(冲头)的形状而成形。
接下来，对成形品W的底部W2的轴心进行冲裁，从而形成开口部W20(参照图5C)。像这样形成有开口部W20的底部W2成为保持器20的另一方的凸缘部25。
接下来，利用弯曲模分多次对成形品W的圆筒成形部W1的轴向另一端部进行冲压而使其向内径侧弯曲(参照图5D)。此时，通过使圆筒成形部W1的薄壁部W11弯曲，弯曲加工容易化。通过该弯曲加工，形成从圆筒成形部W1向内径侧延伸的凸缘部W3。
接下来，对凸缘部W3的轴心进行冲裁，从而形成规定直径的开口部W30(参照图5E)。像这样形成有开口部W30的凸缘部W3成为保持器20的一方的凸缘部23。然后，沿半径方向对圆筒成形部W1的周向多个部位进行冲裁，从而形成多个开口部W10(参照图5F)。像这样形成的开口部W10成为保持器20的凹槽21b，具有该开口部W10的圆筒成形部W1成为保持器20的圆筒部21。
对像这样冲压成形的保持器20的一方的凸缘部23的外侧端面23a实施磨削加工。具体而言，实施磨削加工前的一方的凸缘部23的外侧端面23a’设置于图3中以虚线示出的位置，该外侧端面23a’与弯曲部22的外侧曲面22a的边界设置于以P1’示出的位置。通过对该外侧端面23a’中的至少包括外径端的区域(在本实施方式为整个区域)实施磨削加工，从而形成以实线示出的外侧端面23a，并且外侧端面23a与弯曲部22的外侧曲面22a的边界P1向比磨削前的边界P1’靠外径侧的位置移动。由此，弯曲部22的外侧曲面22a的半径方向尺寸L1变小，从而满足L1/T1≤1.4。
本发明并不限于上述的实施方式。以下，对本发明的其他实施方式进行说明，但对于与上述的实施方式相同的点省略重复说明。
在图6所示的实施方式中，通过缩小弯曲部22的曲率半径，从而缩小弯曲部22的外侧曲面22a的半径方向尺寸L1。在图示的例子中，通过积极地缩小一方的凸缘部23与圆筒部21之间的角度(例如，设为89.9°以下)，从而缩小弯曲部22的曲率半径而缩小外侧曲面22a的半径方向尺寸L1，进而满足L1/T1≤1.4。需要说明的是，在本实施方式中，外侧曲面22a严格来说延伸至比轴向外侧的端部P1(顶点)靠内径侧的点Q，但在本发明中，外侧曲面22a的半径方向尺寸L1意味着外侧曲面22a的外径端与轴向外侧的端部P1之间的半径方向尺寸。
本发明的保持器以及具备该保持器的滚针轴承并不限于工业用机器人的减速器，也能够作为对机床等其他机械的旋转轴进行支承的轴承而进行组装。
【实施例1】
通过FEM解析，确认相对于使图2所示的保持器20的弯曲部22的外侧曲面22a的半径方向尺寸L1与圆筒部21的轴向一端部的壁厚T1不同的多个试验片，在使其他构件从轴向一侧抵接时，是否产生破损区域的应力。将其结果显示在下述的表1中。
【表1】
L1 T1 L1/T1 FEM解析
实施例1 1 1 1 ○
比较例1 1.53 1 1.53 ×
比较例2 0.98 0.54 1.81 ×
实施例2 0.92 0.67 1.37 ○
实施例3 0.6 0.46 1.3 ○
如表1所示，在L1/T1超过1.4的比较例1以及2中产生了破损区域的应力，与此相对地，在L1/T1为1.4以下的实施例1～3中未产生破损区域的应力。
接下来，对L1/T1为2.0的多个以往品和L1/T1为1.33的多个本发明品施加推力载荷，并且进行旋转试验。其结果是，如图7所示，以往品均在短时间内断裂(柱部的轴向一端部断裂)。与此相对地，对于本发明品而言，即使超过基准的8.1倍的时间，保持器也并未断裂(在本说明书作成的时刻，试验仍在持续)。根据以上的结果，确认到通过使L1/T1为1.4以下的本发明，保持器的耐久性提高。
附图标记说明
1 曲轴
2 滚针轴承
20 保持器
21 圆筒部
22 弯曲部
23 一方的凸缘部
24 弯曲部
25 另一方的凸缘部
W 成形品
W1 圆筒成形部
W11 薄壁部
W2 底部
W3 凸缘部。

Claims (9)

1.一种滚针轴承用保持器，其由金属板的冲压成形品构成，所述金属板的冲压成形品一体地具有：圆筒部，其具有多个柱部以及在相邻的柱部的周向间设置的多个凹槽；一方的凸缘部，其从所述圆筒部的轴向一端部经由弯曲部向内径侧延伸；以及另一方的凸缘部，其从所述圆筒部的轴向另一端部经由弯曲部向内径侧延伸，其中，
在所述圆筒部与所述一方的凸缘部之间设置的弯曲部的外侧曲面的半径方向尺寸L1和所述圆筒部的轴向一端部的壁厚T1满足L1/T1≤1.4。
2.根据权利要求1所述的滚针轴承用保持器，其中，
所述圆筒部中的所述凹槽的周向上的比例为70％以上。
3.根据权利要求1或2所述的滚针轴承用保持器，其中，
所述弯曲部的外侧曲面的半径方向尺寸L1、所述弯曲部的内侧曲面的半径方向尺寸L2以及所述圆筒部的轴向一端部的壁厚T1满足L1＜T1+L2。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的滚针轴承用保持器，其中，
在所述一方的凸缘部的轴向外侧的端面中的至少包括外径端的区域设置有磨削面。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的滚针轴承用保持器，其中，
所述圆筒部与所述一方的凸缘部之间的角度为89.9°以下。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的滚针轴承用保持器，其中，
所述弯曲部的外侧曲面的半径方向尺寸L1和所述圆筒部的轴向一端部的壁厚T1满足0.5≤L1/T1≤1.3。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的滚针轴承用保持器，其中，
所述圆筒部的轴向一端部的壁厚T1比所述圆筒部的轴向中央部的壁厚T2薄。
8.一种滚针轴承，其中，
所述滚针轴承具有：
权利要求1至7中任一项所述的滚针轴承用保持器；以及
多个滚针，其收容在所述滚针轴承用保持器的多个凹槽中。
9.根据权利要求8所述的滚针轴承，其中，
滚子填充率为70％以上。
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