CN1396392A - 滚柱轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不用对滚柱的端面和凸缘的滚柱导向面进行特别加工也不用使滚柱的形状改变过大就能降低滚柱与凸缘之间产生的摩擦热的滚柱轴承，通过对与凸缘(15)滑动接触部分的圆锥滚柱(16)的端面用杨氏模量为10Mpa到500Mpa的砂轮进行研磨加工，以使其断面的外形线变成为至少通过第一点(PA)且通过第三位置(PC)与第四位置(PD)中间的连续的曲线。

Description

滚柱轴承
                         技术领域
本发明涉及圆锥滚柱轴承、圆柱滚柱轴承等的滚柱轴承，特别涉及在轨道圈的端部有在轨道圈的园周方向导引多个滚柱的凸缘的滚柱轴承。
                         现有技术
一般地，在圆锥滚柱轴承和圆柱滚柱轴承等滚柱轴承上，为导引多个滚柱在轨道圈的园周方向，往往在轨道圈的端部设有凸缘，形成滚柱的端面与该凸缘上滑动接触的结构。这样的滚柱轴承当轨道圈以高速旋转时，由于凸缘与滚柱之间产生摩擦热，有引起摩擦烧伤的可能，所以有必要降低凸缘与滚柱之间产生的摩擦热。因此，在现有技术中，例如有将滚柱的端面由平滑部和谷部组成，在谷部保有一部分润滑油的滚柱轴承(特开平7-42746号公报)和与滚柱滑动接触的凸缘的滚柱导向面内设置有多个微小凹部的滚柱轴承(特开平6-241235号公报)等。
上述现有的滚柱轴承由于无论在任何场合都必须对滚柱端面和凸缘的滚柱导向面施加特别加工，存在导致成本高的问题。另外，作为不对滚柱的端面和凸缘的滚柱导向面施加特别加工，而降低摩擦热的方法虽然有特开平9-236131公报的方法，但由于在该场合下与凸缘接触的部分滚柱的形状变化大，仍然存在导致成本高的问题。
本发明是着眼这些问题而提出的，其目的是提供一种滚柱轴承，该滚柱轴承不对其滚柱的端面和凸缘的滚柱导向面上施加特别加工，并不对滚柱的形状进行大的改变而可以降低滚柱与凸缘之间产生的摩擦热。
为达到上述目的，本发明第一方面的滚柱轴承，其在轨道圈的端部有引导多个园柱滚柱在轨道圈的园周方向上的凸缘，当所述园柱滚柱的直径为2R，以所述园柱滚柱的端面和所述园柱滚柱的中心线相交的位置为原点，以在所述园柱滚柱的外径方向上离所述原点0.65R的位置为第一点，以在所述园柱滚柱的外径方向上离所述第一点0.20R的位置为第二点，以在所述园柱滚柱的轴方向上离所述第二点0.0005R的位置为第三位置，以在所述园柱滚柱的轴方向上离所述第二点0.003R的位置为第四位置时，对与所述凸缘滑动接触部分的圆柱滚柱的端面进行研磨加工，以形成其断面的外形线至少通过所述第一点PA，且通过所述第三位置PC和第四位置PD成连续的曲线。
本发明第二方面的滚柱轴承，其在轨道圈的端部有引导多个园锥滚柱在轨道圈的园周方向上的凸缘，当所述园锥滚柱的直径为2R，以所述园锥滚柱的端面和所述园锥滚柱的中心线相交的位置为原点，以在所述园锥滚柱的外径方向上离所述原点0.65R的位置为第一点，以在所述园锥滚柱的外径方向上离所述第一点0.20R的位置为第二点，以在所述园锥滚柱的轴方向上离所述第二点0.0065R的位置为第三位置，以在所述园锥滚柱的轴方向上离所述第二点0.01R的位置为第四位置时，对与所述凸缘滑动接触部分的圆锥滚柱的端面进行研磨加工，以形成其断面的外形线至少通过所述第一点PA，且通过所述第三位置PC和第四位置PD成连续的曲线。
本发明的第三方面是在本发明第一方面和本发明第二方面的滚柱轴承上，精加工所述滚柱的端面的弹性砂轮的纵弹性系数确定在10Mpa～500Mpa的范围内。
本发明第四方面的滚柱轴承，其在轨道圈的端部有引导多个园柱滚柱在轨道圈的园周方向上的凸缘，对与所述凸缘滑动接触部分的园柱滚柱的端面进行磨削加工，以形成其断面的外形线越往半径方向外侧其曲率半径越小的连续曲线。
与滚柱滑动接触侧的凸缘的端面(滚柱导向面)为了容易在与滚柱的间隙中注入润滑油，一般在轨道圈的轨道面上相对垂直面只在某一角度打开形成。因而与设在凸缘端面内的磨削用退刀槽部的交点在几何学方面变得最容易与滚柱的端面接触。另一方面，由于与凸缘滑动接触侧的滚柱的端面相对滚柱的外径面形成直角，将滚柱的外径面和滚柱的端面连接的部分(倒角部)的与端面的交点在几何学方面与凸缘接触变得最容易。
另外，滚柱端面和凸缘接合部分的润滑油，由于其粘性被拉入到小的间隙，滚柱端面和凸缘接合部分的形状最好在接合部分设置间隙。特别地，通过把滚柱的端面形状形成连续曲线，在接触部发生部分的高表面压力使油膜没有开裂，由可靠地形成油膜而实现了提高耐摩擦烧伤的性能。
另外，在研磨滚柱端面时通过把使用的砂轮的杨氏模量(纵向弹性系数)定在10Mpa到500Mpa的范围内，与凸缘滑动接触部分的滚柱的端面不是平面，可能是连续光滑的圆弧面。这例如在使用横向或纵向的双头磨床对滚柱的端面进行研磨加工时，由两砂轮夹着的同时，由于构成砂轮的砂粒的支持刚性小，滚柱的端面和砂轮之间的干涉量如果不变大就不可能通过研磨除去端面部。为此，砂轮在对滚柱端面干涉的同时，干涉区域必然进一步扩大到滚柱的倒角部，然后，在砂轮和滚柱的端面之间的干涉下，由于从压力最高的滚柱的端面和倒角部的连接部开始研磨，慢慢地连续扩大到倒角部和平面部，这样最终得到的形状为连续的曲线。其结果，在滚柱和凸缘的滑动接合部光滑且牢固地形成油膜，从而提高了耐摩擦烧伤的性能。
                       附图说明
图1是表示本发明的第一实施例的滚柱轴承部分剖面图；
图2是表示在图1所示的和凸缘滑动接触的部分的圆柱滚柱的端面的剖面图；
图3是表示本发明的第二实施例的滚柱轴承的部分剖面图；
图4是表示在图2所示的和凸缘滑动接触的部分的圆锥滚柱的端面的剖面图；
图5是表示在图1所示的使滚柱轴承转动时的外圈温度变化的曲线图；
图6是表示在图1所示的使滚柱轴承转动时的外圈温度变化的曲线图；
图7是表示砂轮的杨氏模量和滚柱的端面关系的曲线图；
图8是表示砂轮的杨氏模量和砂轮的摩耗量的关系的曲线图；
图9是表示圆锥滚柱的端面的落下量与发生摩擦烧伤的时间关系的曲线图；
图10是表示装入滚柱轴承上的圆柱滚柱的端面形状的图；
图11是表示装入滚柱轴承上的圆柱滚柱的端面形状的图。
                      具体实施方式
下面基于附图对本发明的实施例进行说明。
图1表示本发明的第一实施例的轴承部分剖面图。如图所示，本实施例的轴承包括外圈11、内圈12、滚柱13和保持架14。在内圈12的靠图中右侧端部设置有凸缘15。该凸缘15用于把滚柱13引导在外圈11和内圈12的圆周方向，在滚柱13的直径为2R(＝19mm)时，从内圈12的轨道面12a到凸缘15的前端的高度h约等于0.38R(3.65mm)。另外，凸缘15有与内圈12的轨道面12a几乎垂直的导向面15a，圆柱滚柱13使端面13a滑动接触在凸缘15的滚柱导向面15a上，并在内圈12的轨道面12a上转动。
图2表示和凸缘15滑动接触的部分圆柱滚柱13的端面。如图所示，圆柱滚柱13通过在图中没表示出的弹性砂轮把与凸缘15滑动接触的部分的端面研磨加工成凸球面状。另外，把圆柱滚柱13的直径定为2R，圆柱滚柱13的端面13a和圆柱滚柱13的中心线CL的交点作为原点PO，把从原点PO到离圆柱滚柱13的外径方向0.65R的位置定为第一点PA，把从第一点PA到离圆柱滚柱13的外径方向0.20R的位置定为第二点PB，从第二点PB到离圆柱滚柱13的轴向0.0005R的位置定为第三位置PC，从第二点PB到离圆柱滚柱13的轴向0.003R的位置定为第四位置PD时，和凸缘15滑动接触的部分圆柱滚柱13的端面，用弹性砂轮研磨加工成其剖面的外形线13b通过第一点PA，且通过第三位置PC和第四位置PD之间的连续的曲线形状。另外，该端面研磨加工成越往半径方向外侧曲率半径越小的连续的曲线形状(如将点PA、PD、PE的曲率半径定为RA、RD、RE，则RA＞RD＞RE)。另外，圆柱滚柱13的端面13a，是用杨氏模量为10Mpa到500Mpa的砂轮在横向或纵向的双头磨床研磨加工成形的。
图3表示本发明的第二实施例的滚柱轴承的部分剖面图。如图所示，本实施例的轴承包括外圈11、内圈12、圆锥滚柱16和保持架14。在内圈12的靠图中右侧端部设置有凸缘15。该凸缘15用于把圆锥滚柱16引导在外圈11和内圈12的圆周方向，在圆锥滚柱16的最大直径为2R时，从内圈12的轨道面12a到凸缘15的前端的高度h约等于0.6R。另外，凸缘15有与内圈12的轨道面12a几乎垂直的导向面15a，圆锥滚柱16使端面16a滑动接触在凸缘15的滚柱导向面15a，并在内圈12的轨道面12a上转动。
图4表示和凸缘15滑动接触的部分圆锥滚柱16的端面。如图所示，圆锥滚柱16通过在图中没表示出的弹性砂轮把与凸缘15滑动接触的部分的端面研磨加工成凸球面状。另外，把圆锥滚柱16的直径定为2R，圆锥滚柱16的端面16a和圆锥滚柱16的中心线CL的交点作为原点PO，把从原点PO到离圆锥滚柱16的外径方向0.65R的位置定为第一点PA，把从原点PO到离圆锥滚柱16的外径方向0.85R的位置定为第二点PB，从第二点PB到离圆锥滚柱16的轴向0.0065R的位置定为第三位置PC，从第二点PB到离圆锥滚柱16的轴向0.01R的位置定为第四位置PD时，和凸缘15滑动接触部分的圆锥滚柱16的端面，用弹性砂轮研磨加工成其剖面的外形线16b通过第一点PA，且通过第三位置PC和第四位置PD之间的连续的曲线形状。另外，圆锥滚柱16的端面16a，是用杨氏模量为10Mpa到500Mpa的砂轮在横向或纵向的双头磨床研磨加工成形的。
转动评估试验1
在下述条件下对图1所示的圆柱滚柱轴承(滚柱直径：19mm，凸缘高度h＝3.65mm)进行转动评估试验，测定到的此时的外圈温度如图5所示。在此，试验中使用的滚柱的端面形状如图10(a)到图10(c)所示。
<试验条件>
试验轴承      NJ218E
最大转数      4300min-1
轴向负荷      5880N
径向负荷      9800N
油浴润滑      VG68
在图5中，实线a1、a2表示把从PO到离外径方向0.85R的位置的滚柱端面下落量G(参照图2)作为图中的点PB和PC之间为G＝0.00011R(滚柱直径：19mm，9.5×0.00011＝约1μm)时的圆柱滚柱轴承(以下称“比较例”)的外圈温度。另外，虚线b1、b2表示把从P0到离外径方向0.85R的位置的圆柱滚柱端面下落量G作为图中的点PC为G＝0.0005R(滚柱直径：19mm，9.5×0.0005＝约5μm)时的圆柱滚柱轴承(以下称“实施例1”)的外圈温度。实线c1、c2表示把从PO到离外径方向0.85R的位置的滚柱端面下落量G作为图中的点PD为G＝0.003R(滚柱直径：19mm，9.5×0.003＝约24μm)时的圆柱滚柱轴承(以下称“实施例2”)的外圈温度。
对于滚柱端面的研磨加工，使用与现有的相同的横向的双头磨床，在实施例1和实施例2中，作为圆柱滚柱端面的研磨加工的砂轮，使用的是杨氏模量为16Mpa的弹性砂轮。(通常，砂轮的结合剂为陶瓷时杨氏模量为50000Mpa到100000Mpa，砂轮的结合剂为树脂时杨氏模量为5000Mpa到20000Mpa。)在图10中所示的滚柱端面的剖面形状，如用横向的直线形机把纵倍率用500～2000(横倍率为5～20)画出时的连续性和下落量由各点明确。
如图5的所示，在比较例中，轴承的转速达到1720min-1时，与外圈温度超过100℃相对，在实施例1和实施例2中，轴承的转速达到1720min-1，其外圈温度也不会超过80℃。这与在比较例的圆柱滚柱的端面与倒角的交点部滑动接触的凸缘端面的表面压力显著增高与温度上升(到1720min-1任一个上升100℃)相联系相对，当然是在实施例1和实施例2中，由于没有比较例那样的棱角部，并与比较例相比表面压力没有增高的原因。
对实施例1和实施例2进行比较后，可知实施例2的外圈温度的上升率比实施例1低。这被认为是导入圆柱滚柱的端面与凸缘之间的润滑油的油量由落下量而不同的原因。
另外，对于在图中省略的在从PO到离0.85R的位置的落下量比图2中的PD大的(约40～50μm)表示出与实施例2大体相同的结果。但用弹性砂轮进行研磨时间比实施例2要长。
转动评估试验2
在下述条件下对直径为14mm的圆柱滚柱轴承进行转动试验，测定到的此时的外圈温度如图6所示。在此，试验中使用的滚柱的端面形状如图11(a)、图11(b)所示。
<试验条件>
试验轴承       NJ308E(滚柱直径：14mm  L＝15mm  凸缘高度h＝2.80mm)
最大转数       8000min-1
轴向负荷       392N
径向负荷       9800N
油浴润滑       VG68
在图6中，实线a3、a4表示把在图2中从PO到离0.85R的位置的滚柱端面下落量G作为点PB和PC之间为G＝0.00014R(滚柱直径：14mm，7×0.00014＝约1μm)时的圆柱滚柱轴承(以下称“比较例”)的外圈温度。另外，虚线b3、b4表示把在图2中从PO到0.85R的位置的滚柱端面下落量G作为点PC和PD为G＝0.0014R(滚柱直径：14mm，7×0.0014＝约10μm)时的圆柱滚柱轴承(以下称“实施例3”)的外圈温度。
如图6的所示，与在比较例中的当轴承的转速达到3000min-1时外圈温度超过70℃相对，在实施例3中的轴承的转速达到3000min-1时外圈温度也没有超过70℃。
从图5和图6的试验结果也可明显看出，通过其剖面的外形线13b通过第一点PA，把与凸缘15滑动接触的部分圆柱滚柱13的端面研磨加工成通过第三位置PC和第四位置PD之间的连续的曲线形状，这样在圆柱滚柱13的端面13a和凸缘15之间容易导入润滑油。可以不对圆柱滚柱13的端面和凸缘15的滚柱导向面上施加特别加工，并不对滚柱的形状进行大的改变而降低圆柱滚柱13与凸缘15之间产生的摩擦热。
以下，图7表示砂轮的杨氏模量和相对滚柱端面的0.65R位置的0.85R的位置的落下量的关系的研究结果；图8表示研磨滚柱端面时使用的砂轮的杨氏模量和砂轮的摩耗量的关系的研究结果。
如图7的所示，在杨氏模量为5000Mpa以上的砂轮，由于砂粒的支持刚性高，在滚柱端面和砂轮之间的干涉达到某个值以上时，开始通过研磨进行削除。为此，不能得到达到滚柱倒角部的干涉，生成平面的端面，得到稳定的滚柱的长度尺寸。
另外，从杨氏模量为500Mpa的范围，慢慢地得到的滚柱的端面形状为连续的曲线。如图7的所示，滚柱端面的落下量变大。进而，虽说用小的杨氏模量的砂轮落下量增加，但在砂轮的杨氏模量为10Mpa时与杨氏模量高的砂轮相反使滚柱长度尺寸不稳定，且研磨时间也增加。如图8的所示，这个结果表示出砂轮摩耗(即研磨1000个直径为7.5mm的滚柱时的平均缩进量)和杨氏模量的关系，砂轮的杨氏模量小时砂轮摩耗有增加的倾向。特别是在15Mpa以下摩耗增加。由以上结果，最好把杨氏模量定在150Mpa～15Mpa的范围之内。
转动评估试验3
在下述条件下，对图3所示的圆锥滚柱轴承进行转动评估试验，此时的圆锥滚柱的端面的落下量G与停止供油后到发生摩擦烧伤的时间关系的研究结果如图9所示。
<试验条件>
试验轴承       HR30306C
最大转数       6000min-1
轴向负荷       4000N
润滑油         齿轮油
供油量         480cc/分
在该图中，△表示现有的圆锥滚柱轴承，○表示本发明的圆锥滚柱轴承。
如该图所示，可以看出滚柱端面的落下量G和圆锥滚柱16的半径R之比G/R(以下称为滚柱端面落下量比)在不足图4中的PB和PC之间的0.0065时较早地发生摩擦烧伤；但滚柱端面落下量比G/R比图4中的PC大，在0.0065以上时不容易发生摩擦烧伤。另外，由于滚柱端面落下量比G/R即使比图4中的PD大，超过0.01，与落下量比G/R为0.01时的效果没有明显的不同，仅增加了研磨时间，所以作为圆锥滚柱落下量比G/R最好在0.0065～0.01的范围内。
如图9的试验结果可明显看出，通过把与凸缘15滑动接触的部分圆锥滚柱16的端面，其剖面的外形线至少通过第一点PA，研磨加工成通过第三位置PC和第四位置PD之间的连续的曲线形状，这样在圆锥滚柱16的端面16a和凸缘15之间容易导入润滑油，从而可以不对圆柱滚柱16的端面和凸缘15的滚柱导向面上施加特别加工，并不对滚柱的形状进行大的改变而可以降低圆锥滚柱16与凸缘15之间产生的摩擦热。
综上所述，根据本发明，提供不对该滚柱轴承的滚柱的端面和凸缘的滚柱导向面上施加特别加工，并不对滚柱的形状进行大的改变而降低滚柱与凸缘之间产生的摩擦热的一种滚柱轴承。

Claims (4)

1、一种滚柱轴承，其在轨道圈的端部有引导多个园柱滚柱在轨道圈的园周方向上的凸缘，其特征在于：当所述园柱滚柱的直径为2R，以所述园柱滚柱的端面和所述园柱滚柱的中心线相交的位置为原点，以在所述园柱滚柱的外径方向上离所述原点0.65R的位置为第一点，以在所述园柱滚柱的外径方向上离所述第一点0.20R的位置为第二点，以在所述园柱滚柱的轴方向上离所述第二点0.0005R的位置为第三位置，以在所述园柱滚柱的轴方向上离所述第二点0.003R的位置为第四位置时，对与所述凸缘滑动接触部分的圆柱滚柱的端面进行研磨加工，以形成其断面的外形线至少通过所述第一点PA，且通过所述第三位置PC和第四位置PD成连续的曲线。
2、一种滚柱轴承，其在轨道圈的端部有引导多个园锥滚柱在轨道圈的园周方向上的凸缘，其特征在于：当所述园锥滚柱的直径为2R，以所述园锥滚柱的端面和所述园锥滚柱的中心线相交的位置为原点，以在所述园锥滚柱的外径方向上离所述原点0.65R的位置为第一点，以在所述园锥滚柱的外径方向上离所述第一点0.20R的位置为第二点，以在所述园锥滚柱的轴方向上离所述第二点0.0065R的位置为第三位置，以在所述园锥滚柱的轴方向上离所述第二点0.01R的位置为第四位置时，对与所述凸缘滑动接触部分的圆锥滚柱的端面进行研磨加工，以形成其断面的外形线至少通过所述第一点PA，且通过所述第三位置PC和第四位置PD成连续的曲线。
3、如权利要求1或2中所述的滚柱轴承，其特征在于，精加工所述滚柱的端面的弹性砂轮的纵弹性系数确定在10Mpa～500Mpa的范围内。
4、一种滚柱轴承，其在轨道圈的端部有引导多个园柱滚柱在轨道圈的园周方向上的凸缘，其特征在于，对与所述凸缘滑动接触部分的园柱滚柱的端面进行磨削加工，以形成其断面的外形线越往半径方向外侧其曲率半径越小的连续曲线。
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