CN102597550A - 具有改进的保持架引导的角接触球轴承，特别是主轴轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种角接触球轴承，包括外圈、内圈、多个球体，其中，球体在外圈与内圈之间在保持架内能转动地绕轴承轴线布置，其中，保持架通过外圈的保持架导向面引导并且其中角接触球轴承具有小于或等于30度的公称压力角。本发明的目的在于，提供如下类型的角接触球轴承，其引起保持架与外圈之间的摩擦的减少，此外其中，球体得到可靠引导，并且该角接触球轴承简单和成本低廉地制造。为实现该目的建议，在包括轴承轴线的剖面图中，如下圆弧线，该圆弧线从外圈滚道距轴承轴线最远的点沿滚道向靠近保持架导向面的滚道端部方向一直分布到圆弧线与经过保持架导向面的直线的交点，具有大于或等于60度的圆心角。

Description

具有改进的保持架引导的角接触球轴承,特别是主轴轴承
技术领域
本发明涉及一种角接触球轴承，包括外圈、内圈、多个球体，其中，球体在外圈与内圈之间在保持架内能转动地绕轴承轴线布置，其中，保持架经由外圈的保持架导向面引导，并且其中角接触球轴承具有小于或等于30度的公称压力角。
背景技术
这种类型的角接触球轴承例如作为机床上的主轴轴承使用，其中，这种角接触球轴承经常为例如15000转/分钟以上的高转速设计。恰恰是在这种高速运转的滚动轴承方面事实证明具有优点的是，保持架不是滚动体引导的，而且在轴承圈的凸肩或挡边上，普遍是在保持架导向面上引导。这是所谓的挡边引导的保持架。按照这种方式，滚动体在兜内摩擦方面的问题被绕开，这是因为滚动体在保持架凹处内的间隙可以足够大地选择。
这种类型的依据分类的角接触球轴承在图1中示出。角接触球轴承1包括具有内圈滚道3的内圈2、具有外圈滚道5的外圈4以及通过保持架6引导的球体6，这些球体在内圈滚道3和外圈滚道5上绕轴承轴线7滚动。外圈4具有带保持架导向面9的挡边8，该保持架导向面与保持架10的一个环形件的径向向外朝向的表面11对置。保持架10通过其表面11和外圈4的保持架导向面9引导。公称压力角α(alpha)在该示例中为25度。公称压力角在此方面是指，在轴承无负载时，也就是在球体无应力地触碰滚道的轴承中，压力线与径向平面包夹的角度。
情况表明，运行期间保持架的表面11与外圈8的保持架导向面9之间在很大程度上出现摩擦。该摩擦特别是随着轴承转速的上升而产生影响。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种依据分类的角接触球轴承，该角接触球轴承引起保持架与外圈之间的摩擦的减少，其中，球体此外得到可靠引导，并且该角接触球轴承简单和成本低廉地制造。
该目的通过一种依据独立权利要求所述的角接触球轴承得以实现。据此依据分类的角接触球轴承的特征在于，在包括轴承轴线的剖面图中，如下圆弧线，该圆弧线从外圈的滚道的距轴承轴线最远的点沿滚道向靠近保持架导向面的滚道端部方向一直分布到该圆弧线与经过保持架导向面的直线的交点，具有大于或等于60度的圆心角。
本发明基于这种思路，即，通过减少保持架质量达到降低保持架与外圈之间摩擦。认识到，保持架质量通过离心力特别是在特别高的转速时对摩擦具有重要影响，这是因为保持架与外圈之间的接触力随着转速剧烈上升。
依据本发明的解决方案现在在于，借助如下方式可以使保持架质量并因此摩擦明显降低，即，外圈的保持架导向面进一步向轴承轴线的方向推移。在此方面，充分利用这一点，即，保持架的功能基本上已经可以通过(与例如图1的依据现有技术的保持架相比)具有明显更小外径的保持架满足。所以对于保持架的功能，即，使球体保持距离来说，只是在分度圆的两面的相对微小的径向延伸就足够。依据本发明，外圈的保持架导向面现在应该如下程度地向轴承轴线径向向内推移，即，使得保持架的径向延伸仅通过保持架功能的需要、也就是保持球体距离的需要来确定。
外圈的保持架导向面按照何种方式向轴承轴线的方向径向推移对于实现本发明的中心思想来说不重要。正如下面所实施的那样，特别是可以设想加大挡边，包括延长滚道以及在挡边上实施的单独的、包括保持架导向面的径向凸起部在内。这种径向凸起部要么可以是一件式挡边的或外圈的部分，要么就可以通过在外圈挡边上连通的单独环形件形成。
依据本发明，保持架导向面的径向推移如下方式地定义，即，使如下弧段，该弧段在滚道的距轴承轴线最远的点上开始、沿滚道向靠近保持架导向面的滚道端部的方向分布、并在弧段与经过保持架导向面分布的直线的交点上结束，超过一定的圆心角。圆心角在此方面正如几何上常见的那样，定义一个弧段的两个端点与该弧段圆心包夹的角度。依据本发明的弧段的圆心角越大，保持架导向面径向向内，也就是向轴承轴线推移得越远。特别是依据本发明圆心角应该取60度的或更大的数值。从该数值起，一方面出现可以感觉到的减少的摩擦，另一方面，保持架还径向从分度圆出发径向地向外延伸足以可靠引导球体。
虽然已公知具有如下挡边的外圈，该挡边径向如下程度地向内延伸，即，相应定义的圆心角取超过60度的数值。但这种外圈为在具有40度的或更大的公称压力角的角接触轴承中的使用而设置。对于这种在其余情况下不是作为主轴轴承而是作为低转速轴承使用的轴承来说，需要这种挡边以便构成对高压力角相应的滚道。与此相反，依据本发明的外圈是具有30度的或更小的公称压力角的角接触球轴承的外圈。
本发明优选的实施方式在从属权利要求中给出。
依据一种实施方式，内圈具有两个凸肩，实施凸肩关于垂直于轴承轴线的平面镜面对称。内圈的两个凸肩在此至少在其基本形状方面对称地构成。特别是两个凸肩应该具有相同的高度，也就是说，两个凸肩具有径向向外指向的端面，其与轴承轴线的距离同样大小。这种结构的优点是，在密封的轴承中两面可以使用相同类型的密封盘。
通过依据本发明的、外圈的构造，也就是保持架导向面的定位，使得低质量的并且还简单的保持架的结构成为可能。
所以，依据一种实施方式，保持架具有两个环形件和连接环形件的横接片，其中，横接片径向向内和/或径向向外与环形件齐平。环形件绕轴承轴线分布，并且彼此同心地布置。环形件优选具有相同的内径和外径，特别是环形件的截面可以相同。依据现有技术至少一个环形件径向向外向保持架导向面的方向加长，以保证可靠和精确引导保持架，而依据本发明则可以取消这种加长。确切地说，两个环形件不再延伸超出横接片径向最大的必要延伸。特别是保持架可以具有矩形截面造型的环形形状，具有用于容纳球体的保持架兜。保持架优选从分度圆，也就是穿过球体中心的圆出发，在两个径向方向上具有基本上相同大小的延伸。
保持架依据本发明的构造除了减轻重量外，还使保持架制造可以简化。所以，依据另一种实施方式，保持架可以关于垂直于轴承轴线的平面镜面对称地构成。这类对称的保持架形状使得角接触球轴承可以更加简单地加工并且更加简单地组装，并且由此造成，保持架构造依据本发明基本上仅由保持球体距离的功能来预先规定。
依据另一种实施方式，保持架具有两个相对于轴承轴线同心分布的环形件和连接所述环形件的横接片，其中，保持架经由所述环形件之一的径向向外朝向的表面由外圈的保持架导向面引导。因此在外圈的保持架导向面与保持架的表面之间形成环形间隙。在此，无论是保持架导向面还是保持架的表面均合理地沿轴承轴线彼此平行地分布。特别是依据一种实施方式，保持架导向面形成绕轴承轴线同心地布置的圆柱。相应地，保持架与保持架导向面对置的表面同样形成绕轴承轴线同心地布置的圆柱。保持架导向面与保持架的表面之间因此形成圆柱形的环形间隙。不言而喻，原则上也可以设想所述面的不同分布，例如锥形分布。
依据一种实施方式，圆心角处于60度与70度之间。优选地，圆心角处于63度与67度之间。情况表明，在所述值域内，如果保持架的横接片和环形件径向齐平的话，可以获得一方面通过减少保持架的径向延伸降低摩擦与另一方面通过保持架足够的径向延伸保持球体的可靠和精确的引导之间的良好妥协。
依据一种实施方式，公称压力角在15度与25度之间。所述两个数值是主轴轴承的典型数值，也就是说，可以使用标准化的内圈。
依据一种实施方式，在剖面图中，滚道具有与保持架导向面的交点。依据这种实施方式，外圈的挡边因此向轴承轴线径向加大，也就是说，挡边与由现有技术中所公知的相比更高地实施，但原则上具有与以往相同的基本形状。滚道与保持架导向面之间的交点可以倒圆。但备选地如下也是可能的，即，依据一种实施方式在剖面图中，滚道与保持架导向面之间引入平台或阶梯部。取代向轴承轴线的方向加大挡边连同同时同样向轴承轴线的方向加长滚道，依据该实施例在以往的挡边上构成径向向内指向的凸起部。保持架导向面处于凸起部的、径向向内指向的表面上。滚道在这种情况下可以保持不变，从而在凸起部与滚道之间出现阶梯部。凸起部的或阶梯部的径向延伸在此是保持架导向面的径向推移。现在可以设想，该凸起部是挡边的或外圈的一体化的部件，或还是通过单独的部件形成。如果凸起部是挡边的或外圈的一体化的部件，那么外圈依据一种实施方式特别是可以一件式地实施。如果凸起部通过单独的部件形成，那么该部件例如可以由在外圈内引入的具有矩形截面造型的环形件组成。单独的部件在此方面可以由与外圈相同的或不同的材料组成。在单独的部件中具有优点的是可以继续使用现有的外圈。
依据本发明的摩擦的减少不需要加大角接触球轴承的结构空间(无论是轴向还是径向结构空间)。所以，依据一种实施方式，内圈和外圈具有相同大小的轴向延伸。该纵向延伸在此与相应的标准角接触球轴承的数值相当。
依据一种实施方式，角接触球轴承在一个或两个轴向端部处密封。在此，密封盘可以在内圈与外圈之间各自安装在角接触球轴承的轴向端部处。
依据本发明的角接触球轴承为此特别适合作为例如机床的主轴轴承使用。但不言而喻也可以设想其他应用，特别是作为高速的滚动轴承。
附图说明
下面借助附图对本发明的实施例进行详细说明。其中：
图1示出依据现有技术的角接触球轴承；
图2示出依据本发明的角接触球轴承的第一实施例；
图3示出依据本发明的角接触球轴承的第二实施例；以及
图4示出包括依据本发明的角接触球轴承的机床。
附图中相同的或功能相同的部件配有相同的附图符号。
具体实施方式
图1示出如开头所述依据现有技术的角接触球轴承包括轴承轴线7的剖面图，其中示出上半部分。标出无负载轴承的压力线12，并且与垂直于轴承轴线7的平面13(径向平面)形成在该示例中为25度的公称压力角α(alpha)。
外圈滚道5具有径向距轴承轴线7的最远的点A。从点A出发，沿外圈滚道5的向外圈滚道5靠近保持架导向面9的端部方向直至外圈滚道5与经过保持架导向面9的直线17的交点B，产生如下弧段，该弧段的圆心角β(beta)在该示例中约为50度。也就是说，公称压力角α(alpha)约为圆心角β(beta)的一半大小。
依据图1的角接触球轴承的保持架由两个环形件14、15组成，实施环形件在圆周上分布，并且通过多个轴向分布的横接片16连接。横接片16具有用于接触球体6的导向面，其中，球体可以由金属或陶瓷组成。为最佳引导球体，需要这些导向面既在分度圆的外面，也在分度圆的里面穿过角接触球轴承1的球心地径向延伸。
为使通过外圈4的挡边8可以引导保持架10，保持架10径向相应程度上向外延伸。特别是保持架10从分度圆出发地径向向外比向内明显更远地延伸。
图2示出依据本发明的角接触球轴承的第一实施例。与依据图1的现有技术的角接触球轴承相反，在图2中，外圈4的挡边8径向明显向内，也就是径向向轴承轴线7加长。保持架10在其径向延伸上可以相同的量缩短。环形间隙18处于保持架导向面9与表面11之间。
在外圈4的、与挡边8轴向对置的面上，外圈4在轴承轴线7的方向上仅具有微小的径向凸起部，以防止球体6脱落。但该面上没有保持架导向面，也就是说，保持架10仅通过唯一的保持架导向面9引导。
保持架导向面9在轴承轴线7的方向上借助如下方式推移，即，完整的挡边8向轴承轴线7加大推移。特别是在此方面外圈滚道5也相应加大。
圆心角β(beta)为68度。公称压力角α(alpha)不会变，也就是说，它仍为25度。挡边的以及保持架的新结构不导致球体6在相应滚道3、5上的滚动特性的改变，例外的是，由于减少了摩擦而达到更少的热产生。
保持架10在其径向延伸上可以限制在最小值上。在包括轴承轴线7的剖面图中，保持架具有矩形截面。两个环形件14、15中的每一个同样具有矩形截面，并且与横接片16径向齐平。保持架10关于径向平面13镜面对称。
外圈4和内圈2具有相同的轴向延伸，并且轴向齐平。特别是角接触球轴承1的外部尺寸与类似的标准轴承的外部尺寸相当。
内圈2具有两个挡边18、19，实施挡边以相同的量径向向外延伸。特别是两个挡边18、19关于径向平面13镜面对称。挡边18、19中没有一个保持架导向面，确切地说，保持架10与挡边18、19之间存在与环形间隙18相比明显更大的环形间隙20。该环形间隙20使得在运行期间可以输送润滑材料。
角接触球轴承1可以借助两个密封盘密封。
图3示出依据本发明的角接触球轴承的第二实施例。与根据图2的实施例相反，依据图3保持架导向面9借助如下方式径向向内推移，即，挡边8具有凸起部21推移。凸起部21从径向向内指向的挡边表面22径向向内延伸并具有保持架导向面9。外圈滚道5保持不变。在该实施例中，凸起部21与挡边8一件式地实施。不言而喻也可以设想分开的环，该环装配进外圈4内、到挡边表面22上。依据本发明定义的圆心角如在第一实施例中那样为68度。
图4示出机床23的驱动装置，包括两个依据本发明的角接触球轴承1，所述角接触球轴承作为主轴轴承实施，并且以O式布置安装，并且作为固定轴承使用。
附图标记列表
1角接触球轴承
2内圈
3内圈滚道
4外圈
5外圈滚道
6球体
7轴承轴线
8挡边
9保持架导向面
10保持架
11表面
12压力线
13平面
14环形件
15环形件
16横接片
17直线
18挡边
19挡边
20环形间隙
21凸起部
22挡边表面
23机床驱动装置

Claims (15)

1.角接触球轴承，所述角接触球轴承包括外圈(4)、内圈(2)、多个球体(6)，其中，所述球体(6)在所述外圈(4)与所述内圈(2)之间在保持架(10)内能转动地绕轴承轴线(7)布置，其中，所述保持架(10)通过所述外圈(4)的保持架导向面(9)引导，并且其中，所述角接触球轴承具有小于或等于30度的公称压力角(α)，其特征在于，在包括所述轴承轴线(7)的剖面图中，如下圆弧线，所述圆弧线从所述外圈(4)的滚道的距所述轴承轴线(7)最远的点(A)沿所述滚道向靠近所述保持架导向面(9)的滚道端部方向一直分布到所述圆弧线与经过所述保持架导向面的直线(17)的交点(B)，具有大于或等于60度的圆心角(β)。
2.按权利要求1所述的角接触球轴承，其特征在于，所述内圈(2)具有两个凸肩(18、19)，所述凸肩关于垂直于所述轴承轴线的平面(13)镜面对称。
3.按权利要求1或2所述的角接触球轴承，其特征在于，所述保持架导向面(9)形成绕所述轴承轴线(7)同心地布置的圆柱。
4.按前述权利要求之一所述的角接触球轴承，其特征在于，所述保持架(10)关于垂直于所述轴承轴线(7)的平面(13)镜面对称。
5.按前述权利要求之一所述的角接触球轴承，其特征在于，所述保持架(10)具有两个环形件(14、15)和连接所述环形件的横接片(16)，其中，所述横接片(16)径向向内和/或径向向外与所述环形件(14、15)齐平。
6.按前述权利要求之一所述的角接触球轴承，其特征在于，所述保持架(10)具有两个环形件(14、15)和连接所述环形件的横接片(16)，其中，所述保持架经由所述环形件之一(15)的径向向外朝向的表面(11)由所述外圈(4)的所述保持架导向面(9)引导。
7.按前述权利要求之一所述的角接触球轴承，其特征在于，所述圆心角(β)处于60度与70度之间。
8.按权利要求7所述的角接触球轴承，其特征在于，所述圆心角(β)处于63度与67度之间。
9.按前述权利要求之一所述的角接触球轴承，其特征在于，所述公称压力角(α)处于15度与25度之间。
10.按权利要求1-9之一所述的角接触球轴承，其特征在于，在所述剖面图中，所述滚道(5)具有与所述保持架导向面(9)的交点(B)。
11.按权利要求1-9之一所述的角接触球轴承，其特征在于，在所述剖面图中，在滚道(5)与保持架导向面(9)之间引入平台或阶梯部。
12.按前述权利要求之一所述的角接触球轴承，其特征在于，所述外圈(4)一件式地构成。
13.按前述权利要求之一所述的角接触球轴承，其特征在于，所述内圈(2)和所述外圈(4)具有相同大小的轴向延伸。
14.按前述权利要求之一所述的角接触球轴承，其特征在于，所述角接触球轴承在一个或两个轴向端部处密封。
15.按前述权利要求之一所述的角接触球轴承，其特征在于，所述角接触球轴承是主轴轴承。
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