CN111133210B - 圆锥滚子轴承用保持架和圆锥滚子轴承 - Google Patents

Abstract

提供一种圆角部处的强度优异的圆锥滚子轴承用保持架和使用该保持架的圆锥滚子轴承。保持架(5)在邻接的柱部(8)彼此之间形成有兜孔部(9)，大直径环部与柱部(8)、以及小直径环部与柱部(8)分别形成圆角部而连结，因注射成型形成的模具分型线(X)沿着轴向分别形成在构成兜孔部(9)的邻接的柱部(8)的一对面上，一对面具有比模具分型线(X)靠大直径环部侧且朝向外径方向缩小兜孔部(9)的周向的宽度的锥形的一对面(8a、8a)和比模具分型线(X)靠小直径环部侧且朝向外径方向缩小兜孔部(9)的周向的宽度的锥形的一对面(8b、8b)，一对面(8a、8a)的锥角(θa)小于一对面(8b、8b)的锥角(θb)。

Description

圆锥滚子轴承用保持架和圆锥滚子轴承

技术领域

本发明涉及用于铁路车辆、汽车、工业机械等的树脂制的圆锥滚子轴承用保持架和使用该保持架的圆锥滚子轴承。

背景技术

圆锥滚子轴承通常具备在外周面具有锥形的滚道面的内圈、在内周面具有锥形的滚道面的外圈、在内圈的滚道面与外圈的滚道面之间滚动的多个圆锥滚子、以及将各圆锥滚子在兜孔部滚动自如地保持的保持架。并且，保持架通过多个柱部将大直径环部和小直径环部连结，在柱部彼此之间的兜孔部收纳圆锥滚子。

以往，作为圆锥滚子轴承的保持架，使用轧制钢板等金属材质。但是，金属制的保持架的重量变重，另外，使用过程中轴承内产生的磨损部分促进润滑油的劣化，进而缩短轴承的产品寿命等成为问题。因此，从轴承的轻量化和长寿命化的观点出发，已知作为树脂组成物的注射成型体的树脂制保持架。但是，树脂制保持架与金属制的保持架相比强度差，因此提出了确保树脂制保持架的强度的方法。

作为确保树脂制保持架的强度的方法，已知着眼于注射成型时熔融树脂合流而形成的熔接线的方法。例如，在专利文献1所记载的技术中，仅在小直径环部产生熔接线，不在大直径环部产生熔接线，从而提高了大直径环部的相对于径向的强度。另外，在专利文献2所记载的技术中，仅在一个环部产生熔接线，并且使该熔接线含有取向紊乱的增强纤维，从而提高了保持架的强度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-92252号公报

专利文献2：日本特开2013-46982号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，提高树脂制保持架的强度并不是仅通过控制熔接线就实现的。在圆锥滚子轴承旋转时，来自圆锥滚子的推压力、离心力等各种力施加于保持架。特别是，在成为柱部与各环部的连结部的圆角部(日文：隅R部)，由于应力集中而施加有高应力。因此，在高速旋转下和高振动下等产生更高应力的使用条件下，根据圆角部而树脂制保持架有可能破损。因此，在树脂制保持架的强度提高上，期望缓和圆角部的应力集中，减小产生应力。

本发明是鉴于这样的背景而完成的，目的在于提供柱部与各环部之间的圆角部处的强度优异的圆锥滚子轴承用保持架和使用该保持架的圆锥滚子轴承。

用于解决问题的手段

本发明的圆锥滚子轴承用保持架是树脂组成物的注射成型体，其中，该保持架具备大直径环部、小直径环部以及连结它们的多个柱部，在邻接的柱部彼此之间形成有兜孔部，上述大直径环部与上述柱部、以及上述小直径环部与上述柱部分别形成圆角部而连结，因注射成型形成的模具分型线沿着轴向分别形成在构成上述兜孔部的邻接的上述柱部的一对面上，上述一对面具有锥形的一对第一面和锥形的一对第二面，该一对第一面比上述模具分型线靠大直径环部侧，且朝向外径方向缩小上述兜孔部的周向的宽度，该一对第二面比上述模具分型线靠小直径环部侧，且朝向外径方向缩小上述兜孔部的周向的宽度，上述一对第一面的锥角小于上述一对第二面的锥角。

另外，作为上述大直径环部与上述柱部之间的上述圆角部，在上述大直径环部设置有凹状的减薄部(日文：ぬすみ部)。并且，上述减薄部的轴向长度相对于上述大直径环部的轴向宽度的比例小于10％。

另外，作为上述小直径环部与上述柱部之间的上述圆角部，在上述小直径环部设置有凹状的减薄部。

本发明的圆锥滚子轴承具备在外周面具有锥形的滚道面的内圈、在内周面具有锥形的滚道面的外圈、在上述内圈的滚道面与上述外圈的滚道面之间滚动的多个圆锥滚子、以及将上述圆锥滚子在兜孔部滚动自如地保持的保持架，其中，上述保持架是本发明的圆锥滚子轴承用保持架。

发明的效果

本发明的圆锥滚子轴承用保持架在构成兜孔部的邻接的柱部的一对面上沿着轴向分别形成因注射成型形成的模具分型线，一对面具有锥形的一对第一面和锥形的一对第二面，该一对第一面比模具分型线靠大直径环部侧，且朝向外径方向缩小兜孔部的周向的宽度，该一对第二面比模具分型线靠小直径环部侧，且朝向外径方向缩小兜孔部的周向的宽度，因此，在上述保持架保持圆锥滚子的状态下，一对第二面与圆锥滚子接触，一对第一面不与圆锥滚子接触。也就是说，由邻接的柱部的一对第二面保持圆锥滚子。

在该结构中，一对第一面的锥角小于一对第二面的锥角，因此，与这些锥角相同的情况相比，大直径环部侧的兜孔部的周向的宽度变宽。结果，能够增大柱部与大直径环部之间的圆角部的曲率半径。另外，在该情况下，一对第一面不与圆锥滚子接触，因此，即使增大该圆角部的曲率半径，也不易产生与圆锥滚子的干涉。由此，能够缓和圆角部的应力集中，进而能够提高树脂制保持架的强度。

另外，作为大直径环部与柱部之间的圆角部，在大直径环部设置有凹状的减薄部，因此，能够使该圆角部的曲率半径更大，能够适当地缓和应力集中。并且，上述圆角部处的减薄部的轴向长度相对于大直径环部的轴向宽度的比例小于10％，因此，能够抑制因大直径环部的轴向宽度变小而引起的大直径环部的强度下降。

并且，作为小直径环部与柱部之间的圆角部，在小直径环部设置有凹状的减薄部，因此，对于小直径环部侧的圆角部也能够缓和应力集中。

本发明的圆锥滚子轴承具备在外周面具有锥形的滚道面的内圈、在内周面具有锥形的滚道面的外圈、在内圈的滚道面与外圈的滚道面之间滚动的多个圆锥滚子、以及将圆锥滚子在兜孔部滚动自如地保持的保持架，上述保持架是本发明的圆锥滚子轴承用保持架，由于该保持架的圆角部的强度优异，因此，能够适当地实现圆锥滚子轴承的轻量化和长寿命化。

附图说明

图1是本发明的圆锥滚子轴承的轴向剖视图。

图2是表示本发明的圆锥滚子轴承用保持架的立体图。

图3是注射成型所使用的保持架用模具的概略图。

图4是本发明的圆锥滚子轴承用保持架的立体放大图。

图5是表示圆锥滚子和圆角部的关系的图。

图6是表示圆锥滚子和保持架的接触的关系的图。

图7是表示保持架和轴承周边部件的关系的图。

图8是沿着圆锥滚子的轴的截面示意图。

图9是作为圆角部而设置有减薄部的图。

图10是表示在圆角部产生的应力的分布的图。

具体实施方式

基于图1说明本发明的圆锥滚子轴承。图1是圆锥滚子轴承的轴向剖视图。如图1所示，圆锥滚子轴承1具备在外周面具有锥形的滚道面2a的内圈2、在内周面具有锥形的滚道面3a的外圈3、在内圈2的滚道面2a与外圈3的滚道面3a之间滚动的多个圆锥滚子4、以及将圆锥滚子4以周向一定间隔保持为滚动自如的保持架5。各滚道面为构成该滚道面的直径沿着轴向增加/减少的锥形。锥形的角度没有特别限定，但相对于轴向通常为15°～60°左右。

图2表示本发明的圆锥滚子轴承用保持架的一例。保持架5具备大直径环部6、小直径环部7以及连结它们的多个柱部8，在邻接的柱部8彼此之间形成有兜孔部9。圆锥滚子4收纳在该兜孔部9。大直径环部6与柱部8形成使它们平滑地连续的圆角部10a而连结。同样地，小直径环部7与柱部8形成使它们平滑地连续的圆角部10b而连结。圆角部10a和圆角部10b的径向截面形成为圆弧状。通过该圆角部，能够抑制向各环部6、7与柱部8交叉的位置的过度的应力集中。

保持架5是树脂组成物的注射成型体，利用轴向(轴向拉深)的两个模具而得到。图3表示该模具的概略图。如图3所示，模具11是用于通过树脂组成物的注射成型来制造圆环状的保持架5的轴承保持架用模具。模具11至少具有固定模具12和能够相对于固定模具12进行锁模/开模的可动模具13，通过它们的对接而形成所期望的轴承保持架的形状的成型腔14。在保持架5的制造中，具体而言，相对于成型腔14设置一个或多个作为树脂注入口的浇口，从该浇口注入熔融树脂并填充到成型腔中。当成型腔内被树脂填充时，以压缩该成型腔内的树脂的方式施加压力(保压)。在一定时间内在模具内冷却熔融树脂而使其固化后，打开模具，得到树脂制的轴承保持架。

图4表示保持架5的立体放大图。如图4所示，邻接的柱部8的一对面形成了兜孔部9。邻接的柱部8的一对面隔着兜孔部而彼此相向。在此，在上述的注射成型中，由于两个模具的分型面的关系，各柱部8的形成兜孔部9的面受到两个模具的影响。因此，因注射成型形成的金属分型线X沿着圆锥滚子轴承1的轴向(保持架5的轴向)分别形成在上述一对面上。在该情况下，各柱部8的形成兜孔部9的面分别成为以金属分型线X为界而分开的不连续面，各柱部8的形成兜孔部9的面具有比金属分型线X靠大直径环部6侧(大直径侧)的面8a和比金属分型线X靠小直径环部7侧(小直径侧)的面8b。此外，金属分型线X从柱部8的中央向大直径环部6侧偏移。

在图4中，大直径侧的面8a由固定模具12形成，小直径侧的面8b由可动模具13形成。此外，也可以是大直径侧的面8a由可动模具13形成，小直径侧的面8b由固定模具12形成。

在图4中，就邻接的柱部8的一对面而言，一对面具有比金属分型线X靠大直径环部6侧(大直径侧)的一对面8a、8a和比金属分型线X靠小直径环部7侧(小直径侧)的一对面8b、8b。一对面8a、8a和一对面8b、8b都以朝向外径方向缩小兜孔部9的周向的宽度的方式形成为锥形。在该结构中收纳了圆锥滚子4的情况下，一对面8b、8b与圆锥滚子4接触，另一方面，一对面8a、8a不与圆锥滚子4接触。

另外，在轴承旋转时各种力施加于保持架5，特别是在图4所示的圆角部10a和圆角部10b，由于应力集中而产生高应力。因此，为了提高保持架5的强度，期望缓和圆角部10a和圆角部10b的应力集中。特别是在圆锥滚子轴承中，大直径环部6与小直径环部7相比产生较高的应力，因此，圆角部10a处的对策变得更重要。

在此，作为缓和应力集中的方法，例如，可以考虑增大圆角部的曲率半径(圆弧尺寸)。期待通过增大曲率半径，分散产生应力，缓和应力集中。但是，例如，如图5(a)所示，若使圆角部10a的曲率半径大于圆锥滚子4的倒角部4a的曲率半径，则圆角部10a与圆锥滚子4的倒角部4a会发生干涉，难以保持圆锥滚子4。

作为应对方法，例如，如图5(b)所示，可以考虑在大直径环部6的轴向上设置凹状的减薄部N来作为圆角部10a，增大圆角部10a的曲率半径。在该情况下，能够在缓和应力集中的同时防止与圆锥滚子4的倒角部4a的干涉。然而，在该情况下，若为了增大圆角部10a的曲率半径而增大减薄部N(例如，在轴向上增大)，则大直径环部6的轴向宽度会减小，进而截面面积会减小，结果可能导致保持架5的强度下降。

因此，需要在设置减薄部时防止因减薄部引起的保持架5的强度下降的方案。例如，作为方案之一，如图6所示，可以考虑增大大直径环部6的轴向截面高度(径向宽度)h，通过使大直径环部6在径向上变厚来防止强度下降。在图6中，h1和h2的大小关系为h1＜h2。在该情况下，若增大大直径环部6的径向宽度h，则模具分型线X变得靠近径向内侧。结果，面8b的面积变小，结果柱部8与圆锥滚子4的接触长度d变短。在图6中，d1和d2的大小关系为d1>d2。这样，由于增大大直径环部6的径向宽度h而导致可能难以稳定地保持圆锥滚子4。

另一方面，作为其他的方案，例如，如图7所示，可以考虑增大大直径环部6的轴向截面长度(轴向宽度)L，通过使大直径环部6在轴向上变厚来防止强度下降。然而，由于在保持架5的轴向附近存在轴承周边部件15等，因此，若增大大直径环部6的轴向宽度L，则可能与轴承周边部件15发生干涉。

这样，可以认为设置减薄部等增大圆角部10a的曲率半径的方法在缓和向圆角部10a的应力集中这方面是有利的，但是难以维持大直径环部6的强度。

因此，本发明的保持架5实现了在能够增大圆角部10a的曲率半径的同时也维持了大直径环部6的强度的结构。具体而言，在构成兜孔部9的邻接的柱部8的一对面中，使大直径侧的一对面8a、8a的锥角小于小直径侧的一对面8b、8b的锥角。即，对于大直径侧的一对面8a、8a，以模具分型线X为基准变更锥角以使兜孔部9的周向宽度扩大。此外，大直径侧的一对面8a、8a是“一对第一面”，小直径侧的一对面8b、8b是“一对第二面”。以下，基于图8进行说明。

图8表示沿着圆锥滚子4的轴从小直径环部7侧观察的截面示意图。在邻接的柱部8的一对面上，将大直径侧的一对面8a、8a的锥角设为θa，将小直径侧的一对面8b、8b的锥角设为θb。在此，在以往的保持架中，θa和θb为相同角度(θa＝θb)，与此相对，在本发明的保持架5中，θa小于θb(θa＜θb)。由此，与θa和θb为相同角度的情况相比，大直径环部6侧(图8的纸面里侧)的兜孔部9的外径侧的周向宽度W变宽。结果，能够增大圆角部10a的曲率半径。由此，能够在圆角部10a缓和应力集中，抑制高应力施加到圆角部10a。

另一方面，如图8所示，圆锥滚子4与小直径侧(图8的纸面近前侧)的一对面8b、8b接触而被保持。因此，即使将一对面8a、8a的锥角θa变更为减小侧，使兜孔部9的周向宽度W变宽，也能维持圆锥滚子4的保持性。

在此，小直径侧的一对面8b、8b的锥角θb只要是能够稳定地保持圆锥滚子4的角度即可，没有特别限定，例如为20～60度，更优选为30～50度。另一方面，大直径侧的一对面8a、8a的锥角θa只要是小于锥角θb的角即可，没有特别限定。另外，锥角θa与锥角θb之差例如为1～10度，优选为1～5度。考虑到这些，特别优选的是锥角θb为30～50度，且锥角θa为比该锥角θb小1～5度的角度。

另外，为了更适当地缓和向圆角部10a的应力集中，优选设置凹状的减薄部作为圆角部10a。减薄部的径向截面形成为圆弧状。设置减薄部的位置没有特别限定，例如如图9所示，能够将减薄部16沿着圆锥滚子4的外径面设置于大直径环部6。在此，本发明的保持架5已经通过锥角的调整缓和了应力集中，因此，与以往的保持架相比，在设置减薄部时能够减小减薄部。

例如，在图9中，若将减薄部16的沿着圆锥滚子4的外径面的轴向长度设为t1，将大直径环部6的沿着圆锥滚子4的外径面的轴向宽度(包括t1)设为t2，则在以往的保持架(锥角θa和锥角θb相同的保持架)中，减薄量以大直径环部6的轴向长度比(t1/t2)计为10～20％。与此相对，本发明的保持架通过变更锥角而缓和了应力集中，因此与以往的保持架相比，能够设为较小的减薄量。作为具体的数值，能够使减薄量以大直径环部6的轴向长度比(t1/t2)计为小于10％。即，在本发明的保持架中设置了减薄部的情况下，减薄量可以较小，因此，能够在维持大直径环部6的强度的状态下更适当地缓和圆角部10a的应力集中。

另外，在上述中，对于使大直径侧的圆角部10a为减薄部16的情况进行了叙述，但是对于小直径侧的圆角部10b也同样能够设置减薄部16。并且，也可以根据圆角部10a和圆角部10b分别变更设置减薄部16的位置和形状。从保持架5的强度和应力分散的点来看，优选沿着轴向在大直径环部6设置减薄部16，并且沿着轴向在小直径环部7设置减薄部16。

作为本发明的轴承用保持架的材料使用的树脂组成物只要能够注射成型且作为保持架材料具有足够的耐热性和机械强度，则能够使用任意的树脂组成物。作为成为该树脂组成物的基体树脂的合成树脂，例如可以举出聚酰胺6(PA6)树脂、聚酰胺6-6(PA66)树脂、聚酰胺6-10(PA610)树脂、聚酰胺6-12(PA612)树脂、聚酰胺4-6(PA46)树脂、聚酰胺9-T(PA9T)树脂、聚酰胺6-T(PA6T)树脂、聚己二酰甲基二甲苯胺(Polymethaxyleneadipamide)(聚酰胺MXD-6)树脂等聚酰胺(PA)树脂，能够注射成型的氟树脂，低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯等聚乙烯(PE)树脂，聚缩醛(POM)树脂，聚苯硫醚(PPS)树脂，聚醚醚酮(PEEK)树脂，聚酰胺酰亚胺(PAI)树脂，聚醚酰亚胺(PEI)树脂，能够注射成型的聚酰亚胺(PI)树脂等。在这些合成树脂中，由于耐热性和注射成型性优异，因此优选使用PA树脂。另外，这些各合成树脂可以单独使用，也可以是两种以上混合的聚合物合金。

另外，为了提高保持架的弹性模量等机械强度，优选在这些树脂中，在不阻碍注射成型性的范围内，配合玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维、以及各种矿物性纤维(晶须)等纤维状增强材料。并且，也可以根据需要而配合纤维状增强材料以外的添加剂等。作为该添加剂，例如可以举出硅酸钙、滑石等无机填充材料，石墨、聚四氟乙烯(PTFE)树脂等固体润滑剂，防静电剂等。

使用本发明的圆锥滚子轴承用保持架的圆锥滚子轴承能够防止圆角部处的保持架损坏等问题。另外，通过采用树脂制保持架，能够实现轴承的轻量化和长寿命化。

以上，基于各图说明了本发明的实施方式的一例，但本发明的圆锥滚子轴承并不限定于此。

实施例

实施例

使用树脂组成物，用图3所示的模具，成形了图2所示的形状的保持架。在制作的保持架中，大直径侧的一对面的锥角θa为38度，小直径侧的一对面的锥角θb为40度。此外，在该保持架中，作为成为大直径环部与柱部的连结部的圆角部，没有设置减薄部。使用保持架的3D模型，计算了下落冲击条件下产生的应力。计算出的应力的应力分布如图10所示。

比较例

使用与实施例相同的树脂组成物，进行注射成型来成形了保持架。在制作的保持架中，大直径侧的一对面的锥角θa和小直径侧的一对面的锥角θb均为40度。另外，作为成为大直径环部与柱部的连结部的圆角部，设置了减薄部。减薄部沿着圆锥滚子的外径面设置于大直径环部。减薄部的沿着圆锥滚子的外径面的轴向长度(t1)为1.6mm，大直径环部的沿着圆锥滚子的外径面的轴向宽度(t2)为9.0mm。减薄部的上述轴向长度相对于大直径环部的上述轴向宽度的比例(t1/t2)约为18％。使用保持架的3D模型，计算了在与实施例1相同条件下产生的应力。计算出的应力的应力分布如图10所示。

在图10中，在比较例的应力分布中，在减薄部的中央产生了最大51MPa的应力。另一方面，在实施例的应力分布中，在圆角部的中央产生了最大38MPa的应力。这样，在实施例的保持架中，与比较例的保持架相比，圆角部处的应力集中得以缓和，产生应力降低了约25％左右。并且，由于实施例的保持架不同于比较例的保持架，不具有减薄部，因此抑制了大直径环部的强度下降，作为保持架的强度优异。

产业上的可利用性

本发明的圆锥滚子轴承用保持架在圆角部处的强度优异，因此，能够作为用于铁路车辆、汽车、工业机械等的圆锥滚子轴承的保持架而广泛利用。

附图标记说明

1 圆锥滚子轴承

2 内圈

3 外圈

4 圆锥滚子

5 保持架

6 大直径环部

7 小直径环部

8 柱部

9 兜孔部

10 圆角部

11 模具

12 固定模具

13 可动模具

14 成型腔

15 轴承周边部件

16 减薄部。

Claims (5)

1.一种圆锥滚子轴承用保持架，所述圆锥滚子轴承用保持架是树脂组成物的注射成型体，其特征在于，

该保持架具备大直径环部、小直径环部以及连结它们的多个柱部，在邻接的柱部彼此之间形成有兜孔部，

所述大直径环部与所述柱部、以及所述小直径环部与所述柱部分别形成圆角部而连结，

因注射成型形成的模具分型线沿着轴向分别形成在构成所述兜孔部的邻接的所述柱部的一对面上，所述一对面具有锥形的一对第一面和锥形的一对第二面，所述一对第一面比所述模具分型线靠大直径环部侧，且朝向外径方向缩小所述兜孔部的周向的宽度，所述一对第二面比所述模具分型线靠小直径环部侧，且朝向外径方向缩小所述兜孔部的周向的宽度，

所述一对第一面的延长面所成的角度小于所述一对第二面的延长面所成的角度。

2.根据权利要求1所述的圆锥滚子轴承用保持架，其特征在于，

作为所述大直径环部与所述柱部之间的所述圆角部，在所述大直径环部设置有凹状的减薄部。

3.根据权利要求2所述的圆锥滚子轴承用保持架，其特征在于，

所述减薄部的轴向长度相对于所述大直径环部的轴向宽度的比例小于10％。

4.根据权利要求1所述的圆锥滚子轴承用保持架，其特征在于，

作为所述小直径环部与所述柱部之间的所述圆角部，在所述小直径环部设置有凹状的减薄部。

5.一种圆锥滚子轴承，所述圆锥滚子轴承具备在外周面具有锥形的滚道面的内圈、在内周面具有锥形的滚道面的外圈、在所述内圈的滚道面与所述外圈的滚道面之间滚动的多个圆锥滚子、以及将所述圆锥滚子在兜孔部滚动自如地保持的保持架，其特征在于，

所述保持架是权利要求1所述的圆锥滚子轴承用保持架。

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