TWI515375B

TWI515375B - Roller bearings

Info

Publication number: TWI515375B
Application number: TW102105622A
Authority: TW
Original assignee: Hiwin Tech Corp
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2016-01-01
Also published as: TW201433709A

Description

滾柱軸承

本發明係與滾柱軸承有關，特別是關於一種低滑動摩擦滾柱軸承。

請參閱第1圖，習用之滾柱軸承10主要包含有一內環11、一外環12，以及能滾動地設置於該內環11及該外環12之間的多數滾柱13，該內環11及該外環12分別具有二相互垂直之軌道面112、122，各該滾柱13係以其圓柱面132與其中一該軌道面112及其中一該軌道面122滾動接觸，藉以使該內環11及該外環12能相對轉動地相互結合，由於滾動接觸產生之摩擦阻力較低，因此該內環11及該外環12能相當順暢地相對轉動，且驅動其旋轉動作所需之力矩也較小。

目前市面上的滾柱軸承中，各滾柱13之長度大約等於滾柱13之外徑，且亦大約等於各軌道面112、122之寬度，因此，各滾柱13之圓柱面132幾乎完全會與軌道面112、122接觸，然而，由於軌道面112、122不同位置的切線速度不同，造成滾柱13與軌道面112、122之間產生滑動而增加摩擦阻力。

換言之，習用之滾柱軸承的滾柱與軌道面接觸長度大，因而其摩擦阻力大，在其應用於高轉速之裝置時會因為快速升溫而容易損壞，因此仍有待改進。

有鑑於上述缺失，本發明之主要目的在於提供一種滾柱軸承，其滾柱與軌道面之間的摩擦阻力較小，因此該滾柱軸承在高速轉動下較不易損壞。

為達成上述目的，本發明所提供之滾柱軸承包含有一外環、一內環及多數滾柱，該外環及該內環分別具有一滾動溝，各該滾動溝具有二相互垂直之軌道面，該等滾柱係能與該外環之軌道面及該內環之軌道面滾動接觸地同時設置於該外環之滾動溝及該內環之滾動溝，藉以使該外環及該內環能相對轉動地相互結合；該滾柱軸承之特徵在於該外環之滾動溝及該內環之滾動溝分別更具有一凹槽，該外環之凹槽係位於該外環之該二軌道面之間並自該二軌道面凹陷，該內環之凹槽係位於該內環之該二軌道面之間並自該二軌道面凹陷，各該軌道面之寬度與各該滾柱之直徑的比值係大於或等於0.45且小於或等於0.62。

藉由本發明所提供之軌道面寬度與滾柱直徑的比值設計，本發明所提供之滾柱軸承相較於習用者而言，其滾柱與軌道面之間的滑動摩擦會大幅減少，且滾柱軸承之負荷能力也不至於降低太多，尤其對於高速轉動的使用狀況下，通常負荷需求都會稍微降低，因此本發明所提供之滾柱軸承可滿足高轉速之使用需求而不易損壞。

有關本發明所提供之滾柱軸承的詳細構造、特點、組裝或使用方式，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，在本發明領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。

[先前技術]

10‧‧‧滾柱軸承

11‧‧‧內環

112‧‧‧軌道面

12‧‧‧外環

122‧‧‧軌道面

13‧‧‧滾柱

132‧‧‧圓柱面

[實施例]

20‧‧‧滾柱軸承

30‧‧‧外環

32‧‧‧外半環

34‧‧‧內側面

36‧‧‧滾動溝

361、362‧‧‧軌道面

364‧‧‧凹槽

365、366‧‧‧凹缺

40‧‧‧內環

44‧‧‧外側面

46‧‧‧滾動溝

461、462‧‧‧軌道面

464‧‧‧凹槽

465、466‧‧‧凹缺

50‧‧‧滾柱

52‧‧‧圓柱面

60‧‧‧滾柱軸承

70‧‧‧外環

80‧‧‧內環

82‧‧‧內半環

D‧‧‧滾柱直徑

W‧‧‧軌道面寬度

L1、L2‧‧‧中心軸線

L‧‧‧凹槽開口寬度

第1圖為習用之滾柱軸承的剖視圖；第2圖為本發明一第一較佳實施例所提供之滾柱軸承的立體分解圖；第3圖為本發明該第一較佳實施例所提供之滾柱軸承的立體組合圖；第4圖為第3圖沿剖線4-4之剖視圖；以及第5圖為本發明一第二較佳實施例所提供之滾柱軸承的立體組合圖。

請參閱第2圖及第3圖，本發明一第一較佳實施例所提供之滾柱軸承20包含有一外環30、一內環40，以及多數滾柱50。

在本實施例中，該外環30係由二外半環32固接而成。請參閱第4圖，該外環30具有一內側面34，以及一自該內側面34凹陷之滾動溝36，該滾動溝36之截面係概呈V形，具有二相互垂直之軌道面361、362、一位於該二軌道面361、362之間並自該二軌道面361、362凹陷之凹槽364，以及分別位於該二軌道面361、362與該內側面34之間的二凹缺365、366。

該內環40具有一外側面44，以及一自該外側面44凹陷之滾動溝46，該滾動溝46具有二相互垂直之軌道面461、462、一位於該二軌道面461、462之間並自該二軌道面461、462凹陷之凹槽464，以及分別位於該二軌道面461、462與該內側面44之間的二凹缺465、466。

該內環40係以其外側面44與該外環30之內側面34相對地設置於該外環30中央，該等滾柱50係能與該外環30之軌道面及該內環40之軌道面滾動接觸地同時設置於該外環30之滾動溝36及該內環40之滾動溝46，藉以使該外環30及該內環40能相對轉動地相互結合。

如第2圖所示，每兩相鄰之滾柱50係交叉設置，因此，其中一半數量之滾柱50(例如第4圖右邊所示者)係以其圓柱面52與該外環30之軌道面361及該內環40之軌道面461滾動接觸，而另一半數量之滾柱50(例如第4圖左邊所示者)係以其圓柱面52與該外環30之軌道面362及該內環40之軌道面462滾動接觸。

各該滾柱50之長度係概與其直徑D相等，該二軌道面361、461之距離及該二軌道面362、462之距離亦概與滾柱50之直徑D相等，由於該等滾動溝36、46設有凹槽364、464及凹缺365、366、465、466，各該滾柱50僅一部分之圓柱面52會與軌道面361、362、461、462滾動接觸，因而較習用之滾動軸承產生較少的滑動摩擦，但該滾柱軸承20同時也因滾柱50與軌道面361、362、461、462之接觸長度較小而減少其負荷能力。由於打滑扭矩y1係與前述之接觸長度的平方成正比，而負荷能力y2係與前述之接觸長度成正比，若將直徑D設為1，前述之接觸長度設為x，可由下列二方程式推算x之較佳值：y1=x²，0≦x≦1

y2=1-x，0≦x≦1

前述二方程式之計算結果為x=0.62，意即，當滾柱50與軌道面361、362、461、462之接觸長度減少至滾柱直徑D的0.62倍時即可明顯產生降低滑動摩擦之效果，並且不至於使負荷能力過度降低，因此可將各該軌道面361、362、461、462之寬度(軌道面361、362之寬度為凹缺365、366與凹槽364的最小距離，軌道面461、462之寬度為凹缺465、466與凹槽464的最小距離)設計為0.62D。

由於前述分析僅以滑動的理論量為考量，但實際上尚有其他因素需要考慮，例如振動、潤滑油之阻尼等等，針對軌道面寬度W(第4圖中W標示為軌道面361之寬度，但在本說明書中W可表示為各該軌道面361、362、461、462之寬度)與滾柱直徑D之比值與滾柱軸承運作時之温升的關係，實際測試結果顯示，當W/D小於0.45時，W值之減少對於溫升之減少的效應並不大。因此，本發明係將各該軌道面361、362、461、462之寬度W與各該滾柱50之直徑D的比值設計為大於或等於0.45且小於或等於0.62，藉以有效地減少滑動摩擦，使得該滾柱軸承20在高速轉動下較習用者更不易損壞。

在本實施例中，該等軌道面361、362、461、462之寬度W係相等，而且，該二軌道面361、461係相對於與其滾動接觸之滾柱50的中心軸線L1而相互對稱，該二軌道面362、462係相對於與其滾動接觸之滾柱50的中心軸線L2而相互對稱；藉此，各該滾柱50與外環30及內環40的接觸部分係相互對稱，因而可避免滾柱50受力不均而降低其負荷能力，且可避免產生扭力而導致滾柱50易損壞。然而，各該軌道面361、362、461、462之寬度不限於相等，且亦不限於符合前述之對稱關係，只要能符合上述之比值即可。

另外，在本實施例中，各該軌道面361、362、461、462係位於滾柱50之滾柱面52的中央區段，在此狀況下，各該凹槽364、464之開口寬度L滿足以下之方程式：L=(D-W)/1.414；藉此，各該滾柱50可受力更平均而提升其負荷能力，且更可避免滾柱50損壞。然而，各該凹槽364、464之開口寬度L不以滿足前述方程式為限。

值得一提的是，前述實施例所提供之滾柱軸承20，其內環40一體成型而外環30由二外半環32組成之設計，可使得該等滾柱50較容易被設置於內、外環40、30之間。然而，上述內容中能使該滾柱軸承20減少摩擦阻力及維持負荷能力之特徵亦可應用於如第五圖所示之本發明一第二較佳實施例所提供之滾柱軸承60，其外環70係一體成型，且其內環80 係由二內半環82固接而成，如此之設計亦具有滾柱容易設置之功效；或者，本發明亦可為內、外環皆為一體成型之滾柱軸承。

最後，必須再次說明，本發明於前揭實施例中所揭露的構成元件，僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。