專利名稱：圓柱滾子軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括由合成樹脂制成的保持架的圓柱滾子軸承，本 發(fā)明尤其涉及一種用于支承以高速旋轉(zhuǎn)，例如機(jī)床的主軸的圓柱滾子軸 承。
背景技術(shù)：
眾所周知的是，在機(jī)床中，例如加工中心、數(shù)控車床以及壓搾機(jī)中， 通常主軸由相對于機(jī)體自由旋轉(zhuǎn)的軸承所支承。該主軸的方向根據(jù)機(jī)器 的類型被分為兩個主要的類別，豎直方向(此處軸線沿著豎直方向設(shè)置) 和水平方向(此處軸線沿著水平方向設(shè)置)。此外，雖然還取決于使用 的實(shí)際條件，但是油潤滑，例如脂潤滑、氣-油潤滑，以及類似的潤滑被 用作對支承主軸的軸承的進(jìn)行潤滑的方法，并且組合的徑向止推滾珠軸 承或圓柱滾子軸承以及類似物是最廣泛使用的軸承類型。
在這種情況下，用于支承機(jī)床主軸的圓柱滾子軸承通常包括在內(nèi)圈 和外圈之間以預(yù)定間隔支承多個圓柱滾子的保持架。在現(xiàn)有技術(shù)中，廣 泛使用的是由生黃銅加工成的保持架，但是從例如由于在操作過程中保 持架產(chǎn)生的磨料會導(dǎo)致潤滑性能惡化，以及減輕重量的因素的觀點(diǎn)來看， 近來使用的趨勢向由合成樹脂制成的保持架的發(fā)展。
在技術(shù)的轉(zhuǎn)變過程中，目前一種已知的在圓柱滾子軸承中使用合成
樹脂的例子就是正如在公開號為Hd 11-166544的日本專利(以下將其稱 作專利參考l)以及公開號為W003/029670 (以下將其稱作專利參考2) 的國際專利中所披露的所謂梳型保持架。這種梳型保持架包括環(huán)部分、 多個從環(huán)部分的內(nèi)表面沿軸向延伸的柱，以及多個形成于在周向上相鄰 設(shè)置的柱的在周向上的側(cè)面之間的兜孔，所述兜孔以自由旋轉(zhuǎn)的方式支 承圓柱滾子。然而，在這種結(jié)構(gòu)的合成樹脂保持架中，由于柱的頂部為 自由邊，因此，由于在旋轉(zhuǎn)中，特別是在高速旋轉(zhuǎn)中，所產(chǎn)生的離心力 的作用就使柱遭受了相當(dāng)大的向外的彈性變形，并且在軸向的側(cè)面上這 些頂部的內(nèi)周部與圓柱滾子的滾動接觸表面發(fā)生強(qiáng)烈的接觸(非正常接 觸)，這些就造成了接觸部件之間的油膜不足，從而會產(chǎn)生非正常磨損 或使軸承溫度的升高。
相應(yīng)于這些問題，在專利參考1和2中，從保持架14的環(huán)形部分14a在 徑向上延伸的柱14b的周向側(cè)面14bl被分成外徑區(qū)域和內(nèi)徑區(qū)域，同時以 穿過兜孑Ll4c的中心0的滾動元件PCD(節(jié)圓)作為邊界，如圖23所示。外徑 區(qū)域形成為圓弧表面(圓柱形表面)14bll，該圓弧表面沿著圓柱滾子13 的滾子接觸面，內(nèi)徑區(qū)域形成為沿著整個徑向長度上的直表面14b12，與 穿過兜孔中心O的徑向線rl平行，這樣就防止了當(dāng)在旋轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的 離心力使柱14b發(fā)生彈性變形時柱14的周向側(cè)面14bl的內(nèi)徑區(qū)域14bl2和 圓柱滾子13的滾動接觸面之間在徑向上產(chǎn)生接觸壓力。然而，雖然這種 結(jié)構(gòu)就防止柱14b的周向側(cè)面14bl與圓柱滾子13的滾動接觸面之間產(chǎn)生
非正常接觸來說是有效的，但是將柱14b的周向側(cè)面14bl的內(nèi)徑區(qū)域形成 為如上所述的直表面14bl2會進(jìn)一步促使柱14b的向外的彈性變形。換句 話說，通過將柱14b的周向側(cè)面14bl的內(nèi)徑區(qū)域形成如上所述的直表面 14bl2，那些被限制發(fā)生向外的彈性變形的區(qū)域就會比正常的兜孔形狀 (此處柱的軸向側(cè)面的整個區(qū)域形成為沿著圓柱滾子的滾動表面的圓弧 表面)少。此外，柱14b的內(nèi)徑區(qū)域的周向壁厚也減小了，這就降低了柱 14b的剛度，從而導(dǎo)致促使柱14b進(jìn)一步發(fā)生向外的彈性變形。
機(jī)床主軸的所需的內(nèi)在性能為能夠經(jīng)受高速旋轉(zhuǎn)(正常情況下，值 dm『滾動元件的節(jié)圓直徑(mm)X轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)至少為l，000,000)和非重復(fù)偏 心(NRRO)為最小，這些性能主要由支撐主軸的軸承的軸向支撐性能決 定。但是，因?yàn)橄旅婷枋龅脑?，在專利參?和2中公開的圓柱滾子軸 承達(dá)到機(jī)床主軸所需的非重復(fù)偏心(NRRO)水平是很困難的。
換句話說，在專利參考1和2中所公開的圓柱滾子軸承的保持架14中， 從滾動元件PCD向內(nèi)徑的柱14b的周向側(cè)面14bl的區(qū)域?yàn)檠刂麄€徑向 長度的直表面14b12，這意味著，在旋轉(zhuǎn)過程中當(dāng)產(chǎn)生的偏心力使柱14b 產(chǎn)生向外的彈性變形時，圓柱滾子13的滾動接觸表面和周向側(cè)面14bl的 內(nèi)徑區(qū)域14bl2之間不會產(chǎn)生徑向接觸壓力。但，盡管在阻止柱14b的周 向側(cè)面14bl和圓柱滾子13的滾動接觸表面之間的不正常接觸方面這種結(jié) 構(gòu)是有效的，柱14b的周向側(cè)面14bl的內(nèi)徑區(qū)域?yàn)樯厦嫠枋龅闹北砻?14M2，其具有進(jìn)一步增大柱14b的向外的彈性變形的結(jié)果。換句話說， 通過將柱14b的周向側(cè)面14bl的內(nèi)徑區(qū)域制作成如上所述的直表面
14bl2，比正常的兜孔形狀向外的彈性變形限制在更少的位置處(柱的周向 側(cè)面的整個區(qū)域?yàn)榕c圓柱滾子的滾動接觸表面相對應(yīng)的圓弧形)。而且，
柱14b的內(nèi)徑區(qū)域的周向壁厚也降低，這降低了柱14b的硬度，弓l起柱14b
的向外的彈性變形的增加。
圖24示出了專利參考1和2所披露的圓柱滾子軸承的保持架14的柱 14b由于在高速旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的離心力已經(jīng)遭受了向外的彈性變形(實(shí)線)
的狀態(tài)，以及在發(fā)生這種變形之前的狀態(tài)(虛線)。如圖中所示，采用 專利參考1和2中所披露的圓柱滾子的保持架14的情況下，當(dāng)柱14b遭受了 向外的彈性變形時，位于柱14b的周向側(cè)面14bl和圓柱滾子13的滾動接觸 面之間的兜孔間隙g比初始狀態(tài)的間隙(在發(fā)生變形之前的間隙)增大了 。 此外，作為如上所述的促使柱14b進(jìn)一步發(fā)生向外彈性變形的結(jié)果是，所 述兜孔間隙進(jìn)一步的增大。該兜孔間隙g的增大造成了圓柱滾子的平衡能 量的下降以及圓柱滾子旋轉(zhuǎn)的偏心，以及非重復(fù)的偏心的發(fā)生，這些導(dǎo) 致了內(nèi)圈發(fā)生不穩(wěn)定的擺動。特別的是，在使用滾子導(dǎo)向保持架的情況 下，徑向上保持架自由度的增加產(chǎn)生了兜孔間隙g增大的位置以及兜孔間 隙g收縮的位置，并且這些位置都是不定常的，這就增加了非重復(fù)偏心度。 此非重復(fù)偏心(NRRO)正比于旋轉(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行增長，造成了包括安裝在機(jī) 床主軸上的工具的加工精度的惡化在內(nèi)的各種問題。
圖25為示出了保持架14的環(huán)形部分14a和柱14b之間的相對比例關(guān)系 以及在專利參考1和2中描述過的圓柱滾子軸承內(nèi)的圓柱滾子13的有代表 性的縱向剖面圖(專利參考l的圖l)。如圖25所示，在保持件14的環(huán)形
部分14a的軸向上的長度(厚度)Ta被設(shè)置成大致為在圓柱滾子13的軸向 上的長度Td的25X。換句話說，正如可以從專利參考1和2的其它圖表中 理解的一樣，在傳統(tǒng)的合成樹脂保持架中，上述比例關(guān)系通常被設(shè)置為 大約25%的值。如此設(shè)置的原因是，由于考慮到圓柱滾子軸承的功能， 在內(nèi)圈ll和外圈12的軸向上的長度Te和圓柱滾子13在軸向上的長度Td之 間的關(guān)系基本上每次都為相同的值。如果基于此值以及基于保持件14的 樹脂材料的特性進(jìn)行設(shè)計的話，那么保持架14的環(huán)形部分14a在軸向方向 上的長度Ta必須自然地被設(shè)置成圓柱滾子13在軸向上的長度Td的25X。
然而，按照這種傳統(tǒng)方式設(shè)計的圓柱滾子軸承顯示了在低轉(zhuǎn)速和高 轉(zhuǎn)速下足夠能力的同時，還存在由于保持架14的柱14b發(fā)生彈性變形而造 成軸承溫度過分地升高的危險。此外，甚至當(dāng)采用專利參考1和2中所披 露的方法，并且直表面14bl2形成于以上述傳統(tǒng)方式設(shè)計的保持架14的柱 14b上，以超過13000rpm或以大約在此值附近例如(或者當(dāng)dmn值超過 1650000或大約在此值附近時)時，軸承溫度仍然會過分地升高。從事實(shí) 上講，造成此現(xiàn)象的原因?yàn)樵陔x心力的影響下使保持架14的柱14b承受了 很大的向外的彈性變形。

發(fā)明內(nèi)容
此外，本發(fā)明的發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，作為防止保持架14的柱14b和圓柱 滾子13之間發(fā)生接觸所考慮的方法是，由于柱14b的彈性變形使在高轉(zhuǎn)速 下運(yùn)行的軸承的溫度過分地升高的現(xiàn)象極大地取決于保持架14的環(huán)形部 分14a在軸向上的長度Ta。因此，如果保持架的環(huán)形部分14a在軸向上的
長度Ta和圓柱滾子13在軸向上的長度Td之間的比例關(guān)系以傳統(tǒng)的設(shè)計方
式被設(shè)置的話，那么就會使得極大地阻礙足夠減小由于極大的離心力的
影響所造成的柱14b的彈性變形。
另外，在使用圓柱滾子軸承的情況下，如果柱14b被設(shè)置為與圓柱滾 子13相接觸，那么由于接觸阻力和滑動阻力，這兩個部件之間的關(guān)系就 會出現(xiàn)磨損和其它類似情況，并且與此相反的是，例如脂或氣-油的潤滑 油膜形成在這兩個部件之間。然而，當(dāng)在柱14b的周向側(cè)面14bl上形成簡 單的直表面14bl2時，正如專利參考1和2中所披露的圓柱滾子的保持架中
的一樣，在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的接觸、以及特別是在長期的旋轉(zhuǎn)期間，發(fā)生的 接觸或滑動就增加了使柱14b和圓柱滾子13之間產(chǎn)生的油膜不足的可能
性，這就不可避免地導(dǎo)致了潤滑性能的下降。除了這些外，上述給出的 專利參考中也沒有考慮到可靠地防止?jié)櫥阅芟陆档膶Σ?，并且其中?沒有對本發(fā)明的發(fā)明者意識到的這個問題給出任何的提示或建議。目前， 仍然需要適當(dāng)?shù)拇胧﹣斫鉀Q這個問題。本發(fā)明涉及一種包括由合成樹脂 制成的所謂梳形保持架的圓柱滾子軸承，其技術(shù)目的是為了防止在高速 旋轉(zhuǎn)中柱的彈性變形，從而防止由于彈性變形所造成的柱的頂部和滾動 接觸表面直徑的非正常性接觸，而防止了保持架的非正常磨損，以及抑 制軸承溫度的升高。
用于獲得這些目的的本發(fā)明提供了 一種圓柱滾子軸承，這種軸承包 括內(nèi)圈、外圈、多個以自由的滾動方式被布置于內(nèi)圈和外圈之間的圓柱 滾子，以及由合成樹脂制成的保持架，其中保持架包括環(huán)形部分、多個
在軸向上從環(huán)形部分的內(nèi)表面延伸的柱，以及多個兜孔，這些兜孔形成 于在周向上相鄰柱的周向側(cè)面之間，并且以自由滾動的方式支承圓柱滾 子。在這種結(jié)構(gòu)中，保持架的環(huán)形部分在軸向上的長度被設(shè)置為圓柱滾
子在軸向上的長度的30 %到40 %之間。
通過采取這種結(jié)構(gòu)，由于以懸臂的方式支承合成樹脂的柱的環(huán)形部
分在軸向上的長度被設(shè)置為圓周形滾子在軸向上的長度的30%到40%之 間，即這樣一個值，它比現(xiàn)有尺寸比還要明顯地高大約25%，因此就提 高了環(huán)形部分對柱的剛度。從而，由于該環(huán)形部分以相對較高的剛度對 柱進(jìn)行支承，并且就提高了支承剛度，甚至在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的離心力 下在柱開始發(fā)生彈性變形的時候，也能夠避免在每個柱的基端處(柱的 底部)所發(fā)生的過于強(qiáng)的彈性變形，并且，因此，就抑制了整個柱的彈 性變形。在這種情況下，如果環(huán)形部分在軸向上的長對小于圓柱滾子在 軸向上長度的30%，那么由環(huán)形部分對柱的支承剛度就會趨于不足，并 且特別是在高轉(zhuǎn)速下，柱的向外的彈性變形量增加，從而導(dǎo)致了柱的頂 端內(nèi)周部分和圓柱滾子的滾動接觸面之間的非正常性接觸。在例如轉(zhuǎn)速 高于13,000rpm的階段(或者dmn值超過l，650,000或者在這附近)，該非 正常接觸會使保持架發(fā)生非正常的磨損或者導(dǎo)致軸承的溫度突然升高， 這也會造成非重復(fù)偏心(NRRO)。與此相反，如果環(huán)形部分在軸向上的長 度超過圓柱滾子在軸向上長度的40%，那么由于圓柱滾子需要在軸向上 相對于內(nèi)圈和外圈在一個不合理的長距離上被重新定位，因此就會引起 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的問題，例如外圈和內(nèi)圈的長度變得太短。另外，當(dāng)這兩個長
度的比例關(guān)系超過40%時，圓柱滾子在軸向上的長度相對較短，從而造 成了承載能力的下降。因此，通過確保所述尺寸的比例關(guān)系落入到30% 到40%內(nèi)，這些問題就不會再發(fā)生。
在上面的結(jié)構(gòu)中，保持架的柱的軸向長度值優(yōu)選地為圓柱滾子的軸
向長度值的65%到75%之間。
換句話說，如果柱在軸向上的長度值小于圓柱滾子在軸向方向上長 度值的65%，那么在旋轉(zhuǎn)過程中柱就不能夠足夠地對圓柱滾子進(jìn)行支承， 并且特別的是在高速旋轉(zhuǎn)過程中，由于柱的位置發(fā)生過量的偏離，即使 柱發(fā)生彈性變形能被抑制，柱支承圓柱滾子的基本能力也被消弱了。相 反的是，如果柱在軸向上的長度值超過圓柱滾子在軸向上長度值的75%，
那么即使環(huán)形部分在軸向上的長度如上所述相對較長，以至能夠提高柱 的剛度和支承剛度，那么這也會發(fā)生由于柱在軸向上的長度太長以至于 不足以抑制在高速旋轉(zhuǎn)過程中發(fā)生的彈性變形。因此，將這兩個值的尺 寸比例關(guān)系設(shè)置在65%到75%之間，不僅能夠使這些問題不再發(fā)生，同 時將環(huán)形部分在軸向上的長度值設(shè)置為圓周形滾子在軸向上長度值的30 。％到40%之間的結(jié)構(gòu)特征將產(chǎn)生非常重大的意義和效果。
此外，在上述結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選地在內(nèi)圈和/或外圈圓柱滾子滾動的滾道 表面的軸向方向的外部形成倒切部分，并且圓柱滾子的滾動接觸面的整 個區(qū)域都位于從滾道表面和倒切部分之間的邊界位置處軸向向內(nèi)的位 置。
換句話說，當(dāng)保持架的環(huán)形部分在軸向上的長度被加長時，如上所 述，就必須將圓柱滾子以相等的量向外地設(shè)置在軸向上。然而，在這種 情況下，如果倒切部分被徑向地形成在內(nèi)圈和/或外圈的滾道的外部的話， 那么就會發(fā)生當(dāng)在橫跨滾道表面和倒切部分之間的邊界時圓柱滾子的滾 動接觸面與所述邊界發(fā)生接觸的情況。在這種情況下，如果當(dāng)在圓柱滾 子的滾動接觸面跨越位于滾道表面和倒切部分之間的邊界的狀態(tài)下，該 圓柱滾子發(fā)生滾動的話，那么來自邊界位置處的局部應(yīng)力(邊緣應(yīng)力) 就會作用在圓柱滾子的滾動接觸面上，這就阻礙了圓柱滾子軸承的基本 功能，然而，如果正如在本發(fā)明中圓柱滾子的整個滾動表面位于從滾道 表面和倒切部分的邊界位置徑向向內(nèi)的位置話，那么就不會發(fā)生這個問 題。
在這種結(jié)構(gòu)中，倒切部分優(yōu)選地與由滾道表面形成的圓柱形表面之 間成10° 30°的傾斜角而形成。
換句話說，如果倒切部分(錐形表面)的傾斜角小于10°，那么在NN 形圓柱滾子軸承中，由于軸承側(cè)面的入口直徑(在倒切直徑內(nèi)被稱做前 緣)，將會變小，圓柱滾子軸承的端面會趨于與外圈的側(cè)面發(fā)生干涉。 這就難于平穩(wěn)地實(shí)行裝配過程(這也同樣應(yīng)用于NNU圓柱滾子軸承)。 另外，如果倒切面的傾角超過30°的話，那么在圓柱滾子軸承的裝配過程
中，由于倒切部分的較大傾斜使得難于對圓柱滾子進(jìn)行平穩(wěn)的安裝，因 此，如果將斜面的傾角保持在10。 30。之間，這些問題就不會發(fā)生。在上述結(jié)構(gòu)中，保持架的柱的周向側(cè)面優(yōu)選的包括位于基端內(nèi)周部 分處滾子導(dǎo)向部分，該導(dǎo)向部分形成為與圓柱滾子的滾動接觸面相一致 的圓弧表面，并且該導(dǎo)向部分在當(dāng)旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的離心力使柱發(fā)生向 外的彈性變形，對圓柱形的滾子表面進(jìn)行導(dǎo)向，該保持架還包括位于頂 端內(nèi)周部分處的軋去部分，該軋去部分比滾子導(dǎo)向部分更向柱的圓周中 心凹陷，從而防止了在旋轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的離心力使柱發(fā)生向外的彈性 變形時，與圓柱滾子的滾動表面產(chǎn)生徑向接觸壓力。
通過采用這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的離心力使柱發(fā)生向外的 彈性變形時，位于柱的周向側(cè)面的基端內(nèi)周部分處、形成為與圓柱滾子 的滾動接觸面相一致的圓弧表面的導(dǎo)向部分在減小導(dǎo)向部分和圓柱滾子 的滾動接觸面之間的間隙的方向上(即，向外部)移動，從而對圓柱滾 子的滾動接觸面進(jìn)行導(dǎo)向。因此就確保了優(yōu)良的平衡能力，并且在高速 旋轉(zhuǎn)期間非重復(fù)偏心(NRRO)也降低到可接受的水平。由于柱在基端處 所發(fā)生的彈性變形量比在頂端處的小，因此，甚至被基端內(nèi)周部分的滾 子導(dǎo)向部分所導(dǎo)向的圓柱滾子的結(jié)構(gòu)內(nèi)，也不會在柱和圓柱滾子的滾動 接觸面之間發(fā)生非正常接觸。另外，由于柱的頂端內(nèi)周部分具有比滾子 導(dǎo)向部分更性柱的圓周中心凹陷的軋去部分，因此周向側(cè)面的頂端內(nèi)周 部分不會與圓柱滾子的滾動接觸面發(fā)生接觸，或者即使發(fā)生了這種接觸， 也非常輕，不足以在徑向方向上施加接觸壓力。因此，能夠避免在高速 旋轉(zhuǎn)過程中周向側(cè)面的頂端內(nèi)周部分和圓柱滾子的滾動接觸面之間的非 正常接觸，并且也能夠?qū)S承的升溫進(jìn)行抑制。
另外，在周向側(cè)面的基端內(nèi)周部分處提供滾子導(dǎo)向部分還能夠使柱 的基端內(nèi)周部分的周向上的壁厚增厚，從而提高了柱的剛性。因此，減 小了由于在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的離心力或者來自圓柱滾子的負(fù)荷使柱在向 外方向和周向上發(fā)生的彈性變形量。這就意味著能夠保持圓柱滾子有利 的平衡能力。
在上述結(jié)構(gòu)中，軋去部分的在軸向上的長度值優(yōu)選地為圓柱滾子的 長度值的10%到35%之間。此外軋去部分在徑向上的起始位置優(yōu)選地設(shè) 置成使連接軋去部分在徑向上的起始位置和兜孔中心的直線相對于兜孔
PCD(節(jié)圓)在兜孔中心處的切線在內(nèi)徑側(cè)成20度或更小的角度。通過根據(jù)
這些標(biāo)準(zhǔn)來形成軋去部分，證明了在所需高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)下的機(jī)床的主軸可 以獲得上述效果。
此外，軋去部分的周向側(cè)面優(yōu)選地形成為平行與柱的周向中心線的 直表面。當(dāng)與在軋去部分的周向側(cè)面為平行與穿過兜孔中心的徑向線相 比時，雖然可以得到相同的效果，但是在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中在柱的頂端內(nèi) 周的周向上的壁厚增加了，從而提高了柱的剛性。
可替換的是，軋去部分的軸向側(cè)面可以為傾斜表面，它朝柱的周向 中心線傾斜。這就能夠避免在高速旋轉(zhuǎn)過程中柱的軸向側(cè)面的頂端內(nèi)周 部分與圓柱滾子的滾動接觸面發(fā)生非正常的接觸，并且同時還提高了軋 去部分作為潤滑槽的功能。
另外，本發(fā)明特別適用于布置成多列的雙列滾子軸承上。在這種情 況下，優(yōu)選地可以采用每列滾子軸承分別由前述保持架支承的結(jié)構(gòu)。更加優(yōu)選的是，滾子軸承可以被布置為支承每列滾子軸承的保持架的環(huán)形 部分在軸承中心側(cè)彼此接觸。


圖l為示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的雙列圓柱滾子軸承的主要元件的 剖面圖2為示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的保持架的主要元件的立體圖3(a)為示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的保持架的主要元件的剖面圖，并
且圖3(b)為從柱的頂端處看去的保持架的局部側(cè)視圖。
圖4為示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的保持架的動作的概略剖面圖。 圖5為示出了本發(fā)明第二實(shí)施例的雙列圓柱滾子軸承的主要元件的
剖面圖6示出了本發(fā)明第三實(shí)施例的雙列圓柱滾子軸承的主要元件的剖
面圖7(a)示出了本發(fā)明第四實(shí)施例的保持架的主要元件的立體圖，圖 7(b)為示出了保持架主要元件的剖面圖8為從柱的頂端處看去的第五實(shí)施例的保持架的局部側(cè)視圖9示出了本發(fā)明第六實(shí)施例的保持架的局部剖視圖10示出了測試結(jié)果1;
圖11示出了測試結(jié)果2;
圖12示出了分析結(jié)果；
圖13示出了本發(fā)明第七實(shí)施例的雙列圓柱滾子軸承的主要元件的剖 面圖14示出了本發(fā)明第七實(shí)施例的保持架的主要元件的立體圖15(a)示出了本發(fā)明第七實(shí)施例的保持架的主要元件的剖面圖，并
且圖15(b)示出了從柱的頂端看去的保持架的局部側(cè)視圖16示出了本發(fā)明第八實(shí)施例的雙列圓柱滾子軸承的主要元件的剖
面圖17示出了本發(fā)明第八實(shí)施例的保持架的主要元件的立體圖； 圖18(a)示出了本發(fā)明第八實(shí)施例的保持架的主要元件的剖面圖，并
且圖18(b)示出了從柱的頂端看去的保持架的局部側(cè)視圖19(a)示出了從柱的頂端看去的本發(fā)明第八實(shí)施例的保持架(具有 最大的槽尺寸)的局部側(cè)視圖，并且圖19(b)示出了從柱的頂端看去的本 發(fā)明第八實(shí)施例的保持架(具有最小的槽尺寸)的局部側(cè)視圖20(a)示出了本發(fā)明第九實(shí)施例的保持架的主要元件的剖面圖，圖 20(b)示出了保持架的動作的剖面圖21(a)示出了本發(fā)明第十實(shí)施例的保持架的主要元件的立體圖，圖 21(b)示出了保持架的主要元件的剖面圖22為從柱的頂端看去的本發(fā)明第十一實(shí)施例的保持架的局部側(cè)視
圖23為從柱的頂端看去的傳統(tǒng)的保持架的局部側(cè)視圖24示出了傳統(tǒng)的圓柱滾子軸承的保持架的柱由于在高速旋轉(zhuǎn)中產(chǎn) 生的離心力已經(jīng)發(fā)生了向外的彈性變形(實(shí)線)的狀態(tài)，以及在發(fā)生這 種變形之前的狀態(tài)(虛線)略圖。
圖25為示出了傳統(tǒng)的雙列圓柱滾子軸承的主要元件的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖l示出了第一實(shí)施例的雙列滾子軸承。在機(jī)床的主軸裝置中，這種 雙列滾子軸承是一種支承主軸的裝置，主軸相對于機(jī)體以自由旋轉(zhuǎn)的方
式被高速地旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。滾子軸承包括具有雙列滾動表面la的內(nèi)圈l、具有 雙列滾道表面2a的外圈2、以自由滾動的方式設(shè)置在內(nèi)圈l的滾道表面la 和外圈2的滾道表面2a之間的圓柱滾子3，以及由合成樹脂制成的支承每 個圓柱滾子3的一對保持架4。中心凸緣lb在軸向上位于內(nèi)圈l的中心處， 外凸緣lc位于兩端。
倒切部分2b形成于外圈2的滾動表面2a的軸向上的兩外端，并且相對 較小的倒切部分ld形成于內(nèi)圈1的滾道表面la的軸向上的兩外端處。在這 種情況下，外圈2的倒切部分2b的傾角"，g卩，倒切部分2b相對于由外圈2 的滾道表面2a所形成的圓柱表面的傾角"被設(shè)置成10。到30°之間的值。 此外，每個圓柱滾子3的整個滾動接觸表面被設(shè)置成從邊界位置X處軸向 向里的位置，所述位置X位于外圈2的滾道表面2a和倒切部分2b之間。此 外，內(nèi)圈l與主軸的外周相接合，并且外圈2與機(jī)體的內(nèi)圈相接合。通過
例如氣-油或脂的微量潤滑劑對此雙列滾子軸承進(jìn)行潤滑，并且該軸承經(jīng) 常以在內(nèi)徑向間隙為負(fù)值的狀態(tài)下，即預(yù)負(fù)荷被施加在徑向上的狀態(tài)下 被操作。內(nèi)圈l的內(nèi)徑表面可以成錐形，并且因此，該內(nèi)圈l可以與主軸 的形成為錐形的外周表面相接合，或者與主軸的外周相配合的錐形套管 的外周表面相接合。
如圖2和3的放大視圖所示，保持架4通過對自潤滑合成樹脂，例如聚
醚乙醚酮樹脂(PEEK)、聚酰胺樹脂(PA: PA66,PA46)，或者聚亞苯 基硫化樹脂(PPS)(可以在需要的地方與預(yù)定量的填料例如碳化纖維 (CF)或玻璃纖維(GF)相混合)進(jìn)行注模成型。保持架4包括環(huán)形部 分4a、多個以整體、連續(xù)的方式從環(huán)形部分4a的內(nèi)表面4al軸向延伸的柱 4b，以及多個形成在相鄰柱4b的內(nèi)周向側(cè)面4bl之間的兜孔4c，對圓柱滾 子3以自由滾動的方式進(jìn)行支承。多個柱4b均勻地間隔布置在周向上。每 個兜孔4c在三個面上由在周向上相鄰柱4b的內(nèi)周向側(cè)面4bl以及環(huán)形部 分4a的內(nèi)表面4al所包圍，并且向一個軸向方向上敞開。
在這種情況下，如圖l和3(a)所示，保持架4的環(huán)形部分4a在軸向上的 長度(厚度)Ta被設(shè)置為圓柱滾子3在軸向上的長度Td的30X到40X之間， 在第一實(shí)施例當(dāng)中，它被設(shè)置到30%。此外，保持架4中的柱4b在軸向上 長度Tb被設(shè)置成圓柱滾子3在軸向上的長度Td的65X到75X之間，并且在 第一實(shí)施例中，它被設(shè)置到70%。
另一方面，如圖3(a)和3(b)所示，保持架4中的柱4b的內(nèi)周向側(cè)面4bl 包括從兜孔PCD上形成于內(nèi)徑和外徑方向上的圓弧表面(圓柱表面)
4M1，所述兜孔PCD穿過兜孔4c的兜孔中心0 (在圖中的實(shí)施例中，兜孔 PCD等同于穿過圓柱滾子3的中心的兜孔PCD)，以及位于頂端內(nèi)周部分 處的軋去部分4M2。
特別是，柱4b的圓弧表面4bll被繪制為以兜孔中心0為圓心，半徑為 圓柱滾子3的半徑(D/2)的1.005到1.1倍之間的圓弧表面，并且該圓弧的外 徑端與平行于徑向線rl的直表面4bl3相連，所述徑向線rl穿過兜孔中心 O。在周向上彼此正對的相對直表面4M3之間的間隙W1小于圓柱滾子3 的直徑D，因此，就限制了圓柱滾子3從兜孔4c向外徑方向移動。圓弧表 面4bl 1的內(nèi)徑端在基端處延伸到柱4b的內(nèi)徑端，在頂端處與內(nèi)周部分的 軋去部分4M2相連。在周向部分彼此正對的相對圓弧形表面4bll的基端 內(nèi)周部分之間的最小間隙W2小于圓柱滾子3的直徑D。基端內(nèi)周部分4b14 為導(dǎo)向部分，當(dāng)在旋轉(zhuǎn)期間所產(chǎn)生的離心力使柱4b承受向外的彈性變形 時，該導(dǎo)向部分將導(dǎo)向圓柱滾子3的滾動接觸表面。
頂端內(nèi)周部分的軋去部分4bl2形成于從柱4b的頂部沿著軸向到離基
端部分一半距離的點(diǎn)處，并且具有足夠的寬度，以至能夠比基端內(nèi)周部 分4bl4更朝柱4b的軸向中心線r2方向凹陷。軋去部分4M2在軸向上的長度 Ll被設(shè)置為圓柱滾子3在軸向上的長度Td的10X到35X之間，并且軋去部 分4bl2在徑向上的起始位置被設(shè)置為在內(nèi)徑側(cè)相對于兜孔PCD的兜孔中 心O處的切線ml的角度為^S2(T。角度^為形成于直線m2和切線ml之 間的夾角，其中直線m2為連接軋去部分4bl2在徑向上的起始位置和兜孔 中心O的直線。此外，軋去部分4M2的周向側(cè)面形成為直表面，該直表面
平行于柱4b的周向中心線r2。以這種方式形成的軋去部分4bl2在低速旋轉(zhuǎn) 期間在柱和圓柱形滾子3的滾動接觸表面之間形成了作為潤滑槽的空間， 甚至當(dāng)在高速旋轉(zhuǎn)期間所產(chǎn)生的離心力使柱4b承受了沿周向中心線r2向 外的彈性變形時，在柱4b和圓柱滾子3的滾動接觸表面之間也不會發(fā)生接 觸。在周向上彼此正對的相對軋去部分4M2的周向側(cè)面之間的最小間隙 略小于圓柱滾子3的直徑D，但是由于軋去部分4bl2沿周向中心線42朝外 徑處移動，因此它也不會與圓柱滾子3的滾動接觸面發(fā)生接觸。以這種方 式，通過將軋去部分4bl2的周向側(cè)面形成為與周向中心線r2平行的直表 面，因此就在柱4d頂端的內(nèi)周部分獲得了比在將側(cè)面形成為平行于徑向 線rl的直表面的情況下更厚的周向壁厚，由此提高了柱4b的剛度。
如圖1所示，在第一實(shí)施例中，保持架4為滾動元件導(dǎo)向保持架，它 在軸承旋轉(zhuǎn)期間發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這時在柱4b的內(nèi)周向側(cè)面4bl與圓柱滾子3的 滾動接觸面接觸的同時，還對所述滾動接觸面進(jìn)行導(dǎo)向。當(dāng)軸承的旋轉(zhuǎn) 到達(dá)預(yù)定速度時，離心力使柱4b發(fā)生向外的彈性變形，柱4b的周向側(cè)面 4bl的基端內(nèi)周部分4b14 (滾子導(dǎo)向部分)在減小柱4b和圓柱滾子3的滾 動接觸面之間的兜孔間隙的方向上移動(即沿著朝向周向中心線r2朝外徑 方向)，從而對圓柱滾子3的滾動接觸面進(jìn)行導(dǎo)向。因此，就避免了與圓 柱滾子的滾動接觸面的接觸，有利地確保了圓柱滾子3的平衡能力，并且 在高速旋轉(zhuǎn)期間發(fā)生的非重復(fù)偏心也被減少到可接受的水平。
此外，由于軋去部分4bl2位于柱4b的周向側(cè)面4bl的頂端側(cè)內(nèi)周部 分，因此，非?？煽康乇苊饬撕蛨A柱滾子3的滾動表面發(fā)生接觸。從而也 就防止了在高速旋轉(zhuǎn)期間周向側(cè)面4bl的頂端側(cè)內(nèi)周部分的非正常磨損， 并且軸承溫度的升高也得到抑制。
在這種情況下，環(huán)形部分4a在軸向上的長度Ta與圓柱滾子3在軸向上 的長度Td的尺寸比被設(shè)置為30X，該值大于在傳統(tǒng)設(shè)計中相同尺寸的比 值(該值大于為25%或附近)。因此，環(huán)形部分4a相對于圓柱滾子3的厚 度相對提高了。相應(yīng)的，如圖4所示的柱4b的頂端的向外彈性變形量^也 被減小了。特別的是，如果尺寸比為30%的話，那么環(huán)形部分4a的剛度， 并且由此，對柱4b的環(huán)形部分4a的支承剛度也就提高了。因此，甚至在 高速旋轉(zhuǎn)下所產(chǎn)生的離心力使柱4b發(fā)生向外的彈性變形時，柱4b頂端的 彈性變形量^也很小。因此，更加可靠地避免了與滾子3的滾動接觸面發(fā) 生接觸，有利地確保了圓柱形滾動軸承的平衡能力，并且將在高速旋轉(zhuǎn) 期間的非重復(fù)偏心(NRRO)減小到了可接受的水平。
此外，由于柱4b在軸向上的長度Tb被設(shè)置為一合適的長度，所述長 度為圓柱滾子3在軸向上長度Td的70X，因此就避免了當(dāng)柱4b在軸向上的 長度Td太短時，將圓柱滾子3保持在正常位置的能力受到阻礙的問題，還 避免了當(dāng)柱4b在軸向上的長度Tb太長時，要減小彈性變形量^所造成的 困難。因此，通過將環(huán)形部分4a在徑向上的長度Ta與圓柱滾子3在軸向上 的長度Td之間的比值設(shè)置在30X將能夠更可靠地得到如上所述所獲得的 優(yōu)點(diǎn)。
另夕卜，將周向側(cè)面4bl的基端內(nèi)周部分(滾子導(dǎo)向部分)4bl4形成為 與圓柱滾子3的滾動接觸表面相一致的圓弧表面增加了柱4b的基端內(nèi)周
部分4bl4的壁厚，從而提高了柱4b的剛度。因此，能夠減小由于在旋轉(zhuǎn)
期間所產(chǎn)生的離心力或者來自圓柱滾子3的負(fù)荷造成柱4b在向外方向上 以及周向上發(fā)生的彈性變形量。這就意味著能夠保持有利的圓柱滾子3的
平衡能力。
此外，由于圓柱滾子3的滾動接觸面的整個區(qū)域位于從邊界位置X徑 向向內(nèi)的位置，所述位置X位于外圈2的滾動表面2a和倒切部分2b之間， 因此那些由于圓柱滾子3的滾動接觸表面跨過(span)和接觸到邊界位置 X時產(chǎn)生的接觸使作用于圓柱滾子3的滾動表面上的局部應(yīng)力(邊緣應(yīng)力) 可能會出現(xiàn)的地方也不再存在。因此，沒有機(jī)會對圓柱滾子軸承的基本 功能造成阻礙。在這種情況下，滾動表面2a和倒切部分2b之間的邊界位 置X必須考慮由于配合誤差以及主軸的熱膨脹所引起的內(nèi)外圈1和2在周 向方向上的相對移動量。
另外，由于倒切部分2b在角度10。到30°之間相對于滾動表面2a形 成的圓柱形表面A傾斜，因此當(dāng)在裝配圓柱滾子軸承時，可以使圓柱滾子 3被平穩(wěn)地安裝。
在如圖5所示的本發(fā)明的第二實(shí)施例中的保持架4中，環(huán)形部分4a在 軸向上的長度Ta與圓柱滾子3在軸向上的長度Td的尺寸比為35X。其它的 結(jié)構(gòu)元件和效果與第一實(shí)施例中的一樣，因此，在圖5中這些元件在兩個 實(shí)施例中具有相同的附圖標(biāo)記，并且將省去對這部分的重復(fù)說明。
在如圖6所示的本發(fā)明的第三實(shí)施例的保持架4中，環(huán)形部分4a在軸 向上的長度Ta與圓柱滾子3在軸向上的長度Td的尺寸比為40X。其它的結(jié)
構(gòu)元件和效果與第一實(shí)施例中的一樣，因此，在圖6中這些元件在兩個實(shí) 施例中具有相同的附圖標(biāo)記，并且將省去對這部分的重復(fù)說明。
在如圖7(a)和7(b)所示的本發(fā)明的第四實(shí)施例的保持架4中，柱4b的 軋去部分4M2為每一軋去部分的外徑端從柱4b的頂端到基端都向內(nèi)徑傾 斜。其它的結(jié)構(gòu)元件和效果與第一實(shí)施例、第二實(shí)施例或第三實(shí)施例中 的一樣，因此，在圖7中這些元件在兩個實(shí)施例中具有相同的附圖標(biāo)記， 并且將省去對這部分的重復(fù)說明。
如圖8所示的本發(fā)明的第五實(shí)施例的保持架4，柱4b的軋去部分4b12 為每一軋去部分的周向側(cè)面都為傾斜面，該傾斜面朝周向中心線r2傾斜。 第五實(shí)施例可以與第四實(shí)施例相結(jié)合。其它的結(jié)構(gòu)元件和效果與第一實(shí) 施例、第二實(shí)施例或第三實(shí)施例中的一樣，因此，在圖6中這些元件在兩 個實(shí)施例中具有相同的附圖標(biāo)記，并且將省去對這部分的重復(fù)說明。
在如圖9所示的本發(fā)明的第六實(shí)施例的保持架4中，軋去部分4bl2形
成在每兩個或每三個或更多的柱上的兩周向側(cè)面4bl上(在本實(shí)施例中，
為每兩個柱)。本實(shí)施例可以與實(shí)施例四或?qū)嵤├逑嘟Y(jié)合。其它的細(xì) 節(jié)與第一實(shí)施例中一樣，并且這些重復(fù)的說明將被省去。在這種情況下，
并不是說本發(fā)明決不排除在每個柱4b的兩個周向側(cè)面4bl上形成軋去部
分4M2。
在上述的第一到第六實(shí)施例中，保持架的導(dǎo)向方法并不局限于滾動 元件導(dǎo)向，也可以采用外圈或內(nèi)圈進(jìn)行導(dǎo)向。話句話說，本發(fā)明并不指 定任何特殊的導(dǎo)向方法。此外，在圖l、圖5和圖6中，采用了NN形雙列
圓柱滾子軸承的例子，但是本發(fā)明能夠以相同的方式被應(yīng)用于NNU形或
其它類型的雙列圓柱滾子軸承。另外，本發(fā)明并不局限于用在雙列圓柱 滾子軸承中，它還可以相同的方式用于單列圓柱滾子軸承以及多列圓柱 滾子軸承中。 [測試結(jié)果l]
準(zhǔn)備了以下雙列圓柱滾子軸承圖1的采用了軋去部分4M2形成于每
個柱4b的兩周向側(cè)面4bl2上的保持架4的雙列圓柱滾子軸承(例l)、圖l 的采用了軋去部分形成于每兩個柱4b的兩周向側(cè)面上的保持架4的雙列 圓柱滾子軸承(例2),以及圖1的去除了保持架4的軋去部分4M2并且形 成有和其它區(qū)域相同的圓弧表面4bll的頂端內(nèi)周部分的雙列圓柱滾子軸 承(對比例)，并且在氣-油潤滑下對上述軸承進(jìn)行操作，并且就各自外 圈溫度的升高進(jìn)行比較。圖10示出了此結(jié)果。
以下為測試條件
軸承型號NN3020K
保持架材料樹脂(PEEK+CF)
裝配后的內(nèi)部徑向間隙-5"m
圓柱滾子滾子直徑 滾子長度ll附所，滾子PCD(節(jié)圓直
潤滑條件空氣體積30NL/min，潤滑劑體積0.02m1/20 min，潤滑油 粘性VG32，所提供的機(jī)體冷卻
如圖10所示，在軸承的轉(zhuǎn)速不超過8000rpm (dmn=l，000,000)的轉(zhuǎn) 速區(qū)域內(nèi)，在例1和例2以及對比實(shí)施例之間外圈溫度的升高值發(fā)現(xiàn)沒有 大的區(qū)別。然而，當(dāng)軸承轉(zhuǎn)速超過8000rpm (dmn=l,000，000)時，例中 外圈溫度的增高值比對比例中的低。并且當(dāng)軸承的轉(zhuǎn)速超過10，000rpm (dmn=l，250，000)時，溫度升高的差異非常顯著。換句話說，當(dāng)軸承的 轉(zhuǎn)速超過8000rpm (dmn=l，000,000)時，例1和2的外圈溫度的升高相對 較低，并且當(dāng)軸承的轉(zhuǎn)速超過10,000rpm (dmn= 1,250,000)時，對外圈溫 度升高的抑制性影響就非常顯著了。此外，將例1和例2進(jìn)行比較，表明 雖然在例2中， 一旦軸承的轉(zhuǎn)速超過12,000rpm (dmn= 1,500,000)后外圈 的溫度會突然升高，但是在例l中對外圈溫度的升高的抑制性影響甚至在 高速區(qū)域內(nèi)仍然相當(dāng)有效。 [測試結(jié)果2]
準(zhǔn)備了以下雙列圓柱滾子軸承圖l的環(huán)形部分4a在軸向上的長度Ta 與圓柱滾子3在軸向上的長度Td的比值為30X (例3)的雙列圓柱滾子軸 承，圖5的上述尺寸比為35%的雙列圓柱滾子軸承(例4)，以及其上述 尺寸比為25%的傳統(tǒng)雙列圓柱滾子軸承(對比例2)，并且在氣-油潤滑下 對上述軸承進(jìn)行操作，就各自外圈溫度的升高進(jìn)行比較。圖ll示出了此 結(jié)果。
以下為測試條件
軸承型號NN3020K
保持架材料樹脂裝配后的內(nèi)部徑向間隙-5/^
圓柱滾子滾子直徑^H附附，滾子長度ll附附，滾子PCD^26附附。
潤滑條件空氣體積30NL/min，潤滑劑體積0.02m1/20 min，潤滑油 粘性VG32，所提供的機(jī)體冷卻
如圖11所示，在軸承的轉(zhuǎn)速不超過6000rpm (dmn=760，000)的轉(zhuǎn)速 區(qū)域內(nèi)，發(fā)現(xiàn)在例1和例2以及對比例2之間外圈溫度的升高值沒有大的區(qū) 別。然而，當(dāng)軸承轉(zhuǎn)速在7000rpm ( dmn=880,000 )至U 1 l，OOOrpm (dnm=l，380,000)附近時，在例3和例4以及對比例2之間的升高水平中出 現(xiàn)了細(xì)微的差別，當(dāng)軸承的轉(zhuǎn)速超過13000rpm (dmn=l，650,000)時，那 么例3和例4以及對比例之間的差別就非常顯著了。換句話說，在例3和例 4中，甚至當(dāng)軸承的轉(zhuǎn)速超過13000rpm (dmn=1,650,000)時，外圈溫度
的升高都會基本上遵循與在低轉(zhuǎn)速區(qū)域下觀察到的相同的坡度，但是與 此相反，在對比例2中，在軸承的轉(zhuǎn)速超過13，000rpm (dmn=l,650,000) 的點(diǎn)處，外圈的溫度很快地升高。從這些結(jié)果中，可以總結(jié)出對比例2的 軸承不能夠被適合地用在高轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)。將例3和例4進(jìn)行比較表明，在 例4中，甚至當(dāng)軸承的轉(zhuǎn)速超過15，000rpm (dmn= 1,890,000)時，外圈溫
度的升高水平都會基本上遵循與在低轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)觀察到的相同的坡度， 但是相反的是，在例3中，在軸承的轉(zhuǎn)速超過15,000rpm (dmn=l,890,000) 的那點(diǎn)處，外圈溫度很快地升高。因此，例4能夠在比例3更高的轉(zhuǎn)速下 獲得有利的結(jié)果。
此外，F(xiàn)EM分析也可以用于以下雙列圓柱滾子軸承圖l的環(huán)形部分 4a在軸向上的長度Ta與圓柱滾子3在軸向上的長度Td的比值為30X (例3)
的雙列圓柱滾子軸承、圖5的上述尺寸比為35%的雙列圓柱滾子軸承(例
4)、其上述尺寸比為25%的傳統(tǒng)雙列圓柱滾子軸承(對比例2)、上述 尺寸比為15%的雙列圓柱滾子軸承(對比例3)、上述尺寸比為45。^的雙 列圓柱滾子軸承(對比例4)，并且確定每一圓柱滾子軸承的圓柱滾子軸 承的直徑與圖4所示的點(diǎn)P的向外變形量^的比值，所述比值代表了柱4b 的第一潤滑槽4bl2的基端的端部位置，并且將這些結(jié)果進(jìn)行比較。圖12 示出了比較的結(jié)果。
如圖12所示，在例3和例4中，當(dāng)軸承的轉(zhuǎn)速位于14,000rpm (dmn=l,700，000)的區(qū)域內(nèi)時，上述比值被保持在3%，但是相反的是， 在對比例2中，當(dāng)軸承的轉(zhuǎn)速位于14000rpm (dmn= 1,700,000)時，上述 比值就超過了7%。換句話說，在例3和例4中，甚至當(dāng)軸承的轉(zhuǎn)速位于 14000rpm (dnm=l,700,000)時，保持架的柱的頂部的彈性變形量在使用 時不會出現(xiàn)問題，但是相反的是，在對比例2和3中，當(dāng)軸承的轉(zhuǎn)速位于 14000rpm (dnm=l,700,000)時，保持架的柱的頂部的彈性變形量就會到 達(dá)在軸承的使用時出現(xiàn)問題的點(diǎn)處。在對比例4中，保持架的柱的頂部的 彈性變形量不會特別存在問題，但是此設(shè)計會存在如上所述的結(jié)構(gòu)上的 問題，會造成軸承使用的困難。此外，當(dāng)環(huán)形部分在軸向上的長度與圓 柱滾子在軸向上的長度之間的比值為30%或更大時，圖12中示出的代表 轉(zhuǎn)速區(qū)域從10,000rpm (dmn= 1,250,000)到20,000rpm (dmn=2,500,000) 的五條特性曲線的坡度會很平穩(wěn)。這個結(jié)果顯示了如果上述比值小于30%的話，那么環(huán)形部分在軸向上的長度的設(shè)置就會明顯地影響到最大轉(zhuǎn)速， 因此，最有利的是將上述比值設(shè)置為30%或更高。
圖13到圖15示出了本發(fā)明第七實(shí)施例的雙列圓柱滾子軸承。在對第 七實(shí)施例的雙列圓柱滾子軸承的說明中，那些與圖1到圖3中所示的第一
實(shí)施例的雙列圓柱滾子軸承相同的結(jié)構(gòu)元件，其附圖標(biāo)記也與第一實(shí)施 例中的相同，并且省去了對這些結(jié)構(gòu)元件的詳細(xì)說明。
在第七實(shí)施例的雙列圓柱滾子軸承的保持架4中，每個柱4b的兩周向 側(cè)面4bl上都包括從兜孔PCD上形成在內(nèi)部和外徑方向上的圓弧表面(圓 柱形表面)4bl1，所述兜孔PCD穿過兜孔4c的兜孔中心0 (如圖15示出的 實(shí)施例中，兜孔PCD等同于穿過圓柱滾子3的中心的PCD)。此外，軋去 部分4bl2形成于每一柱4b的圓弧表面4bll的頂端內(nèi)周部部分處，并且在 第七實(shí)施例中，這些軋去部分4bl2還作為第一潤滑槽。這些第一潤滑槽 4bl2以開口于頂端內(nèi)周端處的凹陷的形式存在(參見圖14)，并且還包 括在外周側(cè)邊緣4bl5處呈曲線凹陷形狀的臺階部分。這些軋去部分4b12 形成于兜孔PCD的內(nèi)周側(cè)上。
特別的是，如圖15 (a)和15 (b)所示，柱4b的圓弧表面4bll被繪 制為以兜孔中心O為圓心、半徑為圓柱滾子3的半徑(D/2)的1.005到1.1倍 之間的圓弧表面。并且該圓弧的外徑端與平行于徑向線rl的直表面4M3 相連，所述徑向線rl穿過兜孔中心O。在周向上彼此正對的相對直表面 4bl3之間的間隙Wl小于圓柱滾子3的直徑D，因此，就限制了圓柱滾子3 從兜孔4c向外徑方向移動。圓弧表面4b 11的內(nèi)周端在基端處延伸到柱4b
的內(nèi)徑端，在頂端處與內(nèi)周部分的潤滑槽(軋去部分)相連。在周向部 分彼此正對的相對圓弧形表面44bll的基端內(nèi)周部分之間的最小間隙W2
小于圓柱滾子3的直徑D?；藘?nèi)周部分4bl4為導(dǎo)向部，當(dāng)在旋轉(zhuǎn)期間所 產(chǎn)生的離心力使柱4b承受向外的彈性變形時，該導(dǎo)向部分將導(dǎo)向圓柱滾 子3的滾動接觸表面。
第一潤滑槽4bl2形成在從柱4b的頂部沿著中心軸線Z(圓柱滾子3或 兜孔4c的中心軸線)到離基端部分還有一半距離的點(diǎn)之間，并且它具有足 夠凹陷的寬度，所示凹陷比基端內(nèi)周部分4bl4更朝柱4b的軸向中心線r2 方向凹陷。第一潤滑槽4bl2在軸向上的長度Tl被設(shè)置為圓柱滾子3在軸向 上的長度Td的10X到35X之間。另夕卜，在第一潤滑槽4bl2的周向側(cè)面內(nèi)， 平行于柱4b的軸向中心線r2的直表面與外周側(cè)邊緣4M5的互相臺階部分 相交。以這種方式形成第一潤滑槽4bl2意味著甚至在高轉(zhuǎn)速期間產(chǎn)生的 離心力使柱4b承受沿軸向中心線r2的向外彈性變形時，在柱4b和圓柱滾子 3的滾動接觸面之間仍然不會發(fā)生接觸。相對第一潤滑槽4bl2的周向側(cè)面 之間的最小間隙基本上等于圓柱滾子3的直徑D，所述相對第一潤滑槽在 周向上彼此正對。然而，由于第一潤滑槽4M2延伸周向中心線r2向外徑移 動，因此，它不會與圓柱滾子3的滾動接觸表面發(fā)生接觸。以這種方式， 通過在第一潤滑槽4bl2的周向側(cè)面上形成與周向中心線r2相平行的直表 面，就使柱4b的頂端內(nèi)周部分獲得了比在形成與徑向線rl平行的直表面的 情況下更厚的周向壁厚，由此就提高了柱4b的剛度。
如圖13所示，在第七實(shí)施例中，保持架4為滾動元件導(dǎo)向保持架，軸
承旋轉(zhuǎn)期間它也發(fā)生旋轉(zhuǎn)，柱4b的內(nèi)周向側(cè)面4bl在與圓柱滾子3的滾動 接觸面發(fā)生接觸的同時對圓柱滾子3的滾動接觸面進(jìn)行導(dǎo)向。當(dāng)軸承的旋 轉(zhuǎn)到達(dá)預(yù)定速度時，離心力使柱4b發(fā)生向外的彈性變形，柱4b的周向側(cè) 面4bl的基端內(nèi)周部分4b14 (滾子導(dǎo)向部分)在減小柱4b和圓柱滾子3的 滾動接觸面之間的兜孔間隙的方向上移動(即沿著朝向周向中心線r2朝外 徑方向)，從而對圓柱滾子3的滾動接觸面進(jìn)行導(dǎo)向。因此，有利地確保 了圓柱滾子3的平衡能力，在高速旋轉(zhuǎn)期間發(fā)生的非重復(fù)偏心(NRRO)也 被減少到可接受的水平。此時，由于同時作為軋去部分的第一潤滑槽4b12 位于柱4b的周向側(cè)面4bl的頂端內(nèi)周部分處，因此，就避免了與圓柱滾子 3的滾動接觸面發(fā)生接觸。此外，將周向側(cè)面4bl的基端內(nèi)周部分4M4(滾 子導(dǎo)向部分)形成為與圓柱滾子3的滾動接觸面相一致的圓弧表面，就增 加了柱4b的基端內(nèi)周部分4bl4在周向上的壁厚，從而提高了柱4b的剛度。 因此，由于在旋轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生的離心力或來自圓柱滾子3的負(fù)荷造成的柱4b 在向外方向和周向上的彈性變形量能夠被減少。這就意味著保持了圓柱 滾子3的有利的平衡能力。
在這種情況下，由于還作為用于上述接觸的軋去部分的第一潤滑槽 4bl2形成于柱4b的周向側(cè)面4bl上，即使在滾子滾動期間例如脂或油的覆 蓋于圓柱滾子3上的潤滑油被柱4b的圓弧表面4bll所破壞，潤滑劑也能夠 從第一潤滑槽4bl2得到補(bǔ)充，因此，象潤滑不足的類似情況很少出現(xiàn)在 柱4b和圓柱滾子3之間。由于甚至在高速旋轉(zhuǎn)期間也能夠確保令人滿意的
潤滑性能，因此就能很大程度地預(yù)防例如由于潤滑不足所造成的磨損及 類似情況。
圖16到圖19示出了本發(fā)明的八實(shí)施例的雙列圓柱滾子軸承。下面對 第八實(shí)施例中的保持架4的說明主要集中在其與第七實(shí)施例中的保持架 之間的區(qū)別上。在第七實(shí)施例中已經(jīng)對其它結(jié)構(gòu)元件和效果進(jìn)行了說明， 因此兩個實(shí)施例相同的那些元件在附圖中被標(biāo)以相同的附圖標(biāo)記，并且 這部分的重復(fù)說明也將被省去。
如圖16和17所示，在第八實(shí)施例的保持架4中，包括直槽的第二潤滑 槽4b22以與軋去部分(第一潤滑槽部分)4bl2相間隔的位置形成于柱4b 的圓弧表面4bll內(nèi)。這些第二潤滑槽4b22以僅僅在頂部開口的兜孔的形 式位于兜孔PCD的外周上。此外，每個第二潤滑槽4b22都沿著中心線2的 方向，形成在從柱4b的頂部沿著中心軸線Z到離基端部分還有一半距離的 點(diǎn)之間，并且第二潤滑槽在軸向上的長度長于第一潤滑槽4bl2在周向上 的長度。
特別的是，如圖18 (a)和18 (b)所示，第二潤滑槽4b22在軸向上 的長度T2優(yōu)選地為圓柱滾子3在軸向上的長度Td的50X。這兩個部件的尺 寸被設(shè)置成，第二潤滑槽4b基本上位于圓柱滾子3的中心線上。此外，如 圖19(a)和19(b)所示，第二潤滑槽4b22的槽深Tx被設(shè)置為圓柱滾子3的直 徑0的2%至1」8%之間，并且，第二潤滑槽4b22的槽寬Ty被設(shè)置成圓柱滾子 3直徑0的10%到15%之間。 這里，圖19(a)示出了第二潤滑槽4b22的槽寬Tx以及第二潤滑槽4b22 的槽深Ty為上述范圍的上限處的例子，圖19(b)示出了第二潤滑槽4b22的 槽寬Tx以及第二潤滑槽4b22的槽深Ty為下限處的例子。正如這些圖中所 示，第二潤滑槽4b22的槽的底面為圓弧形(圓柱形)。這種情況下，代 表了從兜孔中心O到槽的底面之間最長的直線的沿著直線Ll從圓弧表面 4bl 1的表面到兜孔的底面之間的尺寸被定為槽深Tx，并且邊緣4b25在第 二潤滑槽4b22的兩側(cè)上與直線Ll相正交的寬度方向上的間距被定為槽寬 Ty。此外，圓弧形表面(臺階部分)也位于每個第一潤滑槽4bl2的外周 側(cè)邊415上，它具有與第二潤滑槽4b22的兜孔表面相同的曲率和相同的深 度。第一潤滑槽4bl2的周向側(cè)面不需要具有位于外周側(cè)邊緣處的臺階部 分，并且相反外周側(cè)邊可以直接與平行與周向中心線r2的直表面接觸。
在使用第八實(shí)施例的保持架4時，由于同時作為軋去部分的第一潤滑 槽4bl2和第二潤滑槽4b22都位于柱4b的周向側(cè)面4bl內(nèi)，即使在滾子滾動 期間例如脂或油的覆蓋于圓柱滾子3上的潤滑油被柱4b的圓弧表面4b11 所破壞，潤滑劑也能夠從兩個潤滑槽4bll和4bl2中得到補(bǔ)充，因此，象 潤滑不足的類似情況很少出現(xiàn)在柱4b和圓柱滾子3之間。此外由于總共在 一個單獨(dú)的兜孔4c內(nèi)形成四個潤滑槽4bl2和4b22，那么潤滑劑的供給非 常可靠和充足，這意味著長期內(nèi)都能保持令人滿意的潤滑性能，并且還 允許對軸承的耐用性和更長的使用壽命有著更進(jìn)一步的改進(jìn)。由于甚至 在高速旋轉(zhuǎn)期間也能夠確保令人滿意的潤滑性能，因此就能很大程度地 預(yù)防例如由于潤滑不足所造成的磨損及類似情況。
此外，第一潤滑槽4M2形成于兜孔PCD的內(nèi)周側(cè)面上，并且第二潤
滑槽4b22形成于兜孔PCD的外周側(cè)面上，因此，就可以避免柱4b的頂端 內(nèi)周部分和圓柱滾子3發(fā)生接觸，同時將適量的潤滑劑均勻地輸送在柱4b 的內(nèi)周向側(cè)面4bl的整個區(qū)域上。另外，由于第二潤滑槽4b22為沿周向延 伸的直槽，因此當(dāng)離心力使柱4b發(fā)生彈性變形時，能夠確保柱4b具有足 夠的強(qiáng)度，并且在柱4b的軸向上的整個區(qū)域內(nèi)都有適量的潤滑劑供給。 此外，由于第二潤滑槽4b22在軸向上沿著柱4b從中點(diǎn)處穿過柱的頂部， 因此直槽4b22沒有延伸到柱4b的軸向基端(底部)處，這就意味著能夠 使柱4b的這些部分保持所需的適當(dāng)高的剛度，并且獲得對彈性變形足夠 的抵抗能力。
另外，由于第二潤滑槽4b22的槽長(軸向上的長度)T2被設(shè)置為圓 柱滾子3在軸向上的長度Td的40。/^到60^之間，就能夠避免當(dāng)該值低于40 %時造成例如潤滑性能的惡化的問題以及當(dāng)該值高于60%時造成例如柱 4b的剛度的降低的問題。此外，由于第二潤滑槽4b22的槽深Tx被設(shè)置為 圓柱滾子3的直徑D的2X到8X之間，那么就可以避免當(dāng)該值小于2%時造 成例如不能夠保持足夠量的潤滑油的問題，以及當(dāng)該值超過8%時造成例 如在柱4b的特定部分處的壁厚太薄的問題。此外，由于第二潤滑槽4b22 的槽寬Ty被設(shè)置成圓柱滾子3的直徑D的10。/^到15^之間，并且特別是在 槽的內(nèi)表面為圓弧表面的情況下，就可以避免由于該值小于10%時造成 那些例如不能夠保持足夠量的潤滑油的問題，以及由于該值超過15%時 造成那些在柱4b的特定部分處的壁厚太薄的問題，并且還能夠避免減小 滾子導(dǎo)向部分4b14。
在圖20 (a)禾Q20 (b)示出的本發(fā)明的第九實(shí)施例的保持架4中，形 成第二潤滑槽4b22的直槽在與柱4b的傾斜方向相對的斜面上相對于中心 軸線Z傾斜地形成，即該兜孔接近與頂端時朝著內(nèi)徑方向傾斜，所述柱4b 當(dāng)在旋轉(zhuǎn)期間所產(chǎn)生的離心力使柱4b彈性變形時發(fā)生傾斜，并且第一潤 滑槽4bl2的直外周側(cè)邊緣4bl5也相對于中心軸線Z以相同的方向傾斜。通 過采取這種結(jié)構(gòu)，就可以避免當(dāng)?shù)谝粷櫥?M2的外周側(cè)邊4bl5以及第 二潤滑槽4b22都與中心軸線Z平行地形成，或者可替換的是，當(dāng)它們接近
頂端時在朝外徑的方向上傾斜地形成時所帶來的問題，即，可以避免柱 4b的彈性變形使?jié)櫥瑒┤苛⒖虖臐櫥?M2和4b22流失，從而很難在 長時間內(nèi)保持潤滑的問題。換句話說，甚至當(dāng)離心力造成柱4b發(fā)生如圖 20 (b)的虛線所示的彈性變形時，潤滑劑仍然能夠從潤滑槽4bl2和4b22 中得到供給和補(bǔ)充，這就意味著甚至在高速旋轉(zhuǎn)期間也能夠確保有利的 潤滑性能。
在這種情況下，4bl5和4b22的傾角"優(yōu)選地在2到10度之間。換句話 說，如果傾角小于2度，那么柱4b的輕微的彈性變形就會造成潤滑槽4b12 和4b22相對于中心軸線Z的傾斜方向與柱4b相對于中心軸線Z的傾斜方向 成一條直線，那么這就會導(dǎo)致出現(xiàn)使?jié)櫥土⒓淳蛷臐櫥?bl2和4b22 中流失的位置。另外，如果傾角超過10度，那么即使柱4b發(fā)生很大程度 的彈性變形，就會引發(fā)包括難于從潤滑槽4bl2和4b22中供給和補(bǔ)充足夠
量的潤滑劑，或者很難在每個柱提供的有限的區(qū)域內(nèi)形成潤滑槽4bl2和 4b22在內(nèi)的各種問題。因此，如果公潤滑槽4bl2和4b22的傾角被設(shè)置在2 到10度之間，那么這些問題發(fā)生的可能性就很小。
在第八實(shí)施例中已經(jīng)對第九實(shí)施例中其它結(jié)構(gòu)元件和效果進(jìn)行了說 明，因此兩個實(shí)施例相同的那些元件在附圖20 (a)和20 (b)中被標(biāo)以 相同的附圖標(biāo)記，并且這部分的重復(fù)說明也將被省去。
在如圖21 (a)和21 (b)所示的本發(fā)明的第十實(shí)施例的保持架4中， 每個柱4b的第一潤滑槽4bl2的外周端為朝內(nèi)徑方向從柱4b的頂部到基部 傾斜地形成。在這種情況中，作為第二潤滑槽4b22的直槽可以在與柱4b 的傾斜方向相對的方向上相對于中心軸線Z進(jìn)行傾斜，所述柱4b為當(dāng)在旋 轉(zhuǎn)期間所產(chǎn)生的離心力使4b彈性變形發(fā)生傾斜。在第八實(shí)施例中已經(jīng)對 第十實(shí)施例中其它結(jié)構(gòu)元件和效果進(jìn)行了說明，因此兩個實(shí)施例相同的 那些元件在附圖21 (a)和21 (b)中被標(biāo)以相同的附圖標(biāo)記，并且這部
分的重復(fù)說明也將被省去。
在如圖22所示的本發(fā)明的第十一實(shí)施例的保持架4中，每個柱的第一 潤滑槽4bl2的軸向側(cè)面被傾斜地形成，它朝柱4b的周向中心線r2傾斜。在 這種情況下，作為第二潤滑槽4b22的直槽以及第一潤滑槽4bl2的外周側(cè) 邊4M2可以在與柱4b的傾斜方向相對的方向相對于中心軸線Z傾斜，所述 柱4b為當(dāng)在旋轉(zhuǎn)期間所產(chǎn)生的離心力使柱4b彈性變形時發(fā)生傾斜。第十 一實(shí)施例可以和第十實(shí)施例相結(jié)合。在第八實(shí)施例中已經(jīng)對第十一實(shí)施
例中其它結(jié)構(gòu)元件和效果進(jìn)行了說明，因此兩個實(shí)施例相同的那些元件 在附圖22中被標(biāo)以相同的附圖標(biāo)記，并且這部分的重復(fù)說明也將被省去。 在所述的第七到第十一實(shí)施例中，保持架的導(dǎo)向方法并不局限于滾 動元件導(dǎo)向，也可以采用外圈導(dǎo)向或內(nèi)圈導(dǎo)向。換句話說，本發(fā)明并沒 有指定任何的導(dǎo)向方法。此外，圖16示出了NN形雙列圓柱滾子軸承的例 子，但是本發(fā)明能夠被以相同的方式用在NNU形和其它類型的雙列圓柱
滾子軸承中。另外，本發(fā)明并不局限于用在雙列圓柱滾子軸承中，它還 可以相同的方式被用于單列圓柱滾子軸承以及多列圓柱滾子軸承中。此
外，在上述的第七到第十一實(shí)施例中，第一潤滑槽4b12 (并且優(yōu)選地， 還有第二潤滑槽4b22)形成在所有的柱4b上，所述柱4b從環(huán)形部分4a以
整體、連續(xù)的方式軸向地延伸，但是同樣可以采用替換結(jié)構(gòu)，在這些結(jié) 構(gòu)中第一潤滑槽4b12 (并且優(yōu)選地，還有第二潤滑槽4b22)可以形成在 每兩個或者每三個或者更多的柱4b上。
權(quán)利要求
1.一種圓柱滾子軸承包括內(nèi)圈；外圈；多個以可自由滾動地方式布置于外圈和內(nèi)圈之間的圓柱滾子；以及由合成樹脂制成的保持架，其中保持架包括環(huán)形部分、多個在軸向方向上從環(huán)形部分的內(nèi)表面延伸的柱，以及多個兜孔，這些兜孔形成于在周向上相鄰柱的周向側(cè)面之間，并且以自由滾動的方式支承圓柱滾子，其特征在于保持架的環(huán)形部分在軸向上的長度為圓柱滾子在軸向上長度的30％到40％之間的值。
2. 如權(quán)利要求l所述的圓柱滾子軸承，其特征在于 保持架的柱在軸向上的長度被設(shè)置為圓柱滾子在軸向上長度的65%到75%之間的值。
3. 如權(quán)利要求l所述的圓柱滾子軸承，其特征在于 倒切部分形成在圓柱滾子沿著其滾動的內(nèi)圈和/或外圈的滾道表面的軸向方向的外部，并且圓柱滾子的滾動接觸面的整個區(qū)域都被布置為 從位于滾道表面和倒切部分之間的邊界位置處軸向向內(nèi)的位置。
4. 如權(quán)利要求3所述的圓柱滾子軸承，其特征在于倒切部分以相對于由滾道表面形成的圓柱形表面成IO。至U3(T之間 的傾斜角形成。
5. 如權(quán)利要求l所述的圓柱滾子軸承，其特征在于 保持架的柱的周向側(cè)面包括位于基端的內(nèi)周向部分處的滾子導(dǎo)向部分，該導(dǎo)向部分形成為與圓柱滾子的滾動接觸面相一致的圓弧表面，并且在旋轉(zhuǎn)過程中當(dāng)離心力使柱發(fā)生向外的彈性變形時對圓柱滾子的滾 動接觸面進(jìn)行導(dǎo)向，并且還包括位于頂端的內(nèi)圓周部分處的軋去部分， 該軋去部分比滾子導(dǎo)向部分更向柱的圓周中心凹陷，防止當(dāng)在旋轉(zhuǎn)過程 中產(chǎn)生的離心力使柱發(fā)生向外的彈性變形時來自圓柱滾子的滾動接觸面 的徑向接觸壓力的產(chǎn)生。
6. 如權(quán)利要求5所述的圓柱滾子，其特征在于軋去部分在軸向上的長度為圓柱滾子的軸向長度的10%到35%之間。
7. 如權(quán)利要求l所述的圓柱滾子軸承，其特征在于 滾子軸承以多列布置，并且每列滾子軸承分別由保持架分別支承。
全文摘要
圓柱滾子軸承的保持架包括環(huán)形部分、多個從環(huán)形部分的內(nèi)表面上以整體、連續(xù)的方式延伸的柱、以及多個兜孔，這些兜孔形成與相鄰柱的內(nèi)周向側(cè)面之間，并且對自由旋轉(zhuǎn)的方式對圓柱滾子進(jìn)行支承。柱的軸向側(cè)面包括從兜孔PCD(節(jié)圓)處形成于內(nèi)徑和外徑方向的圓弧表面，所述兜孔PCD穿過兜孔的兜孔中心，以及位于頂端內(nèi)周部分處的軋去部分(潤滑槽)。
文檔編號F16C33/49GK101187399SQ200710162870
公開日2008年5月28日 申請日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者山本直太, 水谷守 申請人:Ntn株式會社