CN111868399B - 滚子轴承以及滚子轴承用保持器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种圆锥滚子轴承，其具备在钢材制的外圈(1)与内圈(2)之间沿周向依次相连地配置成环状的多个树脂制的保持器链节(5)，保持器链节(5)是包含规定量的规定的热膨胀性填料的树脂制的部件，含有热膨胀性填料的树脂的线膨胀系数小于1.0×10‑5/℃。限制保持器链节(5)的热膨胀量，以使最初配置的保持器链节(5a)与最后配置的保持器链节(5b)的平坦面彼此之间的间隙(R)在轴承使用温度的上限值时小于经过保持器链节(5)的环状的径向厚度的中央的圆的圆周的0.12％。

Description

滚子轴承以及滚子轴承用保持器
技术领域
本发明涉及滚子轴承以及将多个保持器链节排列成环状的滚子轴承用保持器。
背景技术
一般，作为支承风力发电机的主轴的用途等比较大型的滚子轴承，公知有具备在外圈及内圈之间沿周向依次相连而配置的多个保持器链节的滚子轴承。
这样的滚子轴承将多个保持器链节在周向上无间隙地配置而组装在外圈及内圈之间，但在最初组装的保持器链节与最后组装的保持器链节之间形成有间隙(以下，有时简称为“最后间隙”。)。这样的最后间隙的周向的尺寸设定为比在室温下经过保持器链节的中央的圆的圆周的0.075％大，比该圆周的0.12％小(专利文献1)。
这样的最后间隙在轴承的使用状态下被维持，但若轴承温度上升到室温以上则缩小。这是因为构成保持器链节的树脂的线膨胀系数通常为1.3×10-5/℃～1.7×10-5/℃，比构成内圈及外圈的钢材的线膨胀系数大。
因此，在室温下将多个上述保持器链节在周向上无间隙地配置而装配滚子轴承时，在最初配置的保持器链节与最后配置的保持器链节之间形成的最后间隙假定在使用时缩小，预先增大到在室温下开始使用轴承时所需的间隙以上。若轴承在使用中间隙逐渐变小，最终间隙完全消失，则会引起保持器链节彼此在周向上的顶紧、变形等，滚子轴承的旋转功能变得不顺畅而不稳定化。
但是，若最后间隙从轴承的装配初期设置得过大，则在滚子轴承的旋转初期等的低旋转速度的状态下，隔开间隙而相邻的保持器链节彼此由于重力以填满间隙的方式依次传送地移动而碰撞，间隙越大，其冲击越大。如风力发电机的主轴支承用滚子轴承那样，在特别大型的滚子轴承中，产生比较大的碰撞声，对不特定的保持器链节容易产生变形、损伤，也会损害滚子轴承的长寿命化。
例如，在风力发电机的主轴支承构造中，公知为了避免大型滚子轴承的保持器链节彼此的碰撞引起的问题，将填充了碳纤维、玻璃纤维等的树脂制的保持器链节的线膨胀系数设为1×10-5/℃～3×10-5/℃，使室温下的“最后间隙”比经过保持器链节的中央的圆的圆周的0.075％大，且比该圆周的0.12％小(专利文献2)。
另外，为了防止上述同样地由保持器链节彼此的碰撞引起的碰撞声的产生、保持器元件的破损，不仅在树脂材料中添加纤维状的填充材料，而且通过调配粒子状的无机填充材料，在所有方向上调节树脂制的保持器链节的线膨胀系数，即，不仅是与纤维平行的方向，对与纤维垂直的方向也能够调整(专利文献3)。
专利文献1：日本特开2008-298272号公报
专利文献2：日本特开2010-048342号公报
专利文献3：日本特开2016-153674号公报
但是，在上述的现有的技术中，在滚子轴承的使用中，轴承温度上升时，树脂制的保持器链节的线膨胀系数比钢材制的内圈及外圈的线膨胀系数大，因此由于使用中的轴承温度的上升，不能避免“最后间隙”缩小。
因此，滚子轴承需要在室温下形成过大的“最后间隙”，变成容易产生由使用初期的保持器链节彼此的碰撞引起的碰撞声、由保持器元件的破损引起的初期不良的状态。
发明内容
因此，本发明的课题在于解决上述的现有的问题点，提供一种滚子轴承，其难以产生从滚子轴承的使用初期由保持器链节彼此的碰撞引起的碰撞声的产生、由保持器元件的破损引起的初期不良，树脂制的保持器链节难以引起由保持器链节彼此的碰撞引起的碰撞声的产生、保持器元件的破损，在使用中稳定且起到保持器的良好的功能，能够特别应用于风力发电机的主轴支承所使用的大型的滚子轴承。
为了解决上述的课题，在本发明中，涉及一种滚子轴承，上述滚子轴承具备钢材制的外圈及内圈、配置于上述外圈与上述内圈之间的多个滚子、以及具有收容上述滚子的凹槽且在上述外圈与上述内圈之间沿周向依次相连地配置成环状的多个保持器链节，轴承温度例如在－40℃～150℃那样宽温度范围内被使用，上述保持器链节为包含热膨胀性填料且线膨胀系数小于1.0×10-5/℃的树脂制。
而且，滚子轴承在将多个上述保持器链节沿周向无间隙地配置成为环状的保持器的状态下，在最初配置的保持器链节与最后配置的保持器链节之间，在轴承温度为使用温度范围的下限值(例如－40℃)时具有间隙R＞0，进而，调整保持器链节的热膨胀量，以使在轴承温度为使用温度范围的上限值(例如150℃)时，上述间隙R的周向尺寸小于经过上述保持器链节的上述环状的径向厚度的中央的圆的圆周的0.12％。
上述的最初的保持器链节是指在将保持器链节沿周向依次相连地配置成环状时最初配置的保持器链节，最后的保持器链节是指在使邻接的保持器链节抵接并沿周向依次相连而配置时最后配置的保持器链节。多个保持器链节沿周向相连地组装于滚子轴承，构成一个环状的保持器。
如上述那样构成的本发明的滚子轴承在轴承使用温度为规定温度范围的下限值时，为了组装保持器链节而具有最小限度的最后间隙，因此从使用初期，没有因保持器链节的重力而引起的落下等无用的动作，不易引起因保持器链节彼此的碰撞而导致的碰撞声的产生、保持器元件的破损。
另外，上述保持器链节为包含热膨胀性填料且线膨胀系数小于1.0×10-5/℃的树脂制，因此随着轴承温度上升，保持器链节的膨胀量比钢材制的外圈及内圈的线膨胀系数(认为最低的值1.0×10-5/℃)小，因此最后间隙扩大直至达到稳定状态。
但是，即使轴承温度为上述规定温度范围的上限值(例如150℃)，上述间隙的周向尺寸也由于保持器链节的线膨胀系数的设定，被限制为小于经过环状的保持器的径向厚度的中央的圆的圆周的0.12％的程度。因此，树脂制的保持器链节在轴承的使用中稳定且起到良好的保持器的功能，不易引起保持器链节彼此的碰撞而导致的碰撞声的产生、保持器元件的破损。
优选在上述规定温度范围的下限值时，间隙的周向尺寸超过经过上述保持器链节的上述环状的径向厚度的中央的圆的圆周的0％且为该圆周的0.075％以下，以尽可能地减少从滚子轴承的使用初期引起保持器链节彼此的碰撞那样的无用的动作。
另外，填充在树脂制的保持器链节中的热膨胀性填料的种类只要是线膨胀系数小于构成外圈及内圈的钢材的线膨胀系数的热膨胀性填料即可，能够采用公知的纤维状其他的热膨胀性填料。也可以构成为，那样的热膨胀性填料例如包含碳纤维或者玻璃纤维中的任一种或者两种。
对于成为保持器链节的成型材料的树脂组成物，热膨胀性填料的填充比例以20重量％以上40重量％以下为标准即可。
这样构成的滚子轴承能够对应地解决大型的滚子轴承中的上述的技术的课题，例如能够用作风力发电机的主轴支承用滚子轴承。
另外，用于上述的滚子轴承、由沿周向依次相连配置成环状所使用的多个保持器链节构成的滚子轴承用保持器能够防止从比较大型的滚子轴承的使用初期由保持器链节彼此的碰撞而引起的碰撞声的产生、由保持器元件的破损而引起的初期不良。
本发明设置为将在规定的轴承温度下使用的滚子轴承的上述保持器链节设为包含热膨胀性填料且小于规定线膨胀系数的树脂制，进而，在最初配置的保持器链节与最后配置的保持器链节之间，轴承温度在规定温度范围的下限值进行组装并设置最小限度的间隙，并且在规定温度范围的上限值具有小于规定尺寸的间隙，因此成为具有以下优点的滚子轴承：不会产生从滚子轴承的使用初期由保持器链节彼此的碰撞而引起的碰撞声的产生、由保持器元件的破损引起的初期不良，树脂制的保持器链节在轴承的使用中稳定且起到良好的保持器的功能，不易引起由保持器链节彼此的碰撞而导致的碰撞声的产生、保持器元件的破损。
另外，这样的滚子轴承具有特别是能够应用于风力发电机的主轴支承用滚子轴承的优点，通过使用上述的保持器链节，成为能够应用于起到上述的优点的滚子轴承的滚子轴承用保持器。
附图说明
图1是表示实施方式的圆锥滚子轴承，表示最初配置的保持器链节与最后配置的保持器链节之间的间隙的放大剖视图。
图2是实施方式的圆锥滚子轴承所使用的保持器链节的立体图。
图3是与实施方式的圆锥滚子轴承的轴正交的剖视图。
图4是实施方式的风力发电机的主轴支承用滚子轴承的使用状态的说明图。
具体实施方式
以下基于附图对本发明的实施方式进行说明。
图1-3所示的实施方式是圆锥滚子轴承，具备钢材制的外圈1及内圈2、配置于外圈1与内圈2之间的多个圆锥滚子3、以及具有收容该圆锥滚子3的凹槽4并在外圈1与内圈2之间沿周向依次相连配置成环状的多个树脂制的保持器链节5，保持器链节5是包含规定量的规定的热膨胀性填料的树脂制的部件，含有热膨胀性填料的树脂的线膨胀系数(以下，有时用线膨胀系数＝α表示。)小于1.0×10-5/℃。
如图2所示，保持器链节5是构成图3所示的环状保持器6的一个单位的部件，也可以说是在包含轴承的旋转轴线的平面上，绕轴以等角度间隔将环状保持器6分割(在图示中分割成12等分)后的部件。各个保持器链节5具备一个以上收容圆锥滚子3的凹槽4(图示中三处)。
保持器链节5在多个开口的各凹槽4的两侧具有柱部7a或者柱部7b，柱部7a是平坦面和圆弧状爪部9通过背面结合而一体化的形状，柱部7b通过具有圆弧状爪部9的面彼此背面结合而一体化。这些柱部7a、7b的长边方向的一端部被连结部8a连结，另外，另一端部被连结部8b连结。另外，在外圈1侧或者内圈2侧分别对置的圆弧状爪部9防止旋转的圆锥滚子3脱落，并且旋转自如地保持。
圆锥滚子3由圆弧状爪部9防止脱落在凹槽4内，一边与外圈1及内圈2的轨道面接触一边旋转自如滚动。
另外，如图3所示，实施方式的圆锥滚子轴承A在将多个保持器链节5沿周向配置而形成环状保持器6的状态下，在最初配置的保持器链节5a与最后配置的保持器链节5b的平坦面彼此之间，在轴承使用温度的下限值设定间隙R(图1)，并且，限制保持器链节5的热膨胀量，以使在轴承使用温度的上限值时间隙R的周向尺寸小于通过保持器链节5的环状的径向厚度的中央的圆的圆周的0.12％。
如上述那样构成的实施方式的圆锥滚子轴承在假定的轴承使用温度的下限值例如－40℃时，在环状保持器6的最初配置的保持器链节5a与最后配置的保持器链节5b之间，形成在组装这些时所需的最小限度的大小的间隙(“最后间隙”)R。
优选在上述规定温度范围的下限值时的间隙R的周向尺寸超过通过保持器链节5的中央的圆的圆周的0且为0.075％以下。
这样设定间隙R的实施方式的圆锥滚子轴承没有因从使用初期处于特定的位置的保持器链节5的重力而导致的落下等无用的动作，难以引起由保持器链节5彼此的碰撞而产生的碰撞声的产生、保持器元件的破损。
轴承的温度在运转开始后上升，若经过某时间，则在比其稍低的温度下成为稳定状态。直到成为稳定状态的时间根据轴承的大小、旋转速度、润滑方法而不同，但需要20分钟到几小时。另外，稳定状态下的轴承的温度通常为使用时的室温或者比常温高10～40℃左右的状态，优选在100℃以下使用。
包括外圈1、内圈2，还通常包括圆锥滚子3在内，滚子轴承的部件由钢材形成。例如大型的圆锥滚子轴承为了具备与其适当的硬度和韧性，镍铬钼钢、铬钢、铬钼钢等表面硬化钢(渗碳钢)、高频淬火钢是更适当的钢材。另外，作为一般的轴承材料，有时也采用高碳铬轴承钢等高、中碳合金钢、不锈钢等耐腐蚀轴承钢等。
这些钢材的线膨胀系数为1.2×10-5/℃左右(例如在S30C中1.5×10-5/℃左右)，具有碳量越多钢种越小的趋势，但用作轴承材料的表面硬化钢为1.12×10-5/℃左右。
保持器链节5是树脂制，从实用上的需要来看，广泛使用能够注射模塑成形的高分子材料。作为保持器成形材料，也能够使用用公知的玻璃纤维强化的脂肪族聚酰胺树脂、芳香族聚酰胺树脂等。这些聚酰胺树脂的保持器能够在－40～120℃的温度下连续使用。
另外，作为其他的保持器成形的树脂材料，也列举有聚甲醛(POM)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、间规聚苯乙烯(SPS)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、液晶聚合物(LCP)、氟树脂、聚醚腈(PEN)、聚碳酸酯(PC)、变性聚苯醚(mPPO)、聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚芳酯(PAR)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚醚酰亚胺(PEI)、以及热塑性聚酰亚胺(PI)等。
其中，从注射模塑成形性、滑动性、耐久性等方面来看优选聚苯硫醚(PPS)树脂、聚醚醚酮(PEEK)树脂等。
保持器链节5包含热膨胀性填料，通过调整作为填充材料采用的热膨胀性填料的调配量等，以线膨胀系数小于1.0×10-5/℃的方式调配而调制。
热膨胀性填料只要是小于构成外圈及内圈的钢材的线膨胀系数的热膨胀性填料即可，例如在采用表面硬化钢的情况下，采用小于该钢的线膨胀系数1.12×10-5/℃的热膨胀性的填料(即，纤维方向的热膨胀性、或者线膨胀系数的填料)，进而能够采用比其小的小于线膨胀系数1×10-5/℃的填料，优选负的线膨胀系数的热膨胀性填料。
这样的热膨胀性填料优选能够尽量添加少量的添加效率好的填料，例如碳纤维的线膨胀系数为负(若加热则在纤维方向上收缩)，α＝－0.5×10-5/℃～0.6×10-5/℃，对位芳香族聚酰胺纤维也是α接近0的负的线膨胀系数，另外，玻璃纤维的α＝0.5×10-5/℃。
并且，锂铝硅酸盐(LiAlSiO4)、铋铁镍氧化物(BiNi1-XFexO3)等也作为表示负的热膨胀率的化合物公知，能够使用。
另外，作为保持器链节的树脂材料，采用聚酰胺(MC尼龙)、PEEK、POM、PPS、PEI，在纤维体积含有率60％的情况下的线膨胀系数(α)在热膨胀性填料为PAN系碳纤维的情况下，α＝2×10-5/℃～4×10-5/℃左右，在采用沥青系碳纤维的情况下为α＝－8×10-5/℃～－13×10-5/℃左右，在采用芳香族聚酰胺(芳族聚酰胺)纤维的情况下为α＝－15×10-5/℃左右。
如图4所示，实施方式的圆锥滚子轴承A能够用作风力发电机的主轴支承用的滚子轴承。即，支承大型风力发电机的主轴支承构造的主要部件的吊舱10设置于远离设置面的高的位置，经由旋转座轴承11水平旋转自如地设置在支承台12上。
将承受风力的叶片13固定在一端的主轴14在吊舱10内经由圆锥滚子轴承A被支承为旋转自如。主轴14的另一端与增速机15连接，其输出轴与发电机16的转子轴17结合。
此外，在上述的实施方式中，作为保持器链节的材料，将树脂中所包含的填充材料设为碳纤维或者玻璃纤维进行表示，但也可以是这些的混合物，或者也可以构成为包含炭黑等粉末状的填充材料、粒状的填充材料。再者，在上述的实施方式中，作为收容于保持器链节的滚子，使用了圆锥滚子，但并不局限于此，也可以使用圆筒滚子、针状滚子、棒状滚子等。
在使用了上述的实施方式的圆锥滚子轴承A的风力发电机的主轴支承装置中，不会引起从通常的使用状态的初期开始由保持器链节彼此的碰撞而导致的碰撞声的产生、保持器元件的破损，在使用中稳定且起到保持器的良好的功能，因此被认为是充分承受风力发电机的运转的装置。
工业上的利用可能性
本发明所涉及的滚子轴承或者该滚子轴承用保持器除了风力发电机的主轴支承构造以外，也适用于比较大型的滚子轴承，能够应用于要求防止由比较大型的保持器链节彼此的碰撞而引起的噪音的用途、要求提高耐久性的用途。
附图标记说明
1…外圈；2…内圈；3…圆锥滚子；4…凹槽；5…保持器链节；5a…最初配置的保持器链节；5b…最后配置的保持器链节；6…环状保持器；7a、7b…柱部；8a、8b…连结部；9…圆弧状爪部；10…吊舱；11…旋转座轴承；12…支承台；13…叶片；14…主轴；15…增速机；16…发电机；17…转子轴；A…圆锥滚子轴承；R…间隙。

Claims (8)

1.一种滚子轴承，具备钢材制的外圈及内圈、配置于所述外圈与所述内圈之间的多个滚子、以及具有***述滚子的凹槽且在所述外圈与所述内圈之间沿周向依次相连地配置成环状的多个保持器链节，所述滚子轴承在规定温度范围的轴承温度下被使用，其中，
所述保持器链节为包含热膨胀性填料且线膨胀系数小于1.0×10-5/℃的树脂制，
在将多个所述保持器链节沿周向无间隙地配置而成的环状的保持器的最初配置的保持器链节与最后配置的保持器链节之间，在轴承温度为所述规定温度范围的下限值时，具有间隙(R)，
在轴承温度为所述规定温度范围的上限值时的所述间隙(R)的周向尺寸小于经过所述保持器链节的所述环状的径向厚度的中央的圆的圆周的0.12％。
2.根据权利要求1所述的滚子轴承，其中，
所述规定温度范围为－40℃～150℃。
3.根据权利要求1或2所述的滚子轴承，其中，
在所述规定温度范围的下限值时的间隙(R)的周向尺寸超过经过所述保持器链节的所述环状的径向厚度的中央的圆的圆周的0％且为该圆周的0.075％以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的滚子轴承，其中，
所述热膨胀性填料是线膨胀系数小于构成外圈及内圈的钢材的线膨胀系数的热膨胀性填料。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的滚子轴承，其中，
所述热膨胀性填料至少包含碳纤维或者玻璃纤维中的任一种。
6.根据权利要求5所述的滚子轴承，其中，
所述热膨胀性填料的填充比例为20重量％以上40重量％以下。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的滚子轴承，其中，
所述滚子轴承是风力发电机的主轴支承用滚子轴承。
8.一种滚子轴承用保持器，其中，
所述滚子轴承用保持器被用于权利要求1～7中任一项所记载的滚子轴承，并由沿周向依次相连地配置成环状而使用的多个保持器链节构成。
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