CN1860305B - 球轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种球轴承(1)，其包括一轴承座圈(3、4)和一保持架(5、35)以及至少一个在轴承座圈(3、4)上的止推面(15)，其中保持架(5、35)设有在圆周侧绕球轴承(1)的一旋转轴线(1a、35a)相互邻接的各兜孔(9、41)并且每一兜孔(9、41)在一个与旋转轴线(1a、35a)同向的轴向方向由一个第一挡边(11、36)至少部分地限定以及在至少沿一个相反于第一方向的第二方向由一个第二挡边(12、37)至少部分地限定，并且，至少其中一个挡边(11、12，36、37)在一径向方向由一径向导引面(14、45)限定，其中导引面(14、45)至少径向面对止推面(15)。

Description

球轴承
技术领域
本发明涉及一种球轴承，其包括一轴承座圈和一保持架以及至少一个在轴承座圈上的止推面
Figure G200480027501301D00011
其中保持架设有在圆周侧绕球轴承的一旋转轴线相互邻接的各兜孔，并且每一兜孔在一个与旋转轴线同向的轴向第一方向由一第一挡边部分地限定以及在至少沿一个相反于第一方向的第二方向由一第二挡边至少部分地限定，并且，至少其中一个挡边在一径向方向由一径向导引面限定，其中导引面至少径向面对止推面。
背景技术
本发明涉及全部可以设想的球轴承实施形式，其中各滚珠在一保持架中导向并且保持架的各挡边径向相互位错。本发明还特别涉及角接触球轴承，其具有对称的和/或不对称的内圈和外圈。此外本发明优选可以应用于高精密设计的轴承，当保持架在相对于止推滑台低的内圈或外圈的凸肩上导向时尤其如此。
这样的球轴承在角接触球轴承实施形式中常常用于很高转速的主轴的轴承。对于主轴的轴承，在平静的运转、轴承位置的发热方面和在使用寿命方面提出高的要求。轴承的高平静的运转例如也通过保持架在轴承中的精确的导向来达到，因为在运转状态下必须使保持架的位置和运动稳定。
在本技术领域中，在本发明提出之前，保持架的导向一直很成问题。由于在保持架与轴承座圈上的导轨之间的不同的挡边尺寸，保持架倾向于在导向间隙内绕在圆周侧切向的倾斜轴线倾斜。保持架的倾斜还导致保持架与轴承座圈上的导轨的边缘接触，这将完全或部分地破坏保持架与其导轨之间的润滑膜。这又导致其中提高的磨损和温度，并导致轴承过早失效。
在US 3,65,592中描述了一种该构造型式的球轴承。角接触球轴承具有一外轴承座圈。该轴承座圈设有在这种轴承上常用的高凸肩。在该轴承座圈上还构成一止推面，该止推面如同也在其他已知的现有技术中那样，可以构造在外轴承座圈的一低的凸肩上。一球保持架在止推面上运转。保持架设有在圆周侧绕球轴承的一个旋转轴线相互邻接的各兜孔。各兜孔在两个与旋转轴线同向的轴向方向分别由一挡边限定。该构造型式的轴承的各挡边呈环形绕轴承的旋转轴线延伸，或一挡边可选择地由在各兜孔处的各开口中断，或各挡边沿圆周方向设置在兜孔及其他的空间之间。亦可选择的是，各挡边还在各兜孔之间通过保持架的各板条加强。
在US 3,645,592中描述的轴承上的一个挡边在径向方向由一个外面的径向导引面限定，并且在轴承中相对于外轴承座圈无间隙地在一个径向面对导引面的止推面上径向导向。这样的在轴承座圈与保持架之间的接触会产生不利的高摩擦和磨损。该保持架由多个小孔穿过的材料虽然促进润滑剂向导引面的输送，但也不利地减弱了保持架的强度。这样的保持架只能有限地或不能应用于很高转速的轴承中。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种球轴承，其包括轴承座圈和保持架的单元特别是在高转速时平静地运转，其中，保持架在轴承座圈上的导向是充分润滑的并且保持架以微小的摩擦在导轨上滑动。
为此，本发明提供一种球轴承，其包括一轴承座圈和一保持架以及至少一个在轴承座圈上的止推面，其中，保持架设有在圆周侧绕球轴承的一旋转轴线相互邻接的兜孔，其中每一兜孔在一个与旋转轴线同向的轴向第一方向由一个第一挡边至少部分地限定以及在至少沿一个相反于所述第一方向的第二方向由一个第二挡边至少部分地限定，并且，至少其中一个挡边在一径向方向由一个径向导引面限定，其中所述导引面至少径向面对止推面，其特征在于，沿轴向方向确定止推面的延伸走向的、在旋转轴线与止推面之间的径向距离，随着距在旋转轴线与止推面之间的一个最远距离所处位置的轴向距离的加大而逐渐变小，使得止推面在一个沿旋转轴线的想像的纵剖面内观察朝旋转轴线方向下降，其中，导引面沿轴向方向平行于旋转轴线定向。
相应地，通过本发明得到这样一种角接触球轴承，其包括一轴承座圈和一保持架以及至少一个在轴承座圈上呈环形构造的止推面，其中，保持架设有在圆周侧绕保持架的一旋转轴线相互邻接的兜孔，其中每一兜孔在一个与旋转轴线同向的轴向第一方向由一个第一挡边至少部分地限定以及在至少沿一个相反于所述第一方向的第二方向由一个第二挡边至少部分地限定，并且，至少所述第一挡边在一径向方向由一个径向导引面限定，其中所述导引面至少径向面对止推面以及所述第二挡边至少径向面对轴承座圈上的一个凸肩，其特征在于，在导引面与止推面之间的最小可能的径向间隙尺寸大于零，其中，所述最小可能的径向间隙尺寸是在角接触球轴承运转状态下旋转的保持架中间的最小的工作间隙，并且，所述间隙尺寸小于第二挡边与凸肩之间的另一最小可能的径向间隙尺寸。
本发明特别适用于使保持架在一包围保持架及滚珠(球)的外圈上导向，但也适用于在内圈上导向。其中，止推面构造在低凸肩上，或者直接构造在轴承座圈上而无低凸肩。所说的低凸肩是针对高凸肩而言相对于轴承座圈径向降低的结构。或者，止推面直接构成在一轴承座圈上而无低凸肩。本发明特别适用于在主轴轴承的高精密的实施形式中的角接触球轴承。该轴承的压力角(接触角)优选在≤12°至≤35°的范围内。
止推面沿轴向方向(在一沿旋转轴线的想像的纵剖面内观察)并不平行于旋转轴线定向，而倾斜于旋转轴线延伸。止推面沿圆周方向构造成环形的或沿圆周方向分成若干表面部分或分成多个止推面。同样，在保持架的挡边上构成的导引面设计成环形的或沿圆周方向中断或沿轴向和/或沿圆周方向分成多个导引面。
在运转过程中，导引面靠在倾斜定向的止推面上。由此可知在保持架上产生一轴向力，其阻碍保持架绕倾斜轴线倾斜。保持架在旋转的轴承中较平静地运转。
保持架上的导引面还可以保持平行于旋转轴线定向，或者与此不同，同样倾斜于旋转轴线而相对止推面至少近似等间距地与止推面的延伸走向相适应。在本发明的最后所述的设计形式中，在轴承运转中，在止推滑台(Anlauf)上直接接触时的间距等于零或优选通过在各面之间限定的均匀构造的一定尺寸的间隙尺寸来确定。在止推面与导引面之间的由上述间隙尺寸所确定的间隙中可以形成一动压润滑膜，其将在保持架导轨上的摩擦和磨损有利地几乎降到零。
本发明还规定，在全部的运转条件下，即使在最不利的轴承的运转条件下，导引面与止推面之间的最小可能的径向间隙尺寸仍保持大于零。利用该间隙尺寸，还可兼顾应对下述情况：保持架由于离心力可能加大直径、保持架的中轴线与轴承的旋转轴线之间可能出现径向偏移，以及，保持架的直径由于液体例如水或油的容积变化而可能改变。
附图说明
以下借助附图1至3更详细地说明本发明的进一步的实施形式和本发明的实施例。其中：
图1在一用于主轴轴承的角接触球轴承的实施形式中的球轴承的一种实施例沿球轴承的旋转轴线剖切的纵剖面图；
图2图1中细节Z的简化、不按比例和放大的视图；
图2a和图2b图2中细节Z的其他的可选择的实施形式；
图3一用于按照本发明的轴承的塑料保持架的一种实施例的剖开的细节；以及
图3a图3中导引面的细节Z，包括各径向的和相互邻接的凹槽的放大的和不按比例的剖视图。
具体实施方式
图1示出在一用于主轴轴承的角接触球轴承2的实施形式中的球轴承1的一种实施例沿球轴承的旋转轴线1a剖切的纵剖面图。球轴承1具有一外圈3、一内圈4和一保持架5并且设有密封件6。在外圈3上构成凸肩7和8。与低凸肩8相比，高凸肩7相对于轴承座圈3在径向上沿着旋转轴线的方向有较大的突出。
保持架5在圆周侧设有绕球轴承1的旋转轴线1a相互邻接的兜孔9，其中在按图1的视图中只示出一个兜孔9并且是纵向剖开的。每一兜孔9在一由双箭头10表示的轴向方向由一第一挡边11限定以及在相反于第一方向的方向由一第二挡边12限定。在各兜孔9之间延伸着板条13。
挡边11在径向外面由一导引面14限定。导引面14径向面对凸肩8上的止推面15。其中导引面14径向朝向外面而止推面径向朝内部。止推面15和导引面14绕旋转轴线1a或绕保持架5的中心轴线延伸。导引面14和止推面15径向彼此间隔间隙16。此间隙16大于凸肩7的径向环面18与挡边12的径向外轮廓19之间的间隙间距17。
挡边11和12相互径向位错，使得导引面14的径向离旋转轴线1a最近的轮廓线23比挡边12的径向离开旋转轴线最远的径向最靠外的轮廓19在径向上离开旋转轴线1a更远。
如由图2，即图1中细节Z的简化、不按比例和放大的视图可见的那样，不仅导引面14而且止推面15都倾斜于旋转轴线1a一个角度φ。旋转轴线1a与止推面15之间的径向距离20a-c，从止推面15的离旋转轴线1a径向最远的和沿圆周方向延伸的轮廓线21开始，随着距该轮廓线21的轴向距离的加大和随着离最大的距离20位置的轴向距离的加大，朝兜孔中心9a那边总是逐渐变小。导引面14由距离22a-c所描述。距离22a-c随着从轮廓线23起和离最小的距离22的轴向距离的加大而增大的数值，即为距离20a-c减小的数值。因此间隙16由一均匀的间隙尺寸限定。
图2a示出对图2的细节Z的另一可选择的实施形式。在这种情况下，止推面15再次倾斜角度φ，而导引面14在平行于旋转轴线1a的方向上倾斜延伸。
图2b示出对图2的细节Z的另一可选择的实施形式。确定止推面15的延伸走向的、在旋转轴线1a与止推面15之间的径向距离20a-c，从距离20的位置起随着轴向距离的加大向两个轴向方向逐渐变小，从而，止推面15在一想像的沿旋转轴线的纵剖面内观察成拱形凸起。径向面对的导引面14匹配于止推面，向旋转轴线1a的方向成拱形凹进。因此面14和15相互配合，使得间隙16由一个一致的间隙尺寸限定。
为了视图的简化，在图中只标出距离20a-c和距离22a-c，但显而易见的是，可以通过任意多的轴向连续的距离20a-x或距离22a-x来描述止推面14和导引面15。
限定兜孔9的内表面的局部部分25是一想像的空心圆柱体26的一个呈环形在兜孔中环绕的内部表面部分。兜孔角γ小于压力角α。兜孔角是这样的角度，其构成在中轴线9a(对应空心圆柱体26的兜孔中心9a)与一想像的通过兜孔9延伸的并且垂直于旋转轴线1a的垂直线27之间。压力角α是角接触球轴承的接触角并且构成在与兜孔5中的球28在中间的球28的中心32相交的接触线29与垂直线27之间。
每一单个的球28径向向外保持在其相应的兜孔9中。为此，兜孔的构形设定为，表面部分25过渡到一个由一空心截锥体的内侧表面限定的局部部分30。描述该内侧表面的自由间距在该情况下是一内径31，并且小于在兜孔9中的球28的直径，而且比球28的中心32更远离旋转轴线1a。
保持架5就挡边11而言在其远离兜孔9的和轴向终止保持架5的端面33上轴向朝兜孔9的方向以及相对于导引面14径向向旋转轴线1a的方向缩进。因此，保持架在导引面与端面之间具有一围绕旋转轴线1a的斜边34。借其为密封件6的配合座提供自由空间。
至少保持架5的内轮廓、但也可能还有斜边34借助于切削加工方法制成。这样，可设想兜孔9的内轮廓通过钻孔制造，此时一钻头的中轴线符合于中轴线9a。
或者，本发明也适用于应用在这样的轴承中，其塑料保持架在注塑成型模具中制造。对此，图3示出一塑料保持架35的一实施例的剖开的详图，用于按照本发明的轴承。保持架35的第一挡边36相对于第二挡边37径向这样位错，即，使第二挡边37的径向离旋转轴线35a最远的径向最靠外的外轮廓38和第一挡边36的径向最靠内的以及最接近旋转轴线35a的内轮廓39在一共同的想像的分型面40上对接。在这种情况下，内轮廓39朝旋转轴线35a的方向在径向以分型面40为端界而外轮廓38远离旋转轴线35a以分型面40为径向端界。
分型面40是一个未示出的注塑成型模具中的分型面并且从第一挡边36向第二挡边37那边延伸。兜孔41通过分型面40径向分开。分型面40相对于一分度圆半径42径向分隔开。分度圆半径42描述的是通常由未进一步示出的角接触球轴承的一列球的中心32所处的分度圆。
保持架35就挡边43而言在其远离兜孔41的和轴向终止保持架35的端面44上轴向朝兜孔41的方向以及相对于导引面45径向朝旋转轴线35a的方向缩进，而使保持架35在导引面45与端面44之间具有一个围绕旋转轴线35a的沟槽46。
导引面45在圆周侧按随机的设置具有沿该面分布的各凹槽47(图3a)，其深度为十分之几毫米的数量级(如同一橙皮的表面的构造)。也可设想将这样的凹槽设计为沟槽(优选是沿圆周方向环绕的)或凹口的形式，并具有十分之几毫米直到大于1毫米的数量级的限定的尺寸和具有相互间固定的间距。各凹槽考虑作为润滑剂如润滑脂或油的存储器结构，可降低在轴承运转中导引面45与一个对置的止推面之间的摩擦。
附图标记清单
1      球轴承                   24    轮廓
1a     旋转轴线                 25    局部部分
2      角接触球轴承             26    空心圆柱体
3      外圈                     27    直线
4      内圈                     28    球
5      保持架                   29    接触线
6      密封件                   30    局部部分
7      凸肩                     31    内径
8      凸肩                     32    中心
9      兜孔                     33    端面
9a     兜孔中心(中轴线)         34    斜边
10     箭头                     35    保持架
11     挡边                     35a   旋转轴线
12     挡边                     36    挡边
13     板条                     37    挡边
14     导引面                   38    外轮廓
15     止推面                   39    内轮廓
16     间隙                     40    分型面
17     间隙间距                 41    兜孔
18     面                       42    分度圆半径
19     轮廓                     43    挡边
20a-c  距离                     44    端面
21     轮廓线                   45    导引面
22a-c  距离                     46    沟槽
23     轮廓线                   47    槽

Claims (18)

1.球轴承(1)，其包括一轴承座圈(3、4)和一保持架(5、35)以及至少一个在轴承座圈(3、4)上的止推面(15)，其中，保持架(5、35)设有在圆周侧绕球轴承(1)的一旋转轴线(1a、35a)相互邻接的兜孔(9、41)，其中每一兜孔(9、41)在一个与旋转轴线(1a、35a)同向的轴向第一方向由一个第一挡边(11、36)至少部分地限定以及在至少沿一个相反于所述第一方向的第二方向由一个第二挡边(12、37)至少部分地限定，并且，至少其中一个挡边(11、12，36、37)在一径向方向由一个径向导引面(14、45)限定，其中所述导引面(14、45)至少径向面对止推面(15)，其特征在于，沿轴向方向确定止推面(15)的延伸走向的、在旋转轴线(1a、35a)与止推面(15)之间的径向距离(20a、20b、20c)，随着距在旋转轴线(1a、35a)与止推面(15)之间的一个最远距离(20)所处位置的轴向距离的加大而逐渐变小，使得止推面(15)在一个沿旋转轴线(1a、35a)的想像的纵剖面内观察朝旋转轴线(1a、35a)方向下降，其中，导引面(14)沿轴向方向(10)平行于旋转轴线(1a)定向。
2.按照权利要求1所述的球轴承，其特征在于，在旋转轴线(1a)与止推面(15)之间的距离(20a、20b、20c)随着距一兜孔中心(9a)的轴向距离的减小而逐渐变小。
3.按照权利要求1所述的球轴承，其特征在于，导引面(14、45)径向朝向外面而止推面(15)径向朝向内部。
4.按照权利要求3所述的球轴承，其特征在于，导引面(14)的轮廓线比第二挡边(12)的一个径向最远地离开旋转轴线(1a、35a)的径向最靠外的轮廓(19)在径向上离开旋转轴线(1a、35a)更远。
5.按照权利要求4所述的球轴承，其特征在于，球轴承(1)为一角接触球轴承(2)，其中轴承座圈(3)包围保持架(5)并且具有一个包括呈环形构造的止推面(15)的第一凸肩(8)以及一个第二凸肩(7)，其中所述第二凸肩(7)径向面对第二挡边(12)。
6.按照权利要求5所述的球轴承，其特征在于，在导引面(14)与止推面(15)之间的最小可能的径向间隙尺寸大于零，其中，所述最小可能的径向间隙尺寸是在球轴承(1)运转状态下旋转的保持架(5)中间的最小的工作间隙。
7.按照权利要求6所述的球轴承，其特征在于，间隙尺寸按等于或大于4微米到等于或小于8微米的大小设计。
8.按照权利要求5所述的球轴承，其特征在于，保持架(5、35)由塑料构成，并且，导引面(14、45)至少沿保持架(5、35)的圆周方向具有径向的和相互间隔开的各凹槽(47)。
9.按照权利要求5所述的球轴承，其特征在于，保持架(5、35)由塑料构成，并且，至少第二挡边(12)具有一个由一想像的空心圆柱体(26)内表面形成的指向兜孔(9)的局部部分(25)，以及，一在空心圆柱体(26)的中轴线(9a)与一个想像的并垂直于旋转轴线(1a)的垂直线(27)之间的兜孔角小于在该垂直线(27)与角接触球轴承(2)的一接触线(29)之间的压力角，其中，垂直线(27)和接触线(29)与球(28)在中心(32)相交，以及同时，接触线(29)与旋转轴线(1a)成锐角相交。
10.按照权利要求9所述的球轴承，其特征在于，限定兜孔(9)的内表面的局部部分(25)是空心圆柱体(26)的一个呈环形在兜孔(9)中环绕的内部表面。
11.按照权利要求10所述的球轴承，其特征在于，一在空心圆柱体(26)的中轴线(9a)与一个想像的并垂直于旋转轴线(1a)的垂直线(27)之间的兜孔角小于在该垂直线(27)与角接触球轴承(2)的一接触线(29)之间的轴承压力角，其中，垂直线(27)和接触线(29)与球(28)在中心(32)相交，以及同时，接触线(29)与旋转轴线(1a)成锐角相交。
12.按照权利要求5所述的球轴承，其特征在于，在兜孔(9)的两个相互对置的其他的局部部分(30)之间的至少一个自由间距(31)小于在兜孔(9)中的一个球(28)的最小可能的球直径，其中，所述自由间距(31)的位置比球(28)的中心(32)在径向上相对于旋转轴线(1a)的距离更远。
13.按照权利要求12所述的球轴承，其特征在于，一限定兜孔(9)的内表面的至少一个局部部分(25)是一个空心圆柱体(26)的呈环形在兜孔中环绕的表面部分，其中，所述表面部分过渡到内表面的另一局部部分(30)，并且，所述另一局部部分(30)具有一个由一想像的空心截锥体构成的内侧表面，而且，在内部最窄的位置该空心截锥体所描述的内径(31)是所述自由间距(31)。
14.按照权利要求5所述的球轴承，其特征在于，保持架(35)由塑料构成，并且第一挡边(36)相对于第二挡边(37)径向这样程度地位错，使得第二挡边(37)径向远离旋转轴线(35a)的径向最远地离开旋转轴线的径向最靠外的轮廓(38)和第一挡边(36)的一个径向最靠内的以及最接近旋转轴线处的内轮廓(39)沿旋转轴线(35a)的方向共同在一个想像的分型面(40)上对接，其中，所述分型面(40)从第一挡边(36)往第二挡边(37)方向将兜孔(41)径向分开，并且所述分型面(40)与一分度圆半径(42)在径向上间隔开，其中所述分度圆半径(42)描述了角接触球轴承(2)的各球(28)的中心在兜孔(41)中所处的一个共同的分度圆。
15.按照权利要求5所述的球轴承，其特征在于，保持架(5、35)就第一挡边(11、36)而言在其远离兜孔(9、41)的和轴向终止保持架(5、35)的端面(33、44)上轴向朝兜孔(9、41)的方向以及相对于导引面(14、45)径向向旋转轴线(1a、35a)的方向缩进。
16.按照权利要求15所述的球轴承，其特征在于，保持架(5)在导引面(14)与端面(33)之间具有一围绕旋转轴线(1a)的斜边(34)。
17.按照权利要求15所述的球轴承，其特征在于，保持架(35)在导引面(45)与端面(44)之间具有一围绕旋转轴线(35a)的沟槽(46)。
18.按照权利要求1至17之任一项所述的球轴承，其特征在于，所述第二挡边(12)至少径向面对轴承座圈(3)上的一个凸肩(7)，并且，在导引面(14)与止推面(15)之间的最小可能的径向间隙尺寸大于零，其中，所述最小可能的径向间隙尺寸是在角接触球轴承(2)运转状态下旋转的保持架(5)中间的最小的工作间隙，以及，所述间隙尺寸小于第二挡边(12)与凸肩(7)之间的另一最小可能的径向间隙尺寸。
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