專利名稱：四點(diǎn)接觸滾珠軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及四點(diǎn)接觸滾珠軸承，更具體地說，涉及超薄壁四點(diǎn)接觸滾珠軸承的改進(jìn)，其能夠通過抑制預(yù)加載荷作用下運(yùn)轉(zhuǎn)中的摩擦力矩的增加從而抑制軸承的產(chǎn)熱和磨損，并且除了實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)時低噪音、低振動運(yùn)轉(zhuǎn)，還能提高軸承壽命。
背景技術(shù)：
圖13示出了作為一種醫(yī)療器械的CT掃描儀設(shè)備的例子。該CT掃描儀設(shè)備1將X射線照射到對象3上，該X射線由X射線管2產(chǎn)生并由楔形濾器(未示出)和狹縫(未示出)將強(qiáng)度限制為預(yù)定值。透過對象3的X射線由檢測器5接收。接收該檢測器5的輸出的計算機(jī)(未示出)形成X射線透射像。
配備有X射線管2和檢測器5的圓柱框架6通過滾動軸承7可旋轉(zhuǎn)地支承在機(jī)體架8上。通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動圓柱框架6，可以獲得通過從各個角度檢查對象3的橫截面得到的X線斷層圖像，該圖像是要被診察的。
通常，滾動軸承7形成為其內(nèi)徑設(shè)置成等于或大于700mm的大直徑。因此，滾動軸承7就是所稱的超薄壁滾動軸承，其橫截面與其直徑相比極其小。
作用于在CT掃描儀設(shè)備1中使用的滾動軸承7上的載荷是徑向載荷、軸向載荷和力矩載荷的合成載荷。該合成載荷是相對小的載荷。
因此，支承載荷大的滾動軸承是不必要的。所以，使用圖14中所示的背對背組合的徑向止推滾珠軸承(angular ball bearing)8a、8b或一種四點(diǎn)接觸滾珠軸承作為滾動軸承7的CT掃描儀設(shè)備1至今得以廣泛使用，其中四點(diǎn)接觸滾珠軸承的滾珠與外和內(nèi)座圈的每個滾道面成兩點(diǎn)接觸。
這種背對背組合的徑向止推滾珠軸承8a、8b和四點(diǎn)接觸滾珠軸承具有一共同性，即滾珠軸承承受雙向的軸向載荷。然而，背對背組合的徑向止推滾珠軸承8a、8b通過兩個軸承相互組合而構(gòu)成。因此，與只由單一軸承構(gòu)成的四點(diǎn)接觸滾珠軸承相比，徑向止推滾珠軸承8a、8b的寬度尺寸w1變大。所以，徑向止推滾珠軸承在減小其尺寸、重量和成本方面是不利的。
因此，最近使用四點(diǎn)接觸滾珠軸承作為滾動軸承7的CT掃描儀設(shè)備的數(shù)量已增加。
同時，近來的CT掃描儀設(shè)備減少了醫(yī)療時間從而減小了病人的負(fù)擔(dān)。因此，提高醫(yī)療速度的需求日益增加。所以，要求用作滾動軸承7的四點(diǎn)接觸滾珠軸承具有高速旋轉(zhuǎn)能力。
然而，到目前為止通常將四點(diǎn)接觸滾珠軸承的軸向內(nèi)游隙設(shè)置成正值。在高速旋轉(zhuǎn)(dmN≥10000，其中dm表示滾珠PCD，N表示旋轉(zhuǎn)次數(shù))的使用環(huán)境中，存在一種擔(dān)憂，即微小的軸承內(nèi)游隙會造成噪音和不舒服的振動并給病人精神負(fù)擔(dān)，或者振動會導(dǎo)致測量準(zhǔn)確度的誤差。
因此，提出了一種實(shí)現(xiàn)低噪音和低振動的高速運(yùn)轉(zhuǎn)的技術(shù)，即，通過將四點(diǎn)接觸滾珠軸承的軸向內(nèi)游隙設(shè)置成負(fù)值(即，相當(dāng)于對其預(yù)加載荷的狀態(tài))，從而抑制內(nèi)游隙造成的噪音和不舒服的振動的產(chǎn)生(參見，例如專利文件1)。
此外，提出了一種開口保持架(split retainer)(參見專利文件2)作為通過減輕噪音以及滾珠和保持架之間的碰撞的沖擊來實(shí)現(xiàn)軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)時的低噪音和低振動的技術(shù)。
JP-A-2002-81442[專利文件2]JP-A-2000-065067然而，在軸向內(nèi)游隙簡單地設(shè)置成負(fù)值的情況下，與專利文件1中描述的四點(diǎn)接觸滾珠軸承相似，有很大可能性發(fā)生實(shí)際上嚴(yán)重的問題。
即，在四點(diǎn)接觸滾珠軸承中，滾珠與外和內(nèi)座圈的每個滾道面兩點(diǎn)接觸。因此，當(dāng)軸承在預(yù)加載荷作用下高速旋轉(zhuǎn)時，在滾珠和滾道面之間的點(diǎn)接觸部分處可能發(fā)生過度滑動，并且這可能造成摩擦力矩的增加，其會導(dǎo)致嚴(yán)重減小軸承壽命的產(chǎn)熱和磨損。
即使使用專利文件2中描述的開口保持架，此問題也不可能解決。
因此，將來重要的問題是當(dāng)四點(diǎn)接觸滾珠軸承在預(yù)加載荷作用下高速旋轉(zhuǎn)時，將發(fā)生在滾珠和滾道面之間的點(diǎn)接觸部分處的滑動減小到最少，從而防止摩擦力矩的增加，減小與摩擦力矩成比例的產(chǎn)熱和磨損，以及增加軸承壽命。
因此，本發(fā)明的目的是解決前面提到的問題，提供一種四點(diǎn)接觸滾珠軸承，其能夠通過抑制預(yù)加載荷作用下運(yùn)轉(zhuǎn)中的摩擦力矩的增加來抑制產(chǎn)熱和磨損，并實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)時的低噪音和低振動運(yùn)轉(zhuǎn)，以及提高軸承壽命。

發(fā)明內(nèi)容
1)本發(fā)明的目的通過一種四點(diǎn)接觸滾珠軸承實(shí)現(xiàn)，該四點(diǎn)接觸滾珠軸承包括外元件，在其內(nèi)圓周上具有滾道面，內(nèi)元件，在其外圓周上具有滾道面，可滾動地成一排安置在這些外和內(nèi)元件之間的多個滾珠，和保持架，用于以相等間隔在其圓周方向上安置這些多個滾珠，滾珠與外元件和內(nèi)元件的兩個滾道面中的每一個進(jìn)行兩點(diǎn)接觸，其中若d表示滾珠的直徑，Dp表示安置于兩個滾道面之間的多個滾珠的節(jié)距圓直徑，L1表示節(jié)距圓上相鄰滾珠中心之間的距離，r表示用作外切滾珠的滾道面的每個凹槽的曲率半徑，以及α表示滾珠以及外和內(nèi)座圈的每個滾道面之間的接觸角，則d、Dp、L1、r和α以分別滿足下列不等式的方式設(shè)定0.011≤d/Dp≤0.0171.5≤L1/d≤2.10.54≤r/d≤0.59，和15°≤α≤25°；以及在通過滾珠相互接觸的外座圈和內(nèi)座圈之間的軸向游隙SA以滿足下列不等式的方式設(shè)定-0.050mm≤SA≤0mm。
順便提及，在四點(diǎn)接觸滾珠軸承中，由接觸面壓力P和滑動速度V的乘積獲得PV值，其中接觸面壓力P產(chǎn)生在滾珠和每個滾道面之間，而滑動速率V很大程度上影響了滾珠和每個滾道面的磨損程度以及在軸承旋轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生的噪音級。軸承的低噪音和低振動運(yùn)轉(zhuǎn)可以通過減小該P(yáng)V值實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選地，為了通過將軸承高速旋轉(zhuǎn)期間作用在滾珠上的慣性力的值限制到一小值而減小摩擦力矩以及與之伴隨的產(chǎn)熱和磨損，滾珠的直徑d設(shè)定得盡可能小。然而，當(dāng)滾珠的直徑d過小時，接觸面壓力P增加，導(dǎo)致PV值增加。這引起軸承壽命的減少。
因此，根據(jù)前述構(gòu)造的四點(diǎn)接觸滾珠軸承，(1)滾珠的直徑d設(shè)定在由不等式0.011≤d/Dp≤0.017表示的范圍內(nèi)。從而避免了滾珠的直徑d變得過小。PV值可通過同時抑制導(dǎo)致軸承產(chǎn)熱和磨損的摩擦力矩而得以減小。
(2)有必要保證滾珠之間的保持架的柱體部分的強(qiáng)度，以保證保持架柱體部分的橫截面面積等于或大于預(yù)定值。為此，優(yōu)選地增加內(nèi)滾珠距離L1。然而當(dāng)內(nèi)滾珠距離L1過大時，每個滾珠分得的載荷就增大，從而導(dǎo)致PV值增加。
因此，如上所述，內(nèi)滾珠距離L1設(shè)定在由不等式1.5≤L1/d≤2.1表示的范圍內(nèi)。從而該軸承避免了內(nèi)滾珠距離L1變得過小。PV值可通過同時保證保持架柱體部分的強(qiáng)度而得以減小。
(3)用作外切滾珠的滾道面的每個凹槽的曲率半徑r在普通滾珠軸承中設(shè)定在例如由下面不等式表示的范圍內(nèi)0.5＜r/d＜0.54。因此，通過設(shè)定比標(biāo)準(zhǔn)值大的曲率半徑，由于過程改變和溫度變化引起的游隙偏差對軸承運(yùn)行的影響可以減小。此外，與滾珠接觸的凹槽的曲率半徑r設(shè)定為比標(biāo)準(zhǔn)值大。因此，PV值可通過同時減小滾珠和每個滾道面之間產(chǎn)生的接觸橢圓的尺寸從而抑制差動滑動、以及抑制導(dǎo)致軸承產(chǎn)熱和磨損的摩擦力矩而得以減小。然而，當(dāng)曲率半徑r設(shè)定過大時，易于產(chǎn)生滾珠和滾道面之間的偏離。因此，很難實(shí)現(xiàn)軸承的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。
因此，如上所述，凹槽的曲率半徑r設(shè)定在由不等式0.54≤r/d≤0.59表示的范圍內(nèi)。從而可以防止凹槽的曲率半徑r過度增加。滾珠和每個滾道面之間的接觸橢圓的尺寸可通過同時保證軸承可加工性而限制為小尺寸。因此，PV值可通過同時抑制導(dǎo)致軸承產(chǎn)熱和磨損的摩擦力矩而得以減小。
(4)當(dāng)滾珠及每個滾道面之間的接觸角α過小或過大時，自轉(zhuǎn)滑動和繞轉(zhuǎn)滑動(spin slip and gyro slip)發(fā)生的次數(shù)不斷增加，導(dǎo)致摩擦力矩和PV值增加。
因此，如上所述，接觸角α設(shè)定在由不等式15°≤α≤25°表示的范圍內(nèi)，從而可使自轉(zhuǎn)滑動和繞轉(zhuǎn)滑動發(fā)生的頻率減少，PV值可通過同時抑制導(dǎo)致軸承產(chǎn)熱和磨損的摩擦力矩而得以減小。
(5)在軸向游隙SA設(shè)定為過大負(fù)值的情況下，軸承的可裝配性將會變得極差，旋轉(zhuǎn)時的摩擦力矩增大。這些會是軸承壽命減小的重要原因。在獲得上述構(gòu)造(1)到(4)的軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)和優(yōu)點(diǎn)的協(xié)同效果的環(huán)境中，適于實(shí)現(xiàn)軸承高速旋轉(zhuǎn)時低噪音、低振動運(yùn)轉(zhuǎn)的預(yù)加載荷條件通過將軸向游隙SA設(shè)定在由以下不等式表示的范圍內(nèi)而獲得-0.050mm≤SA≤0mm。從而，可以防止由產(chǎn)熱和磨損引起的軸承壽命減少。
也就是，上述構(gòu)造的四點(diǎn)接觸滾珠軸承可限制預(yù)加載荷作用下運(yùn)轉(zhuǎn)中的摩擦力矩的增加，從而抑制軸承的產(chǎn)熱和磨損。此外，該滾珠軸承可實(shí)現(xiàn)軸承高速旋轉(zhuǎn)時低噪音、低振動運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，該滾珠軸承通過減小軸承的產(chǎn)熱和磨損可實(shí)現(xiàn)軸承壽命的增加。
2)本發(fā)明的目的通過一種四點(diǎn)接觸滾珠軸承實(shí)現(xiàn)，該四點(diǎn)接觸滾珠軸承包括外元件，在其內(nèi)圓周上具有滾道面，內(nèi)元件，在其外圓周上具有滾道面，可滾動地成一排安置在這些外和內(nèi)元件之間的多個滾珠，和保持架，用于以相等間隔在其圓周方向上安置這些多個滾珠，滾珠與外元件和內(nèi)元件的兩個滾道面中的每一個進(jìn)行兩點(diǎn)接觸，其中每個滾珠由高碳鉻鋼制成；和具有740到940的維氏硬度HV的碳氮共滲層(cabonitrided layer)形成在每個滾珠的表面上。
3)本發(fā)明的目的通過一種四點(diǎn)接觸滾珠軸承實(shí)現(xiàn)，該四點(diǎn)接觸滾珠軸承包括外元件，在其內(nèi)圓周上具有滾道面，內(nèi)元件，在其外圓周上具有滾道面，可滾動地成一排安置在這些外和內(nèi)元件之間的多個滾珠，和保持架，用于以相等間隔在其圓周方向上安置這些多個滾珠，滾珠與外元件和內(nèi)元件的兩個滾道面中的每一個進(jìn)行兩點(diǎn)接觸，其中滾珠由馬氏體不銹鋼制成，和具有1200到1500的維氏硬度HV的碳氮共滲層形成在每個滾珠的表面上。
4)本發(fā)明的目的通過一種四點(diǎn)接觸滾珠軸承實(shí)現(xiàn)，該四點(diǎn)接觸滾珠軸承包括外元件，在其內(nèi)圓周上具有滾道面，內(nèi)元件，在其外圓周上具有滾道面，可滾動地成一排安置在這些外和內(nèi)元件之間的多個滾珠，和保持架，用于以相等間隔在其圓周方向上安置這些多個滾珠，滾珠與外元件和內(nèi)元件的兩個滾道面中的每一個進(jìn)行兩點(diǎn)接觸，其中滾珠由工程陶瓷制成；和每個滾珠的表面具有1300到2700范圍的維氏硬度HV。
在第2)到4)項(xiàng)中描述的四點(diǎn)接觸滾珠軸承中，每個滾珠表面的維氏硬度以大于標(biāo)準(zhǔn)值的方式受到控制。
從而滾珠的縱向彈性系數(shù)變大。由作用在滾珠和滾道面之間的接觸面壓力引起的滾珠變形可受到抑制。因此，滾珠和滾道面之間產(chǎn)生的接觸橢圓的尺寸可得以減小。因此，發(fā)生在滾珠和每個滾道面之間的差動滑動可減少到最少。
此外，將滾珠表面硬度設(shè)定為大于標(biāo)準(zhǔn)值加強(qiáng)了抵抗滑動運(yùn)轉(zhuǎn)的耐磨力。滾珠耐磨力的加強(qiáng)和差動滑動的最小化可抑制預(yù)加載荷作用下運(yùn)轉(zhuǎn)時摩擦力矩的增加。從而軸承的產(chǎn)熱和磨損可得到抑制。因此可以實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)時的低噪音和低振動運(yùn)轉(zhuǎn)。同時，通過減小軸承的產(chǎn)熱和磨損可以實(shí)現(xiàn)軸承壽命的增加。


圖1是說明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承結(jié)構(gòu)的局部縱向橫截面圖。
圖2是說明圖1中示出的四點(diǎn)接觸滾珠軸承、傳統(tǒng)的四點(diǎn)接觸滾珠軸承和背對背組合的徑向止推滾珠軸承在高速旋轉(zhuǎn)時的聲級測試的比較測量圖。
圖3是說明圖1中示出的四點(diǎn)接觸滾珠軸承、傳統(tǒng)的四點(diǎn)接觸滾珠軸承和背對背組合的徑向止推滾珠軸承在高速旋轉(zhuǎn)時的振動值測試的比較測量圖。
圖4是說明圖1中示出的四點(diǎn)接觸滾珠軸承、傳統(tǒng)的四點(diǎn)接觸滾珠軸承和背對背組合的徑向止推滾珠軸承在高速旋轉(zhuǎn)時的溫升測試的比較測量圖。
圖5是說明圖1中示出的四點(diǎn)接觸滾珠軸承、傳統(tǒng)的四點(diǎn)接觸滾珠軸承和背對背組合的徑向止推滾珠軸承在高速旋轉(zhuǎn)時的摩擦力矩測試的比較測量圖。
圖6是說明圖1中示出的四點(diǎn)接觸滾珠軸承、傳統(tǒng)的四點(diǎn)接觸滾珠軸承和背對背組合的徑向止推滾珠軸承在高速旋轉(zhuǎn)時的壽命測試的比較測量圖。
圖7是說明根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承結(jié)構(gòu)的局部縱向橫截面圖。
圖8是說明根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承結(jié)構(gòu)的局部縱向橫截面圖。
圖9是說明圖8中示出的擋板的正視圖。
圖10是說明根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承結(jié)構(gòu)的局部縱向橫截面圖。
圖11是說明根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承結(jié)構(gòu)的局部縱向橫截面圖。
圖12是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承、兩種軸向游隙彼此不同的傳統(tǒng)四點(diǎn)接觸滾珠軸承和背對背組合的徑向止推滾珠軸承的性能評估雷達(dá)圖。
圖13是說明使用滾動軸承的CT掃描儀設(shè)備主要部分的橫截面圖。
圖14是說明用在CT掃描儀設(shè)備中的背對背組合的徑向止推滾珠軸承的縱向橫截面圖。
順便提及，在這些圖中，附圖標(biāo)記11表示四點(diǎn)接觸滾珠軸承，13表示外座圈(或外元件)，15表示內(nèi)座圈(或內(nèi)元件)，17表示滾珠，以及19表示保持架。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
下面參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承。圖1是說明根據(jù)本發(fā)明該實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承結(jié)構(gòu)的局部縱向橫截面圖。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明該第一實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承11具有用作外元件的外座圈13，其具有設(shè)置于其內(nèi)圓周上的滾道面13a；用作內(nèi)元件的內(nèi)座圈15，其具有設(shè)置于其外圓周上的滾道面15a；可滾動地單排安置在外和內(nèi)座圈13和15的滾道面13a和15a之間的多個滾珠17；以及用于以相等間隔在圓周方向上安置這些多個滾珠17的保持架19。滾珠17與外和內(nèi)座圈13和15的每個滾道面13a和15a兩點(diǎn)接觸。
順便提及，如圖1中所示，在傾斜的點(diǎn)劃線21、22和滾道面13a和15a之間的交點(diǎn)是滾珠17和滾道面13a和15a之間的接觸點(diǎn)。
另外，滾珠17的材料是高碳鉻鋼。這與傳統(tǒng)軸承的滾珠材料相似。
此外，優(yōu)選地為了抑制磨損，在滾珠和每個滾道面13a和15a上都進(jìn)行表面硬化。高溫油中淬火和回火方法、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動線圈類型的感應(yīng)硬化方法以及全線圈類型的全部同時感應(yīng)硬化方法(參見，例如JP-A-2002-174251)中的任何一種方法都可用作此時進(jìn)行的硬化方法。
四點(diǎn)接觸滾珠軸承11用作可旋轉(zhuǎn)地支承圖13中所示的CT掃描儀設(shè)備1的圓柱框架6的滾動軸承。四點(diǎn)接觸滾珠軸承11以具有等于或大于700mm的內(nèi)徑D1的方式形成為具有大直徑。因此，四點(diǎn)接觸滾珠軸承11就是所稱的超薄壁滾動軸承，其橫截面與其直徑相比極其小。
此外，在四點(diǎn)接觸滾珠軸承11中，d表示滾珠17的直徑。Dp表示安置于滾道面13a和15a之間的多個滾珠17的節(jié)距圓直徑。L1表示節(jié)距圓上相鄰滾珠17的中心之間的距離(或內(nèi)滾珠距離)。r表示用作外切滾珠17的滾道面13a和15a的每個凹槽的曲率半徑。α表示滾珠17以及外和內(nèi)座圈13和15的每個滾道面13a和15a之間的接觸角。在該實(shí)施例中，這些d、Dp、L1、r和α以分別滿足下列不等式①到④的方式設(shè)定0.011≤d/Dp≤0.017...①1.5≤L1/d≤2.1...②0.54≤r/d≤0.59 ...③15°≤α≤25°...④此外，在通過滾珠17相互接觸的外座圈13和內(nèi)座圈15之間的軸向游隙SA以滿足下列不等式的方式設(shè)定-0.050mm≤SA≤0mm。
順便提及，在四點(diǎn)接觸滾珠軸承11中，由接觸面壓力P和滑動速度V的乘積獲得PV值，其中接觸面壓力P產(chǎn)生在滾珠17和每個滾道面13a和15a之間，而滑動速率V很大程度上影響了滾珠17和每個滾道面13a和15a的磨損程度以及在軸承旋轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生的噪音級。軸承的低噪音和低振動運(yùn)轉(zhuǎn)可以通過減小該P(yáng)V值實(shí)現(xiàn)。
通常，優(yōu)選地，為了通過將軸承高速旋轉(zhuǎn)期間作用在滾珠17上的慣性力的值限制到一小值而減小摩擦力矩以及與之伴隨的產(chǎn)熱和磨損，滾珠17的直徑d設(shè)定得盡可能小。然而，當(dāng)滾珠17的直徑d過小時，接觸面壓力P增加，導(dǎo)致PV值增加。這引起軸承壽命的減少。
因此，根據(jù)該實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承11，(1)滾珠17的直徑d設(shè)定在由不等式①表示的范圍內(nèi)。所以，該實(shí)施例避免了滾珠17的直徑d變得過小。PV值可通過同時抑制導(dǎo)致軸承產(chǎn)熱和磨損的摩擦力矩而得以減小。
(2)有必要保證滾珠17之間的保持架的柱體部分的強(qiáng)度，以保證保持架19柱體部分的橫截面面積等于或大于預(yù)定值。為此，優(yōu)選地增加內(nèi)滾珠距離L1。然而當(dāng)內(nèi)滾珠距離L1過大時，每個滾珠17分得的載荷就增大，從而導(dǎo)致PV值增加。
因此，根據(jù)該實(shí)施例，內(nèi)滾珠距離L1設(shè)定在由不等式②表示的范圍內(nèi)。從而該實(shí)施例避免了內(nèi)滾珠距離L1變得過小。PV值可通過同時保證保持架柱體部分的強(qiáng)度而得以減小。
(3)用作外切滾珠17的滾道面13a和15a的每個凹槽的曲率半徑r在普通滾珠軸承中設(shè)定在例如由下面不等式表示的范圍內(nèi)0.5＜r/d＜0.54。因此，通過設(shè)定比標(biāo)準(zhǔn)值大的曲率半徑，由于過程改變和溫度變化引起的游隙偏差對軸承運(yùn)行的影響可以減小。此外，與滾珠17接觸的凹槽的曲率半徑r設(shè)定為比標(biāo)準(zhǔn)值大。因此，PV值可通過同時減小滾珠17和每個滾道面13a和15a之間產(chǎn)生的接觸橢圓的尺寸從而抑制差動滑動、以及抑制導(dǎo)致軸承產(chǎn)熱和磨損的摩擦力矩而得以減小。然而，當(dāng)曲率半徑r設(shè)定過大時，易于產(chǎn)生滾珠和滾道面之間的偏離。因此，很難實(shí)現(xiàn)軸承的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。
因此，在該實(shí)施例中，凹槽的曲率半徑r設(shè)定在由不等式③表示的范圍內(nèi)。從而可以防止凹槽的曲率半徑r過度增加。滾珠17和每個滾道面13a和15a之間的接觸橢圓的尺寸可通過同時保證軸承可加工性而限制為小尺寸。因此，PV值可通過同時抑制導(dǎo)致軸承產(chǎn)熱和磨損的摩擦力矩而得以減小。
(4)當(dāng)滾珠17及每個滾道面13a和15a之間的接觸角α過小或過大時，自轉(zhuǎn)滑動和繞轉(zhuǎn)滑動(spin slip and gyro slip)發(fā)生的次數(shù)不斷增加，導(dǎo)致摩擦力矩和PV值增加。
因此，根據(jù)該實(shí)施例，接觸角α設(shè)定在由不等式④表示的范圍內(nèi)，從而可使自轉(zhuǎn)滑動和繞轉(zhuǎn)滑動發(fā)生的頻率減少，PV值可通過同時抑制導(dǎo)致軸承產(chǎn)熱和磨損的摩擦力矩而得以減小。
(5)在軸向游隙SA設(shè)定為過大負(fù)值的情況下，軸承的可裝配性將會變得極差，旋轉(zhuǎn)時的摩擦力矩增大。這些會是軸承壽命減小的重要原因。在獲得根據(jù)不等式①到④設(shè)定的協(xié)同效果的環(huán)境中，適于實(shí)現(xiàn)軸承高速旋轉(zhuǎn)時低噪音、低振動運(yùn)轉(zhuǎn)的預(yù)加載荷條件通過將軸向游隙SA設(shè)定在由以下不等式表示的范圍內(nèi)而獲得-0.050mm≤SA≤0mm。從而，可以防止由產(chǎn)熱和磨損引起的軸承壽命減少。
也就是，該實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承11可限制預(yù)加載荷作用下運(yùn)轉(zhuǎn)中的摩擦力矩的增加，從而抑制軸承的產(chǎn)熱和磨損。此外，該實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)軸承高速旋轉(zhuǎn)時低噪音、低振動運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，該實(shí)施例通過減小軸承的產(chǎn)熱和磨損可實(shí)現(xiàn)軸承壽命的增加。
因此，在四點(diǎn)接觸滾珠軸承用在CT掃描儀設(shè)備中的情況下，該軸承滿足了提高可旋轉(zhuǎn)地支承部分運(yùn)轉(zhuǎn)速率的需求。此外，軸承高速旋轉(zhuǎn)時的噪音和振動得到抑制，從而減輕了病人的精神負(fù)擔(dān)，并防止了由振動引起的測量準(zhǔn)確度下降。
此外，為檢驗(yàn)上述實(shí)施例的作用和效果，在下述測試條件下，對根據(jù)本實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承、傳統(tǒng)的四點(diǎn)接觸滾珠軸承和背對背組合的徑向止推滾珠軸承進(jìn)行了性能評估測試，例如高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的噪音(或聲級)、振動值、溫升、摩擦力矩和軸承壽命的測試。順便提及，在傳統(tǒng)的四點(diǎn)接觸滾珠軸承中，軸向游隙設(shè)定為正值。
圖2到6示出這些測試的結(jié)果。
(測試條件)徑向載荷＝10000(N)軸向載荷＝6000(N)力矩載荷＝2000(N·m)旋轉(zhuǎn)速率×滾珠節(jié)距圓半徑＝160000(min-1·mm)圖2到5示出該實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承11在由噪音、振動值、溫升和摩擦力矩的測試顯示的任何性能中都優(yōu)于傳統(tǒng)的四點(diǎn)接觸滾珠軸承，并且該實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承11在這些性能中比得上或好于背對背組合的徑向止推滾珠軸承。
此外，從圖6可以看出，該實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承11的壽命比得上未施加預(yù)加載荷的傳統(tǒng)的四點(diǎn)接觸滾珠軸承，以及背對背組合的徑向止推滾珠軸承的壽命。因此，發(fā)現(xiàn)施加預(yù)加載荷并不影響壽命的減少。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承。
如圖7所示，第二實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承25通過將軸承箱預(yù)先裝配到第一實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承11而獲得，該軸承箱在裝配進(jìn)CT掃描儀設(shè)備中使用。
軸承箱27包括用于容納外座圈13的外座圈側(cè)軸承箱31，還包括用于容納內(nèi)座圈15的內(nèi)座圈側(cè)軸承箱32。每個外座圈側(cè)軸承箱31和內(nèi)座圈側(cè)軸承箱32包括組合基座體31a和32a、蓋31b和32b以及螺釘元件33和34，其中組合基座體31a和32a可在軸向相互分離。
構(gòu)成外座圈側(cè)軸承箱31的基座體31a和蓋31b的內(nèi)圓周端部與徑向向內(nèi)伸出的擋圈部分31c、31c完整地裝配在一起。
擋圈部分31c、31c覆蓋四點(diǎn)接觸滾珠軸承11兩端的開口部分，從而防止?jié)櫥蛷某錆M潤滑油的四點(diǎn)接觸滾珠軸承11中泄漏，并防止雜質(zhì)進(jìn)入四點(diǎn)接觸滾珠軸承11。
此外，在外座圈側(cè)軸承箱31和內(nèi)座圈側(cè)軸承箱32中提供有用于將軸承安裝在CT掃描儀設(shè)備中的安裝孔。
因此，具有組合結(jié)構(gòu)的四點(diǎn)接觸滾珠軸承25當(dāng)裝配到CT掃描儀設(shè)備中時可以增強(qiáng)可裝配性，在該結(jié)構(gòu)中軸承箱27預(yù)先裝配到四點(diǎn)接觸滾珠軸承11。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承。
四點(diǎn)接觸滾珠軸承36使用外元件38代替第一實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承11的外座圈13，并與內(nèi)元件39而不是內(nèi)座圈15裝配。
外元件38由外座圈側(cè)軸承箱31和第二實(shí)施例的外座圈13整體形成而構(gòu)造。此外，內(nèi)元件39由內(nèi)座圈側(cè)軸承箱32和第二實(shí)施例的內(nèi)座圈15整體形成而構(gòu)造。
因此，在每個外元件38和內(nèi)元件39中，形成有與之相關(guān)的、用于將軸承牢固地固定到CT掃描儀設(shè)備的安裝螺釘部分41和42中的一個。
而且，用于防止?jié)櫥蛷臒o滿潤滑油的軸承中泄漏和防止雜質(zhì)從外部進(jìn)入軸承的環(huán)狀擋板44附于外元件38的兩內(nèi)圓周端部。
因此，用作軸承的內(nèi)和外座圈的部分與軸承箱整體形成。用在CT掃描儀設(shè)備中的構(gòu)成四點(diǎn)接觸滾珠軸承和軸承箱的元件可得以減少。軸承到CT掃描儀設(shè)備的可裝配性能夠得以加強(qiáng)。通過減少元件，成本也能減少。
此外，如圖9所示，為了通過減小擋板44的直徑而使擋板變形，相對于徑向傾斜了預(yù)定傾斜角的間隙s1預(yù)先形成在擋板44圓周上的一位置，擋板44通過在彈簧鋼上模壓而成環(huán)形。因此，可以保證在將軸承裝配到設(shè)備的操作中減小擋板44直徑的容易性。同時，由開放間隙引起的密封性降低可被抑制。
圖10示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承。
該第四實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承46通過由兩個可軸向相互分離的環(huán)狀元件51、52構(gòu)成圖8所示第三實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承36的外元件38而得到。第四實(shí)施例的其余構(gòu)成元件與第三實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承的元件基本相同。
圖11示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承。
該第五實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承55通過由兩個可軸向相互分離的環(huán)狀元件56、57構(gòu)成圖8所示第三實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承36的內(nèi)元件39而得到。第五實(shí)施例的其余構(gòu)成元件與第三實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承36的元件基本相同。
在第一到第三實(shí)施例的情況中，每個內(nèi)和外座圈不能分離。因此，滾珠17的裝入通過外座圈的彈性變形而完成，與深凹槽滾珠軸承相似。因此，利用外座圈材料在其彈性極限下裝入的滾珠17的數(shù)量是有限的。
同時，在圖10和11中所示的第四和第五實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承46和55的情況中，內(nèi)和外座圈中至少一個是截開的。在內(nèi)和外座圈之間裝入的滾珠17的數(shù)量只受到保持架19柱體部分尺寸的限制，該尺寸對保證強(qiáng)度是有必要的。然而，裝入的滾珠17的數(shù)量既不與作為外座圈的外元件的彈性極限相關(guān)，也不與作為內(nèi)座圈的內(nèi)元件的彈性極限相關(guān)。
因此，與第一到第三實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承相比，更多數(shù)量的滾珠17可裝入到第四和第五實(shí)施例的每個四點(diǎn)接觸滾珠軸承46和55中。通過減小作用到滾珠17上的載荷或增加許可載荷，可實(shí)現(xiàn)軸承的耐久性和壽命。
順便提及，在第一到第五實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承的情況中，前述尺寸設(shè)定在由不等式①到④表示的范圍內(nèi)。并且，軸向游隙SA以滿足范圍-0.050mm≤SA≤0mm的方式設(shè)定。因此，實(shí)現(xiàn)了高速旋轉(zhuǎn)時的低噪音和低振動。此外，實(shí)現(xiàn)了預(yù)加載荷作用下高速運(yùn)轉(zhuǎn)時抑制軸承的產(chǎn)熱和磨損。
與此相比，接下來的第六到第八實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承可以獲得與前述實(shí)施例相似的作用和效果。
第六實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承構(gòu)造成滾珠由高碳鉻鋼制成，并且具有740到940的維氏硬度HV的碳氮共滲層(cabonitrided layer)形成在每個滾珠的表面上。
此外，第七實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承構(gòu)造成滾珠由馬氏體不銹鋼制成，并且具有1200到1500的維氏硬度HV的碳氮共滲層形成在每個滾珠的表面上。
此外，第八實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承構(gòu)造成滾珠由工程陶瓷制成，并且每個滾珠的表面具有1300到2700范圍的維氏硬度HV。
該第六到第八實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承中，以大于標(biāo)準(zhǔn)值的方式控制每個滾珠表面的維氏硬度。
因此，滾珠的縱向彈性系數(shù)變大。由作用在滾珠和滾道面之間的接觸面壓力引起的滾珠變形受到抑制。從而，滾珠和滾道面之間產(chǎn)生的接觸橢圓的尺寸可得以減小。因此，發(fā)生在滾珠和每個滾道面之間的差動滑動可減少到最少。
此外，由于滾珠表面硬度設(shè)定得大于標(biāo)準(zhǔn)值，抵抗滑動運(yùn)轉(zhuǎn)的耐磨力加強(qiáng)。滾珠耐磨力的加強(qiáng)和差動滑動的最小化能夠抑制預(yù)加載荷作用下運(yùn)轉(zhuǎn)時摩擦力矩的增加。從而軸承的產(chǎn)熱和磨損可得到抑制。因此，可以實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)時的低噪音和低振動。同時，通過減小產(chǎn)熱和磨損可以實(shí)現(xiàn)軸承壽命的增加。
圖12示出了增加滾珠表面維氏硬度HV和將軸承中軸向游隙SA設(shè)定為負(fù)值的第六到第八實(shí)施例的四點(diǎn)接觸滾珠軸承、傳統(tǒng)接觸滾珠軸承和背對背組合的徑向止推滾珠軸承中軸承的各種性能比較結(jié)果。
順便提及，性能測試是在兩種傳統(tǒng)四點(diǎn)接觸滾珠軸承上完成的，即，一種是軸向游隙設(shè)定為負(fù)值的軸承，另一種是軸向游隙設(shè)定為正值的軸承。
結(jié)果，與背對背組合的徑向止推滾珠軸承相比，本發(fā)明的四點(diǎn)接觸滾珠軸承在空間節(jié)省能力和低成本方面勝出。此外，與傳統(tǒng)四點(diǎn)接觸滾珠軸承相比，本發(fā)明的四點(diǎn)接觸滾珠軸承在低噪音和軸承壽命方面勝出。前述作用和效果可得到證實(shí)。
工業(yè)實(shí)用性如前所述，根據(jù)本發(fā)明，(1)滾珠的直徑d設(shè)定在由不等式0.011≤d/Dp≤0.017表示的范圍內(nèi)。從而避免了滾珠的直徑變得過小。因此，PV值可通過同時抑制導(dǎo)致軸承產(chǎn)熱和磨損的摩擦力矩而得以減小。
(2)內(nèi)滾珠距離L1設(shè)定在由不等式1.5≤L1/d≤2.1表示的范圍內(nèi)。從而避免了內(nèi)滾珠距離L1變得過大。因此，PV值可通過同時保證保持架的柱體部分的強(qiáng)度而得以減小。
(3)凹槽的曲率半徑r設(shè)定在由不等式0.54≤r/d≤0.59表示的范圍內(nèi)?？梢苑乐拱疾鄣那拾霃竭^大。從而，產(chǎn)生在滾珠和滾道面之間的接觸橢圓通過同時保證軸承的可加工性而限制到小尺寸。因此，PV值可通過同時抑制導(dǎo)致軸承產(chǎn)熱和磨損的摩擦力矩而得以減小。
(4)滾珠和每個滾道面之間的接觸角α限定在由不等式15°≤α≤25°表示的范圍內(nèi)。因此，PV值可通過同時減少滾珠和滾道面之間的自轉(zhuǎn)滑動和繞轉(zhuǎn)滑動、以及抑制導(dǎo)致軸承產(chǎn)熱和磨損的摩擦力矩而得以減小。
(5)在獲得根據(jù)第(1)到(4)項(xiàng)所示尺寸的性能的作用和優(yōu)點(diǎn)的協(xié)同效果的環(huán)境中，適于實(shí)現(xiàn)軸承高速旋轉(zhuǎn)時低噪音、低振動運(yùn)轉(zhuǎn)的預(yù)加載荷條件通過將軸向游隙SA設(shè)定在由不等式-0.050mm≤SA≤0mm表示的范圍內(nèi)而獲得。從而可以防止由產(chǎn)熱和磨損引起的軸承壽命減少。
此外，根據(jù)第(2)到(4)項(xiàng)中描述的四點(diǎn)接觸滾珠軸承，滾珠表面的維氏硬度HV以大于標(biāo)準(zhǔn)值的方式受到控制。從而滾珠的縱向彈性系數(shù)變大。由滾珠和滾道面之間的接觸壓力引起的滾珠變形可受到抑制。從而滾珠和滾道面之間產(chǎn)生的接觸橢圓的尺寸可得以減小。因此，發(fā)生在滾珠和每個滾道面之間的差動滑動可減少到最少。
此外，設(shè)定滾珠表面硬度本身加強(qiáng)了抵抗滑動運(yùn)轉(zhuǎn)的耐磨力。耐磨力的加強(qiáng)和差動滑動的最小化可抑制預(yù)加載荷作用下運(yùn)轉(zhuǎn)時摩擦力矩的增加。從而軸承的產(chǎn)熱和磨損可得到抑制。而且，可以實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)時的低噪音和低振動。同時，通過減小軸承的產(chǎn)熱和磨損可以實(shí)現(xiàn)軸承壽命的增加。
權(quán)利要求
1.一種四點(diǎn)接觸滾珠軸承，包括外元件，在其內(nèi)圓周上具有滾道面，內(nèi)元件，在其外圓周上具有滾道面，可滾動地成一排安置在這些外和內(nèi)元件之間的多個滾珠，和保持架，用于以相等間隔在其圓周方向上安置這些多個滾珠，滾珠與外元件和內(nèi)元件的兩個滾道面中的每一個進(jìn)行兩點(diǎn)接觸，其中若d表示滾珠的直徑，Dp表示安置于兩個滾道面之間的多個滾珠的節(jié)距圓直徑，L1表示節(jié)距圓上相鄰滾珠中心之間的距離，r表示用作外切滾珠的滾道面的每個凹槽的曲率半徑，以及α表示滾珠以及外和內(nèi)座圈的每個滾道面之間的接觸角，則d、Dp、L1、r和α以分別滿足下列不等式的方式設(shè)定0.011≤d/Dp≤0.017，1.5≤L1/d≤2.1，0.54≤r/d≤0.59，和15°≤α≤25°；以及在通過滾珠相互接觸的外座圈和內(nèi)座圈之間的軸向游隙SA以滿足下列不等式的方式設(shè)定-0.050mm≤SA≤0mm。
2.一種四點(diǎn)接觸滾珠軸承，包括外元件，在其內(nèi)圓周上具有滾道面，內(nèi)元件，在其外圓周上具有滾道面，可滾動地成一排安置在這些外和內(nèi)元件之間的多個滾珠，和保持架，用于以相等間隔在其圓周方向上安置這些多個滾珠，滾珠與外元件和內(nèi)元件的兩個滾道面中的每一個進(jìn)行兩點(diǎn)接觸，其中每個滾珠由高碳鉻鋼制成；和具有740到940的維氏硬度HV的碳氮共滲層形成在每個滾珠的表面上。
3.一種四點(diǎn)接觸滾珠軸承，包括外元件，在其內(nèi)圓周上具有滾道面，內(nèi)元件，在其外圓周上具有滾道面，可滾動地成一排安置在這些外和內(nèi)元件之間的多個滾珠，和保持架，用于以相等間隔在其圓周方向上安置這些多個滾珠，滾珠與外元件和內(nèi)元件的兩個滾道面中的每一個進(jìn)行兩點(diǎn)接觸，其中滾珠由馬氏體不銹鋼制成，和具有1200到1500的維氏硬度HV的碳氮共滲層形成在每個滾珠的表面上。
4.一種四點(diǎn)接觸滾珠軸承，包括外元件，在其內(nèi)圓周上具有滾道面，內(nèi)元件，在其外圓周上具有滾道面，可滾動地成一排安置在這些外和內(nèi)元件之間的多個滾珠，和保持架，用于以相等間隔在其圓周方向上安置這些多個滾珠，滾珠與外元件和內(nèi)元件的兩個滾道面中的每一個進(jìn)行兩點(diǎn)接觸，其中滾珠由工程陶瓷制成；和每個滾珠的表面具有1300到2700范圍的維氏硬度HV。
全文摘要
一種四點(diǎn)接觸軸承，其中通過控制預(yù)加載荷下運(yùn)轉(zhuǎn)中摩擦力矩的增加，可限制軸承產(chǎn)熱和磨損并減小高速旋轉(zhuǎn)中的噪音和振動、延長軸承壽命。在四點(diǎn)接觸軸承(11)中，d是每個滾珠(17)的直徑，D
文檔編號F16C33/30GK1726350SQ20038010575
公開日2006年1月25日 申請日期2003年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月16日
發(fā)明者福永正史 申請人:日本精工株式會社