滚动轴承
阅读：15发布：2021-06-18
专利汇可以提供滚动轴承专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 滚动 轴承 。 滚动轴承 具备 内圈 、 外圈 、多个滚珠、及 保持架 。在外圈的与安装该外圈的对方构件(壳体)嵌合的嵌合面上形成有蠕动抑制用的环状槽。在外圈的与嵌合面相反的一侧的内周面上形成有供滚珠进行滚动 接触 的外圈 滚道 槽。通过滚珠与外圈滚道槽接触而产生的接触椭圆的整体位于形成有环状槽的外圈的轴向范围内。，下面是滚动轴承专利的具体信息内容。
1.一种滚动轴承，包括：
内圈；
外圈；
设置于所述内圈与所述外圈之间的多个滚珠；及
保持所述多个滚珠的保持架，其中，
所述内圈和所述外圈中的一方为旋转圈而另一方为固定圈，
在所述固定圈的与安装所述固定圈的对方构件嵌合的嵌合面上形成有蠕动抑制用的环状槽，在所述固定圈的与所述嵌合面相反的一侧的周面上形成有供所述滚珠进行滚动接触的滚道槽，
通过所述滚珠与所述滚道槽接触而产生的接触椭圆的整体位于所述固定圈的形成有所述环状槽的轴向范围内。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承，其中，
所述滚动轴承是作用有径向及轴向的载荷的滚动轴承，
从所述接触椭圆的中心沿径向延伸的假想线与所述环状槽具有的最深的底部交叉。
3.根据权利要求2所述的滚动轴承，其中，
所述环状槽具有：槽深度为最大且该槽深度沿轴向恒定的圆筒状的所述底部；及位于该底部的轴向两侧且随着朝向槽端而槽深度变浅的斜面部。
滚动轴承
技术领域
背景技术
[0003] 在各种工业设备中使用较多的滚动轴承。滚动轴承具备内圈、外圈、多个滚动体及保持架。滚动体介于上述内圈与外圈之间。保持架对这些滚动体进行保持。例如图5所示，在对壳体97内的旋转轴99进行支承的滚动轴承90中，内圈91外嵌而安装于旋转轴99，外圈92安装于壳体97的内周面98。
[0004] 在这样的滚动轴承90中，存在内圈91与旋转轴99以“过盈配合”的状态组装，相对于此，外圈92与壳体97以“间隙配合”的状态组装组装的情况。这种情况下，在旋转轴99旋转的使用状态下，在外圈92与壳体97之间有时会发生蠕动(外圈92相对于壳体97的周向的滑动)。
[0005] 为了抑制前述那样的蠕动的发生，增大外圈92的壁厚或增加作为滚动体的滚珠95的个数是有效的。然而，在这些情况下，存在滚动轴承90的重量增加的问题。因此，作为其他的手段，如图5所示，提出了在外圈92的外周面94形成有环状槽93的滚动轴承(参照日本特开2006-322579号公报)。根据该滚动轴承90，即使径向(向心方向)的大的载荷发挥作用，外圈92的弹性变形也难以向壳体97传递，能够抑制蠕动。在这样的载荷发挥作用时容易产生的蠕动是外圈92向与轴承旋转方向相同的方向缓慢滑动的蠕动。
[0006] 如上所述，通过在外圈92的外周面94形成环状槽93，能够抑制在径向的大的载荷发挥作用时产生的蠕动。然而，为了有效地进行所述蠕动的抑制，采用何种方式的环状槽93是优选的还不清楚。
发明内容
[0007] 本发明的目的之一在于进一步提高由形成于固定圈的环状槽产生的蠕动抑制的效果。
[0008] 本发明的一方式的滚动轴承的结构上的特征在于，包括：内圈；外圈；设置于所述内圈与所述外圈之间的多个滚珠；及保持所述多个滚珠的保持架，其中，所述内圈和所述外圈中的一方为旋转圈而另一方为固定圈，在所述固定圈的与安装所述固定圈的对方构件嵌合的嵌合面上形成有蠕动抑制用的环状槽，在所述固定圈的与所述嵌合面相反的一侧的周面上形成有供所述滚珠进行滚动接触的滚道槽，通过所述滚珠与所述滚道槽接触而产生的接触椭圆的整体位于所述固定圈的形成有所述环状槽的轴向范围内。
附图说明
[0009] 前述及后述的本发明的特征及优点通过下面的具体实施方式的说明并参照附图而明确，其中，相同的标号表示相同的部件。
[0010] 图1是表示本发明的滚动轴承的一实施方式的剖视图。
[0011] 图2是滚珠、外圈及壳体的剖视图。
[0012] 图3是滚珠及外圈的立体图。
[0013] 图4是表示另一方式的滚动轴承的剖视图。
[0014] 图5是表示以往的滚动轴承的剖视图。
[0015] 图6是表示未形成环状槽的以往的滚动轴承的说明图。
具体实施方式
[0016] 以下，基于附图，说明本发明的实施方式。图1是表示本发明的滚动轴承的一实施方式的剖视图。图1所示的滚动轴承7设置在具有壳体2及旋转轴4的旋转装置上，将旋转轴4支承为相对于壳体2旋转自如。旋转轴4具有小径轴部4a和大径轴部4b。在小径轴部4a外嵌而安装有滚动轴承7。大径轴部4b的外径比该小径轴部4a大。滚动轴承7的内圈11处于从轴向与大径轴部4b接触的状态。在壳体2的内周面3(以下，也称为壳体内周面3)的轴向一侧设有环状部5。滚动轴承7的外圈12处于从轴向与在环状部5接触的状态。
[0017] 滚动轴承7具备内圈11、外圈12、多个滚珠(滚动体)13、环状的保持架14。内圈11外嵌而安装于旋转轴4。外圈12安装于壳体内周面3。多个滚珠13介于上述内圈11与外圈12之间。保持架14对这些滚珠13进行保持。图1所示的滚动轴承7是深沟球轴承。
[0018] 滚动轴承7对旋转轴4进行支承，由此径向的载荷作用于该滚动轴承7。壳体2的环状部5将外圈12从轴向一侧向轴向另一侧按压，旋转轴4的大径轴部4b能够将内圈11从轴向另一侧向轴向一侧按压。这样设置上述环状部5、滚动轴承7及旋转轴4。即，滚动轴承7处于也被施加轴向的载荷的环境。通过以上所述，径向的载荷与轴向的载荷的合成载荷作用于滚动轴承7。
[0019] 在本实施方式中，内圈11与旋转轴4以“过盈配合”的状态组装。内圈11紧贴而嵌合于旋转轴4并能够与旋转轴4一体旋转。相对于此，外圈12安装于处于固定状态的壳体2。该外圈12以“间隙配合”的状态组装于壳体内周面3。因此，在旋转轴4与内圈11一起旋转的使用状态下，在外圈12与壳体2之间有时会产生蠕动(外圈12相对于壳体2的周向的滑动)。关于蠕动，在后文进行说明。
[0020] 在内圈11的外周面形成有供滚珠13滚动的内圈滚道槽(滚道面)11a。在外圈12的内周面形成有供滚珠13滚动的外圈滚道槽(滚道面)12a。多个滚珠13设置于内圈11与外圈12之间的环状空间15。当滚动轴承7旋转时(当内圈11旋转时)，上述滚珠13以由保持架14保持的状态在内圈滚道槽11a和外圈滚道槽12a上滚动。
[0021] 如图1所示，内圈滚道槽11a及外圈滚道槽12a各自的截面形状是具有比滚珠13的半径稍大的曲率半径的圆弧形状。因此，当载荷(所述合成载荷)作用于滚动轴承7时，在滚珠13与内圈滚道槽11a之间及滚珠13与外圈滚道槽12a之间分别产生椭圆形的接触面。以下，将这些椭圆形的接触面称为接触椭圆。
[0022] 保持架14能够将多个滚珠13沿周向空出规定间隔(等间隔)地保持。为此，在保持架14沿周向形成有多个用于收容滚珠13的兜孔。本实施方式的保持架14具有圆环部14a和多个柱部14b。圆环部14a设置在滚珠13的轴向一侧。柱部14b从该圆环部14a向轴向另一侧延伸。位于圆环部14a的轴向另一侧且在周向上相邻的一对柱部14b、14b间成为所述兜孔。保持架14可以是其他的方式，例如，可以设为在轴向另一侧也具有圆环部的结构。
[0023] 在本实施方式的滚动轴承7中，作为固定圈的外圈12安装于壳体2(对方构件)。该外圈12的外周面成为与壳体2(内周面3)嵌合的嵌合面22。在该嵌合面22形成有环状槽32。环状槽32由沿周向连续的环状的凹槽构成。该截面形状沿周向不变化而相同。在本实施方式中，环状槽32设置在嵌合面22的轴向上的中央的区域。在表示环状槽32的图1等中，为了便于说明其形状而记载得较深。然而，实际的环状槽32的深度与外圈12的厚度相比极小，能够将环状槽32的深度设为例如小于1mm。环状槽32与壳体2(内周面3)成为非接触。
[0024] 外圈12在环状槽32的轴向两侧具有圆筒部36、37。上述圆筒部36、37的外周面由以滚动轴承7的轴承中心线C0为中心的圆筒面构成。以下，将上述圆筒部36、37的外周面称为圆筒面36a、37a。如图1所示，在包含轴承中心线C0的截面中，圆筒面36a、37a具有与轴承中心线C0平行的直线形状。上述圆筒面36a、37a成为能够与壳体2(内周面3)接触的面。
[0025] 如上所述，轴向的载荷作用于滚动轴承7。因此，在图1所示的方式中，滚珠13在比外圈滚道槽12a中的最深的点Q1靠轴向一侧的点P1处与外圈12接触。而且，滚珠13在比内圈滚道槽11a中的最深的点Q2靠轴向另一侧的点P2处与内圈11接触。在图1所示的截面中，将成为滚珠13与外圈12及内圈11接触的接触点的点P1与点P2连结的直线L1相对于通过滚珠13的中心且沿径向延伸的中心线L0而倾斜。如上所述，由径向的载荷和轴向的载荷产生的合成载荷作用于该滚动轴承7。即，通过该合成载荷而滚珠13与外圈12及内圈11接触的方向成为相对于所述中心线L0倾斜的直线L1的方向。该滚动轴承7具有接触角。
[0026] 在此，对于在壳体2与外圈12之间产生的蠕动进行说明。在滚动轴承7可能会产生的蠕动可考虑如下的三个。在本实施方式的情况下，下述的轴承旋转方向是作为旋转圈的内圈11的旋转方向。
[0027] ·第一蠕动：外圈12向与轴承旋转方向相同的方向缓慢滑动的蠕动[0028] ·第二蠕动：外圈12向与轴承旋转方向相同的方向快速滑动的蠕动[0029] ·第三蠕动：外圈12向与轴承旋转方向相反的方向滑动的蠕动
[0030] 第一蠕动在包含径向(向心方向)的成分的大的载荷作用于滚动轴承7时容易发生，可认为由于下述的机理而发生。即，在包含径向的成分的大的载荷作用于滚动轴承7时，滚珠13承受高负载而通过外圈滚道槽12a，此时，滚珠13的正下方即外圈外周侧局部地发生弹性变形。在图1所示的滚动轴承7的情况下，除了径向的大的载荷之外，轴向的载荷也发挥作用。由于所述直线L1的方向的合成载荷发挥作用，在点P1的径向外侧的部分，外圈12以应变量增大的方式发生弹性变形。滚珠13沿外圈滚道槽12a移动。因此，外圈12发生脉动变形(脉动位移)。由此，可认为(在未形成环状槽32时)以外圈12发生弹性变形(脉动位移)为起因，在上述壳体2与外圈12的接触区域产生相对滑动，由于该相对滑动而产生第一蠕动。
[0031] 关于第二蠕动，外圈12的移动方向(滑动方向)与第一蠕动相同，但是在滚动轴承7为无负载的状态下容易发生。即，可认为在无负载时，由于内圈11的旋转而使外圈12连带旋转，由此产生第二蠕动。
[0032] 关于第三蠕动，外圈12的移动方向(滑动方向)与第一及第二蠕动相反。这可认为是例如由于径向的载荷成为偏载荷而外圈12沿着壳体内周面3进行振摆旋转从而产生第三蠕动。
[0033] 在本实施方式的滚动轴承7中，为了抑制所述第一蠕动，在外圈12的嵌合面22且在外圈滚道槽12a的径向外侧形成环状槽32。这样，在外圈12的与壳体2嵌合的嵌合面22形成环状槽32。由此，能够抑制以所述的第一蠕动的产生机理中说明那样的弹性变形为起因的相对滑动的产生，而能够抑制第一蠕动。即，在包含径向的成分的大的载荷(合成载荷)作用于滚动轴承7时，外圈12中的外圈滚道槽12a的点P1的径向外侧的区域向径向外侧发生弹性变形(扩径)。然而，通过在该区域形成环状槽32，能够使弹性变形(扩径)主要在环状槽32的范围产生。因此，能够减少弹性变形部分与壳体内周面3直接接触的范围。由此，弹性变形(几乎)不向壳体2传递，能抑制外圈12与壳体2之间的第一蠕动的产生。通过以上所述，环状槽32成为第一蠕动抑制用的槽(避让槽)。
[0034] 图2是滚珠13、外圈12及壳体2的剖视图。环状槽32具有圆筒状的底部33和位于该底部33的轴向两侧的斜面部34、35。底部33由以轴承中心线C0(参照图1)为中心的圆筒面构成。斜面部34、35分别由锥面构成。底部33是环状槽32之中的槽深度h最大且该槽深度h沿轴向恒定的部分。斜面部34(35)是随着朝向槽端E1(E2)而槽深度变浅的部分。轴向一侧的斜面部34与圆筒面36a的交点是环状槽32的轴向一侧的槽端E1。轴向另一侧的斜面部35与圆筒面37a的交点是环状槽32的轴向另一侧的槽端E2。即，环状槽32是从槽端E1至槽端E2的范围。形成环状槽32的外圈12的轴向范围是图2中的箭头W所示的范围。该轴向范围W是外圈12中的、与轴承中心线C0(参照图1)正交且通过所述槽端(交点)E1的第一假想面K1和与轴承中心线C0(参照图1)正交且通过所述槽端(交点)E2的第二假想面K2之间的范围。
[0035] 在本实施方式中，如上所述，轴向载荷与径向载荷合成的合成载荷作用于滚动轴承7，在所述点P1处，滚珠13与外圈滚道槽12a以接触面为椭圆进行接触。在图2中，由该接触产生的椭圆(接触椭圆S)由虚线表示。该接触椭圆S实际上沿着外圈滚道槽12a的凹曲面形成，但是在图2中，为了说明而(模拟性地)在外圈12的截面内示出接触椭圆S。即，在图2中，以所述点P1与接触椭圆S的中心s0不一致的状态表示。然而，实际上，如图3所示，点P1与中心s0一致，接触椭圆S产生在滚珠13与外圈滚道槽12a之间。外圈滚道槽12a的凹曲面中的接触椭圆S的短轴与周向平行，接触椭圆S的长轴成为与周向正交的方向。
[0036] 该接触椭圆S的形状(长半径a及短半径b)根据赫兹理论的式子来求出。接触椭圆S的形状基于外圈滚道槽12a及滚珠13的形状及特性来求出，关于沿着作用于外圈滚道槽12a与滚珠13之间的直线L1(参照图2)的方向的载荷(接触载荷)，作为该滚动轴承7的基本额定静载荷。
[0037] 如图2所示，接触椭圆S的整体位于外圈12的所述轴向范围W内。即，接触椭圆S的轴向一侧的端部s1相比槽端E1(假想面K1)位于轴向另一侧。接触椭圆S的轴向另一侧的端部s2相比槽端E2(假想面K2)位于轴向一侧。
[0038] 在此，通过图6，说明在外圈112的嵌合面122未形成环状槽的情况。图6所示的滚动轴承107与图1及图2所示的滚动轴承7相比，在未形成环状槽32这一点上不同，其他相同。在图6所示的以往例子中，也是由于合成载荷发挥作用而在滚珠113与外圈滚道槽112a之间产生椭圆形的接触面(接触椭圆S)。通过所述合成载荷，外圈112向局部性地扩径的方向发生弹性变形。关于其应变量，如图6的下部的坐标图所示，在所述接触椭圆S的径向外侧变大。尤其是在接触椭圆S的中心s0的径向外侧，外圈112的应变量变得最大。该弹性变形向壳体
102传递，滚珠113与外圈滚道槽112a进行滚动接触，由此产生所述第一蠕动。
102传递，滚珠113与外圈滚道槽112a进行滚动接触，由此产生所述第一蠕动。
[0039] 因此，在本实施方式中，如图2所示，使由于滚珠13与外圈滚道槽12a接触而产生的接触椭圆S的整体位于所述轴向范围W内。如上所述，当包含径向的成分的大的载荷作用于滚动轴承7时，在外圈12的嵌合面22中的从所述接触椭圆S朝向径向外侧的位置，产生大的弹性变形且应变量成为最大。根据前述结构，成为在应变量最大的位置形成蠕动抑制用的环状槽32的结构。因此，外圈12的弹性变形在环状槽32处产生，从而难以向壳体2传递。由此，能够更进一步提高抑制外圈12的所述第一蠕动的效果。
[0040] 在本实施方式中，从接触椭圆S的中心s0向径向外侧延伸的假想线K3与环状槽32具有的最深的底部33交叉。在外圈12的嵌合面22中，在接触椭圆S的中心s0的正下方，由所述弹性变形产生的应变成为最大。通过使环状槽32的最深的底部33位于这样的位置，从而难以向壳体2传递外圈12的弹性变形。
[0041] 如图2所示，在除了径向的载荷之外，轴向的载荷也作用于滚动轴承7时，接触椭圆S相比外圈滚道槽12a的轴向中央(点Q1)而位于轴向外侧(轴向一侧)。因此，本实施方式的环状槽32如上所述，在该环状槽32之中具有槽深度h为最大且该槽深度h沿轴向恒定的圆筒状的底部33。即，环状槽32具有轴向宽且深的底部33。通过该结构，接触椭圆S偏向轴向一侧设置。能得到从该接触椭圆S的中心s0沿径向延伸的假想线K3与环状槽32的最深的底部33交叉的结构。其结果是，外圈12的弹性变形在环状槽32产生而难以向壳体2传递。由此，能够进一步提高抑制外圈12的蠕动的效果。
[0042] 在图2所示的方式中，在截面中，以使接触椭圆S的轴向一侧的端部s1相比外圈12的轴向一侧的肩部内周面19与外圈滚道槽12a的交点R而位于轴向中央侧的方式设定轴承各种参数。然而，除此以外，可以是以接触椭圆S的所述端部s1与所述交点R一致的方式设定轴承各种参数。由此，能够防止外圈12的滚珠13的上行于肩部的情况。即使在接触椭圆S的所述端部s1与所述交点R一致的情况下，该接触椭圆S的整体也位于所述轴向范围W内。在接触椭圆S的所述端部s1与所述交点R一致的情况下，为了使接触椭圆S的整体位于所述轴向范围W内，需要在该交点R的径向外侧形成环状槽32(至少槽端E1)。即，关于轴向，只要在嵌合面22形成具有外圈滚道槽12a以上的槽宽的环状槽32即可。
[0043] 由于径向的载荷作用于滚动轴承7，圆筒面36a、37a与壳体2接触，相互间产生面压。在与壳体内周面3平行的圆筒面36a、37a窄的情况下，在壳体2产生的接触面压升高。因此，该圆筒面36a、37a优选沿轴向宽。如果降低作用于壳体2的接触面压，即使蠕动稍微产生，也能够抑制壳体2的磨损。尤其是在本实施方式中，外圈12为轴承钢，相对于此，壳体2为铝合金制且在面压升高的部分容易磨损。然而，通过扩宽圆筒面36a、37a，能够防止这样的磨损。因此，优选将圆筒面36a、37a分别沿轴向比环状槽32的斜面部34、35扩宽。具体而言，圆筒面36a、37a各自的轴向尺寸优选为例如1毫米以上，更优选为2毫米以上。但是，当圆筒面36a、37a的轴向尺寸过长时，环状槽32变窄。因此，难以使接触椭圆S位于所述轴向范围W内。因此，优选使圆筒面36a、37a分别沿轴向比环状槽32的底部33的一半窄。
[0044] 如上所述，在外圈12的嵌合面22设有蠕动抑制用的环状槽32和用于与壳体内周面3接触(线接触)的圆筒面36a、37a。然而，如图1所示，在本实施方式中，没有使外圈12的轴向尺寸(比内圈11的轴向尺寸)增大。即，外圈12的轴向尺寸为内圈11的轴向尺寸以下，在本实施方式中，外圈12与内圈11的轴向尺寸一致。
[0045] 如以上所述，图1及图2所示的滚动轴承7是着眼于滚珠13与有时会产生蠕动的外圈12接触的接触方式而作出的发明。在外圈12与安装外圈12的壳体2嵌合的嵌合面22上形成有蠕动抑制用的环状槽32。在外圈12的与嵌合面22相反的一侧的内周面上形成有供滚珠13进行滚动接触的外圈滚道槽12a。通过滚珠13与外圈滚道槽12a接触而产生的接触椭圆S的整体位于形成有环状槽32的外圈12的轴向范围W内。
[0046] 在上述实施方式中，内圈11是与安装该内圈11的对方构件(旋转轴4)进行一体旋转的旋转圈，外圈12是在安装有该外圈12的对方构件(壳体2)上(虽然蠕动但是)固定的固定圈。然而，在本发明中，只要内圈11和外圈12中的一方为旋转圈且另一方为固定圈即可。也可以与图1所示的方式相反，如图4所示，安装于轴4的内圈11为固定圈，外圈12是与壳体2一起进行一体旋转的旋转圈。这种情况下，内圈11与轴4之间成为间隙配合的状态，内圈11相对于轴4发生蠕动。因此，在内圈11的与作为对方构件的轴4嵌合的嵌合面(内周面)21上(与图1的方式同样)形成蠕动抑制用的环状槽32。在该内圈11的与嵌合面21相反的一侧的外周面上形成有供滚珠13进行滚动接触的内圈滚道槽11a。通过滚珠13与内圈滚道槽11a接触而产生的接触椭圆S的整体位于形成有环状槽32的内圈11的轴向范围W内。由此，内圈11的弹性变形在环状槽32产生而难以向作为对方构件的轴4传递。因此，能够更进一步提高抑制内圈11的蠕动的效果。关于通过图1及图2说明的环状槽32的方式，在图4所示的环状槽32中能够适用。
[0047] 在上述各方式中，如图1及图4所示，即使在轴向的载荷(轴向的成分)仅为一方向的情况下，为了消除作为滚动轴承7整体的方向性，在截面中，也设为包括环状槽32而使滚动轴承7为左右对称(以与轴承中心线C0正交的基准线为基准而在轴向一侧与另一侧对称)的结构。需要说明的是，也可以不构成为左右对称，可以将环状槽32及圆筒面(36a、37a)中的一方或双方向接触椭圆S产生的一侧沿轴向扩宽。
[0048] 如以上所述公开的实施方式在全部的方面为例示而不受限制。即，本发明的滚动轴承并不局限于图示的方式，在本发明的范围内也可以是其他的方式。例如，环状槽32的形状(截面形状)可以为图示的形状以外的情况。滚动轴承除了深沟球轴承以外，也可以是角接触球轴承。本发明的滚动轴承能够适用于各种旋转设备，特别适合于蠕动成为课题的旋转设备。
[0049] 根据本发明，由于固定圈的弹性变形在环状槽产生，由此难以向对方构件传递，能够更进一步提高抑制固定圈的蠕动的效果。
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