CN1260483C - 滚珠轴承 - Google Patents

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Abstract

一种滚珠轴承，包括：内周面具有截面为圆弧形的外圈轨道的外圈、外周面具有截面为圆弧形的内圈轨道的内圈、和设置在外圈轨道和内圈轨道之间的多个滚珠，在各滚珠直径为Db，上述外圈轨道截面的曲率半径为Ro、上述内圈轨道截面的曲率半径为Ri时，满足0.53＜Ro/Db≤0.65、0.52＜Ri/Db≤0.65，在上述外圈外径为D、上述内圈内径为d，上述各滚珠节圆直径为DP，x＝Db/(D-d)/2}，y＝Dp/{(D+d)/2}时，满足x≥0.3、y＜1.0。

Description

滚珠轴承
技术领域
本发明涉及一种滚珠轴承，用于相对于机壳可自由旋转地支撑：在例如家庭用的电动吸尘器，空调机的鼓风机等的风扇电机中，以低负荷高速旋转的旋转轴。
背景技术
为了相对于机壳可自由旋转地支撑各种装置的旋转轴，广泛采用了图11所示的滚珠轴承1。所述滚珠轴承1均由SUJ2、M50等轴承钢制造，包括：内周面具有截面形状为圆弧形的深槽型外圈轨道2的外圈3，外周面具有截面形状为圆弧形的内圈轨道4的内圈5，可自由旋转地设置在外圈轨道2和内圈轨道4之间的多个滚珠6。这些滚珠6由保持架7以相互间隔的状态可自由旋转地保持。另外，在所述外圈3两端的内周面分别卡止各密封环8、8的外周缘，同时，使各密封环8、8的内周缘与所述内圈5两端的外周面接近并相对地设置。
此外，在现有的普通滚珠轴承1中，在所述各滚珠6的直径为Db，所述外圈轨道2截面形状的曲率半径为R0′，所述内圈轨道4截面形状的曲率半径为Ri′的情况下，0.50＜Ro′/Db≤0.53，0.50＜Ri′/Db≤0.52。并且，当所述外圈3的外径为D，所述内圈5的内径为d，所述各滚珠6的节圆直径(P.C.D.)为Dp′时，Dp′≌(D+d)/2。即，Dp′/{(D+d)/2}≌1，所述各滚珠6配置在所述外圈3的外周面与所述内圈5的内周面沿滚珠轴承1的直径方向的大致中央。
在利用上述滚珠轴承1支承例如电动吸尘器中吸尘器用风扇电机的旋转轴的情况下，所述外圈3内嵌固定于固定的机壳内，所述内圈5外嵌固定在旋转轴上。
上述现有的滚珠轴承1具有用于与各种旋转支承部分组装的通用结构，而不是采用用于低负荷、高转速的结构，因而转矩(旋转阻力)不一定很低。与此同时，由于近年来节能化的趋势，使旋转支承部的转矩更小的要求不断增加。鉴于这种情况，希望提供一种与低负荷高速旋转的部分组装、转矩小的滚珠轴承。用于实现低转矩化的最简单方法是填充于设置滚珠轴承的部分中的润滑油使用低粘度的润滑油。但是，通过降低润滑油的粘度可实现的低转矩化是有限的，为了更大地降低转矩，必须改变滚珠轴承自身的结构。
仅仅通过改变滚珠轴承部分的规格减小低负荷高速旋转的旋转支撑部分的转矩，若减小滚珠轴承的直径系列(采用小型的滚珠轴承)，则在一定程度上可较大地降低转矩。但是，在采用这种方法的情况下，由于必须减小内嵌固定外圈的机壳的内径，同时必须改变旋转支承部分中其它结构部件的设计，所以并不理想。并且，仅仅减小直径系列，有时也不能充分降低转矩。
发明内容
本发明的滚珠轴承是基于以上事实发明的。
本发明的滚珠轴承与前面所述的现有滚珠轴承一样，包括内周面具有截面形状为圆弧形的外圈轨道的轴承钢制外圈、外周面具有截面形状为圆弧形的内圈轨道的轴承钢制内圈、可自由旋转地设置在这些外圈轨道和内圈轨道之间的多个轴承钢制滚珠。
特别地，本发明第一实施例中的滚珠轴承，设所述外圈的外径为D、所述内圈的内径为d，所述各滚珠的节圆直径为Dp，在d为6～10mm时，内圈的过盈量为11μm，d大于10mm小于18mm时，内圈的过盈量为12μm的条件下，最大圆周应力为294MPa(30kgf/mm2)的内图轨道的直径为Di，x＝Db/{(D-d)/2}，y＝Dp/{(D+d)/2}的情况下，满足下面的公式(1)、(2)，更理想的是也满足公式(3)。
x≥0.3                            (1)
y＜1.0                            (2)
y≥{(D-d)/(D+d)}x+2Di/(D+d)       (3)
在各滚珠的直径为Db，所述外圈轨道截面形状的曲率半径为R0，所述内圈轨道截面形状的曲率半径为Ri的情况下，最好满足下面(4)、(5)两公式。
0.53＜Ro/Db≤0.65                 (4)
0.52＜Ri/Db≤0.65                 (5)
若采用以上结构的本发明第一实施例的滚珠轴承，在充分确保耐用性的同时，外圈的外径不必很小便可充分降低转矩。
即，满足公式(2)，通过将多个滚珠的位置配置于滚珠轴承的内径侧，减小了使各滚珠旋转所需的力矩，从而降低了转矩。
这样，即使在为了降低转矩的情况下，也应当满足上述公式(1)，通过确保上述各滚珠的直径Db，防止各滚珠的旋转面与外圈轨道的接触部的接触椭圆过小，从而可防止在该外圈轨道上产生布氏压痕。
进而，应当满足上述的公式(3)，通过根据上述各滚珠的直径Db的关系确保各滚珠的节圆直径DP，在上述内圈与旋转轴等过盈配合的情况下，也可防止在该内圈产生圆周应力过大，从而防止在内圈上产生龟裂等损伤。
通过满足(4)、(5)两公式，减小了在各滚珠的转动面与外圈轨道和内圈轨道的接触部形成的接触椭圆，减小了在旋转时由该接触椭圆部分产生的旋转阻力、自旋，从而降低了转矩。并且，当Ro/Db、Ri/Db的值大于0.65而较大时，所述接触椭圆的面积过小，难以确保所述各轨道的转动疲劳寿命，另外，且易于在外圈轨道上产生布氏压痕。因此，各比值Ro/Db、Ri/Db的上限值为0.65。
另外，上述公式(3)中的Di是根据JIS规定的配合标准js5与内圈必须的强度所决定的。即，若根据js5，则内圈过盈量的上限值在内圈的内径为6～10mm的情况下为11μm，同样，在内圈的内径为10～18mm的情况下，为12μm。此外，根据轴承钢的最大应力一般在137.2Mpa(14kgf/mm2)以下规定影响内圈槽底厚度的内圈轨道直径Di，然而，通过改变内圈的材料和热处理工艺等，最大应力在294MPa(30kgf/mm2)以下时，可使上述槽底的厚度较薄。因此，在以上述过盈量将上述内圈外嵌固定到轴等上时，上述内圈轨道直径Di取最大圆周应力为294MPa(30kgf/mm2)的值。
并且，对于各滚珠直径Db与内圈轨道截面形状的曲率半径Ri的比Ri/Db，如空调机的送风机等的风扇电机那样，在10000min-1(r.p.m)以下使用的情况下，为0.52＜Ri/Db≤0.65，而如电动吸尘器的吸尘器等的风扇电机那样在20000min-1以上使用的情况下，则以0.53＜Ri/Db≤0.65为好。
根据本发明的第二实施例的电动吸尘器用滚珠轴承，与前面所述的现有滚珠轴承一样，包括内周面具有截面形状为圆弧形的外圈轨道的轴承钢制外圈、外周面具有截面形状为圆弧形的内圈轨道的轴承钢制内圈、和可自由旋转地设置在这些外圈轨道和内圈轨道之间的多个轴承钢制滚珠。
并且，与电动吸尘器的旋转支承部分组装起来，在固定所述外圈，使所述内圈以40,000～60,000min-1(r.p.m)的速度旋转的状态下使用。
特别是，对于本发明的电动吸尘器用滚珠轴承，在各滚珠的直径为Db，所述外圈轨道截面形状的曲率半径为Do，所述内圈轨道截面形状的曲率半径为Ri的情况下，满足下列(1)、(2)两公式。
0.58≤Ro/Db≤0.61        (1)
0.58≤Ri/Db≤0.61        (2)
若采用上述结构的本发明第二实施例的用于电动吸尘器的滚珠轴承，在充分确保耐用性的同时，不必特意减小外圈的外径，即可充分降低转矩。
即，满足(1)、(2)两个公式，可减小在各滚珠的旋转面与外圈轨道及内圈轨道的接触部形成的接触椭圆，减小旋转时由接触椭圆部分产生的旋转阻力、自旋，从而降低转矩。
并且，如上所述，外圈轨道截面形状的曲率半径Ro及内圈轨道截面形状曲率半径Ri相对于滚珠直径Db的比例为58～62％的原因如下。该比例越大，所述各接触部上形成的接触椭圆越小，从而可降低转矩。因此，为了降低转矩，上述比例(Do/Db，Ri/Db)越大越好。与此相反，当上述比例变大时，所述各接触部的承载变大，从而降低了所述外圈轨道及内圈轨道的剥离寿命。图10表示出了在普通的电动吸尘器用滚珠轴承(外圈的外径D为22mm，内圈的直径d为8mm，宽度B为7mm)的使用条件下{旋转速度＝60,000min-1(r.p.m)、预压49N(5kgf)}，所述比例与剥离寿命的关系。
从图10可知，形成具有所述比例大于56％的曲率半径的外圈轨道及内圈轨道，一般而言，在考虑旋转支承部的耐用性的情况下是不利的。但另一方面，象作为本发明所针对的电动吸尘器用滚珠轴承那样，以较轻的负荷高速旋转，且在电刷的磨损粉末等尘埃进入滚珠轴承内部的条件下使用时，滚珠轴承的寿命在达到剥离寿命之前产生烧损的情况较多。而且，伴随着旋转的高速化，这种烧损多发生在2,000～3,000小时左右。因而，为了获得大于作为烧损寿命的2,000～3,000小时的剥离寿命，减小所述比例(接近50％)，使滚珠轴承的转矩变大是不利的。考虑到这种情况，使所述比例在58～61％的范围内，既在实际上确保了足够的剥离寿命，又可降低滚珠轴承的转矩。
附图说明
图1是表示本发明第一实施例的局部剖视图；
图2是表示本发明的技术范围的曲线图；
图3是表示本发明第二实施例的局部剖视图；
图4A、图4B是表示为了确认本发明的效果所采用的试验装置，图4A是端面图；
图5A、图5B、图5C是表示用于确认节圆直径对滚珠轴承转矩的影响所进行实验的结果的曲线图；
图6A、图6B是表示确认各轨道的曲率半径和滚珠直径之比对滚珠轴承的转矩的影响而进行的实验的结果的柱状图；
图7是表示不同节圆直径，对于高频带(アンデロン)(High-Band)值和电机噪音的关系的影响的图示；
图8表示本发明第三实施例的局部剖视图；
图9是表示为确认本发明效果而进行的实验的结果的曲线图；
图10是表示各轨道的曲率半径和滚珠的直径之比对外圈轨道及内图轨道剥离寿命的影响的曲线图；
图11是传统滚珠轴承的局部剖视图。
具体实施方式
图1表示本发明的第一实施例。滚珠轴承1a与前述图11所示已知的现有滚珠轴承1一样，包括内周面具有截面形状为圆弧形的深槽型外圈轨道2a的外圈3a、外周面具有截面形状为圆弧形的内圈轨道4a的内圈5a、和可自由旋转地设置在外圈轨道2a和内圈轨道4a之间的多个滚珠6。各滚珠6由保持架7以相互间隔的状态可自由旋转地保持。并且，将各密封环8、8的外周缘部卡止在所述外圈3的两端的内周面上，同时使各密封环8、8的内周缘与上述内圈5a的两端外周面相邻对置。
本发明中，外圈3a、内圈5a、及滚珠6由SUJ2、M50等轴承钢、陶瓷等任一种制造。
特别地，在本发明的滚珠轴承1a中，在所述外圈3a的外径为D，所述内圈5a的内径为d，所述各滚珠6的节圆直径为Dp，当d为6～10mm时内圈的过盈量为11μm，d大于10mm且小于18mm时内圈的过盈量为12μm的条件下，最大圆周应力为294MPa(30kgf/mm2)的内圈轨道的直径为Di，x＝Db/{(D-d)/2}，y＝Dp/{(D+d)/2}的情况下，应满足下面(1)～(3)公式。
x≥0.3                                 (1)
y＜1.0                                 (2)
y≥{(D-d)/(D+d)}x+2Di/(D+d)            (3)
在各滚珠6的直径为Db，所述外圈轨道2a的截面形状的曲率半径为Ro，所述内圈轨道4a的截面形状的曲率半径为Ri的情况下，应满足以下(4)，(5)两公式。
0.53＜Ro/Db≤0.65           (4)
0.52＜Ri/Db≤0.65            (5)
采用如上所述的滚珠轴承1a，例如在支承电动吸尘器的吸尘器用风扇电机旋转轴的情况下，所述外圈3a内嵌固定在固定的机壳中，所述内圈5a外嵌固定在旋转轴上。并且，由于作为本发明的发明对象的滚珠轴承1a是用于在机壳中支承家用电动吸尘器或家用空调机的送风机的旋转轴的，因此可在低负荷高转速的条件下使用。更具体地说，其大小为，外圈3a的外径D为15～40mm左右、内圈5a的内径d为6～18mm左右、宽度B为5～12mm左右。
在所述内圈5a的内径d不到6mm时，也可作为本发明的对象，但在这种情况下，在以平滑曲线连接所述内径d为5mm时过盈量为6μm、内径a为4mm时过盈量为3μm、内径d为3mm时过盈量为1μm三点所表示出的条件下，所述公式(3)中的Di为最大圆周应力为294MPa(30kgf/mm2)的内圈轨道直径。即，在纵轴和横轴中一个轴表示内径d，另一个轴表示过盈量的直角坐标系中，根据连接上述三点所形成的连续平滑曲线，求出对应于该内径d的过盈量，根据求出的过盈量确定上述最大圆周应力为294MPa的内圈轨道的直径为上述Di。另外，Di如图1所示，为内圈轨道的槽底的直径。在所述内径d不足6mm的情况下，所述各直径D也不足15mm、宽度B不足5mm。
采用上述结构的本发明滚珠轴承1a，可确保足够的耐用性，且不必特意减小外圈的外径，即可充分降低转矩。就此参照图2进行说明。图2分别以x＝Db/{(D-d)/2}为横轴，同样以y＝Dp/{(D+d)/2}为纵轴，由三根直线A、B、C所围起来的标有斜格的三角形部分表示本发明的技术范围。另外，位于该三角形部分的下侧的直线D表示所述内圈5a的壁厚在所述内圈轨道4a部分处为0的部分。因此，在直线D以下的滚珠轴承不成立。
通过满足上述(4)、(5)两公式，减小了各滚珠6的旋转面与所述外圈轨道2a及内圈轨道4a的接触部上形成的接触椭圆，从而减小旋转时由该接触椭圆部分产生的旋转阻力、自旋，降低了转矩。
并且，在本发明的滚珠轴承的情况下，应满足公式(2)，对于所述滚珠轴承1a的直径方向，所述外圈3a的厚度比所述内圈5a的厚度大，所述各滚珠6的位置(节圆直径)位于所述滚珠轴承1a的内径侧。即，通过在上述图2中直线A的下侧，制造所述滚珠轴承1a，减小了使所述各滚珠6旋转所需的力矩，从而降低了转矩。这样，即使在降低转矩的情况下，所述外圈3a的外径D也不必比现有的结构小，所以不必改变内嵌固定该外圈3a的机壳内径，可依然采用现有技术中所使用的机壳。另外，为了不减小所述外圈3a的外径D，而减小所述节圈直径Dp并降低转矩，如上述公式(2)所示设定y＜1，然而，为了充分降低转矩，该y值优选0.95以下，在0.9以下更好。该y值的下限由所述图2中的直线C限定。
并且，通过确保满足前述公式(1)的上述各滚珠6的直径Db，可防止各滚珠6的旋转面与上述外圈轨道2a的接触部的接触椭圆过小，以防止在外圈轨道2a上产生布氏压痕。即，使上述滚珠轴承1a落在上述图2的直线B的右侧，确保上述各滚珠6的直径Db。并且，所述外圈轨道2a不仅在滚珠轴承1a的整个轴向上的截面形状为凹面，而且在整个圆周方向上的截面形状也是凹面。这样的外圈轨道2a，比在整个圆周方向上的截面形状为凸面的前述内圈轨道4a的耐压力小。因此，在减小上述接触椭圆且增大外圈轨道2a截面形状的曲率半径Ro的情况下，也在一定程度上确保了上述各滚珠6的直径Db，防止上述接触椭圆过小。更具体地说，通过满足上述公式(1)，将加在上述外圈轨道2a上的最大承载控制在1960MPa(200kgf/mm2)以下，以防止在上述外圈轨道2a上产生布氏压痕。
进而，通过确保满足前述公式(3)的上述各滚珠6的节圆直径Dp，在将前述内圈5a外嵌在旋转轴等的情况下，也可防止在该内圈5a上产生过大的圆周应力。即，将上述各滚珠6的节圆直径Dp及直径Db限制在上述图2的直线C的上侧。另外，在使用所述滚珠轴承1a时，所述内圈5a通过过盈配合外嵌固定在旋转轴等上。从而在使用时，在上述内圈5a上施加圆周方向的拉伸应力。当该拉伸应力过大时，在上述内圈5a上可能产生龟裂等损伤，不过通过满足上述公式(3)，可将上述最大拉伸应力控制在294Mpa(30kgf/mm2)以下，，从而防止了上述内圈5a的损伤。
其次，图3表示本发明的第二实施例。在本实施例的情况下，在外圈3b的内周面中央形成外圈轨道2a的部分上，形成与该内周面的轴向两端部相比直径足够小的中央凸出部15。而且，在该中央凸出部15的两侧面和外周边缘分别固定在上述外圈3b的内周面两端的密封环8、8的内侧面之间，分别环全周形成保持凹部16、16。各保持凹部16、16均具有保存润滑油的功能，在各滚珠6的旋转面和外圈轨道2a及内圈轨道4a的接触部上长期持续供给润滑油。在本发明的情况下，由于对于上述外圈3b的径向厚度较大，所以上述各保持凹部16、16的容积大，润滑油的保持量多，可提高滚珠轴承1b的耐用性。其它结构及作用与上述第一实施例的情况相同。
下面说明确认本发明的第一实施例效果的实验结果。实验分为用于获知各滚珠6的节圆直径Dp对滚珠轴承的转矩的影响的实验(第一实验)，获知各轨道截面形状的曲率半径对滚珠轴承的转矩的影响的实验(第二实验)，和获知各滚珠6的节圆直径Dp及直径Db对电机噪音的影响的实验(第三实验)三种实验。在这些实验中，除一部分实验外，都是采用外圈3a的外径D为22mm、内圈5a的内径d为8mm，宽度B为7mm的深槽型滚珠轴承进行的，如下所述，采用11种属于本发明的技术范围的实施例、7种本发明的技术范围之外的比较例、共18种试样进行实验。外圈3a、内圈5a、滚珠6均由SUJ2制造。
实验例1
Ro/Db＝0.60
Ri/Db＝0.60
x＝Db/{(D-d)/2}＝0.45
y＝Dp/{(D+d)/2}＝0.92
滚珠数＝8(个)
实施例2
Ro/Db＝0.60
Ri/Db＝0.60
x＝Db/{(D-d)/2}＝0.34
y＝Dp/{(D+d)/2}＝0.89
滚珠数＝10(个)
实施例3
Ro/Db＝0.60
Ri/Db＝0.60
x＝Db/{(D-d)/2}＝0.57
y＝Dp/{(D+d)/2}＝0.90
滚珠数＝6(个)
实施例4
Ro/Db＝0.60
Ri/Db＝0.60
x＝Db/{(D-d)/2}＝0.45
y＝Dp/{(D+d)/2}＝0.85
滚珠数＝7(个)
实施例5
Ro/Db＝0.60
Ri/Db＝0.60
x＝Db/{(D-d)/2}＝0.34
y＝Dp/{(D+d)/2}＝0.79
滚珠数＝9(个)
实施例6
Ro/Db＝0.56
Ri/Db＝0.56
x＝Db/{(D-d)/2}＝0.45
y＝Dp/{(D+d)/2}＝0.92
滚珠数＝8(个)
实施例7
Ro/Db＝0.60
Ri/Db＝0.60
x＝Db/{(D-d)/2}＝0.45
y＝Dp/{(D+d)/2}＝0.92
滚珠数＝8(个)
实施例8
Ro/Db＝0.65
Ri/Db＝0.65
x＝Db/{(D-d)/2}＝0.45
y＝Dp/{(D+d)/2}＝0.92
滚珠数＝8(个)
实施例9
Ro/Db＝0.56
Ri/Db＝0.56
x＝Db/{(D-d)/2}＝0.34
y＝Dp/{(D+d)/2}＝0.79
滚珠数＝10(个)
实施例10
Ro/Db＝0.60
Ri/Db＝0.60
x＝Db/{(D-d)/2}＝0.34
y＝Dp/{(D+d)/2}＝0.79
滚珠数＝10(个)
实施例11
Ro/Db＝0.65
Ri/Db＝0.65
x＝Db/{(D-d)/2}＝0.34
y＝Dp/{(D+d)/2}＝0.79
滚珠数＝10(个)
比较例1
Ro/Db＝0.60
Ri/Db＝0.60
x＝Db/{(D-d)/2}＝0.57
y＝Dp/{(D+d)/2}＝1.00
滚珠数＝7(个)
比较例2
Ro/Db＝0.60
Ri/Db＝0.60
x＝Db/{(D-d)/2}＝0.45
y＝Dp/{(D+d)/2}＝1.00
滚珠数＝9(个)
比较例3
Ro/Db＝0.60
Ri/Db＝0.60
x＝Db/{(D-d)/2}＝0.34
y＝Dp/{(D+d)/2}＝1.00
滚珠数＝11(个)
比较例4
Ro/Db＝0.51
Ri/Db＝0.51
x＝Db/{(D-d)/2}＝0.45
y＝Dp/{(D+d)/2}＝0.92
滚珠数＝8(个)
比较例5
Ro/Db＝0.53
Ri/Db＝0.52
x＝Db/{(D-d)/2}＝0.45
y＝Dp/{(D+d)/2}＝0.92
滚珠数＝8(个)
比较例6
Ro/Db＝0.51
Ri/Db＝0.51
x＝Db/{(D-d)/2}＝0.34
y＝Dp/{(D+d)/2}＝0.79
滚珠数＝10(个)
比较例7
Ro/Db＝0.53
Ri/Db＝0.52
x＝Db/{(D-d)/2}＝0.34
y＝Dp/{(D+d)/2}＝0.79
滚珠数＝10(个)
在上述18种试样之中，首先采用实施例1～5和比较例1～3共8种试样，利用图4A、图4B所示的实验装置9进行第一实验，以确定各滚珠6的节圆直径Dp对滚珠轴承的转矩的影响。上述实验装置9配有相互同心配置的旋转轴10和机壳11。在测定上述转矩时，在旋转轴10的外周面和机壳11的内周面之间组装同一性能的滚珠轴承1a，1a，旋转所述旋转轴10，利用载荷传感器13测定加在固定于上述机壳11外周面上的臂12的前端的转矩。并且，对所有试样，在滚珠轴承1a、1a内填充润滑用的润滑脂，两端用非接触型的密封环8、8(参照图1)密封。且运转条件为常温、在大气中进行。并且，对上述各滚珠轴承1a、1a，用弹簧14施加49N(5kgf)的预压力。上述旋转轴10的旋转速度(dmn＝节圆直径和每分钟转数的积)在40万～90万之间变化，测定从运转开始经过10分钟后的转矩。
上述实验结果如图5A、图5B、图5C所示。在图5A、图5B、图5C中，图5A表示仅改变y＝Dp/{(D+d)/2}的值及滚珠数的、实施例3和比较例1的转速与转矩的关系。图5B表示仅改变y＝Dp/{(D+d)/2}的值及滚珠数的、实施例1、4和比较例2的转速与转矩的关系。图5C表示同样只改变y＝Dp{(D+d)/2}的值及滚珠数的、实施例2、5和比较例3中转速与转矩的关系。另外，在图5A～图5C中表示以各比较例在90万dmn时的转矩为1时，其它情况下的转矩与该转矩的比率。
如下表1、2所示，改变滚珠轴承的大小进行同样的实验，可确定不论滚珠轴承的大小如何，只要节圆小，就可降低转矩。
[表1]
  Dp＝15(mm)   Dp＝13(mm)
  最大值   196   107.8
  平均值   176.4   88.2
  最小值   156.8   58.8
[表2]
  Dp＝23(mm)   Dp＝21.5(mm)
  最大值   1332.8   735
  平均值   1225   705.6
  最小值   1078   686
并且，在结果表示于表1、2的实验中，对于结果表示于表1的实验，如前面所述，采用外圈3a的外径D为22mm、内圈5a的内径d为8mm、宽度B为7mm的深槽型滚珠轴承。润滑脂量相对于存在于外圈3a和内圈4a之间的空隙的容积的比例(润滑油的填充率)为35％，旋转速度为1800min-1。对于结果表示于表2中的实验，采用外圈3a的外径D为32mm、内圈5a的内径d为15mm、宽度B为9mm的深槽型滚珠轴承。润滑脂量相对于存在于外圈3a和内圈4a之间的空隙的容积的比例为30％，旋转速度为1800min-1。表1、2记载的转矩值以mN·cm为单位。
由图5A～图5C和表1、2的记载可知，通过减小节圆直径Dp的值，无论滚珠轴承的大小如何，均可减小转矩。
其次，在前述18种试样中，采用实施例6～11和比较例4～7，共10种试样，同样利用图4A、图4B所示的实验装置9进行第二实验，以便确定外圈轨道2a截面形状的曲率半径Ro及内圈轨道4a的截面形状曲率半径Ri对滚珠轴承1a的转矩的影响。试验条件与上述节圆直径Dp的试验情况相同。
按这样进行的实验结果如图6A、图6B所示。在图6A、图6B中，图6A表示仅改变上述各轨道曲率半径Ro、Ri与滚珠的直径Db的比值时，实施例6～8和比较例4～5的转速为90万dmn时的转矩大小。图6B表示同样仅改变上述各Ro，Ri与滚珠的直径Db的比值时，实施例9～11和比较例6～7的转速为90万dmn时的转矩大小。图6A、图6B分别表示以转矩最大的比较例在转速为90万dmn时的转矩为1时，其它情况下的转矩与该转矩的比率。由图6A、图6B可以看出，通过增大上述各轨道的曲率半径Ro，Ri与转动体的直径Db的比值，可减小转矩。
在下表3中，表示了轨道截面形状曲率半径对转矩值的影响的更具体的数值。其结果表示于该表3中的实验，采用外圈3a的外径D为22mm、内圈5a的内径d为8mm、宽度B为7mm的深槽型滚珠轴承。润滑脂的填充率为30％、转速为1800min-1。对于外圈轨道2a的曲率半径，Ro/Db＝0.53不变、仅对于内圈轨道4a的曲率半径Di/Db存在0.51和0.52两种变化。表3所示的转矩的单位为mN·cm。
如表3所示，通过增大各轨道的曲率半径Ro、Ri与转动体的直径Db的比值，可减小转矩。
[表3]
  Ri/Db＝0.51   Ri/Db＝0.52
  最大值   196   176.4
  平均值   176.4   147
  最小值   156.8   127.4
下面，说明用于获得各滚珠6的节圆直径Dp与其直径Db对高频带值和电机噪音的影响进行的第三个实验。首先，为获知对高频带值的影响的实验采用外圈3a的外径D为22mm、内圈5a的内径d为8mm，宽度B为7mm、润滑脂的填充率为35％的深槽型滚珠轴承。在该条件下，用各滚珠6的节圆直径Dp为15mm、滚珠6直径Db为3.97mm(5/32英寸)和Dp为13mm，Db为3.18mm(1/8英寸)的两种试样进行多次实验，分别测定高频带值(高频带)。其结果如表4所示。
[表4]
  Dp＝15(mm)、Db＝5/32(英寸)  Dp＝13(mm)、Db＝1/8(英寸)
  最大值   1.2  1.1
  平均值   1.1  0.9
  最小值   0.9  0.7
由表示上述实验结果的表4的记载可知，在本发明中，减小各滚珠6的节圆直径Dp，同时减小各滚珠6的直径Db，可提高高频带值。原因是各滚珠6的动能降低，各滚珠6的激振力减小。
此外，进行获知节圆直径Dp不同但高频带值一致的滚珠轴承在实际中与电机组装在一起时产生的噪音值的实验。实验采用外圈3a的外径D为32mm、内圈5a的内径d为15mm、宽度B为9mm的深槽滚珠轴承。在该条件下，采用滚珠的节圆直径Dp为21.5mm和23mm的两种试样进行多次实验，分别测定高频带值后，测定各滚珠轴承在组装到电机的状态下产生的噪音。其结果如图7所示。
在图7所示的六种共12个符号中，○表示节圆直径Dp为21.5mm的滚珠轴承的噪音的平均值，△为最大值，□表示最小值。●表示节圆直径Dp为23mm的滚珠轴承的噪音的平均值，▲表示最大值，■表示最小值。
由表示上述实验结果的图7可以看出，当减小上述节圆直径Dp时，即使在高频带值变差的情况下，在实际上与电机组装起来的情况下产生的噪音也不大。原因是，当上述节圆直径Dp小时，代替减小滚珠直径Db且增加滚珠的数量，可只减小滚珠直径Db，从而减小了滚珠的振动分量中落入与电机的共振频率带中的共振峰值的数目，因此有利于降低噪音。这意味着，为降低电机噪音，不必特意过多地降低高频带值。换言之，不必特别为了减小高频带值而进行严格地质量管理，也可以降低电机的噪音。因此，不会显著提高成本便可降低电机的噪音。
图8表示本发明的第三实施例。滚珠轴承1c与如图11所示的已知现有滚珠轴承1一样，包括内周面具有截面形状为圆弧形的深槽型外圈轨道2c的外圈3c、外周面具有截面形状为圆弧形的内圈轨道4c的内圈5c、和可自由旋转地设置在外圈轨道2c和内圈轨道4c之间的多个滚珠6。这些滚珠6由保持架7以相互间隔的状态可自由旋转地保持。并且，将各个密封环8、8的外周缘卡止在上述外圈3c的两端内周面上，同时，使各密封环8、8的内周边缘与上述内圈5c的两端外周面相邻对置。
特别地，对于本发明的滚珠轴承1c，在各滚珠6的直径为Db、上述外圈轨道2c截面形状的曲率半径为Ro、上述内圈轨道4c截面形状的曲率半径为Ri的情况下，应满足下述公式(1)、(2)。
0.58≤Ro/Db≤0.61         (1)
0.58≤Ri/Db≤0.61         (2)
采用上述滚珠轴承1c，在支承电动吸尘器中吸尘器用的风扇电机的旋转轴时，上述外图3c内嵌固定在固定式机壳内，上述内圈5c外嵌固定在旋转轴上。并且，本发明所针对的滚珠轴承1c用于在机壳中支承家庭用电动吸尘器的送风机的旋转轴、以低负荷高转速运转。更具体地说，其大小为外圈3c的外径D大致为15～40mm、内圈5c的内径d大约为6～18mm、宽度B大约为5～12mm左右。
若采用上述结构的本发明的滚珠轴承1c，可确保充分的耐用性，且不必特意减小外圈的外径，即可充分降低转矩。即，通过满足上述(1)、(2)两公式，减小了各滚珠6的旋转面和前述外圈轨道2c及内圈轨道4c的接触部上形成的接触椭圆，并减小了旋转时由接触椭圆部产生的旋转阻力、自旋，从而可降低转矩。而在实际应用时，可确保充分的耐用性。
下面说明用于确认本发明第二实施例的效果所进行实验的结果。实验利用外圈3c的外径D为22mm、内圈5c的内径d为8mm、宽度B为7mm的深槽型滚珠轴承进行，如下所述，采用属于本发明技术范围的两种实施例，本发明的技术范围之外的两种比较例、共四种试样。外圈3c、内圈5c、滚珠6均由SUJ2制造。
实施例1
Ro/Db＝0.58
Ri/Db＝0.58
实施例2
Ro/Db＝0.61
Ri/Db＝0.61
比较例1
Ro/Db＝0.56
Ri/Db＝0.51
比较例2
Ro/Db＝0.56
Ri/Db＝0.56
采用上述四种试样、利用图4A、图4B所示的实验装置9确认外圈轨道及内圈轨道截面形状的曲率半径对滚珠轴承的转矩的影响。上述实验装置9配有相互同心配置的旋转轴10和机壳11。在测定上述转矩时，在转轴10的外周面和机壳11的内周面之间组装相同的滚珠轴承1a、1a，使上述旋转轴10旋转，由载荷传感器13测定加在固定于上述机壳11外周面上的臂12前端的转矩。另外，对于所有试样，在滚珠轴承1a、1a内均填充润滑用润滑脂，两端由非接触型密封环8、8(参照图8)密封。并且，运转条件为常温在大气条件下。并且，在上述各滚珠轴承1a、1a上，用弹簧14施加49N(5kgf)的预压力。上述旋转轴10的转速在40,000～60,000min-1之间变化，测量在每一转速下从运转开始经过10分钟后的转矩。
图9表示上述实验结果。在图9中，实线a表示实施例1的实验结果，虚线b表示实施例2的实验结果，点划线c表示比较例1的实验结果，双点划线d表示比较例2的实验结果。由图9可知，通过增大上述各轨道的曲率半径Ro、Ri和转动体的直径Db的比值，可减小转矩。
本发明第一实施例的滚珠轴承，由于具有上述结构，因而可降低各种机械装置的旋转支承部的旋转阻力，在所述各种机械装置运转时可减小能耗。
本发明第二实施例的滚珠轴承，由于具有上述结构，因而在确保实用中足够的耐用性的同时，可降低电动吸尘器中旋转支承部的旋转阻力，减小电动吸尘器运转时的能耗。

Claims (5)

1.一种滚珠轴承，包括：内周面具有截面形状为圆弧形的外圈轨道的外圈、外周面具有截面形状为圆弧形的内圈轨道的内圈、和可自由旋转地设置在所述外圈轨道和内圈轨道之间的多个滚珠，其特征在于，
在上述各滚珠的直径为Db、上述外圈的外径为D、上述内圈的内径为d，上述各滚珠的节圆直径为DP，X＝Db/{(D-d)/2}，y＝Dp/{(D+d)/2}的情况下，满足x≥0.3、y＜1.0。
2.如权利要求1所述的滚珠轴承，其特征在于：在上述各滚珠的直径为Db，上述外圈轨道截面形状的曲率半径为Ro、上述内圈轨道截面形状的曲率半径为Ri的情况下，满足0.53＜Ro/Db≤0.65、0.52＜Ri/Db≤0.65。
3.如权利要求2所述的滚珠轴承，其中，在内圈的内径d为6～10mm时该内圈过盈量为11μm，该内径d大于10mm小于18mm时过盈量为12μm的条件下，在该最大圆周应力为294Mpa的内圈轨道的直径为Di的情况下，y≥{(D-d)/(D+d)}x+2Di/(D+d)。
4.如权利要求2所述的滚珠轴承，其中，在内圈的内径d小于6mm的情况下，在纵轴和横轴中一个表示内径d，另一个表示过盈量的直角坐标系中，在通过平滑连接所述内径d为5mm时过盈量为6μm的点、内径d为4mm时过盈量为2μm的点、内径d为3mm时过盈量为1μm的点这三个点的曲线表示的条件下，当设最大圆周应力为294MPa的内圈轨道直径为Di时，y≥{(D-d)/(D+d)}x+2Di/(D+d)。
5.如权利要求1所述的滚珠轴承，其特征在于：组装在电动吸尘器的旋转支承部，在上述外圈固定、上述内圈以40,000～60,000min-1旋转的状态下使用，用于电动吸尘器，其特征在于，上述外圈轨道截面形状的曲率半径为Ro，上述内圈轨道截面形状的曲率半径为Ri时，满足0.58≤Ro/Db≤0.61、0.58≤Ri/Db≤0.61。
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