DE112022000678T5

DE112022000678T5 - Kronenförmiger Kugellagerkäfig und Kugellager

Info

Publication number: DE112022000678T5
Application number: DE112022000678.1T
Authority: DE
Inventors: Masahito Matsui; Takefumi KICHIKAWA
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2021-01-18
Filing date: 2022-01-17
Publication date: 2023-11-02
Also published as: CN116745540A; JP7420274B2; US20240077109A1; WO2022154124A1; JPWO2022154124A1

Abstract

Ein Außendurchmesser (D1) eines Klauenabschnitts (31) ist kleiner als ein Außendurchmesser (D2) eines Hauptabschnitts (20), eine radiale Breite (t1) des Klauenabschnitts (31) ist 1/2 oder weniger einer radialen Breite (t2) des Hauptabschnitts (20), eine axiale Breite (H1) von einer Oberseite (33A) eines Verbindungsabschnitts (33) eines Säulenabschnitts (30) zu einer Unterseite (26) des Hauptabschnitts (20) ist 1/2 oder weniger einer axialen Breite (H2) eines kronenförmigen Käfigs für ein Kugellager (10), und in dem Hauptabschnitt (20) ist ein Öffnungsabschnitt (27) zwischen benachbarten Taschen (40) vorgesehen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen kronenförmigen Kugellagerkäfig und ein Kugellager.
Hintergrund der Erfindung
Im Allgemeinen wird ein Kugellager 1, wie in 14 gezeigt, zur Lagerung von rotierenden Teilen verschiedener rotierender Maschinen verwendet. Das Kugellager 1 umfasst einen Innenring 3 mit einer Innenringlaufbahn 2 an seiner Außenumfangsfläche, einen konzentrisch zu dem Innenring 3 angeordneten Außenring 5 mit einer Außenringlaufbahn 4 an seiner Innenumfangsfläche und eine Vielzahl von Kugeln 6, die so angeordnet sind, dass sie zwischen der Innenringlaufbahn 2 und der Außenringlaufbahn 4 frei rollen.
Jede Kugel 6 ist von einem Käfig 100 drehbar gehalten. Darüber hinaus sind die äu-ßeren Umfangsränder zweier kreisringförmiger Abschirmplatten 7 und 7 jeweils an beiden Endabschnitten der inneren Umfangsfläche des Außenrings 5 in axialer Richtung befestigt. Die beiden Abschirmplatten 7 und 7 verhindern, dass in dem Lagerraum befindliches Schmiermittel, wie beispielsweise Fett, nach außen austritt und dass außen schwebender Staub in den Lagerraum eindringt. Als Dichtungsvorrichtung kann eine berührende Dichtung anstelle der berührungslosen Abschirmplatten 7 und 7 verwendet werden.
Der Käfig 100 ist ein kronenförmiger Käfig aus Kunstharz, wie in 15 und 16 gezeigt. Der Käfig 100 umfasst einen ringförmigen Hauptabschnitt 109, eine Vielzahl von Säulenabschnitten 110, die in axialer Richtung von dem Hauptabschnitt 109 in vorbestimmten Abständen in Umfangsrichtung hervorragen, und eine sphärische Tasche 111, die zwischen den benachbarten Säulenabschnitten 110 ausgebildet ist und die Kugeln 6 aufnehmen kann.
Der Säulenabschnitt 110 hat zwei Klauenabschnitte 112 und 112, deren Spitzenendabschnitte voneinander beabstandet sind. Die beiden benachbarten Klauenabschnitte 112 und 112, die die Tasche 111 bilden, halten die Kugel 6 fest und verhindern dadurch, dass der Käfig 100 in axialer Richtung zwischen dem Außenring 5 und dem Innenring 3 herausrutscht.
Mit der jüngsten Elektrifizierung von Automobilen müssen sich Wälzlager (insbesondere Kugellager), die die Drehwellen von Motoren lagern, mit hoher Geschwindigkeit drehen. Um eine hohe Drehzahl zu erreichen, ist es erforderlich, dass (i) die Ausdehnung des Käfigs durch die Zentrifugalkraft unterdrückt und die an dem unteren Abschnitt der Tasche erzeugte Spannung reduziert wird, um einen Ermüdungsbruch zu verhindern, und (ii) die Verformung des Käfigs unterdrückt wird, um den Kontakt des Käfigs mit dem Außenring und der Dichtung zu vermeiden und Verschleiß, Vibration und Wärmeentwicklung des Käfigs zu unterdrücken.
Bei dem in 14 bis 16 gezeigten Käfig 100 des Standes der Technik besteht die Möglichkeit, dass aufgrund der Zentrifugalkraft während der Hochgeschwindigkeitsdrehung Spannungen auf den Käfig 100 einwirken und sich der Käfig 100 zum Außendurchmesser hin verformt. In 14 zeigen die gestrichelten Linien, wie der Käfig 100 verformt wird. In diesem Fall kommt der Käfig 100 in Kontakt mit dem Außenring 5 (siehe Teil A in 14) oder der Käfig 100 kommt in Kontakt mit der Abschirmplatte 7 (siehe Teil B in 14), wobei zu befürchten ist, dass der Käfig 100 verschleißen, vibrieren und Wärme erzeugen wird.
In der Patentliteratur 1 und der Patentliteratur 2 werden Techniken zum Verringern des Gewichts des Käfigs beschrieben.
Insbesondere wird in der Patentliteratur 1 offenbart, dass an der Stirnfläche des kronenförmigen Käfigs gegenüber der Stirnfläche auf der Seite des taschenbildenden Abschnitts ein ausgedünnter Abschnitt ausgebildet ist. Dieser ausgedünnte Abschnitt verbessert den Links-Rechts-Massenausgleich in axialer Richtung des kronenförmigen Käfigs und verringert das Gewicht des rückseitigen Seitenteils.
Zudem hat der in der Patentliteratur 2 offenbarte Käfig einen ringförmigen Basisabschnitt und einen axialen Abschnitt, der sich in axialer Richtung von dem Basisabschnitt aus erstreckt. Der Außendurchmesser des axialen Abschnitts ist kleiner als der Außendurchmesser des Basisabschnitts. Der Basisabschnitt ist mit einem Loch versehen, das mit dem ausgesparten Bereich des axialen Abschnitts in Verbindung steht und diesen in axialer Richtung durchdringt. Dadurch soll die Materialmenge reduziert und die Verformung in radialer Richtung, die während der Hochgeschwindigkeitsdrehung entsteht, unterdrückt werden.
Literaturverzeichnis
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP2008-274977 A
Patentliteratur 2: JP5436204B

Übersicht über die Erfindung
Technisches Problem
Um das Lager an höhere Drehzahlen anzupassen, ist es jedoch notwendig, das Gewicht des Käfigs weiter zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Umstände gemacht, wobei ein Ziel darin besteht, einen kronenförmigen Käfig für ein Kugellager und ein Kugellager anzugeben, das in der Lage ist, eine Verformung zu unterdrücken, indem es die Zentrifugalkraft während einer Hochgeschwindigkeitsdrehung durch Gewichtsreduzierung reduziert.
Lösung des Problems
Die oben genannten Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch die folgenden Konfigurationen erreicht.

(1) Ein kronenförmiger Kugellagerkäfig, umfassend:
- einen ringförmigen Hauptabschnitt;
- eine Vielzahl von Säulenabschnitten, die in einer axialen Richtung von dem Hauptabschnitt in vorbestimmten Abständen in einer Umfangsrichtung hervorragen; und
- eine sphärische Tasche, die zwischen den benachbarten Säulenabschnitten ausgebildet ist und eine sphärische vertiefte Oberfläche aufweist, die eine Kugel aufnehmen kann, wobei
- der Säulenabschnitt zwei Klauenabschnitte, deren Spitzenendabschnitte voneinander beabstandet sind, und einen Verbindungsabschnitt aufweist, der die beiden Klauenabschnitte miteinander verbindet,
- ein Einlass mit einer Breite, die kürzer als der Durchmesser der Kugel ist, und zum Einführen der Kugel bestimmt ist, zwischen den Spitzenendabschnitten der beiden benachbarten, die Tasche bildenden Klauenabschnitte vorgesehen ist,
- ein Krümmungsradius der sphärischen vertieften Oberfläche der Tasche größer ist als ein Krümmungsradius einer Rollfläche der Kugel, ein Außendurchmesser D1 des Klauenabschnitts kleiner ist als ein Außendurchmesser D2 des Hauptabschnitts,
- eine radiale Breite t1 des Klauenabschnitts 1/2 oder weniger der radialen Breite t2 des Hauptabschnitts beträgt,
- eine axiale Breite H1 von einer Oberseite des Verbindungsabschnitts des Säulenabschnitts zu einer Unterseite des Hauptabschnitts 1/2 oder weniger einer axialen Breite H2 des kronenförmigen Kugellagerkäfigs beträgt, und
- in dem Hauptabschnitt ein Öffnungsabschnitt, der sich in der axialen Richtung öffnet, zwischen den benachbarten Taschen vorgesehen ist, der Klauenabschnitt und der Öffnungsabschnitt in einer radialen Richtung versetzt vorgesehen sind und der Öffnungsabschnitt an einer radial äußeren Seite des Klauenabschnitts angeordnet ist.
(2) Der kronenförmige Kugellagerkäfig nach (1), bei dem die axiale Breite H1 von der Oberseite des Verbindungsabschnitts des Säulenabschnitts zu der Unterseite des Hauptabschnitts größer ist als eine axiale Breite H3 des Hauptabschnitts an einem unteren Abschnitt der Tasche.
(3) Der kronenförmige Kugellagerkäfig nach (1) oder (2), bei dem die Unterseite des Hauptabschnitts einen hervorragenden Abschnitt aufweist, der in axialer Richtung zwischen den benachbarten Öffnungsabschnitten hervorragt.
(4) Der kronenförmige Kugellagerkäfig nach (3), bei dem ein radialer Bereich und ein Umfangsbereich, in dem der hervorragende Abschnitt vorgesehen ist, im Wesentlichen derselbe ist wie ein radialer Bereich und ein Umfangsbereich, in dem die sphärische vertiefte Oberfläche des Hauptabschnitts, der die Tasche bildet, vorgesehen ist.
(5) Der kronenförmige Kugellagerkäfig nach einem der Punkte (1) bis (4), bei dem eine radiale Breite des Klauenabschnitts von der Seite des Hauptabschnitts in Richtung der Seite des Spitzenendabschnitts des Klauenabschnitts abnimmt.
(6) Der kronenförmige Kugellagerkäfig nach einem der Punkte (1) bis (5), bei dem der Klauenabschnitt eine erste Umfangsfläche, die die Tasche bildet, und eine zweite Umfangsfläche aufweist, die der ersten Umfangsfläche gegenüberliegt, und in den beiden benachbarten Klauenabschnitten, die die Tasche bilden, sich ein Umfangsabstand zwischen den beiden zweiten Umfangsflächen von der Seite des Hauptabschnitts zur Seite des Spitzenendabschnitts des Klauenabschnitts verringert.
(7) Ein Kugellager, umfassend:
- einen Außenring;
- einen Innenring;
- eine Vielzahl von Kugeln, die zwischen einem Laufring des Außenrings und einer Lauffläche des Innenrings angeordnet sind; und
- den kronenförmigen Kugellagerkäfig nach einem der Punkte (1) bis (6).

Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Mit dem kronenförmigen Kugellagerkäfig und einem Kugellager der vorliegenden Erfindung kann die Zentrifugalkraft zum Zeitpunkt der Hochgeschwindigkeitsdrehung durch Gewichtsreduzierung reduziert und die Verformung unterdrückt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine Perspektivansicht eines Käfigs gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine Ansicht eines Teils des Käfigs gemäß der ersten Ausführungsform von einer radial äußeren Seite aus gesehen.
3 ist eine Ansicht eines Teils des Käfigs gemäß der ersten Ausführungsform von der Seite der Unterseite aus gesehen.
4 ist eine perspektivische Teilquerschnittsansicht eines Teils des Käfigs gemäß der ersten Ausführungsform.
5 ist eine Ansicht eines Teils eines Käfigs gemäß einer zweiten Ausführungsform von einer radial äußeren Seite aus gesehen.
6 ist eine Ansicht eines Teils des Käfigs gemäß der zweiten Ausführungsform von der Seite der Unterseite aus gesehen.
7 ist eine perspektivische Teilquerschnittsansicht eines Teils des Käfigs gemäß der zweiten Ausführungsform.
8 ist eine perspektivische Teilquerschnittsansicht eines Teils eines Käfigs gemäß einer dritten Ausführungsform.
9 ist eine Ansicht eines Teils eines Käfigs gemäß einer vierten Ausführungsform von einer radial äußeren Seite aus gesehen.
10A bis 10C sind Ansichten, die einen Dehnungserzeugungsbereich zeigen, wenn eine Kugel in den Käfig eingebaut ist, 10A zeigt einen Käfig des Standes der Technik, 10B zeigt einen Käfig aus Beispiel 1, und 10C zeigt einen Käfig aus Beispiel 2.
11 ist eine Ansicht, die zeigt, wie eine Kugel in den Käfig eingebaut wird.
12A bis 12C sind Ansichten, die die maximale Hauptspannungsverteilung zeigen, die in dem Käfig aufgrund einer Zentrifugalkraft erzeugt wird. 12A zeigt einen Käfig des Standes der Technik, 12B zeigt einen Käfig aus Beispiel 1 und 12C zeigt einen Käfig aus Beispiel 2.
13 ist eine Ansicht, die (i) den Maximalwert der maximalen Hauptspannung, die an dem Taschenboden des Käfigs erzeugt wird, (ii) den radialen Verschiebungsbetrag an einer Position, an der die äußere Umfangsfläche des Käfigs und ein äußerer Ring 5 in Kontakt kommen sollen, (iii) den axialen Verschiebungsbetrag des untersten Abschnitts der äußeren Umfangsfläche des Basisabschnitts und (iv) den Maximalwert der maximalen Hauptspannung zeigt, die in dem Klauenabschnitt erzeugt wird.
14 ist eine Querschnittsansicht eines Kugellagers gemäß dem Stand der Technik.
15 ist eine Ansicht eines Teils eines Käfigs gemäß dem Stand der Technik von der radialen Außenseite aus gesehen.
16 ist eine Perspektivansicht eines Käfigs gemäß dem Stand der Technik.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ein kronenförmiger Kugellagerkäfig und ein Kugellager gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Wie in 1 bis 4 gezeigt, wird ein kronenförmiger Kugellagerkäfig (im Folgenden auch als „kronenförmiger Käfig“ oder einfach als „Käfig“ bezeichnet) 10 der vorliegenden Ausführungsform auf ein in 14 gezeigtes Kugellager 1 in ähnlicher Weise wie ein in 15 und 16 gezeigter Käfig 100 des Standes der Technik angewendet.
Der kronenförmige Käfig 10 ist beispielsweise aus Harzmaterialien wie Nylon 46 (Polyamid 46, PA46), Nylon 66 (Polyamid 66, PA66), Polyamid 9T (PA9T), Polyamid 10T (PA10T), L-PPS und PEEK oder einem anderen Harzmaterial hergestellt. Um die Festigkeit des Käfigs 10 zu verbessern, kann außerdem eine Harzzusammensetzung verwendet werden, der mehrere zehn Prozent (beispielsweise 10 bis 50 Gew.-%) eines faserverstärkten Materials (Kohlenstofffaser, Glasfaser, Aramidfaser und dergleichen) zugesetzt sind. Als Verfahren für die Herstellung des Käfigs 10 werden beispielhaft ein Spritzgussverfahren unter Verwendung einer Form und ein Herstellungsverfahren mit einem 3D-Drucker beschrieben.
Der kronenförmige Käfig 10 umfasst einen ringförmigen Hauptabschnitt 20, eine Vielzahl von Säulenabschnitten 30, die in axialer Richtung von einer Oberseite 21 des Hauptabschnitts 20 in vorbestimmten Abständen in Umfangsrichtung hervorragen, und eine sphärische Tasche 40, die zwischen den benachbarten Säulenabschnitten 30 und 30 ausgebildet ist und die Kugeln 6 aufnehmen kann (siehe 14).
Auf der Oberseite 21 des Hauptabschnitts 20 sind in vorbestimmten Abständen in Umfangsrichtung mehrere sphärisch vertiefte Flächen 23 ausgebildet, die eine sphärische Form haben. Diese sphärisch vertiefte Fläche 23 ist über die gesamte radiale Breite des Hauptabschnitts 20 ausgebildet und bildet die Tasche 40.
Der Säulenabschnitt 30 ragt in axialer Richtung aus dem radial inneren Seitenabschnitt der Oberseite 21 des Hauptabschnitts 20 hervor. Daher ist die Oberseite 21 des Hauptabschnitts 20 auf der radial äußeren Seite des Säulenabschnitts 30 freigelegt. Bei dem kronenförmigen Käfig 100 (siehe 16) des Standes der Technik ragt der Säulenabschnitt 110 in axialer Richtung über die gesamte radiale Breite der Oberseite des Hauptabschnitts 109 hervor, so dass der Säulenabschnitt 30 der vorliegenden Anmeldung in dieser Hinsicht anders ist. Das heißt, in der vorliegenden Anmeldung wird eine Konfiguration angenommen, in der ein Bereich auf der radial äußeren Seite (Bereich S1 durch eine gestrichelte Linie in 4 angezeigt) des Säulenabschnitts 30 (Klauenabschnitt 31) geschnitten ist.
Der Säulenabschnitt 30 verfügt über zwei Klauenabschnitte 31 und 31 und einen Verbindungsabschnitt 33, der die beiden Klauenabschnitte 31 und 31 miteinander verbindet.
Die Spitzenendabschnitte 31A und 31A der beiden Klauenabschnitte 31 und 31 sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet. Darüber hinaus ist zwischen den Spitzenendabschnitten 31A und 31A der beiden benachbarten Klauenabschnitte 31 und 31, die die Tasche 40 bilden, ein Einlass 41 mit einer Breite, die kürzer als der Durchmesser der Kugel 6 ist (siehe 14), und zum Einführen der Kugel 6 bestimmt ist, vorgesehen.
Der Klauenabschnitt 31 hat eine sphärische erste Umfangsfläche 31 B, die die Tasche 40 bildet, und eine zweite Umfangsfläche 31C, die der ersten Umfangsfläche 31 B gegenüberliegt.
Die zweiten Umfangsflächen 31C und 31C der beiden Klauenabschnitte 31 bzw. 31 sind gekrümmt und nahtlos mit einer Oberseite 33A des Verbindungsabschnitts 33 verbunden. Die Oberseite 33A des Verbindungsabschnitts 33 entspricht einem im Wesentlichen U-förmigen unteren Abschnitt, der durch die beiden zweiten Umfangsflächen 31C und 31C ausgebildet ist. Die Oberseite 33A des Verbindungsabschnitts 33 (die unteren Abschnitte der beiden zweiten Umfangsflächen 31C und 31C) befindet sich leicht oberhalb (auf einer axialen Seite) der Oberseite 21 des Hauptabschnitts 20 (siehe 1 und 4). Daher bilden die beiden zweiten Umfangsflächen 31C und 31C einen im Wesentlichen U-förmigen Ausnehmungsabschnitt, wobei die unteren Abschnitte (die Oberseite 33A des Verbindungsabschnitts 33) relativ unterhalb (auf der anderen axialen Seite) angeordnet sind. Bei dem kronenförmigen Käfig 100 des Standes der Technik (siehe 15) ist die Oberseite des Verbindungsabschnitts (die unteren Abschnitte der beiden zweiten Umfangsflächen) deutlich über der Oberseite des Hauptabschnitts 109 angeordnet. Das heißt, in der vorliegenden Anmeldung wird eine Konfiguration angenommen, in der ein Bereich, der zwischen den zweiten Umfangsflächen 31C und 31C der beiden Klauenabschnitte 31 und 31 liegt (ein Bereich S2, der in 2 durch gestrichelte Linien angezeigt ist), ausgeschnitten ist.
Die ersten Umfangsflächen 31B und 31 B der beiden benachbarten Klauenabschnitte 31 und 31 und die sphärische vertiefte Fläche 23 des Hauptabschnitts 20 bilden die Tasche 40 aus. Diese beiden ersten Umfangsflächen 31B und 31B und die sphärische vertiefte Fläche 23 sind nahtlos miteinander verbunden, um die sphärische vertiefte Fläche der Tasche 40 auszubilden. Der Krümmungsradius der sphärischen vertieften Oberfläche der Tasche 40 ist größer als der Krümmungsradius der Rollfläche der Kugel 6 (siehe 14).
Da die zahlreichen Taschen 40 durch den Hauptabschnitt 20 verbunden sind, neigt auf diese Weise der Käfig 10 dazu, zu der radial äußeren Seite um den Hauptabschnitt 20 gekippt zu werden, wenn während der Hochgeschwindigkeitsdrehung eine Zentrifugalkraft auf den Käfig 10 ausgeübt wird. Um diese Neigung zu unterdrücken, sind in der vorliegenden Anmeldung die Bereiche S1 und S2 wie oben beschrieben geschnitten.
F = mrω2 wobei F die Zentrifugalkraft, m die Masse, r der Abstand von einer Drehwelle zu einem rotierenden Objekt (dem Käfig 10) und ω die Winkelgeschwindigkeit ist. Die in dem Käfig 10 (insbesondere in dem unteren Abschnitt der Tasche 40) erzeugte Spannung σ und der Verformungsbetrag δ des Käfigs 10 sind annähernd proportional zur Zentrifugalkraft F. Wenn also die axiale Breite des Kugellagers 1, der Innendurchmesser des Innenrings 3 und der Außendurchmesser des Außenrings 5 konstant sind, ist es notwendig, die Masse m des Käfigs 10 zu verringern, um die Spannung σ und den Verformungsbetrag δ zu reduzieren. Da der Verformungsbetrag δ des Käfigs 10 im Wesentlichen umgekehrt proportional zur Steifigkeit des Käfigs 10 ist, kann, wenn sich die Form des Käfigs 10 nicht ändert, die Steifigkeit des Käfigs 10, d.h. der Elastizitätsmodul, erhöht werden.
Wie in 4 gezeigt, ist ein Außendurchmesser D1 des Klauenabschnitts 31 kleiner als ein Außendurchmesser D2 des Hauptabschnitts 20 eingestellt. Das heißt, eine äußere Umfangsfläche 31D des Klauenabschnitts 31 (der Säulenabschnitt 30) ist innerhalb einer äu-ßeren Umfangsfläche 25 des Hauptabschnitts 20 um (D2 - D1) in der radialen Richtung positioniert. Darüber hinaus ist eine innere Umfangsfläche 31E des Klauenabschnitts 31 (Säulenabschnitt 30) glatt mit einer inneren Umfangsfläche 24 des Hauptabschnitts 20 verbunden und bildet die innere Umfangsfläche des Käfigs 10 ohne eine Stufe. Außerdem ist eine radiale Breite t1 des Klauenabschnitts 31 auf 1/2 oder weniger einer radialen Breite t2 des Hauptabschnitts 20 eingestellt. Durch Einstellen von D1 < D2 und t1 ≤ (t2/2) auf diese Weise wird eine Konfiguration angenommen, bei der der Bereich S1 auf der radial äußeren Seite des Klauenabschnitts 31 (Säulenabschnitt 30) geschnitten ist.
Ferner ist eine axiale Breite H1 (vertikale Breite in 4) von der Oberseite 33A des Verbindungsabschnitts 33 des Säulenabschnitts 30 zu einer Unterseite 26 des Hauptabschnitts 20 auf 1/2 oder weniger einer axialen Breite H2 des Käfigs 10 eingestellt. Durch die Einstellung von H1 ≤ (H2/2) auf diese Weise wird eine Konfiguration angenommen, bei der der Bereich S2 (siehe 2) auf der Rückseite des Klauenabschnitts 31 (der gegenüberliegenden Seite der Tasche 40, der Seite der zweiten Umfangsfläche 31C) geschnitten ist.
Darüber hinaus ist die axiale Breite H1, wenn die axiale Breite H1 extrem klein gemacht wird, da die Möglichkeit besteht, dass die Festigkeit des Käfigs 10 abnimmt, vorzugsweise größer als eine axiale Breite H3 (siehe 2) des Hauptabschnitts 20 an dem unteren Abschnitt der Tasche 40 (H1 > H3), und ist vorzugsweise größer als eine axiale Breite H4 (siehe 4) eines Teils des Hauptabschnitts 20, wo die Tasche 40 (sphärische vertiefte Oberfläche 23) nicht ausgebildet ist (H1 > H4). Auf diese Weise erfüllt das Größenverhältnis in axialer Richtung vorzugsweise H3 < H4 < H1 ≤ (H2/2).
Weiterhin ist der Hauptabschnitt 20 mit einem Öffnungsabschnitt 27 versehen, der in axialer Richtung zwischen benachbarten Taschen 40 und 40 offen ist. Der Öffnungsabschnitt 27 durchdringt die Unterseite 26 von der Oberseite 21 des Hauptabschnitts 20 in axialer Richtung. Der Öffnungsabschnitt 27 ist an der radial äußeren Seite des Säulenabschnitts 30 (den beiden Klauenabschnitten 31 und 31) angeordnet. Das heißt, dass wenigstens ein Teil des Öffnungsabschnitts 27 den Säulenabschnitt 30 (die beiden Klauenabschnitte 31 und 31) in der Umfangsrichtung überlappt. Außerdem sind der Klauenabschnitt 31 und der Öffnungsabschnitt 27 in radialer Richtung versetzt angeordnet, wobei der Öffnungsabschnitt 27 an der radial äußeren Seite des Klauenabschnitts 31 positioniert ist. Der gezeigte Umfangswandabschnitt des Öffnungsabschnitts 27 besteht aus einer gestuften Oberfläche (siehe 4), einer konischen Oberfläche oder ähnlichem, wobei jedoch die Form nicht besonders eingeschränkt ist. Es wird darauf hingewiesen, dass der Fall, in dem der Umfangswandabschnitt des Öffnungsabschnitts 27 aus einer gestuften Oberfläche, einer konischen Oberfläche oder ähnlichem besteht, vorzuziehen ist, da der Käfig 10 während des Spritzgießens leicht aus der Form entfernt werden kann, verglichen mit dem Fall, bei dem der Umfangswandabschnitt aus einer einfachen flachen Oberfläche besteht.
Wenn eine radiale Breite t3 (siehe 3) des Öffnungsabschnitts 27 extrem groß wird, besteht die Möglichkeit, dass die radiale Breite anderer Teile des Käfigs 10 klein wird, die Festigkeit abnimmt und das Harz nicht fließt und Hohlräume erzeugt werden, wenn der Käfig 10 durch Spritzgießen hergestellt wird. Daher beträgt die Breite jedes Teils des Käfigs 10 vorzugsweise 1 mm oder mehr. Daher ist die radiale Breite t3 des Öffnungsabschnitts 27 vorzugsweise ungefähr (t2/3) ≤ t3 ≤ (t2/2) in Bezug auf die radiale Breite t2 des Hauptabschnitts 20.
Wie oben beschrieben, sind bei dem Käfig 10 der vorliegenden Ausführungsform D1 < D2, t1 ≤ (t2/2) und H1 ≤ (H2/2) erfüllt und die Öffnungsabschnitte 27 ausgebildet. Auf diese Weise wird das Gewicht des Käfigs 10 reduziert und kann eine Verformung aufgrund der Zentrifugalkraft während der Hochgeschwindigkeitsdrehung unterdrückt werden. Daher kann verhindert werden, dass der Käfig 10 mit dem Außenring 5, der Abschirmplatte 7 und dergleichen in Kontakt kommt, wodurch Verschleiß, Vibration und Wärmeentwicklung des Käfigs 10 unterdrückt werden können. Außerdem sind der Klauenabschnitt 31 und der Öffnungsabschnitt 27 in radialer Richtung versetzt angeordnet und ist der Öffnungsabschnitt 27 an der radial äußeren Seite des Klauenabschnitts 31 positioniert. Dadurch kann das Gewicht des Käfigs 10 reduziert, der Abstand zwischen den Klauenabschnitten 31 und dem Außenring 5 gesichert und somit der Kontakt mit dem Außenring 5 unterdrückt werden, selbst wenn die Klauenabschnitte 31 verformt sind. Da der Klauenabschnitt 31 so geformt ist, dass er die Kugel 6 von der radial inneren Seite her hält, ist es notwendig, die Kugel 6 zu überwinden, damit sich der Klauenabschnitt 31 verformt, wenn die Zentrifugalkraft wirkt, wobei es zusätzlich einen Effekt der Unterdrückung der Verformung des Klauenabschnitts 31 gibt.
(Zweite Ausführungsform)
5 bis 7 zeigen einen Käfig 50 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der Käfig 50 der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem Käfig 50 der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Unterseite 26 des Hauptabschnitts 20 mit einem hervorragenden Abschnitt 28 versehen ist. Da der Rest der Konfiguration dieselbe wie die der oben beschriebenen Ausführungsform ist, wird auf die Beschreibung derselben durch das Anbringen von Bezugszeichen in den Zeichnungen verzichtet.
Der hervorragende Abschnitt 28 ragt in der axialen Richtung (einer Richtung, die einer Richtung entgegengesetzt ist, in der sich der Klauenabschnitt 31 in der vertikalen Richtung in 5 erstreckt) von der Unterseite 26 des Hauptabschnitts 20 zwischen den benachbarten Öffnungsabschnitten 27 und 27 hervor. Das heißt, die Unterseite 26 des Hauptabschnitts 20 weist eine Vielzahl von hervorragenden Abschnitten 28 auf, die in vorbestimmten Abständen in Umfangsrichtung unterhalb der Vielzahl von Taschen 40 ausgebildet sind.
Der hervorragende Abschnitt 28 überlappt vorzugsweise die Tasche 40 in Umfangsrichtung und in radialer Richtung. Das heißt, der Umfangsbereich und der radiale Bereich, in dem der hervorragende Abschnitt 28 vorgesehen ist, sind vorzugsweise im Wesentlichen derselbe wie der Umfangsbereich und der radiale Bereich, in dem die sphärische vertiefte Oberfläche 23 des Hauptabschnitts 20, der die Tasche 40 bildet, vorgesehen ist. Die radiale Breite und die Umfangsbreite des hervorragenden Abschnitts 28 der vorliegenden Ausführungsform sind im Wesentlichen dieselbe wie die radiale Breite (die radiale Breite t2 des Hauptabschnitts 20) und die Umfangsbreite der Tasche 40.
Bei dem Käfig 50 der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich die Wirkung der Unterdrückung von Spannungen und Verformungen, die durch die Zentrifugalkraft erzeugt werden, nicht so sehr von derjenigen der ersten Ausführungsform, wobei jedoch der Käfig 50 wirksam ist, wenn der Käfig 50 in das Lager 1, bestehend aus dem Innenring 3, dem Außenring 5 und den Kugeln 6, eingebaut ist. Das heißt es wird, wie später noch beschrieben wird, die in den Klauenabschnitten 31 des Käfigs 50 erzeugte Spannung reduziert.
(Dritte Ausführungsform)
8 offenbart einen Käfig 60 gemäß einer dritten Ausführungsform. Der Käfig 60 der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem Käfig 60 der oben beschriebenen Ausführungsform durch die radiale Abmessung der Klauenabschnitte 31. Da die übrige Konfiguration mit derjenigen der oben beschriebenen Ausführungsform übereinstimmt, wird auf deren Beschreibung durch Anbringen von Bezugszeichen in den Zeichnungen verzichtet.
Bei dem Käfig 60 der vorliegenden Ausführungsform nimmt die radiale Breite des Klauenabschnitts 31 von der Seite des Hauptabschnitts 20 in Richtung des Spitzenendabschnitts 31A des Klauenabschnitts 31 ab. Das heißt, die Beziehung zwischen den radialen Breiten a1, a2 und a3 des Klauenabschnitts 31 in 8 erfüllt a1 < a2 < a3.
Mit einer derartigen Konfiguration kann die in dem Klauenabschnitt 31 erzeugte Spannung und Dehnung reduziert werden. Insbesondere ist diese Konfiguration wirksam, wenn der Spitzenendabschnitt 31A des Klauenabschnitts 31 eine Kraft von der Kugel 6 erhält. Wenn der Käfig 60 spritzgegossen wird, kann der Käfig 60 außerdem leicht aus der Form entfernt werden, was effektiv ist.
(Vierte Ausführungsform)
9 offenbart einen Käfig 70 gemäß einer vierten Ausführungsform. Der Käfig 70 der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem Käfig 70 der ersten Ausführungsform durch den Umfangsabstand zwischen den zweiten Umfangsflächen 31C und 31C der beiden benachbarten Klauenabschnitte 31 und 31, die die Tasche 40 bilden. Da der Rest der Konfiguration derselbe wie die der oben beschriebenen Ausführungsform ist, wird auf die Beschreibung davon durch das Anbringen von Bezugszeichen in den Zeichnungen verzichtet.
In dem Käfig 70 der vorliegenden Ausführungsform nimmt in den beiden benachbarten Klauenabschnitten 31 und 31, die die Tasche 40 bilden, der Umfangsabstand zwischen den beiden zweiten Umfangsflächen 31C und 31C von der Seite des Hauptabschnitts 20 zu dem Spitzenendabschnitt 31A des Klauenabschnitts 31 ab. Das heißt, die Beziehung der Umfangsabstände b1, b2 und b3 zwischen den zweiten Umfangsflächen 31C und 31C der beiden benachbarten Klauenabschnitte 31 und 31 in 9 erfüllt b1 < b2 < b3.
Mit einer derartigen Konfiguration kann die in dem Klauenabschnitt 31 erzeugte Spannung und Dehnung reduziert werden. Insbesondere ist diese Konfiguration wirksam, wenn der Spitzenendabschnitt 31A des Klauenabschnitts 31 eine Kraft von der Kugel 6 erhält. Wenn der Käfig 70 spritzgegossen wird, kann der Käfig 70 außerdem leicht aus der Form entfernt werden, was effektiv ist.
(Beispiele)
Um die Effekte der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, wurde eine Analyse nach der Methode der finiten Elemente durchgeführt. Bei den zu untersuchenden Käfigen 10 und 50 handelt es sich um kronenförmige Kunstharzkäfige, die für Lager mit einem Innendurchmesser von 35 mm verwendet werden. Auf der Grundlage des kronenförmigen Kunstharzkäfigs des Standes der Technik wurde die Form auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung festgelegt. Das heißt, wie in 10A bis 10C gezeigt, wird der in 15 und 16 gezeigte Käfig 100 als konventionelles Produkt (10A), der Käfig 10 der ersten Ausführungsform, die in 1 bis 4 gezeigt ist, als Beispiel 1 (10B) und der Käfig 50 der zweiten Ausführungsform, die in 5 bis 7 gezeigt ist, als Beispiel 2 (10C) angenommen.
Was die Käfiggröße betrifft, so wurde sowohl in dem Vergleichsbeispiel als auch in den Beispielen 1 und 2 der Innendurchmesser der Käfige 10 und 50 (100) auf 49 mm, der maximale Außendurchmesser des Hauptabschnitts 20 (109) auf 58 mm und die axiale Höhe der Käfige 10 und 50 (100) auf 10 mm festgelegt. Die axiale Breite H1 von der Oberseite 33A des Verbindungsabschnitts 33 des Säulenabschnitts 30 (110) bis zur Unterseite 26 des Hauptabschnitts 20 (109) wurde im Vergleichsbeispiel auf 7 mm und in den Beispielen 1 und 2 auf 3 mm festgelegt. Darüber hinaus wurde die radiale Dicke des Spitzenendabschnitts 31A des Klauenabschnitts 31 (112) im Vergleichsbeispiel auf 4,7 mm und in den Beispielen 1 und 2 auf 1,2 mm festgelegt. Die radiale Dicke des Öffnungsabschnitts 27 des Hauptabschnitts 20 wurde in den Beispielen 1 und 2 auf 2 mm festgelegt. Die axiale Dicke des hervorragenden Abschnitts 28 wurde in Beispiel 2 auf 0,9 mm festgelegt.
Als Werte für die physikalischen Eigenschaften der Käfige 10 und 50 (100) wurden Werte verwendet, die Nylon 46 (PA46) bei hohen Temperaturen entsprechen, wobei davon ausgegangen wurde, dass die Lager bei hohen Drehzahlen eingesetzt werden. Insbesondere wurde der Elastizitätsmodul auf 3.500 MPa, die Poissonzahl auf 0,4 und die Dichte auf 1,38 g/cm³ festgelegt. Die Drehzahl des Innenrings betrug 30.000 U/min.
Die maximale Hauptspannungsverteilung, die in den Käfigen 10 und 50 (100) durch die Zentrifugalkraft erzeugt wird, ist in 12A bis 12C dargestellt. Es ist zu erkennen, dass in dem in 12A dargestellten Beispiel eine große Spannung erzeugt wird. Da die Vergrö-ßerung der Verformung als 1 dargestellt ist, kann man sehen, dass die Verformung, d.h. die Neigung des Spitzenendes des Klauenabschnitts 112 groß ist. Andererseits ist in den in 12B und 12C gezeigten Beispielen 1 und 2 zu erkennen, dass die Erzeugung von Spannungen im Vergleich zum Stand der Technik unterdrückt ist.
13 zeigt (i) den Maximalwert der maximalen Hauptspannung, die in dem Taschenboden der Käfige 10 und 50 (100) erzeugt wird, (ii) den radialen Verschiebungsbetrag in einer Position (der Teil B in 14), in der angenommen wird, dass die äußere Umfangsfläche der Käfige 10 und 50 (100) und der Außenring 5 miteinander in Berührung kommen, (iii) den axialen Verschiebungsbetrag des untersten Abschnitts der äußeren Umfangsfläche des Hauptabschnitts 20 (109) und (iv) den Maximalwert der maximalen Hauptspannung, die in dem Klauenabschnitt 31 (112) erzeugt wird. Zusätzlich wird (iv) der Maximalwert der maximalen Hauptdehnung, die in dem Klauenabschnitt 31 (112) erzeugt wird, erhalten, indem angenommen wird, dass die Käfige 10 und 50 (100) in das Lager 1 eingesetzt werden, das aus dem Innenring 3, dem Außenring 5 und den Kugeln 6 besteht, wobei ein Teil des Käfigs 10 wie in 11 gezeigt modelliert wird, und eine Analyse des Drückens der Kugel 6 mit einer Last F durchgeführt wird.
Sowohl in Beispiel 1 als auch in Beispiel 2 waren die Werte von (i) bis (iv) im Vergleich zum Stand der Technik stark reduziert, was den Effekt bestätigt. Es gab fast keinen Unterschied zwischen Beispiel 1 und Beispiel 2 bei (i) der Spannung des Taschenbodens, (ii) dem radialen Verschiebungsbetrag und (iii) dem axialen Verschiebungsbetrag, wobei jedoch (iv) die Dehnung zum Zeitpunkt des Einbringens der Kugel in Beispiel 2 um etwa 20 % im Vergleich zu der von Beispiel 1 reduziert war.
Es wird angenommen, dass dies daran liegt, dass, wie in 10A bis 10C gezeigt, wenn die Kugeln 6 in die Taschen 40 der Käfige 10 und 50 geschoben werden, der Klauenabschnitt 31 dazu neigt, sich in der Umfangsrichtung mit dem Teil mit geringer Steifigkeit als Drehpunkt P zu verbreitern. Das heißt, es wird davon ausgegangen, dass dies der Fall ist, weil die erzeugte Dehnung um so mehr gestreut wird, je weiter der Drehpunkt P von dem Spitzenendabschnitt 31A des Klauenabschnitts 31 entfernt ist, und somit der Maximalwert abnimmt.
Bei dem Stand der Technik neigt der Teil in der Nähe des Spitzenendabschnitts des Klauenabschnitts 112 dazu, sich in Richtung des Drehpunkts P zu verbreitern, so dass der in dem Klauenabschnitt 112 erzeugte Dehnungsbereich (Dehnungserzeugungsbereich D) schmaler wird und die Dehnung zunimmt. Andererseits ist in Beispiel 1, da der Abstand zwischen dem Spitzenendabschnitt 31A des Klauenabschnitts 31 und dem Drehpunkt P lang ist, der Dehnungserzeugungsbereich D breiter und ist die Dehnung geringer als beim Stand der Technik. Darüber hinaus ist in Beispiel 2, da der Abstand von dem Spitzenendabschnitt 31A des Klauenabschnitts 31 zu dem Drehpunkt lang ist, der Dehnungserzeugungsbereich D noch breiter und die Dehnung noch geringer als in Beispiel 1.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Käfige 10 und 50 der Beispiele 1 und 2, wie oben beschrieben, vorzugsweise auf einen Käfig mit einem Harzmaterial aufgebracht werden, das eine geringere Dehnungsfestigkeit als Nylon 46 oder Nylon 66 aufweist, da die Dehnung reduziert werden kann.
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-005913 , die am 18. Januar 2021 eingereicht wurde, und deren Inhalt hier durch Bezugnahme enthalten ist.
Bezugszeichenliste

1: Kugellager
2: Innenringlaufbahn
3: Innenring
4: Außenringlaufbahn
5: Außenring
6: Kugel
7: Abschirmplatte
10: Kronenförmiger Kugellagerkäfig
20: Hauptabschnitt
21: Oberseite
23: Sphärische vertiefte Oberfläche
24: Innere Umfangsfläche
25: Äußere Umfangsfläche
26: Unterseite
28: Hervorragender Abschnitt
27: Öffnungsabschnitt
30: Säulenabschnitt
31: Klauenabschnitt
31A: Spitzenendabschnitt
31B: Erste Umfangsfläche
31C: Zweite Umfangsfläche
31D: Äußere Umfangsfläche
31E: Innere Umfangsfläche
33: Verbindungsabschnitt
33A: Oberseite
40: Tasche
41: Einlass
50, 60, 70: Käfig

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2008274977 [0010]
JP 5436204 B [0010]
JP 2021005913 [0053]

Claims

Kronenförmiger Kugellagerkäfig, umfassend: einen ringförmigen Hauptabschnitt; eine Vielzahl von Säulenabschnitten, die in einer axialen Richtung von dem Hauptabschnitt in vorbestimmten Abständen in einer Umfangsrichtung hervorragen; und eine sphärische Tasche, die zwischen den benachbarten Säulenabschnitten ausgebildet ist und eine sphärische vertiefte Oberfläche aufweist, die eine Kugel aufnehmen kann, wobei der Säulenabschnitt zwei Klauenabschnitte, deren Spitzenendabschnitte voneinander beabstandet sind, und einen Verbindungsabschnitt aufweist, der die beiden Klauenabschnitte miteinander verbindet, ein Einlass mit einer Breite, die kürzer als der Durchmesser der Kugel ist, und zum Einführen der Kugel bestimmt ist, zwischen den Spitzenendabschnitten der beiden benachbarten, die Tasche bildenden Klauenabschnitte vorgesehen ist, ein Krümmungsradius der sphärischen vertieften Oberfläche der Tasche größer ist als ein Krümmungsradius einer Rollfläche der Kugel, ein Außendurchmesser D1 des Klauenabschnitts kleiner ist als ein Außendurchmesser D2 des Hauptabschnitts, eine radiale Breite t1 des Klauenabschnitts 1/2 oder weniger der radialen Breite t2 des Hauptabschnitts beträgt, eine axiale Breite H1 von einer Oberseite des Verbindungsabschnitts des Säulenabschnitts zu einer Unterseite des Hauptabschnitts 1/2 oder weniger einer axialen Breite H2 des kronenförmigen Kugellagerkäfigs beträgt, und in dem Hauptabschnitt ein Öffnungsabschnitt, der sich in der axialen Richtung öffnet, zwischen den benachbarten Taschen vorgesehen ist, der Klauenabschnitt und der Öffnungsabschnitt in einer radialen Richtung versetzt vorgesehen sind und der Öffnungsabschnitt an einer radial äußeren Seite des Klauenabschnitts angeordnet ist.
Kronenförmige Kugellagerkäfig nach Anspruch 1, bei dem die axiale Breite H1 von der Oberseite des Verbindungsabschnitts des Säulenabschnitts zu der Unterseite des Hauptabschnitts größer ist als eine axiale Breite H3 des Hauptabschnitts an einem unteren Abschnitt der Tasche.
Kronenförmiger Kugellagerkäfig nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Unterseite des Hauptabschnitts einen hervorragenden Abschnitt aufweist, der in axialer Richtung zwischen den benachbarten Öffnungsabschnitten hervorragt.
Kronenförmiger Kugellagerkäfig nach Anspruch 3, bei dem ein radialer Bereich und ein Umfangsbereich, in dem der hervorragende Abschnitt vorgesehen ist, im Wesentlichen derselbe ist wie ein radialer Bereich und ein Umfangsbereich, in dem die sphärische vertiefte Oberfläche des Hauptabschnitts, der die Tasche bildet, vorgesehen ist.
Kronenförmiger Kugellagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem eine radiale Breite des Klauenabschnitts von der Seite des Hauptabschnitts in Richtung der Seite des Spitzenendabschnitts des Klauenabschnitts abnimmt.
Kronenförmiger Kugellagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Klauenabschnitt eine erste Umfangsfläche, die die Tasche bildet, und eine zweite Umfangsfläche aufweist, die der ersten Umfangsfläche gegenüberliegt, und in den beiden benachbarten Klauenabschnitten, die die Tasche bilden, sich ein Umfangsabstand zwischen den beiden zweiten Umfangsflächen von der Seite des Hauptabschnitts zur Seite des Spitzenendabschnitts des Klauenabschnitts verringert.
Kugellager, umfassend: einen Außenring; einen Innenring; zahlreiche Kugeln, die zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet sind; und den kronenförmigen Kugellagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 6.