轴承保持架和轴承的制作方法

1.本公开总体涉及用于滚珠轴承的保持架和包括这种保持架的滚珠轴承。本发明还涉及单向扣合式轴承保持架，以及包括这种轴承保持架的深沟滚珠轴承，尤其是适用于高转速的轴承保持架和轴承。


背景技术：

2.滚珠轴承尤其是深沟滚珠轴承由于其低旋转摩擦和高转速性能而被广泛使用。单向扣合式保持架具有成本低、易于安装的优点，因此通常与滚珠轴承尤其是深沟滚珠轴承一起使用。
3.典型的单向扣合式保持架包括大致环形主干部和沿轴向方向从主干部的一侧延伸的多个悬臂部。悬臂部沿着环形主干部的圆周彼此间隔开，限定用于容纳轴承的滚动元件的多个凹穴。
4.现有技术的扣合式保持架具有以下缺点：随着转速增加，悬臂部由于离心力的增加而径向向外弯曲，导致所谓的伞效应。伞效应恶化了凹穴和滚动元件之间的匹配关系，导致保持架和滚动元件之间的摩擦增加，轴承的性能恶化和/或失效。
5.适当的润滑对于轴承的高性能至关重要，过多或不足的润滑脂会降低轴承的性能。
6.总是存在对降低伞效应和改善轴承的润滑的需求。


技术实现要素：

7.根据本公开的一方面，提供了一种用于滚珠轴承的轴承保持架，该轴承保持架包括：具有前侧和相反后侧的大致环形主干部；多个悬臂部，从主干部的前侧沿轴承保持架的轴向向前方向延伸，悬臂部沿着环形主干部的圆周布置，限定用于容纳轴承的滚动元件的多个凹穴，其中主干部的径向厚度大于多个悬臂部的径向厚度，其中多个悬臂部中的每个包括两个叉部和在两个叉部之间的连接部，其中轴承保持架还包括以下至少一种：形成在悬臂部的径向外侧的多个凹部，每个凹部由从相关的两个叉部凹陷的连接部限定，凹部从轴承保持架的轴向向前侧开口；形成在轴承保持架的径向内侧的多个凹槽。
8.在本公开的一些实施例中，主干部的外径大于多个悬臂部的外径。
9.在本公开的一些实施例中，两个叉部的径向厚度大于连接部的径向厚度，叉部在轴向向前方向上延伸超过连接部。
10.在本公开的一些实施例中，连接部包括第一段和第二段，第一段邻近主干部并相对于轴承保持架的轴线倾斜延伸，第二段远离主干部并基本平行于轴承保持架的轴线。
11.在本公开的一些实施例中，每个叉部包括限定凹穴的接触表面和背离接触表面的弯曲表面，其中凹部由连接部的径向外表面和弯曲表面限定。
12.在本公开的一些实施例中，多个凹槽中的每个在圆周方向上位于两个相邻的凹穴之间。
13.在本公开的一些实施例中，多个凹槽中的每个与多个悬臂部以一对一关系定位，并且多个凹槽中的每个在圆周方向上居中于两个相邻的凹穴之间。
14.在本公开的一些实施例中，每个凹槽延伸到环形主干部的后侧并形成环形主干部后侧的一部分，每个凹槽包括邻近环形主干部后侧的第一段和远离环形主干部后侧的倾斜第二段，第一段具有恒定的径向深度，倾斜第二段在远离环形主干部后侧的方向上具有减小的深度。
15.在本公开的一些实施例中，每个凹槽具有大致梯形形状，其包括位于主干部后侧的底边和远离主干部后侧的顶边，
16.其中，
17.pi*dc/(z*4)《＝l2《＝pi*dc/(z*2)，
18.l1《＝l2，
19.其中，l1是梯形形状顶边的长度，l2是梯形形状底边的长度，dc是轴承保持架的内径，z是轴承中的滚动元件的数量。
20.在本公开的一些实施例中，在叉部的与由叉部限定的凹穴相反的表面上形成有倒角。
21.在本公开的一些实施例中，轴承保持架的悬臂部还包括形成在连接部的径向外表面上的轴向突起。
22.根据本公开的另一方面，提供了一种滚珠轴承，包括：内圈；外圈；设置在内圈和外圈之间的多个滚动元件；以及前述权利要求中任一项所述的轴承保持架，轴承保持架位于内圈和外圈之间，多个滚动元件中的每个容纳在多个凹穴之一中。
23.在本公开的一些实施例中，内圈包括用于接收多个滚动元件的滚道和内圈的外径表面中的至少一个周向凹槽，至少一个周向凹槽中的一个在滚珠轴承的轴向方向上至少部分地与凹槽重叠。
24.在本公开的一些实施例中，内圈包括在内圈的外径表面中的两个周向凹槽，滚道位于两个周向凹槽之间。
25.在本公开的一些实施例中，凹槽的一部分在滚道上延伸，并且具有轴向尺寸l3，并且凹槽的底部与外径表面间隔开距离l4，
26.其中，
27.l3》0，
28.l4/dw》0.08，优选l4/dw》0.12，最优选l4/dw》0.16，
29.其中，dw是滚动元件的直径。
30.通过研究以下附图和详细描述，本公开的其他系统、方法、特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。所有这些附加系统、方法、特征和优点都包括在本说明书中、在本公开的范围内且受到所附权利要求的保护。
附图说明
31.参考以下附图和描述可以更好地理解本公开。附图中的部件不一定是按比例的，相反，重点在于说明本公开的原理。此外，在附图中，相同的附图标记在不同的视图中表示相应的部件。
32.图1a示出了根据本公开一些实施例的轴承保持架的透视图，图1b和图1c从不同的角度示出了图1a的轴承保持架的两个透视图。
33.图2示出了图1a的轴承保持架的后视图。
34.图3是沿着图2的a-a线截取的截面图。
35.图4是沿着图2的b-b线截取的截面图。
36.图5是沿着图2的c-c线截取的截面图。
37.图6是包括轴承保持架的滚珠轴承的剖视图。
38.图7是图6的圆圈部分的放大图。
39.图8是根据本公开另一实施例的轴承保持架的透视图。
40.图9a和9b是根据本公开又一实施例的轴承保持架的透视图。
具体实施方式
41.在下文中，将参考附图更详细地描述本公开的优选实施例。在本公开的以下描述中，为了使本公开的主题更清楚，省略了结合于此的已知功能和构造的详细描述。
42.如本文所用，单数形式和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。本文使用的术语“包括”、“包含”及其变体指定存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组。如本文所用，术语“和/或”和符号“/”意味着包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。另外，尽管术语第一、第二等可在本文用于描述各种元件、部件、步骤或计算，但这些元件、部件、步骤或计算不应受这些术语的限制，相反，这些术语仅用于将各元件、部件、步骤或计算区分开。例如，第一部件可被称为第二部件，类似地，第一计算可被称为第二计算；类似地，第一步骤可被称为第二步骤；所有这些都没有脱离本公开的范围。
43.如本文所用，术语“轴线”、“中心轴线”、“旋转轴线”是指轴承绕其旋转的轴线，术语“径向”、“径向地”、“径向方向”及其等同术语是指从轴承保持架或轴承的中心或轴线到圆周的方向，术语“轴向”、“轴向地”、“轴向方向”及其等同术语是指沿着轴承或保持架的轴线的方向，即垂直于轴承保持架或轴承的径向方向或圆周的方向，术语“向前”、“向前地”、“向前方向”是指轴承保持架的悬臂部指向的轴向方向或悬臂部从主干部延伸的轴向方向。
44.为了澄清在权利要求中的用法，并在此向公众提供通知，短语“《a》,《b》,...和《n》中的至少一个”或“《a》,《b》,...《n》中的至少一个或其组合”是由申请人以最广泛的意义定义的，取代之前或之后的任何其他隐含定义，除非申请人明确声明相反，意指选自a,b,...和n中的一个或多个元素，也就是说，包括单独的任何一个元素或者与一个或多个其他元素的组合的元素a,b,...或n中的一个或多个的任何组合，这些其他元素也可以组合地包括未列出的附加元素。
45.图1a-1c示出了根据本公开一些实施例的轴承保持架100的透视图。图2示出了图1a的轴承保持架100的后视图，图3是沿图2的a-a线截取的截面图，而图4是沿图2的b-b线截取的截面图。图5是沿图2的c-c线截取的截面图。
46.如图所示，轴承保持架100包括大致环形主干部110，其具有前侧114和与前侧114相反的后侧116，以及从主干部的前侧114沿轴承保持架100的轴向向前方向延伸的多个悬臂部130。如图1a-1c所示，多个悬臂部130沿着环形主干部110的圆周彼此间隔开，优选等距
地间隔开。
47.如图1a-1c、图5所示，每个悬臂部130包括两个叉部132a、132b和在两个叉部132a、132b之间并将两个叉部132a、132b连接在一起的连接部142。每个叉部132a、132b具有接触表面133a、133b和背离接触表面133a、133b的弯曲表面135a、135b。悬臂部130的叉部132a、132b的每个接触表面133a、133b面向相邻悬臂部130的叉部132a、132b的接触表面133a、133b。彼此面对的两个接触表面133a、133b在其间限定凹穴134。每个凹穴134用于容纳轴承的滚珠，并且限定凹穴134的接触表面将与容纳在凹穴中的滚珠接触。每个连接部142从两个叉部径向凹入(即连接部142的径向外表面距轴承保持架轴线的径向距离小于两个叉部132a、132b的径向外表面)，在悬臂部130的径向外侧形成凹部144。凹部144由连接部142的径向外表面和悬臂部130的弯曲表面135a、135b限定，并且在轴向向前方向上或从轴向向前的一侧上敞开，如图1a、图4最佳示出。
48.当轴承中有多余的油脂时，凹部144可以提供额外的空间来储存油脂，并且当滚道中的油脂不足时，可以将油脂补充到滚道中。在轴承旋转期间，油脂可能从轴承的其他部分比如内滚道或外滚道流入凹部144，并且当轴承中有更多油脂时，油脂流入凹部144的可能更大。流入凹部144的一些油脂可能暂时滞留在凹部144中。流入和流出凹部144的油脂会有动态平衡，当达到动态平衡时，轴承中的油脂越多，凹部144中的油脂就越多。因此，当轴承中存在过量油脂时，凹部144可以储存油脂，并且当轴承滚道中的油脂不足时，凹部144可以将油脂补充到轴承的滚道中。凹部144可以减少或消除与过量油脂相关的技术问题。例如，当轴承中有过量油脂时，凹部144可以减少轴承加速和减速期间产生的热量，该热量是由油脂和旋转部件(比如滚珠和轴承保持架)之间的强剪切引起的。也就是说，凹部144可以减少或消除由于油脂搅动而产生的热量。
49.如图1a-1c、图3、图4清楚所示，主干部110的径向厚度t1大于悬臂部130的径向厚度。主干部110的径向内表面和悬臂部130的径向内表面距轴承保持架的轴线具有相同的径向距离，因此它们共用共同的径向内表面102。主干部110的径向外表面距轴承保持架轴线的径向距离大于悬臂部130的径向距离。
50.在悬臂部130中，两个叉部132a、132b具有径向厚度t2，其远大于连接部142的径向厚度t3。此外，叉部132a、132b具有较大的轴向尺寸，使得它们在轴向方向上延伸超过连接部142，如图1a-1c、图4、图5所示。
51.从轴承保持架的轴线到悬臂部130的径向外表面的较小径向距离，即悬臂部130的较小外径，以及由于凹部144的存在而减少的材料，导致作用在悬臂部130上的离心力减小。因此，轴承保持架具有径向向外弯曲减小的技术优势，即可以减小或抑制所谓的伞效应。弯曲表面135a、135b的存在可以进一步减少悬臂部130的材料，从而进一步减少或抑制所谓的伞效应。
52.在本公开的一些实施例中，环形主干部110具有增加的径向厚度t1，这增加了轴承保持架的结构强度。此外，如本公开所述，悬臂部的结构导致作用在悬臂部130上的离心力减小。因此，通过增加的径向厚度t1和悬臂部的结构的组合，可以显著地减少或抑制保持架变形，即所谓的伞效应。
53.如图1a-1c、图2-5所示，轴承保持架100设置有形成在轴承保持架100的径向内侧102中的多个凹槽112。在本公开的一些实施例中，多个凹槽112与多个悬臂部130以一对一
关系设置。也就是说，存在对应于多个悬臂部130中的每个的一个凹槽112。在本公开的一些实施例中，多个凹槽112中的每个在圆周方向上居中于两个相邻的凹穴之间。在一些实施例中，多个凹槽中的每个在圆周方向上设置在两个相邻的凹穴之间。
54.如图1a-1c、图2-5所示，凹槽112延伸到环形主干部110的后侧116，使得凹槽112形成环形主干部的后侧116的一部分。也就是说，凹槽112从环形主干部的后侧116开口。每个凹槽112包括邻近环形主干部110的后侧116的第一段112a和远离环形主干部110的后侧116的倾斜第二段112b。如图4所示，第一段112a具有平坦底部，而第二段112b具有倾斜底部。
55.如图1a-1c、图2-5所示，每个凹槽112沿圆周方向居中于两个相邻的凹穴134之间(因此居中于两个相邻的滚动元件190之间)，并且凹槽112的圆周尺寸跨越两个相邻滚动元件190之间的大部分圆周间隔。由于凹槽112位于两个相邻的凹穴134(滚动元件190)之间，并且横跨两个相邻凹穴134(滚动元件190)之间的大部分圆周间隔，所以它为油脂流动例如两个滚动元件190之间的油脂流动提供了额外的通道或加宽了通道，有助于油脂在两个滚动元件190之间的平稳流动，从而在轴承旋转期间改善了油脂在内圈和轴承保持架之间的空间中的平稳流动。此外，凹槽112可以减少或消除与过量油脂相关的技术问题。例如，凹槽112可以减少在轴承的加速和减速期间产生的热量，该热量是由油脂和旋转部件比如滚珠和保持架之间的强剪切产生的。也就是说，凹槽112可以减少由于油脂搅动而产生的热量。在本公开的一些实施例中，仔细选择或调节油脂填充量或数量，和/或使用特殊油脂来改善润滑，从而减少由于油脂搅动而产生的热量。
56.在轴承旋转期间，油脂可以从内滚道流到凹槽112，并且当轴承的内滚道中有多余的油脂时，油脂流入凹槽的可能性更大。流入凹槽112的一些油脂可能暂时滞留在凹槽中，一些油脂可能流回内滚道。流入和流出凹槽112的油脂将达到动态平衡，并且当达到动态平衡时，内滚道中的油脂越多，凹槽112中的油脂就越多。也就是说，当滚道中有多余的油脂时，凹槽112可以提供额外的空间来储存油脂。另一方面，当滚道中的油脂不足时，凹槽可以向滚道补充油脂。
57.在本公开的一些实施例中，环形主干部110具有增加的径向厚度t1。在本公开的一些实施例中，环形主干部110和内圈170之间的间隙可以由于径向厚度t1的增加而减小。尽管环形主干部110和内圈170之间的间隙减小，但由于两个相邻滚动元件190之间的凹槽112的存在，内滚道中的油脂仍可以平稳地流动。也就是说，主干部110的结构强度可以得到改善(由于径向厚度t1的增加)，而不会损害轴承的润滑。
58.在现有技术的轴承保持架中，质量分布和结构强度沿着轴承保持架的圆周不均匀。具有悬臂部的轴承保持架的段通常比具有凹穴的轴承保持架的段包含更多的材料并具有更大的结构强度。与现有技术的轴承保持架相比，由于存在凹槽112和/或凹部142，本公开的轴承保持架在具有悬臂部的轴承保持架的段中具有较少的材料。因此，本公开的轴承保持架沿着轴承保持架的圆周具有更均匀的质量和结构强度分布。
59.如上所述，由于轴承保持架的结构，轴承保持架100具有增加的整体结构强度，因此在高速旋转下伞效应减小。在现有技术中，如果轴承保持架具有增加的结构强度以抑制或减少伞效应，则叉部在保持架安装期间可能容易破裂，因此现有技术的轴承保持架不能具有太强的结构强度以降低叉部破裂的风险。
60.本公开的发明人已经发现，凹槽112的存在可以降低保持架安装期间保持架破裂
的风险。特别地，如图5所示，凹槽112和接触表面133a、133b之间的最小距离s是可能影响保持架破裂风险的重要因素，并且最佳距离s可以大大降低保持架安装期间保持架破裂的风险。也就是说，本公开的轴承保持架可以具有增加的结构强度，用于抑制或减少伞效应，同时保持架安装期间保持架破裂的风险仍保持较低。
61.此外，可以仔细地选择或优化与凹槽112相关的尺寸，即图5所示的l1、l2、图7所示的l3、l4，以提供上述与凹槽112相关的最佳或最好技术效果。如图5所示，当沿径向方向观察时，凹槽112具有大致梯形形状。大致梯形形状在主干部110的后侧116具有底边，在远离主干部110的后侧116具有顶边。梯形形状的顶边的长度l1和梯形形状的底边的长度l2是可能影响与凹槽112相关的技术效果的重要因素。如图7所示，凹槽112的第一段112a的底部与内圈170的外径表面173间隔开距离l4。凹槽112的一部分在内圈170的外径表面173中的滚道174上延伸，并且具有轴向尺寸l3，即滚道174的侧面和凹槽112的第二段112b的端部之间的轴向距离。距离l4和尺寸l3也是可能影响凹槽技术效果的重要因素。
62.在本公开的一些实施例中，l1、l2定义如下：
63.pi*dc/(z*4)《＝l2《＝pi*dc/(z*2)；
64.l1《＝l2，
65.其中，dc是保持架孔的直径，z是轴承中的滚动元件(滚珠)的数量。
66.在本公开的一些实施例中，l3、l4定义如下：
67.l3》0；
68.l4/dw》0.08，
69.其中，dw是滚动元件(滚珠)的直径。
70.在本公开的一些进一步实施例中，l4/dw》0.12。在本公开的一些更进一步实施例中，l4/dw》0.16。
71.图6示出了包括轴承保持架100的滚珠轴承10的剖视图。图7示出了图6的圆圈部分的放大视图。滚珠轴承10包括内圈170；外圈160；设置在内圈170和外圈160之间的多个滚动元件190，以及轴承保持架100，轴承保持架位于内圈和外圈之间，多个滚动元件中的每个被容纳在保持架的多个凹穴之一中；以及一对密封构件180，其构造成密封在内圈170和外圈160之间形成的环形空间。滚珠轴承包括轴线x，滚珠轴承在运行时围绕其旋转。图6所示的轴线x也是轴承保持架100的轴线。如图7最佳所示，内圈170包括外径表面173和形成在外径表面173中的滚道174，外圈160包括内径表面163和形成在内径表面163中的滚道164。内圈170还包括形成在内圈170的外径表面173中的两个周向凹槽172a、172b。两个周向凹槽172a、172b中的每个设置在滚道174的一侧。与如上所述的凹槽112和凹部144类似，当轴承滚道中的油脂不足时，周向凹槽172a、172b可以储存多余的油脂并将油脂补充到轴承的滚道中。如图7中清楚地示出，凹槽112具有比周向凹槽172a大得多的轴向跨度，并且周向凹槽172a、172b沿轴向方向位于凹槽112的轴向跨度内。在一些实施例中，凹槽112在轴向方向上至少部分地与周向凹槽172a重叠。通过这种构造，储存在周向凹槽172a中的油脂可以经由凹槽112容易地返回到滚道174。
72.在本公开的一些实施例中，轴承保持架是单向扣合式轴承保持架，滚珠轴承是深沟滚珠轴承。
73.在图1a-1c、图2-5所示的实施例中，凹槽112与多个悬臂部130以一对一关系设置。
然而，本公开不限于此，并且在本公开的一些实施例中，本公开的轴承保持架可以不包括任何凹槽112。
74.在图6-7所示的实施例中，本公开的轴承包括内圈170的外径表面173中的两个周向凹槽172a、172b。然而，本公开不限于此，并且在一些实施例中，本公开的轴承可以仅包括一个周向凹槽或多于两个周向凹槽。在一些实施例中，本公开的轴承可以根本不包括任何周向凹槽。
75.在所示的实施例中，凹槽112和凹部142都具有两段构造。然而，本公开不限于此，并且在一些实施例中，凹槽112和/或凹部142可以包括任何其他合适的构造，比如平滑的弯曲表面。
76.在所示的实施例中，多个悬臂部沿着环形主干部的圆周彼此优选地等距间隔开。然而，本公开不限于此，并且可以包括任何其他合适的构造。在一些实施例中，多个悬臂部沿着环形主干部的圆周彼此间隔开。在一些其他实施例中，多个悬臂部沿着环形主干部的圆周布置。
77.图8是根据本公开另一实施例的轴承保持架200的透视图。轴承保持架200包括大致环形主干部210和多个悬臂部230。每个悬臂部230包括两个叉部232a、232b和在两个叉部232a、232b之间并将两个叉部232a、232b连接在一起的连接部242。轴承保持架200类似于图1a-1c所示的轴承保持架100，除了形成在叉部232a、232b上的倒角238a、238b。倒角238a、238b形成在叉部232a、232b的与由叉部限定的凹穴相反的表面上。轴承保持架200具有悬臂部230重量减小的技术优点，因此所谓的伞效应可以在轴承保持架200中进一步减小或抑制。
78.图9a和9b是根据本公开又一实施例的轴承保持架300的透视图。轴承保持架300包括大致环形主干部310和多个悬臂部330。每个悬臂部330包括两个叉部332a、332b和在两个叉部332a、332b之间并将两个叉部332a、332b连接在一起的连接部342。轴承保持架300类似于图1a-1c所示的轴承保持架100，除了形成在连接部342的径向外表面上的轴向突起336。由于存在轴向突起336，轴承保持架300具有改善悬臂部330的结构强度的技术优势。
79.为了帮助理解本发明的细节，已经对系统和方法进行了一般性描述。在一些情况下，没有具体示出或详细描述公知的结构、材料和/或操作，以避免模糊本发明的各方面。在其他情况下，已经给出了具体细节，以便提供对本发明的透彻理解。相关领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以其他特定形式实施，例如适应特定的系统或设备或情况或材料或部件。因此，本文的公开和描述旨在说明而非限制本发明的范围。因此，除了根据所附权利要求及其等同物，本公开不受限制。