CN116745540A

CN116745540A - 滚珠轴承用冠型保持架以及滚珠轴承

Info

Publication number: CN116745540A
Application number: CN202280010671.9A
Authority: CN
Inventors: 松井雅人; 吉川武文
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2021-01-18
Filing date: 2022-01-17
Publication date: 2023-09-12
Also published as: DE112022000678T5; US20240077109A1; JPWO2022154124A1; JP7420274B2; WO2022154124A1

Abstract

爪部(31)的外径(D1)比主部(20)的外径(D2)小，爪部(31)的径向宽度(t1)为主部(20)的径向宽度(t2)的1/2以下，从柱部(30)的连接部(33)的上表面(33A)到主部(20)的底面(26)的轴向宽度(H1)为滚珠轴承用冠型保持架(10)的轴向宽度(H2)的1/2以下，在主部(20)中，在相邻的兜孔(40)之间设置有开口部(27)。

Description

滚珠轴承用冠型保持架以及滚珠轴承

技术领域

本发明涉及滚珠轴承用冠型保持架以及滚珠轴承。

背景技术

通常，为了支承各种旋转机械的旋转部分，使用如图14所示的滚珠轴承1。滚珠轴承1具备：内圈3，其在外周面具有内圈滚道2；外圈5，其与内圈3同心地配置，在内周面具有外圈滚道4；以及多个滚珠6，其滚动自如地配置于内圈滚道2与外圈滚道4之间。

各滚珠6被保持架100保持为滚动自如。另外，在外圈5的内周面的轴向两端部，分别卡止有圆环状的一对屏蔽板7、7的外周缘。一对屏蔽板7、7防止存在于轴承空间的润滑脂等润滑剂泄漏到外部，或者浮游于外部的尘埃侵入轴承空间。另外，作为密封装置，也可以使用接触型的密封件来代替非接触型的屏蔽板7、7。

如图15和图16所示，保持架100是树脂制的冠型保持架。保持架100具备：圆环状的主部109；多个柱部110，其从主部109沿周向以规定的间隔在轴向上突出；以及球面形状的兜孔111，其形成于相邻的柱部110之间且能够保持滚珠6。

柱部110具有末端部相互隔开间隔地配置的一对爪部112、112。通过使构成兜孔111的相邻的两个爪部112、112保持滚珠6，从而防止保持架100从外圈5与内圈3之间沿轴向脱落。

然而，由于最近的汽车的电动化，要求支承马达旋转轴的滚动轴承(特别是滚珠轴承)高速旋转。为了实现高速旋转，要求(i)抑制保持架的离心力膨胀，降低在兜孔底部产生的应力，由此防止疲劳破坏；以及(ii)通过抑制保持架的变形，从而避免保持架与外圈、密封件接触，抑制保持架的磨损、振动、发热。

在图14至图16所示的现有型的保持架100中，在高速旋转时因离心力而在保持架100作用有应力，有可能导致保持架100向外径侧变形。在图14中，用虚线表示保持架100变形的情况。在该情况下，有可能导致保持架100与外圈5接触(参照图14中的A部分)、或者保持架100与屏蔽板7接触(参照图14中的B部分)，保持架100磨损、振动、发热。

在专利文献1、专利文献2中公开了用于使保持架轻量化的技术。

具体而言，在专利文献1中公开了在冠型保持架的与兜孔形成部侧的端面相反的一侧的端面形成有减薄部。通过该减薄部，提高冠型保持架的轴向左右质量平衡，实现背面侧部分的轻量化。

另外，专利文献2所记载的保持架具有环状的基部和从基部沿轴向延伸的轴向部。轴向部的外径比基部的外径小。在基部形成有与轴向部的凹部区域连通且沿轴向贯通的孔。由此，减少材料的量，抑制高速旋转时诱发的半径方向上的变形。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-274977号公报

专利文献2：日本专利第5436204号公报

发明内容

发明欲解决的技术问题

然而，为了使轴承适应更高速旋转，需要保持架的进一步轻量化。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够通过轻量化来减小高速旋转时的离心力以抑制变形的滚珠轴承用冠型保持架及滚珠轴承。

用于解决问题的技术手段

本发明的上述目的，通过以下的构成来达成。

(1)一种滚珠轴承用冠型保持架，具备：

圆环状的主部；

多个柱部，多个所述柱部从所述主部沿周向以规定的间隔在轴向上突出；以及

兜孔，所述兜孔形成在相邻的所述柱部之间，且具有能够保持滚珠的球面形状的球状凹面，

所述柱部具有：一对爪部，一对所述爪部的末端部彼此隔开间隔地配置；和连接部，所述连接部将一对所述爪部连接，

在构成所述兜孔的相邻的两个所述爪部的末端部彼此之间设置有用于插入所述滚珠的入口部，所述入口部具有比所述滚珠的直径小的宽度，

所述兜孔的所述球状凹面的曲率半径比所述滚珠的滚动面的曲率半径大，所述爪部的外径D1比所述主部的外径D2小，

所述爪部的径向宽度t1为所述主部的径向宽度t2的1/2以下，

从所述柱部的所述连接部的上表面到所述主部的底面的轴向宽度H1为所述滚珠轴承用冠型保持架的轴向宽度H2的1/2以下，

在所述主部中，在相邻的所述兜孔之间设置有在轴向上开口的开口部，所述爪部与所述开口部在径向上偏移地设置，所述开口部位于比爪部靠径向外侧的位置。

(2)根据(1)所述的滚珠轴承用冠型保持架，其中，

从所述柱部的所述连接部的上表面到所述主部的底面的轴向宽度H1比所述兜孔的底部处的所述主部的轴向宽度H3大。

(3)根据(1)或(2)所述的滚珠轴承用冠型保持架，其中，

所述主部的底面在相邻的所述开口部之间具有在轴向上突出的凸部。

(4)根据(3)所述的滚珠轴承用冠型保持架，其中，

设置有所述凸部的径向范围以及周向范围与设置有构成所述兜孔的所述主部的所述球状凹面的径向范围以及周向范围大致相同。

(5)根据(1)～(4)中任一项所述的滚珠轴承用冠型保持架，其中，

所述爪部的径向宽度随着从所述主部侧向所述爪部的末端部侧去而变小。

(6)根据(1)～(5)中任一项所述的滚珠轴承用冠型保持架，其中，

所述爪部具有：构成所述兜孔的周向第一面；和与所述周向第一面相反侧的周向第二面，

在构成所述兜孔的相邻的两个所述爪部中，两个所述周向第二面之间的周向距离随着从所述主部侧向所述爪部的末端部侧去而变小。

(7)一种滚珠轴承，其具备：

外圈；

内圈；

多个所述滚珠，多个所述滚珠配置于所述外圈与所述内圈之间；以及

(1)～(6)中任一项所述的滚珠轴承用冠型保持架。

发明效果

根据本发明的滚珠轴承用冠型保持架以及滚珠轴承，通过轻量化能够减小高速旋转时的离心力而抑制变形。

附图说明

图1是第一实施方式所涉及的保持架的立体图。

图2是从径向外侧观察第一实施方式所涉及的保持架的一部分的图。

图3是从底面侧观察第一实施方式所涉及的保持架的一部分的图。

图4是第一实施方式所涉及的保持架的一部分的局部剖视立体图。

图5是从径向外侧观察第二实施方式所涉及的保持架的一部分的图。

图6是从底面侧观察第二实施方式所涉及的保持架的一部分的图。

图7是第二实施方式所涉及的保持架的一部分的局部剖视立体图。

图8是第三实施方式所涉及的保持架的一部分的局部剖视立体图。

图9是从径向外侧观察第四实施方式所涉及的保持架的一部分的图。

图10(a)～(c)是示出将滚珠组装到保持架时的应变产生区域的图，(a)示出现有例的保持架，(b)示出实施例1的保持架，(c)示出实施例2的保持架。

图11是示出将滚珠组装到保持架的情形的图。

图12(a)～(c)是示出因离心力而在保持架中产生的最大主应力分布的图，(a)示出现有例的保持架，(b)示出实施例1的保持架，(c)示出实施例2的保持架。

图13是示出(i)在保持架的兜孔底产生的最大主应力的最大值、(ii)保持架的外周面与外圈5接触的位置处的径向位移量、(iii)基部的外周面的最下部的轴向位移量、以及(iv)在爪部产生的最大主应变的最大值的图。

图14是现有例所涉及的滚珠轴承的剖视图。

图15是从径向外侧观察现有例所涉及的保持架的一部分的图。

图16是现有例所涉及的保持架的立体图。

符号说明

1 滚珠轴承

2 内圈滚道

3 内圈

4 外圈滚道

5 外圈

6 滚珠

7 屏蔽板

10 滚珠轴承用冠型保持架

20 主部

21 上表面

23 球状凹面

24 内周面

25 外周面

26 底面

28 凸部

27 开口部

30 柱部

31 爪部

31A 末端部

31B 周向第一面

31C 周向第二面

31D 外周面

31E 内周面

33 连接部

33A 上表面

40 兜孔

41 入口部

50、60、70保持架

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的一个实施方式所涉及的滚珠轴承用冠型保持架及滚珠轴承进行说明。

(第一实施方式)

如图1～图4所示，本实施方式的滚珠轴承用冠型保持架(以下，也简称为“冠型保持架”或简称为“保持架”)10与图15～图16所示的现有保持架100同样地应用于图14所示的滚珠轴承1。

冠型保持架10例如由尼龙46(聚酰胺46、PA46)、尼龙66(聚酰胺66、PA66)、聚酰胺9T(PA9T)、聚酰胺10T(PA10T)、L-PPS、PEEK等树脂材料、或者其他树脂材料构成。另外，为了提高保持架10的强度，也可以是添加了百分之几十(例如10～50wt％)的纤维状增强材料(碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等)而成的树脂组合物。作为保持架10的制造方法，可示例利用模具进行注射成形的方法、利用3D打印机进行制造的方法。

冠型保持架10具备：圆环状的主部20；多个柱部30，其从主部20的上表面21沿周向以规定的间隔在轴向上突出；以及球面形状的兜孔40，其形成于相邻的柱部30、30之间且能够保持滚珠6(参照图14)。

在主部20的上表面21，在周向上以规定的间隔形成有多个球面形状的球状凹面23。该球状凹面23遍及主部20的径向整个宽度而形成，构成兜孔40。

柱部30从主部20的上表面21中的径向内侧部在轴向上突出。因此，主部20的上表面21在柱部30的径向外侧露出。在现有的冠型保持架100(参照图16)中，柱部110从主部109的上表面的径向全宽在轴向上突出，因此本申请的柱部30在这一点上不同。即，在本申请中，采用将柱部30(爪部31)的径向外侧的区域(在图4中用虚线表示的区域S1)削去而成的结构。

柱部30具有一对爪部31、31和将一对爪部31、31连接的连接部33。

一对爪部31、31的末端部31A、31A彼此在周向上隔开间隔地配置。另外，在构成兜孔40的相邻的两个爪部31、31的末端部31A、31A彼此之间，设置有用于插入滚珠6的入口部41，该入口部41具有比滚珠6(参照图14)直径小的宽度。

爪部31具有：构成兜孔40的球面形状的周向第一面31B；和与周向第一面31B相反的一侧的周向第二面31C。

一对爪部31、31的周向第二面31C、31C分别为弯曲形状，且通过连接部33的上表面33A平滑地连接。该连接部33的上表面33A相当于由一对周向第二面31C、31C形成的大致U字状的底部。连接部33的上表面33A(一对周向第二面31C、31C的底部)位于比主部20的上表面21稍稍靠上方(轴向一侧)的位置(参照图1、图4)。因此，一对周向第二面31C、31C的底部(连接部33的上表面33A)位于比较靠下方(轴向另一侧)的位置，构成大致U字状的凹部。在现有的冠型保持架100(参照图15)中，连接部的上表面(一对周向第二面的底部)位于比主部109的上表面远靠上方的位置。即，在本申请中，采用将一对爪部31、31的周向第二面31C、31C所夹的区域(在图2中用虚线表示的区域S2)削去而成的结构。

相邻的两个爪部31、31的周向第一面31B、31B和主部20的球状凹面23构成兜孔40。这两个周向第一面31B、31B以及球状凹面23相互平滑地连接，构成兜孔40的球状凹面。兜孔40的球状凹面的曲率半径设定为大于滚珠6(参照图14)的滚动面的曲率半径。

这样，多个兜孔40通过主部20而连接，因此若在高速旋转时等对保持架10施加离心力，则保持架10欲以主部20为中心地向径向外侧倾倒。为了抑制该倾倒，在本申请中，如上所述，采用将区域S1、S2削去而成的结构。

设离心力为F、质量为m、从旋转轴到旋转的物体(保持架10)的距离为r、角速度为ω时，用F＝mrω2表示。在保持架10(特别是兜孔40的底部)产生的应力σ和保持架10的变形量δ与离心力F大致成正比。因此，在滚珠轴承1的轴向宽度、内圈3的内径以及外圈5的外径一定的情况下，为了降低应力σ以及变形量δ，则需要减小保持架10的质量m。另外，保持架10的变形量δ与保持架10的刚性大致成反比例，因此也可以在保持架10的形状不变的情况下增大保持架10的刚性即杨氏模量。

如图4所示，爪部31的外径D1设定为比主部20的外径D2小。即，爪部31(柱部30)的外周面31D位于从主部20的外周面25沿径向向内侧(D2-D1)的位置。另外，爪部31(柱部30)的内周面31E与主部20的内周面24平滑地连接，构成没有台阶的保持架10的内周面。而且，爪部31的径向宽度t1被设定为主部20的径向宽度t2的1/2以下。这样，通过设定为D1＜D2、t1≤(t2/2)，从而采用将爪部31(柱部30)的径向外侧的区域S1削去而成的结构。

另外，从柱部30的连接部33的上表面33A至主部20的底面26的轴向宽度H1(图4中的上下方向宽度)被设定为保持架10的轴向宽度H2的1/2以下。通过这样设定为H1≤(H2/2)，从而采用将爪部31的背面侧(兜孔40的相反侧、周向第二面31C侧)的区域S2(参照图2)削去而成的结构。

此外，若轴向宽度H1过小，则存在保持架10的强度降低的可能性，因此轴向宽度H1优选大于兜孔40底部处的主部20的轴向宽度H3(参照图2)(H1＞H3)，进一步优选大于主部20的未形成兜孔40(球状凹面23)的部分的轴向宽度H4(参照图4)(H1＞H4)。这样，轴向的尺寸关系优选满足H3＜H4＜H1≤(H2/2)。

另外，在主部20，在相邻的兜孔40、40之间设置有沿轴向开口的开口部27。开口部27从主部20的上表面21沿轴向贯通底面26。开口部27位于柱部30(一对爪部31、31)的径向外侧。即，开口部27的至少一部分在周向上与柱部30(一对爪部31、31)重叠。另外，爪部31和开口部27在径向上偏移设置，开口部27位于比爪部31靠径向外侧的位置。图示的开口部27的周壁部由阶梯面(参照图4)、锥面等构成，但其形状没有特别限定。此外，在开口部27的周壁部由阶梯面、锥面等构成的情况下，与仅由平面构成的情况相比，在注射成形时保持架10容易从模具拔出，因此优选。

若开口部27的径向宽度t3(参照图3)变得过大，则保持架10的其他部分的径向宽度变小，强度有可能降低，在通过注射成形来制造保持架10的情况下，树脂有可能不流动而产生空隙。因此，保持架10的各部分的宽度优选为1mm以上。因此，开口部27的径向宽度t3优选相对于主部20的径向宽度t2设为(t2/3)≤t3≤(t2/2)左右。

如以上说明的那样，根据本实施方式的保持架10，满足D1＜D2、t1≤(t2/2)、H1≤(H2/2)，并且形成有开口部27，因此保持架10轻量化，能够抑制高速旋转时的由离心力引起的变形。因此，能够防止保持架10与外圈5、屏蔽板7等接触，能够抑制保持架10的磨损、振动、发热。另外，爪部31和开口部27在径向上偏移设置，开口部27位于比爪部31靠径向外侧的位置。由此，能够使保持架10轻量化，并且能够确保爪部31与外圈5的距离，因此即使爪部31变形也能够抑制与外圈5接触。另外，爪部31成为从径向内侧抱持滚珠6的样子，因此在离心力作用时爪部31变形需要越过滚珠6，也具有抑制爪部31的变形效果。

(第二实施例)

在图5至图7中，公开了第二实施方式所涉及的保持架50。本实施方式的保持架50在主部20的底面26设置有凸部28的结构与第一实施方式的保持架50不同。其他结构与上述实施方式相同，因此在附图中标注附图标记，从而省略其说明。

凸部28在相邻的开口部27、27之间从主部20的底面26向轴向(在图5中的上下方向中的与爪部31延伸的方向相反的方向)突出。即，主部20的底面26在多个兜孔40的下方具有沿周向以规定间隔形成的多个凸部28。

凸部28优选在周向和径向上与兜孔40重叠。即，优选设置有凸部28的周向范围以及径向范围与设置有构成兜孔40的主部20的球状凹面23的周向范围以及径向范围大致相同。本实施方式的凸部28的径向宽度以及周向宽度与兜孔40的径向宽度(主部20的径向宽度t2)以及周向宽度大致相同。

根据第二实施方式的保持架50，与第一实施方式相比，抑制因离心力而产生的应力、变形的效果没有太大变化，但在将保持架50组装于由内圈3、外圈5、滚珠6构成的轴承1时发挥效果。即，如后所述，在保持架50的爪部31产生的应变降低。

(第三施方式)

图8中公开了第三实施方式所涉及的保持架60。本实施方式的保持架60的爪部31的径向尺寸与上述实施方式的保持架60不同。其他结构与上述实施方式相同，因此在附图中标注附图标记，从而省略其说明。

在本实施方式的保持架60中，爪部31的径向宽度随着从主部20侧越朝向爪部31的末端部31A去而变小。即，图8中的爪部31的径向宽度a1、a2、a3的关系满足a1＜a2＜a3。

根据这样的结构，能够减轻在爪部31产生的应力、应变。尤其是，在爪部31的末端部31A从滚珠6受到力时，是有效的。另外，在对保持架60进行注射成形的情况下，容易从模具拔出保持架60，因此是有效的。

(第四实施方式)

图9中公开了第四实施方式的保持架70。本实施方式的保持架70中，构成兜孔40的相邻的两个爪部31、31的周向第二面31C、31C之间的周向距离与第一实施方式的保持架70不同。其他结构与上述实施方式相同，因此在附图中标注附图标记，从而省略其说明。

在本实施方式的保持架70中，在构成兜孔40的相邻的两个爪部31、31中，两个周向第二面31C、31C之间的周向距离随着从主部20侧越朝向爪部31的末端部31A去而变小。即，图9中的相邻的两个爪部31、31的周向第二面31C、31C之间的周向距离b1、b2、b3的关系满足b1＜b2＜b3。

根据这样的结构，能够减轻在爪部31产生的应力、应变。尤其是，在爪部31的末端部31A从滚珠6受到力时，是有效的。另外，在对保持架70进行注射成形的情况下，容易从模具拔出保持架70，因此是有效的。

(实施例)

为了确认本发明的效果，实施了基于有限元法的分析。分析对象的保持架10、50是内径35mm的轴承中使用的冠型树脂保持架。以现有的冠型树脂保持架为基准，根据本发明的实施方式来设定形状。即，如图10(a)至(c)所示，(a)作为现有产品，采用图15至16所示的保持架100，(b)作为实施例1，采用图1至4所示的第一实施方式的保持架10，(c)作为实施例2，采用图5至7所示的第二实施方式的保持架50。

关于保持架尺寸，比较例及实施例1至实施例2均设为保持架10、保持架50(100)的内径为49mm，主部20(109)的最大外径为58mm，保持架10、保持架50(100)的轴向高度为10mm。对于从柱部30(110)的连接部33的上表面33A至主部20(109)的底面26的轴向宽度H1，在比较例中设为7mm，在实施例1及2中设为3mm。另外，对于爪部31(112)的末端部31A的径向厚度，在比较例中设为4.7mm，在实施例1及2中设为1.2mm。对于主部20的开口部27的径向厚度，在实施例1及2中为2mm。实施例2中的凸部28的轴向厚度为0.9mm。

作为轴承在高速旋转中使用时的保持架10、50(100)的物性值，使用相当于高温下的尼龙46(PA46)的值。具体而言，杨氏模量为3500MPa、泊松比为0.4、密度为1.38g/cm³。内圈转速为3万rpm。

图12(a)～(c)示出因离心力而在保持架10、50(100)产生的最大主应力分布。可知在图12(a)的现有例中产生了大的应力。由于以1倍倍率显示变形倍率，因此也可知变形、即爪部112末端的倾倒大。与此相对，在图12(b)、(c)的实施例1、2中，与现有例相比，应力的产生得到抑制。

在图13中，示出了(i)在保持架10、50(100)的兜孔底产生的最大主应力的最大值、(ii)保持架10、50(100)的外周面可能与外圈5接触的位置(图14中的B部分)的径向位移量、(iii)主部20(109)的外周面的最下部的轴向位移量、以及(iv)在爪部31(112)产生的最大主应变的最大值。此外，(iv)在爪部31(112)产生的最大主应变的最大值是通过假设将保持架10、50(100)插入到由内圈3、外圈5、滚珠6构成的轴承1，并如图11所示地将保持架10的一部分模型化，进行将滚珠6以载荷F压入的分析，从而得到的。

在实施例1和实施例2中，与现有例相比，(i)～(iv)的值大幅下降，确认了有效。关于(i)兜孔的应力、(ii)径向位移量、(iii)轴向位移量，在实施例1与实施例2中几乎没有差异，但关于(iv)滚珠组装时的应变，实施例2比实施例1下降约20％。

作为其理由，如图10(a)～(c)所示，当滚珠6被压入保持架10、50的兜孔40时，爪部31欲将刚性低的部分作为支点P而在圆周方向上扩张。即，其原因在于，支点P越位于远离爪部31的末端部31A的位置，所产生的应变越分散，因此最大值下降。

在现有例中，爪部112欲将靠近其末端部的部分扩大至支点P，因此在爪部112产生的应变的区域(应变产生区域D)变小，应变变大。另一方面，在实施例1中，从爪部31的末端部31A到支点P的距离变长，因此应变产生区域D扩大，与现有例相比，应变变小。而且，在实施例2中，从爪部31的末端部31A到支点的距离变长，因此应变产生区域D进一步扩大，与实施例1相比，应变进一步下降。

需要说明的是，上述那样的实施例1及2的保持架10、50若应用于使用了应变强度比尼龙46、66低的树脂材料的保持架，则能够减少应变，是优选的。

本申请基于2021年1月18日申请的日本专利申请特愿2021-005913，其内容在此作为参照而被引入。

Claims

1.一种滚珠轴承用冠型保持架，其特征在于，具备：

圆环状的主部；

所述兜孔的所述球状凹面的曲率半径比所述滚珠的滚动面的曲率半径大，

所述爪部的外径D1比所述主部的外径D2小，

所述爪部的径向宽度t1为所述主部的径向宽度t2的1/2以下，

2.根据权利要求1所述的滚珠轴承用冠型保持架，其特征在于，

3.根据权利要求1或2所述的滚珠轴承用冠型保持架，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的滚珠轴承用冠型保持架，其特征在于，

5.根据权利要求1至4中任一项所述的滚珠轴承用冠型保持架，其特征在于，

6.根据权利要求1至5中任一项所述的滚珠轴承用冠型保持架，其特征在于，

所述爪部具有：构成所述兜孔的周向第一面；和与所述周向第一面相反的一侧的周向第二面，

7.一种滚珠轴承，其特征在于，具备：

外圈；

内圈；

权利要求1至6中任一项所述的滚珠轴承用冠型保持架。