专利名称：固体润滑滚动轴承的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自润滑型的固体润滑滚动轴承的改良，所述固体润滑滚动轴承被用于无法使用润滑脂润滑的高温或真空或真空高温等环境下。
背景技术：
对于在作为一般的轴承润滑方式的润滑脂润滑无法使用的高温或高真空或真空高温等环境下所使用的滚动轴承，一直以来实行固体润滑方式的轴承润滑。在所述以往的固体润滑滚动轴承中，最初考虑由固体润滑材料制作王冠型保持器来作为润滑剂供给源。但是，固体润滑材料非常脆弱，在轴承装配时有时会产生裂缝或破碎。因此，考虑到了将保持器分离配置于各滚动体之间的填块型固体润滑轴承。作为在所述填块型固体润滑轴承中的填块的装配方法，提出有各种方法，在例如日本特开平7 - 151152号、日本特开平9 -144760号等中，公开有将填块从设置于轴承的一部分的插入切口插入的方法。此外，在日本特开平8 - 4773号中，公开有这样的方法:在滚子轴承中从内外圈之间沿圆周方向铅直地插入圆柱形状的填块，并且内外圈之间通过防尘盖封闭。此外，在日本实公平7 - 21927号中，公开有滚动轴承保持器，其特征在于:形成有作为兜孔的凹部，所述凹部能够收纳至少2个滚动体，在被收纳于各兜孔中的滚动体之间插入有石墨制成的填块。此外，作为其它相关的专利文献，可以列举出日本特开平8 —004773号、日本实公平07 - 021927号、日本实开昭63 — 035817号、日本特开昭55 —099332号、日本特开平01 - 261516号、日本特开平02 — 146314号、日本实开平03 —003699号、日本实开平05 — 032831号、日本实公昭36 — 019806号、日本特开平02-021027号、日本实开平04-082432号、日本特开平08-232961号等。专利文件1:日本特开平07 - 151152号公报专利文件2:日本特开平09 - 144760号公报专利文件3:日本特开平8 - 004773号公报专利文件4:日本实公平07 - 021927号公报专利文件5:日本实开昭63 - 035817号公报专利文件6:日本特开昭55 - 099332号公报专利文件7:日本特开平01 - 261516号公报专利文件8:日本特开平02 - 146314号公报专利文件9:日本实开平03 - 003699号公报专利文件10:日本实开平05 - 032831号公报专利文件11:日本实公昭36 - 019806号公报专利文件12:日本特开平02 - 021027号公报专利文件13:日本实开平04 - 082432号公报专利文件14:日本特开平08 - 232961号公报在填块型固体润滑轴承中，为了装配填块，如同上述公报所公开地在轴承的一部分设置有填块插入用切口，这样不仅增加了其加工费用，还存在如下情况:插入的填块勾挂于切口部而阻碍旋转，因此产生异常振动。特别地，在相对于轴承产生有轴向载荷的情况下，有如下问题:由于滚道面接近切口部，因此容易产生异常振动，有的情况下填块会脱落。此外，在滚动体之间全部插入有固体润滑填块的情况下，每一个轴承所需要的填块数量增多，不仅成本较高，而且有如下问题:在旋转中在填块产生的圆周方向的冲击力增大，成为填块损伤的原因。特别地，即便使用了特殊的保持器，在使用了以石墨为主成分的材料作为插入于滚动体之间的填块的情况下，填块的磨损快，在保持器内的圆周方向间隙的增加明显，因此存在无法得到充分的寿命延长效果的问题。此外，在填块承受高载荷这样的用途中，有填块被破坏的情况，可靠性也存在问题。此外，石墨在真空中润滑性能劣化，因此在用于真空用途的情况下，轴承寿命受到限制。
实用新型内容因此本实用新型的目的在于，提供一种高可靠性且低成本的固体润滑滚动轴承，所述固体润滑滚动轴承不存在填块勾挂而阻碍旋转的情况，也不存在填块脱落的可能，并且振动少，能够获得顺畅且安全的旋转。本实用新型涉及能够达到所述目的的固体润滑滚动轴承。本实用新型的固体润滑滚动轴承的特征在于，其包括:内圈；外圈；滚动体；填块，其由含有固体润滑剂的材料构成；以及保持器，其具有兜孔，所述兜孔用于将至少一个所述填块及一个滚动体作为单位进行收纳。通过这样的结构，本实用新型的固体润滑滚动轴承不需要用于装配填块的切口。由此，能够抑制以往的切口部分的加工费用，成本低，且由于不会有插入的填块勾挂于切口部而阻碍旋转的情况，因此不会产生异常振动。此外，插入的填块从两侧被滚动体约束，因此也不会有所述填块由于振动等而从内外圈的滚道槽偏离并脱落的可能。并且，关于润滑功能，所有的滚动体至少在一处与含有固体润滑剂的填块接触，所述固体润滑剂转移并附着(移附)于滚动体的接触面，因此通过所述固体润滑剂能够获得充分的润滑性能。此外，在本实用新型的固体润滑滚动轴承中，所述保持器为将夹持所述填块的两个滚动体作为单位进行收纳的保持器，由此填块的个数能够相对于滚动体的个数减半，因此能够降低成本，并且由于将两个滚动体和一个填块作为一个单位收纳于保持器兜孔，因此与将滚动体和填块以相同数量组合而构成的以往的滚动轴承相比，轴承旋转时在填块产生的圆周方向的冲击力减小，能够抑制填块损伤。此外，在本实用新型的固体润滑滚动轴承中，其特征为:所述保持器为将夹持所述填块的两个滚动体作为单位进行收纳的保持器，保持器的兜孔具有在所述滚动轴承的铅直方向(与滚动轴承的旋转轴线垂直的方向)以及圆周方向双方对滚动体和填块进行保持的曲率，至少在所述滚动体表面形成有与所述填块同样的固体润滑膜。通过这样的结构，首先，与在所有润滑滚动体之间全部插入有固体润滑剂填块的以往的滚动轴承相比，能够减少填块的数量，能够降低成本，此外，在滚动轴承旋转中，能够减小在填块产生的圆周方向的冲击力，能够减轻填块损伤的危险性。此外，在具有收纳一个填块和两个滚动体的兜孔的结构中，能够在滚动轴承的铅直方向以及圆周方向双方以曲面抱持滚动体和填块，在滚动轴承旋转中，能够对保持器位置进行固定(使滚动轴承的铅直方向以及圆周方向的位置固定)，能够使填块和滚动体的中心轴线保持大致固定地进行旋转，因此即使填块磨损也能够在长期内抑制扭矩变动和振动。此外，在滚动轴承的旋转初期，即使在固体润滑剂从由固体润滑剂构成的填块向滚动体的移附不充分的情况下，也能够获得即效且充分的润滑性能，使滚动轴承寿命较长(技术方案I)。此外，在本实用新型的固体润滑滚动轴承中，通过将所述保持器的兜孔的圆周方向间隙的大小设定在0.0lmm 滚动体直径的20.0%的范围内(技术方案2)，能够有效地抑制轴承的旋转扭矩、启动扭矩以及保持器的振动。此外，在本实用新型的固体润滑滚动轴承中，通过将所述填块的直径设定为滚动体直径的0.50 0.95倍(技术方案3)，能够抑制旋转扭矩，防止偏磨损，并且能够将振动维持在较低水平。此外，在本实用新型的固体润滑滚动轴承中，通过将所述保持器的兜孔的与滚动体接触的接触面的曲率半径设定为滚动体半径的1.01 1.10倍(技术方案4)，能够使保持器和滚动体之间的间隙适当，从而防止保持器的振动。在本实用新型的固体润滑滚动轴承中，使所述填块的材料为自润滑性烧结复合材料，该自润滑性烧结复合材料通过以二硫化钥、二硫化钨和氮化硼中的任意一种、或者二硫化钥及二硫化钨作为润滑剂的主成分，将这些润滑剂成分与从铁、铜、镍、钨、锡、钴、铬(Fe、Cu、N1、W、Sn、Co、Cr )中选出的金属或这些金属的氧化物、氮化物、硼化物烧结而得到(技术方案6)，由此能够防止过剩的磨损粉末的产生和填块的破碎。特别地，与以石墨为主成分的润滑材料相比，将以二硫化钥(MoS2)以及二硫化钨(WS2)为主成分的润滑剂成分设定在80%以下、剩余部分为铁系合金的自润滑性烧结复合材料强度更大，磨损量也更加恰当，并且无论在空气中还是真空中都能够使用，因此对于本实用新型的轴承是优选的。但是，在350°C以上的温度下使用本实用新型轴承的情况下，作为填块材料，优选为使以氮化硼为主成分的润滑剂与镍合金复合而得到的自润滑性烧结复合材料。本实用新型的固体润滑滚动轴承能够适宜地用作例如在高温、低速下使用的窑车的车轴用支承轴承(技术方案9)。本实用新型的固体润滑滚动轴承具备密封垫或防尘盖板(技术方案13)。
图1中(a)是将本实用新型的固体润滑滚动轴承的一部分切除后示出的立体图。图1中(b)是示出本实用新型的固体润滑滚动轴承的一个例子的截面的图。图2是图1所示的轴承的保持器的主视图。图3是图1的保持器的局部放大图。图4是图2的箭头IV所示的保持器单面侧的侧视图。图5是填块的立体图。图6是用于说明填块安装顺序的图。图7是示出填块尺寸确定方法的流程图。图8是用于求出填块的尺寸计算式的几何图。[0041]图9是用于求出填块圆周方向的兜孔间隙尺寸计算式的几何图。图10是用于计算填块倒角尺寸的几何图。图11是比较例的结构说明图。图12是比较例的结构说明图。图13是比较例的结构说明图。图14是示出实施例和比较例的振动特性测定结果的图。图15是示出作为比较实验的实施例2的填块尺寸的表。图16是示出实施例2的实验结果(旋转时间)的图。图17是示出实施例2的实验结果(振动值)的图。图18是示出作为比较实验的实施例3的填块尺寸的表。图19是示出实施例3的实验结果(圆周方向间隙和振动值)的图。图20是示出作为比较实验的实施例4的填块材质及尺寸的表。图21是示出实施例4的实验结果(旋转时间)的图。图22是示出作为比较实验的实施例5的填块尺寸的表。图23是示出实施例5的实验结果(旋转时间)的图。图24是示出实机窑车的车轴支承部的轴承结构的图。标号说明1:外圈;2:内圈；3:滚动体；4:填块；5:保持器。
具体实施方式
参照附图对本实用新型更加详细地进行说明。图1至图5示出了作为本实用新型的固体润滑滚动轴承的实施方式的固体润滑深沟球轴承，图1中(a)为切去该轴承的一部分后示出的立体图，图1中(b)为剖视图，图2为该轴承的保持器的主视图，图3为该保持器的局部放大图，图4为图2的箭头IV所示的保持器单面侧的侧视图，图5为填块的立体图。所述球轴承在外圈I与内圈2之间沿圆周方向隔开预定间隔地配设有八个滚动体(此情况下为球)3。所述球3以两个为一组，与介于它们之间的一个填块4 一同被收纳于保持器5的兜孔51内从而构成一个单位。此外，图1中(a)示出的球轴承在轴向两端装备有金属制成的防尘盖板701、702。通过装备防尘盖板701、702，即使在球轴承内部产生了固体润滑剂的磨损粉末等，也能够有效地防止其向外部泄漏。也可以仅在单侧装备防尘盖板。填块4为图5所示的圆柱状，其直径ds大于其两端面41、41之间的宽度(或高度)h(h< ds)，并且如后所述，其直径ds设计成与轴承内外圈1、2的滚道的形状相吻合，并且在端面41的角部加工有倒角。所述倒角42为使填块4的插入作业容易实现的部分，所述倒角尺寸X使用后面所述的算式算出。此外，在图示情况下，倒角42为斜倒角，但也可以是圆倒角。此外，对端面41的角部的圆周全体加工了倒角，但也不限于此，也可以至少在填块4的一条对角线上对两端面41、41的角部的一部分加工倒角。但是，仅有一部分加工了倒角的填块在向轴承插入时由于需要使倒角方向与内外圈面一致，因此插入作业变得麻烦，并且如果角部有剩余，则该部分容易发生破损，因此优选为尽量对圆周全体加工倒角。此外，为了减少填块制作时的工序，在不加工倒角的情况下通过将填块的对角线长度设定为后面所述的条件，能够使填块的插入作业简化。但是，即使在这种情况下，为了防止微小破坏，优选对填块角部进行轻倒角程度的处理。本填块4由具有固体润滑功能的材料构成，具体地说，可以考虑以下材料:将天然或人造的石墨材料、氮化硼、二硫化钥、二硫化钨等固体润滑材料与玻璃纤维、耐热性树脂纤维、碳素纤维等强化填充剂混合，并通过有机或无机粘合剂固定后烧结而成的材料；或者将所述固体润滑材料和铁、镍、钴等耐热性合金复合烧结而成的材料。在本实用新型的固体润滑滚动轴承的结构中，当过剩的磨损粉末或块状的碎片被搅入外圈1、内圈2、滚动体3以及保持器5之间时，轴承振动值增加，有的情况下会导致轴承无法旋转。此外，在由旋转中的滚动体的碰撞弓I起的冲击或压缩导致填块破碎的情况下，轴承锁住并立刻停止，因此有时对安装有轴承的装置也会带来不良影响。特别地，在要求旋转精度的用途的情况下，内部间隙不得不缩小到极限，从而对过剩的块状磨损粉末特别敏感。此外，即使涉及到被用于高温、高载荷条件的轴承，由于施加给填块4的载荷变大，因此填块4破碎的可能性增力口。作为这些问题的对策，可以考虑使填块4的强度增加，但由于以石墨作为主成分的固体润滑剂普遍较脆且容易磨损(压缩强度为IOMPa左右)，所以并不是合适的。对此，关于将以二硫化钥和二硫化钨为主成分的润滑剂成分设定在80%以下、剩余部分为铁系合金的自润滑性烧结复合材料，不但强度较高(压缩强度为HOMPa左右)，磨损量也较为适当。此外，无论在空气中还是真空中都能够放心使用，因此适用于本实用新型的轴承。但是，二硫化钥从350°C附近开始发生氧化，润滑性能劣化，因此在超过此温度使用本实用新型的轴承的情况下，可以有效地利用使以氮化硼为主成分的润滑剂与镍合金复合而得到的自润滑性烧结复合材料。在所述润滑剂中，如果润滑剂成分超过80%，则由金属基引起的强化不足，材料强度劣化，磨损量增多。因此，优选为润滑剂成分的量在80%以下，特别是40% 60%左右。保持器5在图示的情况下为冲压型保持器，其构成为:使在圆周上等分地具有四处圆弧状兜孔51的两枚圆环状的冲压成型金属板511、511对置并组合，并且用铆钉6铆接四处兜孔51之间的连接部52来紧固成一体，其中所述兜孔51将两个球和一个填块4作为一个单位夹持收纳。当然，所述紧固方法不限于铆钉6，也可以是普遍用于小径轴承的保持器中的推顶型紧固。在圆环状的成型金属板511、511的四处各兜孔51部分，分别在兜孔两端具有两个球收纳部512、512，在所述球收纳部512形成有与球3的球面相吻合的曲面，并且在兜孔51的中间形成有填块收纳部513，所述填块收纳部513形成有与填块4的圆柱面相吻合的曲面。在本实用新型的固体润滑滚动轴承的保持器中，形成为这样的具有收纳例如一个填块与两个滚动体的兜孔的形状，但优选为在铅直方向和圆周方向上利用具有固定的曲率半径的曲面来保持滚动体和填块的结构。由此,通过由曲面抱持滚动体和填块,能够固定旋转中的保持器位置，使填块和滚动体的中心轴线保持大致固定，因此能够在长期内维持稳定的旋转。此时，优选为，保持器的曲率在铅直方向和圆周方向同为滚动体直径的1.01
1.10倍。如果曲率设定为滚动体的1.01倍以下，则润滑剂从保持器和滚动体之间的排出效率变低，无法维持恰当的润滑状态。[0069]此外，如果曲率过大，不仅填块和滚动体的中心轴线会偏离，保持器还会与外、内圈的端面接触。在这种情况下，虽然能够维持轴承的旋转，但是会导致扭矩变动或振动，因此不能作为优选。为了容易地实现恰当的曲率半径，优选使用冲压型保持器。此外，在要求保持器强度的用途中，使用通过实施氮化处理等表面处理或研磨加工而获得的保持器。此外，在基本设计标准中，在以具有奇数个滚动体的轴承来作为在本实用新型中说明的固体润滑结构的情况下，可以考虑将保持器兜孔中的一个兜孔形成为收纳一个滚动体和一个填块的结构、或者交替地收纳三个滚动体和两个填块的结构，但是在这些情况下，保持器形状在圆周方向不均，因此存在破坏轴承的旋转稳定性的情况。因此，只要在轴的耐载荷性能被满足的情况下，则通过减少滚动体数使奇数个变为偶数个，来将所有的兜孔设定为收纳两个滚动体和一个填块的形状。在这种情况下，如果将滚动体均匀地配置在圆周上，则滚动体间的距离变大，插入了填块时的圆周方向间隙变大，因此需要减小滚动体间的角度来调整成恰当的圆周方向间隙。在这里，初始的圆周方向间隙优选为被确定在0.0lmm 滚动体直径的20%的范围。在圆周方向间隙为负的情况下，填块对滚动体向保持器进行按压约束，因此轴承无法旋转。此外，当初始的圆周方向间隙为正值但小于0.0lmm时，除了夹持填块的两个滚动体与保持器兜孔发生干涉而使初始扭矩增大以外，由于填块所产生的磨损粉末的搅入，滚动体和填块在保持器兜孔内对顶，从而成为轴承锁住的原因。相反地，如果间隙超过滚动体直径的20%，除了会助长由于滚动体和填块的碰撞而引起的旋转振动以外，还存在填块容易翻倒而阻碍轴承旋转的情况。因此，如后面所述，将总间隙δ的大小选为δ = 0.0lmm 滚动体直径的20%。这样构成的本轴承的装配顺序如下。此外,假设在外圈I和内圈2之间已经装配有8个球3。(I)将球3聚集在轴承的圆周上的一处。(2)在通过聚集球3而产生的内外圈之间的空出的空间S中插入I个填块4。此时，首先，如图6中(a)所示，将填块4以两端面41分别与作为外圈I引导面的外圈内径面11和作为内圈2引导面的内圈外径面21对置的方式插入。接下来如图6中(b)所示，使所述填块4沿着外圈I的槽面12和内圈2的槽面22旋转，使填块4的两端面41朝向轴承的圆周方向。(3)使两个球3从聚集在一处的球列的任意一端侧向相反端的方向移动，使其中的一个球3与插入的填块4的一个端面41抵接。填块4的另一个端面41与在相反侧的球3抵接。于是，一个填块4与两个球3抵接而被这两个球3夹持。(4)重复所述(2X3)工序，直到不再有不与填块4接触的球3(在图示中为4回)。(5)使由两个球3和夹在其中的一个填块4构成的单位组(4组)以在轴承圆周方向上以均匀配置的方式排列。(6)使保持器5的两枚圆环状的冲压成型金属板511、511 (参照图2)从轴承两侧插入至内外圈之间的间隙，使所述各单位组收纳在各兜孔51中。(7)将作为所述两枚成型金属板511、511的对接部分的、保持器5的连接部52通过铆钉6铆接来紧固成一体。下面，根据图7的流程图对本实用新型中填块4的尺寸的确定方法进行说明。[0083]该填块4即使不像以往一样地在内外圈的一部分设置填块插入用的切口也能够插入，并且插入后不会脱落，因此联系内外圈的尺寸，以如下的方式确定所述填块4的各部分的尺寸。步骤1:圆柱形填块4的直径ds的确定填块4的直径ds基本上只要小于滚动体3的直径dw即可。但是，如果将直径ds设定为非常小，则容易从滚道脱落，因此以滚动体3的直径dw的90%左右为基准。即，优选为填块的基准直径ds = 0.90dw左右，但可以在滚动体直径的0.95 0.5倍的范围进行调节。如果填块直径超过滚动体直径的0.95倍，不仅装配变得困难，而且在旋转中填块角部与外、内圈滚道干涉，容易产生因微小破坏引起的块状磨损粉末。产生的磨损粉末在旋转中搅入滚动体与外、内圈之间，成为扭矩变动和振动增加的原因。此外，相反地,如果小于0.5倍，则滚动体无法通过赤道部分来夹持填块，由于填块的偏磨损和滚动体被填块上抬等问题，导致轴承旋转不良。因此,设定为填块直径ds = (0.95 0.5) X dw。步骤2:圆柱形填块4的高度(或宽度)h的确定:现在，假设dw:滚动体3的直径Dg:外圈引导面11的直径(外圈内径)dg:内圈引导面21的直径(内圈外径)ds:填块4的直径h:填块高度(或宽度)Dr:外圈槽12的直径dr:内圈槽22的直径X:填块的对角线上的倒角尺寸填块4的高度h所要满足的条件为:能够通过外圈I和内圈2之间的间隙S。根据图8 (图6中(a)的状态)，Δh + h = (Dg / 2) — (dg / 2)......(I)此外，Ah = (Dg / 2) — (Dg / 2) cos ( Θ / 2)......(2)此外，[算式I]cos ( Θ / 2) = {I — [ (ds / 2) / (Dg / 2) ]2} 1/2= [1- (ds / Dg) 2]1/2=(1 / Dg) (Dg2 - ds2) 1/2......(3)根据上述(I)、(2)、(3)式，h = ( I / 2) (Dg — dg) — Δ h= (I / 2) (Dg — dg) — (Dg / 2) [I — cos ( Θ / 2)]=(1/2) [Dg.cos ( Θ / 2) — dg]=(1 / 2) [ (Dg2 — ds2) 1/2 — dg]= (Dg / 2) [I — (ds / Dg) 2]1/2 — dg / 2......(4)填块4的高度h通过所述(4)式由外圈内径Dg和内圈外径dg求出。[0113]步骤3:保持器兜孔内的圆周方向间隙的确认作为另一个约束条件，需要将被两个滚动体夹持并收纳于保持器兜孔部时的圆周方向的间隙量设定为恰当。所述保持器兜孔内的间隙量S在旋转中根据填块的磨损而变化，但在初始状态下如图9 (图6中(b)的状态)所示，[算式2]δ I = 2 X {[dp / 2 X sin ( θ / 2)] — (dw + h)}= dpX sin ( Θ / 2) — (dw + h)......(5)δ 2 = ( a — l)Xdw=(0.01 0.1)Xdw的和δ = δ I + 5 2。其中，δ 1:滚动体和填块之间的圆周方向间隙量δ 2:滚动体和保持器面之间的圆周方向间隙量dw:滚动体直径dp:轴承的节圆直径Θ:滚动体间角度
a:保持器兜孔的与滚动体接触的接触面的曲率半径/滚动体半径h:填块的高度滚动体间角度Θ为夹持填块的两滚动体所成的角度，在360度的整个圆周上均匀地配置有Z (偶数)个滚动体的情况下，滚动体间角度Θ可以由下式得到:Θ = 360 / Z。在Z为奇数的情况下，仅有一个Θ不同。此外，a为保持器兜孔部的圆周方向的曲率半径除以滚动体半径得到的值，其设定为1.01 1.10左右(详细情况如后面所述)。因此，δ 2为根据保持器形状确定的正值。在这里，需要调整填块高度以使受填块高度影响的S I不为负值。因为如果δ1<0，则填块将滚动体向保持器按压来进行约束，因此存在轴承无法旋转的情况。结果，只要保持器内的圆周方向的总间隙量δ = δ + δ 2不为O即可，但实际上对δ 和δ 2分开设计。δ I依赖于填块的高度h来确定，因此δ 的恰当值(>0)确定了 h。重复以下作业:如果δ I的值不为正，则返回步骤2，通过(4)式确定新的h，之后再次进入步骤3，通过(5)式求出δ I并确认其正负。如果确认O < δ ，则进入下一步骤。此外，尽管圆周方向间隙的调整也可以通过调整保持器的兜孔尺寸来实现，但会使滚动体在圆周上的配置不均等，因此优选为，通过填块高度来进行微小的圆周方向间隙的调整。步骤4:圆柱形填块4的倒角42的尺寸χ的确定:填块的倒角主要以使填块插入作业简化为目的，因此只要严格地满足了所述填块直径、长度的条件，填块的倒角也不是必需的。但是，有以下情况:填块的角部通过与滚动体接触而容易产生微小破坏，产生块状的磨损粉末。如果这些块状的磨损粉末大量地向轴承内部搅入，会成为旋转不良的原因，因此优选为对角部进行轻倒角程度的处理。填块4的倒角尺寸χ所要满足的条件为:填块4能够在外圈槽面12和内圈槽面22之间的空间内旋转。根据图10，填块4以其对角线LI的长度(h2 + ds2)172为最长，由于是在该线上加工倒角42，因此令能够旋转的倒角尺寸在单侧为χ,则2x = (h2 + ds2) 1/2 — (Dr — dr) / 2...χ = (h2 + ds2) 1/2 / 2 — (Dr — dr) / 4...(6)填块4的倒角尺寸χ由外圈槽面12的直径Dr、内圈槽面22的直径dr、填块4的高度h及直径ds通过(6)式求出。由此求得的倒角尺寸χ为计算上的下限值，如果设定为略大于该值，则填块4的插入作业变得容易且填块4的制造也变得容易。作为计算例，在应用于轴承编号为6204的单列深沟球轴承的情况下，假设球直径dw:7.938mm外圈内径Dg:38.6_内圈外径dg:28.5mm外圈槽径Dr:41.4mm内圈槽径dr:25.6_圆柱形填块4 的直径 ds = 0.9X7.938mm N 7.1mm使用(4)式求出圆柱形填块4的高度h，[算式3]h = (Dg / 2) [I — (ds / Dg) 2]1/2 — dg / 2= (38.6 / 2) X [1- (7.1 / 38.6)2]1/2 — 28.5 / 2N 4.7 (mm)此外，使用(6)式求出倒角尺寸χ (单侧的曲率半径)χ = (h2 + ds2) 1/2 / 2- (Dr-dr) / 4= (4.72 + 7.12) 1/2 / 2 - (41.4 — 25.6) /4= 0.3 (mm)步骤5:在不加工倒角的情况下对旋转条件的确认在不加工倒角的情况下，需要对填块能否在外圈槽面和内圈槽面之间的空间内旋转进行确认。由图10显而易见，当填块4的对角线长度LI小于球3的直径dw (L<dw)时，填块能够在外圈和内圈之间的槽空间旋转。因此，为了使填块4容易地旋转，优选为将填块尺寸调整为:填块的对角线长度LI为滚动体直径dw的1.1 0.7倍左右。即，填块的对角线长度LI可以通过LI = (ds2 +h2) 1/2求出，因此确认1.1 > LI / dw > 0.7的成立。1.1为根据经验所能够允许的上限值，如果LI超过dw的1.1倍，则填块的旋转变得困难，无法完成装配。此外，在小于0.7倍时，有这样的情况:旋转中的填块容易脱落，阻碍轴承的稳定旋转。如果旋转条件的确认结果在所述范围之外，则回到步骤I。步骤6:关于保持器的设计预先求出了保持器3内的圆周方向的总间隙δ (=51+ δ2)的量(参照图9)，关于滚动体与填块之间的圆周方向间隙量SI已经在步骤3求出了恰当值，因此通过下式确定滚动体和保持器面之间的圆周方向间隙量5 2。δ 2 = ( α — I) X dw在这里，α为通过保持器兜孔的圆周方向的(与滚动体接触的接触面的)曲率半径rp (参照图4)与滚动体半径dw / 2的比来表示的常数。a = rp / (dw / 2)通过设定为α >1，保持器与滚动体的接触不为I点接触，能够得到良好的润滑状态，但如果设定为过大值，则变得不必要的宽松且保持器与滚动体之间的间隙变大，其结果为引起保持器振动。因此选定为α = 1.01 1.10左右。因此δ 2=(0.01 0.10) dw，结果，作为总间隙δ = δ + δ 2的值，如上述那样在0.0lmm 滚动体直径的20%中选择。如果不到0.0lmm,则轴承扭矩变大，另一方面，如果超过滚动体直径的20%，则保持器的振动变大。以上述方式构成的本实用新型的固体润滑滚动轴承由于无需用于装配填块4的切口(插入口)，因此可以获得如下的各种作用效果。(I)能够抑制切口(插入口)部分的加工费用。(2)不论有无轴向载荷，都不会有插入的填块勾挂于切口部而阻碍旋转的情况，因此能够防止异常振动的产生。(3)对于插入的填块，其端面从两侧被滚动体夹持约束，因此不会有所述填块由于振动等而从内外圈的滚道槽偏离并脱落的可能。(4)能够使填块的个数`相对于滚动体的个数减半，因此能够降低成本,并且由于将两个滚动体和一个填块作为一个单位收纳在保持器兜孔中，因此与以往的将滚动体和填块以相同个数组合而构成的滚动轴承相比，轴承旋转时在填块产生的圆周方向的冲击力减小，能够抑制填块损伤。并且，关于润滑功能，所有的滚动体至少在一处与含有固体润滑剂的填块接触，所述固体润滑剂转移并附着(移附)于滚动体的接触面，因此通过所述固体润滑剂能够获得充分的润滑性能。此外，本实用新型的固体润滑滚动轴承为如下的滚动轴承:在滚动体之间夹持有含有固体润滑剂的填块，通过固体润滑剂向滚动体的移附来进行固体润滑，但是由于在旋转初期固体润滑剂的移附不充分，因此在滚动体或保持器(所有面)、轴承滚道圈的滑动面(例如内外圈的外径面)或滚道形成与填块的固体润滑膜相同的固体润滑膜，由此能够达到初期润滑效果。此外，在实施方式中对单列深沟球轴承进行了说明，但本实用新型对于其它的球轴承也能够应用。而且，不局限于球轴承，也能够自如地应用于圆柱、圆锥、球面的各滚子轴承。此外，在实施方式中说明了使用冲压型保持器的情况，但不局限于此，也能够使用其它例如冠型、切削型、冲裁型等。此外，在实施方式中，关于滚动体的个数为偶数个(例如8个)的滚动轴承，对具备收纳一个填块和两个滚动体的兜孔的保持器进行了说明，但在奇数个滚动体的情况下，在保持器兜孔中的一个兜孔收纳一个滚动体和一个填块，或者交替地收纳三个滚动体和两个填块。即，概括地说，本实用新型的固体润滑滚动轴承具有收纳至少一个滚动体和一个填块的保持器。[0180](实施例1)下面，对为了确认本实用新型的效果而进行的比较试验进行说明。试验体轴承在实施例和比较例中均为轴承编号6204的轴承，所装配的填块的材质均采用将以二硫化钥和二硫化钨为主成分的润滑剂成分设定为55%、剩余部分为铁系合金的自润滑性烧结复合材料。A:实施例作为实施例，使用作为本实用新型的一个实施方式的固体润滑深沟球轴承(参照图1 图5)。B:比较例作为比较例，制造并使用以下的四种固体润滑深沟球轴承(6204)。“比较例 B— I”；如在图11中简略示出地，将外圈I的内径面11和内圈2的外径面21切去一部分而设置了填块插入口 8。“ 比较例 B — 2”；不使用保持器，在各滚动体间配设有填块。“比较例 B — 3”；如在图12中简略示出地，在保持器中使用了一个用于约束2个球的扇型保持器9，在8个球3之间逐个配设有总计7个填块4，并且插入了一个扇型保持器9来代替最后的填块。“比较例 B —4”；如在图13中部分示出地，以等分圆周的方式配设有四组约束了 2个球的扇型保持器9，并且在各组之间插入有填块4。以所述实施例、比较例的各轴承作为样品，一边强制加热到300°C —边进行旋转实验，使用加速度传感器对旋转中的稳定振动值进行测定，求出其振动平均值(平均振动值)和振动的变动幅度(振幅)并对性能进行比较评价。图14示出了以本实用新型的实施例A的平均振动值作为I算出的比较例B的各平均振动值及与各平均振动值对应的振动的变动幅度的比率(变动比)。评价结果如下。比较例B — 1:当滚动体公转时，同时公转的填块与填块插入口 8的切口发生干涉，因此平均振动值、变动比均为样品中最大的。比较例B-2:在旋转初期填块脱落，实验中止。这是因为:由于没有保持器，因此在旋转中没有滚动体与填块之间的相互约束，因此填块能够容易地从旋转前的姿势向易于脱落的方向移位。比较例B — 3:当插入适当地调整了长度的扇型保持器9来代替最后的填块、从而填塞了各滚动体与填块之间的间隔时，填块的两端面分别被滚动体约束，因此不存在填块的自由旋转，防止了脱落，但在滚动体从载荷圈移向非载荷圈时(或在非载荷圈内)，会产生由于滚动体与填块的碰撞导致脆弱的填块破碎从而搅入滚动体与轴承套圈面之间的现象，其降低了振动特性。比较例B - 4:由于减少了填块的个数，从而抑制了填块的磨损粉末的排出量，因此平均振动值显示出与实施例相同的水平，但通过扇型保持器9仅对滚动体之间进行了约束，因此和上述一样，在滚动体从载荷圈移向非载荷圈时，通过滚动体和填块的碰撞而产生的振动的变动幅度远大于实施例。相比于这些比较例B，实施例A的情况是，将一个填块和2个滚动体作为一个单位组收纳在保持器兜孔中进行连接，由此每个单位都通过滚动体对填块进行约束。因此，填块和滚动体的碰撞只不过是仅在各单位组内进行，与上述各比较例B相比振动特性优秀。由图的结果可知，在实施例中，平均振动值减少了 30%，振动值变动幅度改善为I / 10左右。(实施例2)作为本实用新型的固体润滑滚动轴承的其它实施例，试做出装配有在图15的表中示出的尺寸的固体润滑填块的、轴承编号6204的轴承(轴承材质:内、外圈SUS440C、保持器SUS304,径向间隙:60 100 μ m,填块材质:铁系合金+ MoS2复合材料),进行了旋转实验。在径向载荷196N、转速lOOrpm、环境温度300°C的条件下进行旋转实验，测定了旋转中的径向振动值和旋转扭矩值。以首先进行试验的实施例C一I的稳定振动值和稳定扭矩值的3倍作为基准值进行实验，当实验轴承的振动值和扭矩值中的任一方超过该基准值时实验结束。此外，对于经过300小时仍未超过基准值的样品，在此时中止实验。旋转寿命时间的实验结果如图16所示。此外，以实施例C -1的稳定振动值为I的情况下的各实施例和比较例的稳定振动的比较值如图17所示。实施例C-1 C-3为填块直径与滚动体直径之比(ds / dw)为0.89 0.69的范围的本实用新型产品。比较例D-l、D-2的填块直径略大于本实用新型的范围，填块直径与滚动体直径之比为0.98 0.96左右。比较例D — 3的ds / dw为0.6，处在本实用新型的范围之内，但滚动体间的填块的圆周方向间隙δ I为负值。比较例D — 4 D — 5的填块直径小于本实用新型的范围，ds / dw为0.48
0.31左右。对于这两例，为了使圆周方向间隙δ I不为负值，对填块高度进行了调整。实施例C 一 I C 一 3均寿命和振动良好，在维持了低振动水平的同时旋转到了300小时。比较例D — I和D — 2能够旋转到300小时，寿命良好，但是由于LI / dw比超过了 1.1，因此装配非常困难，且缺少倒角部分从而振动较大。比较例D - 3从旋转初期开始旋转扭矩就较大，在20小时左右因扭矩过大而停止。扭矩过大的原因是由于块状磨损粉末向保持器与滚动体之间的侵入。比较例D — 4和D — 5均在150小时左右因振动而停止。这些填块均在角部产生了偏磨损，磨损粉末的产生量与实施例相比也非常多。(实施例3)作为本实用新型的固体润滑滚动轴承的其它实施例，试做出装配有在图18的表中示出的尺寸的固体润滑填块的、轴承编号6002的轴承(轴承材质:内、外圈SUS440C、保持器SUS304，滚动体直径4.763mm,径向间隙:50 90 μ m，填块材质:铁合金+ MoS2复合材料)，进行了旋转实验。轴承编号为6002的轴承基本上具有9个滚动体，但通过使滚动体数变为8个，而形成为在4个兜孔中分别收纳2个滚动体和I个填块的形状。在设定了填块尺寸之后，考虑使圆周方向间隙量发生变化，来确定保持器兜孔的尺寸。在图18的表中，将实施例E — I E — 4的圆周方向间隙δ设为0.0lmm 滚动体直径的20%。优选设为作为稳定振动值的更稳定区域的0.0lmm 滚动体直径的13%。比较例F — I中，对保持器兜孔进行调整以使δ < 0.0lmm,比较例F — 2中，对保持器兜孔进行调整以使δ < 0.953謹。在轴向载荷19.6Ν、转速500rpm、常温环境的条件下进行旋转实验，测定轴承旋转中的稳定振动值。结果如图19所示。在实施例中，实施例E -1示出的圆周方向间隙为0.2mm的情况下振动最低。振动值随着圆周方向间隙的增加而增加，但在圆周方向间隙达到0.8_为止，振动值都良好。与此相对，圆周方向间隙δ小于0.0lmm的比较例F— I中，扭矩较大，容易产生磨损粉末，振动是实施例E — I的2.5倍大。此外，δ超过滚动体直径20%的比较例F - 2中，由于间隙较大，振动相比于比较例F — I进一步增大。(实施例4)在本实用新型的固体润滑滚动轴承中，为了调查填块材料对旋转特性的影响，使用装配有不同强度的填块材料的轴承进行了旋转实验。作为实验轴承，使用了装配有图20的表中示出的材质、压缩强度及尺寸的固体润滑填块的、轴承编号为6206的轴承(外径62mm、内径30mm、宽16mm、滚动体直径9.52mm、径向间隙80 μ m)。一般地,该轴承为具有9个滚动体的轴承,但为了使结构均一化，抽去一个滚动体，以8个滚动体进行实验。此时，该轴承的容许额定载荷从19500N减少到18000N。实验条件为:实验载荷980N (最大表面压强2.0GPa)、转速50rpm、环境温度300°C、在空气中。实验以各样品的初始振动值和扭矩值的3倍作为基准值，当实验轴承的振动值和扭矩值中的任一方超过基准值时实验结束。此外，对于经过300小时仍未超过基准值的样品，在此时中止实验。结果如图21所示。采用了由压缩强度低的石墨的烧结体构成的填块的比较例J -2中，在150小时左右振动值达到基准值，由于振动而停止。在实验后的观察中，内部的4枚填块中有2枚破碎。其它的填块也被剧烈地磨损(微小破坏)。采用了由进行了纤维强化的石墨烧结体构成的填块的比较例J - 2旋转到了中止时间，但填块的磨损也较剧烈，振动显著增加。与此相对,实施例1 一 I I 一 3均表现出了稳定的旋转状态。表现出最稳定的扭矩的是实施例1一I的在填块中使用了铁合金和二硫化钥的情况。此外，虽未在实施例中示出，但对于将以二硫化钥和二硫化钨为主成分的润滑剂成分设定为55%、剩余部分为铁系合金的自润滑性烧结复合材料(压缩强度120 130MPa)作为填块的情况，也同样地进行了评价，与实施例1 一 I同样地表现出了良好的润滑特性。(实施例5)设想到本实用新型的固定润滑滚动轴承实际上被使用于支承例如窑车的车轴或高温炉内搬运系统中的搬运辊，因此在较高的表面压强下，进行了在低速下的旋转实验。实验轴承使用了与所述实施例4相同的、装备有图22的表中示出的尺寸的固体润滑填块的轴承编号6206的轴承，与上述相同，在试验载荷980N (最大表面压强2.0GPa)、转速50rpm、环境温度300°C的实验条件下进行实验。以首先进行试验的实施例G — I的稳定振动值和稳定扭矩值的3倍作为基准值，当实验轴承的振动值和扭矩值中的任一方超过基准值时实验结束。此外，对于经过300小时仍未超过基准值的样品，在此时中止实验。结果如图23所示。实施例G — 1、G — 2均满足本实用新型的设计标准的条件，比较例H — I是圆周方向间隙δ (= δ I十δ 2)为O的情况，相反地，比较例H — 2是δ为滚动体直径的20%以上的情况。比较例H - 3是填块直径/滚动体直径为0.5以下的情况。实施例G — 1、G — 2均稳定地旋转到了 300小时。另一方面，圆周方向间隙为O的比较例H -1的旋转扭矩比旋转初期大，在15小时左右因扭矩限制而停止。在保持器中，观察到了被认为是由于与滚动体接触而产生的磨损，可知保持器与滚动体在兜孔内部发生了干涉。相反地，δ为Imm以上的比较例H — 2的初始振动值比其它样品更大，在旋转中能够看到振动值始终增加的倾向。在200小时左右振动值超过基准值，因振动而停止。比较例H - 3也是从旋转初期开始振动值的增加就很激烈，在100小时左右达到寿命，在内部的填块观察到了偏磨损。在图24示出了实机窑车的车轴支承部的轴承结构。其构成为由两个轴承支承一个车轮的结构。轴承尺寸为6213(外径:120mm、内径:65mm、宽度:23mm)，完全满足本实用新型的设计规格，在润滑剂中使用了将以二硫化钥和二硫化钨为主成分的润滑剂成分设定为55%、剩余部分为铁系合金的自润滑性烧结复合材料。实机的使用条件为径向载荷500kgf、转速0.044rpm、环境温度300°C。相对于通常3个月的维护期间，试用轴承在8个月无维护的状态下运转。产业上的可利用性如上述说明的那样，根据本实用新型的固体润滑滚动轴承，由于其具有收纳至少一个填块和一个滚动体的保持器，所述填块由含有固体润滑剂的材料构成，因此能够恰当地保持各填块和滚动体间的间隙，其结果是，达到了以下效果:不发生以上振动，能够防止轴承旋转中的填块的脱落，并且旋转中在填块产生的圆周方向的冲击力减小，能够抑制填块损伤。特别地，对于技术方案2所述的固体润滑滚动轴承，作为将夹持填块的两个滚动体作为单位进行收纳的保持器，由于能够使填块的个数为滚动体的一半，因此能够降低成本,并且与将滚动体和填块以相同个数组合的以往的滚动轴承相比,轴承旋转中在填块产生的圆周方向的冲击力减小，能够抑制填块损伤。此外，在本实用新型的固体润滑滚动轴承中，通过将保持器的兜孔的圆周方向间隙的大小设定在0.0lmm 滚动体直径的20%的范围内(技术方案3)，能够更加有效地抑制轴承扭矩以及保持器的振动。此外，对于本实用新型的技术方案4所述的固体润滑滚动轴承，通过将填块的直径设定为滚动体直径的0.50 0.95倍，能够抑制旋转扭矩，防止偏磨损，并且能够将振动维持在较低水平。另外，对于本实用新型的技术方案5所述的固体润滑滚动轴承，通过将保持器的兜孔的与滚动体接触的接触面的曲率半径设定为滚动体半径的1.01 1.10倍，能够恰当地维持保持器和滚动体之间的间隙，对防止保持器振动极为有效。对于本实用新型的技术方案6所述的固体润滑滚动轴承，使填块的材料为自润滑性烧结复合材料，该自润滑性烧结复合材料通过以二硫化钥、二硫化钨和氮化硼中的任意一种、或者以二硫化钥及二硫化钨作为润滑剂的主成分，将这些润滑剂成分与从铁、铜、镍、钨、锡、铬(Fe、Cu、N1、W、Sn、Cr )中选出的金属或这些金属的氧化物、氮化物、硼化物烧结而得到，由此能够防止过剩的磨损粉末的产生和填块的破损。特别地，对于以二硫化钥以及二硫化钨为主成分的润滑剂成分在80%以下、剩余部分为铁合金的自润滑性烧结复合材料，与以石墨为主成分的润滑材料相比，强度大、磨损量适当、并且无论在空气中还是真空中都能够使用，因此对于本实用新型的轴承来说是优选的。此外，在350°C以上的温度下使用本实用新型轴承的情况下，作为填块材料，优选为使以氮化硼为主成分的润滑剂与镍合金复合而得到的自润滑性烧结复合材料。具备以上各种特性的本实用新型的固体润滑滚动轴承能够特别适当地用作在高温低速下使用的窑车的车轮用支承轴承(技术方案7)。
权利要求1.种固体润滑滚动轴承，所述固体润滑滚动轴承具备:内圈；外圈；滚动体；填块，其由含有固体润滑剂的材料构成；以及保持器，其具有收纳所述滚动体和填块的兜孔，所述固体润滑滚动轴承的特征在于，所述保持器是将夹持所述填块的两个滚动体作为单位进行收纳的保持器，保持器的兜孔具有在所述滚动轴承的铅直方向以及圆周方向双方对滚动体和填块进行保持的曲率，至少在所述滚动体表面形成有与所述填块同样的固体润滑膜。
2.据权利要求1所述的固体润滑滚动轴承，其特征在于，所述保持器的兜孔的圆周方向间隙为0.0lmm 滚动体直径的20.0%。
3.据权利要求1或2所述的固体润滑滚动轴承，其特征在于，所述填块为圆柱状体，该圆柱状体的直径为所述滚动体的直径的0.50 0.95倍。
4.据权利要求1或2所述的固体润滑滚动轴承，其特征在于，所述保持器的兜孔的与滚动体接触的接触面的曲率半径被选为滚动体半径的1.01 1.10倍。
5.据权利要求3所述的固体润滑滚动轴承，其特征在于，所述保持器的兜孔的与滚动体接触的接触面的曲率半径被选为滚动体半径的1.01 1.10倍。
6.据权利要求1或2所述的固体润滑滚动轴承，其特征在于，所述固体润滑滚动轴承用于窑车的车轮用支承轴承。
7.据权利要求3所述的固体润滑滚动轴承，其特征在于，所述固体润滑滚动轴承用于窑车的车轮用支承轴承。
8.据权利要求4所述的固体润滑滚动轴承，其特征在于，所述固体润滑滚动轴承用于窑车的车轮用支承轴承。
9.据权利要求5所述的固体润滑滚动轴承，其特征在于，所述固体润滑滚动轴承用于窑车的车轮用支承轴承。
10.据权利要求1或2所述的固体润滑滚动轴承，其特征在于，所述固体润滑滚动轴承具备密封垫或防尘盖板。
11.据权利要求3所述的固体润滑滚动轴承，其特征在于，所述固体润滑滚动轴承具备密封垫或防尘盖板。
12.据权利要求4所述的固体润滑滚动轴承，其特征在于，所述固体润滑滚动轴承具备密封垫或防尘盖板。
13.据权利要求5所述的固体润滑滚动轴承，其特征在于，所述固体润滑滚动轴承具备密封垫或防尘盖板。
14.据权利要求6所述的固体润滑滚动轴承，其特征在于，所述固体润滑滚动轴承具备密封垫或防尘盖板。
专利摘要本实用新型提供一种固体润滑滚动轴承。由于在高温或高真空等环境下使用的滚动轴承中无法使用润滑脂润滑，因此提出了将由例如石墨等固体润滑材料构成的填块配置于各滚动体之间的填块型固体润滑轴承。但是，该填块非常脆弱并容易破损，因此产生了由旋转中的冲击引起填块损伤从而使轴承产生异常振动、以及填块脱落等问题。本实用新型为这样的固体润滑滚动轴承，其包括内圈；外圈；滚动体；填块，其含有由所选材料构成的固体润滑剂；以及保持器，其具有将至少一个所述填块及一个滚动体作为单位进行收纳的兜孔，由此，提供了不存在脱落和破损的可能、振动少、能够得到顺畅且安全的旋转的固体润滑滚动轴承。
文档编号F16C19/00GK202926885SQ20122043175
公开日2013年5月8日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年7月20日
发明者细谷真幸 申请人:日本精工株式会社