滚珠保持器及包含其的高速滚珠轴承的制作方法

本实用新型涉及滚珠保持器及包含其的高速滚珠轴承，特别涉及一种使用于高速转轴上的滚珠保持器及包含其的高速滚珠轴承。

背景技术：

由于高速滚珠轴承具有高负荷、低摩擦阻力、旋转偏摆量小及刚性高等良好运转性能，因此高速旋转系统大多采用高速滚珠轴承作为转轴的支撑组件，以防止高速对旋转系统所产生的大量温升与磨耗。

随着机械、航空等相关工业的快速发展，提高旋转系统的转轴转速，增加工作效率是目前发展的趋势之一，而且由于机械精密加工技术发展，对于转轴精密度的要求也日渐提高，因此使得高速滚珠轴承的高速性能以及精密度也必须随着机械转轴的转速及精密度的要求而不断提升。

高速滚珠轴承的高速性能及精密度，除了受到轴承本身的材质，以及加工精密度的影响外，轴承的结构设计也会产生重大的影响。高速滚珠轴承的结构中，大致上包含了外环、内环、滚珠、以及一滚珠保持器。其中滚珠保持器的作用为用于将各个滚珠分隔开来，使得多个滚珠能够以等角度间隔方式排列于内环与外环的滚珠轨道之间。滚珠保持器的结构大致上呈环状，且沿着圆周方向等角度间隔设置多个囊袋孔，用于容置滚珠。为使滚珠能够在保持器的囊袋孔中自由滚动，因此保持器的囊袋孔直径需大于滚珠的外径，然而如此将会使得滚珠保持器的囊袋孔和滚珠之间保留有间隙，而使得高速滚珠轴承运转时，滚珠保持器和滚珠之间仍可相对位移。

现有高速滚珠轴承采用的滚珠保持器，使用上主要有两种导引模式，一种为钢珠导引，一般并未考虑到高速滚珠轴承高速运转时的需求，在高速滚珠轴承以高速运转时，容易产生偏摆，以及和滚珠产生干涉的现象，另一种为外环导引，使用在高速运转下能稳定平衡减少偏摆产生，但是在低速运转时，保持器与外环会产生碰撞，因此两种导引模式均都会而导致高速滚珠轴承运转时的阻力增加，并产生额外的振动，故影响到了高速滚珠轴承运转的稳定性及精密度。

由于以上因素，使得现有的高速滚珠轴承存有相当多缺点，故，如何藉由结构设计的改良，来克服上述的缺失，已成为该项事业所欲解决的重要课题之一。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中高速滚珠轴承在高速运转时，滚珠保持器容易偏摆产生振动，以及在低速运转时，保持器与外环的异常碰撞，所造成的阻力增加及额外的振动的缺陷，提供一种滚珠保持器及包含其的高速滚珠轴承。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种滚珠保持器，其特点在于，所述滚珠保持器用于安装于一高速滚珠轴承内，所述高速滚珠轴承具有一外环及一内环，所述外环的内周面具有一外环轨道面，所述外环的内周面沿着轴向的一侧边具有一外环肩部，所述外环肩部的内周面的直径小于所述外环轨道面的内周面的直径，所述内环的外周面具有一内环轨道面，及多个滚珠以相等角度间隔的方式且以滚动接触方式容设于所述外环轨道面和所述内环轨道面之间；所述滚珠保持器具有：

一第一环部及一第二环部，所述第一环部及所述第二环部沿着所述高速滚珠轴承的中心轴方向排列，且所述第一环部的外周面的直径大于所述第二环部的外周面的直径，且所述第一环部的内周面的直径大于或等于所述第二环部的外周面的直径；及

多个囊袋孔，多个所述囊袋孔以沿着所述滚珠保持器的圆周方向等角度间隔地设置于所述滚珠保持器上介于所述第一环部和第二环部之间的位置，多个所述囊袋孔的位置和直径和多个所述滚珠相互对应，用于容纳多个所述滚珠，并使多个所述滚珠在所述外环轨道面和所述内环轨道面之间滚动时得以保持相等角度间隔；

其中，所述滚珠保持器的所述第一环部的外周面邻近所述外环肩部的内周面，所述第一环部和所述外环肩部的内周面之间的间隙为第一间隙；每一所述囊袋孔的内周面和每一所述滚珠之间的间隙为第二间隙，所述第一间隙和所述第二间隙存在下列关系：

W2＝(W1-r’)×A；其中：W1为所述第一间隙的宽度；W2为所述第二间隙的宽度；r’为当所述高速滚珠轴承以一预定转速运转时所述滚珠保持器的膨胀变量；A为一放大系数，当所述高速滚珠轴承的节圆直径Dm与预定容许转速N的乘积DmN值为1,600,000时，所述放大系数介于1.2至1.5倍之间。

在本技术方案中，设置外环肩部的目的为旋转时能承受轴向负荷，设置外环肩部的效益效果在于当外环肩部够大时，使用时当轴承旋转时以及受力时，滚珠与外环的接触面积不会超出外环肩部造成失效。在本技术方案中，DmN值为轴承性能使用的一个指标(通常其数值越大越好)。

较佳地，每一所述囊袋孔由一位于所述第一环部一侧的第一凹部及一位于所述第二环部的第二凹部共同构成，所述第一凹部的内周缘和所述第二凹部的内周面彼此相对，且所述第一凹部的内周面形成一第一球面部，所述第二凹部的内周面形成一第二球面部，所述第一球面部和所述第二球面部位于和所述滚珠的中心同轴心的一假想球面上。

较佳地，所述第二间隙的宽度W2介于0.3mm至0.5mm之间。

较佳地，所述放大系数为1.4倍。

较佳地，所述滚珠保持器为树脂材料或尼龙材料制成的滚珠保持器。

本实用新型还提供一种高速滚珠轴承，其特点在于，其包括：

一外环，所述外环的内周面具有一外环轨道面，所述外环的内周面沿着轴向的一侧具有一外环肩部，所述外环肩部的内周面的直径小于所述外环轨道面的内周面的直径；

一内环，所述内环的外周面具有一内环轨道面；

多个滚珠，多个滚珠以相等角度间隔的方式且以滚动接触方式容设于所述外环轨道面和所述内环轨道面之间；及

一滚珠保持器，所述滚珠保持器容设于所述外环的内周面和所述内环的外周面之间，所述滚珠保持器具有：一第一环部及一第二环部，所述第一环部及所述第二环部沿着所述高速滚珠轴承的中心轴方向排列，且所述第一环部的外周面的直径大于所述第二环部的外周面的直径，且所述第一环部的内周面的直径大于或等于所述第二环部的外周面的直径，及多个囊袋孔，多个所述囊袋孔以沿着所述滚珠保持器的圆周方向等角度间隔地设置于所述滚珠保持器上介于所述第一环部和第二环部之间的位置，多个所述囊袋孔的位置和直径和多个所述滚珠相互对应，用于容纳多个所述滚珠，并使多个所述滚珠在所述外环轨道面和所述内环轨道面之间滚动时得以保持相等角度间隔；

其中，所述滚珠保持器的所述第一环部的外周面邻近所述外环肩部的内周面，所述第一环部和所述外环肩部的内周面之间的间隙为第一间隙；每一所述囊袋孔的内周面和每一所述滚珠之间的间隙为第二间隙，所述第一间隙和所述第二间隙存在下列关系：

W2＝(W1-r’)×A；其中：W1为所述第一间隙的宽度；W2为所述第二间隙的宽度；r’为当所述高速滚珠轴承以一预定转速运转时所述滚珠保持器半径的膨胀变量；A为一放大系数，当所述高速滚珠轴承的节圆直径Dm与预定容许转速N的乘积DmN值为1,600,000时，所述放大系数介于1.2至1.5倍之间。

较佳地，每一所述囊袋孔由一位于所述第一环部一侧的第一凹部及一位于所述第二环部的第二凹部共同构成，所述第一凹部的内周面和所述第二凹部的内周面彼此相对，且所述第一凹部的内周面形成一第一球面部，所述第二凹部的内周面形成一第二球面部，所述第一球面部和所述第二球面部位于和所述滚珠的中心同轴心的一假想球面上，且所述假想球面的直径大于所述滚珠的直径。

较佳地，所述第二间隙的宽度W2介于0.3mm至0.5mm之间。

较佳地，所述滚珠保持器及多个所述滚珠在运转时含浸于润滑油脂中。

较佳地，所述放大系数为1.4倍。

较佳地，所述滚珠保持器为树脂材料或尼龙材料制成的滚珠保持器。

本实用新型的积极进步效果在于：

本实用新型能够有效降低高速运转时滚珠保持器对滚珠的干涉，并且避免滚珠保持器偏摆以提高高速滚珠轴承高速运转的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型一较佳实施例的高速滚珠轴承的立体结构示意图。

图2为本实用新型一较佳实施例的高速滚珠轴承沿着II-II横断面方向的剖面结构示意图。

图3为本实用新型一较佳实施例的高速滚珠轴承沿着III-III纵断面方向的剖面结构示意图。

图4为本实用新型一较佳实施例的滚珠保持器的立体结构示意图。

图5为本实用新型一较佳实施例的滚珠保持器设置的囊袋孔的局部放大剖面结构示意图。

图6为本实用新型一较佳实施例的高速滚珠轴承的局部放大剖面结构示意图，用于揭露本实施例的滚珠保持器的结构特征。

附图标记说明

高速滚珠轴承1

外环10

外环轨道面11

外环肩部12

内环20

内环轨道面21

滚珠30

滚珠保持器40

第一环部41

第二环部42

囊袋孔43

第一凹部431

第二凹部432

第一球面部433

第二球面部434

假想球面P

第一间隙G2

第二间隙G1

假想球面的直径D1

滚珠的直径D2

节圆直径Dm

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。

本实施例提供一种滚珠保持器及包含其的高速滚珠轴承。如图1至图3所示，本实施例的高速滚珠轴承1主要包括：一外环10、一内环20、多个滚珠30，及一滚珠保持器40。

其中所述外环呈圆环状，如图3所示，外环10的内周面具有一外环轨道面11，且所述外环10的内周面还具有一外环肩部12。该实施例中，外环肩部12形成于外环10的内周面于纵轴方向的一侧边，且所述外环肩部12的内周面的直径小于所述外环10以及所述外环轨道面11的内周面的直径。

所述内环20的外周面直径小于所述外环肩部12的内周面直径，所述内环20的外周面形成一内环轨道面21，所述外环轨道面11和所述内环轨道面21彼此相对，多个所述滚珠30容置于外环10和内环20之间，且以滚动接触方式容设于所述外环轨道面11和所述内环轨道面21之间。所述滚珠保持器40容设于外环10的内周面和内环20的外周面之间，且透过所述滚珠保持器40用于将多个滚珠30以相等角度间隔排列设置于所述外环轨道面11和所述内环轨道面21之间。

如图4及图5所示，本实施例的滚珠保持器40较佳地为采用树脂或尼龙材料制成，在本实施例中，滚珠保持器40概略呈环形，所述滚珠保持器40具有一第一环部41及一第二环部42，所述第一环部41及所述第二环部42为沿着高速滚珠轴承的纵轴方向一前一后地排列并连接在一起。且所述第一环部41的外周面的直径大于所述第二环部42的外周面的直径，且第一环部41的内周面的直径大于或等于所述第二环部42的外周面的直径。该实施例中，所述第一环部41的内周面和第二环部42的外周面的直径相等，因此使得第一环部41的内周面和第二环部42的外周面相互衔接在一起。

滚珠保持器40上沿着圆周方向以等角度间隔设置有多个囊袋孔43，每一个囊袋孔43的直径和位置和多个滚珠30相互配合，且能够供多个滚珠30可滚动地容置于各个囊袋孔43中，藉以使得各个滚珠30能够保持滚动且以等角度间隔方式保持于外环轨道面11和内环轨道面21之间。

该实施例中，多个所述囊袋孔43位于滚珠保持器40上介于所述第一环部和第二环部之间的位置，且每一个囊袋孔43分别由一位于所述第一环部41一侧的第一凹部431，及一位于所述第二环部42的第二凹部432共同构成。该实施例中，所述第一凹部431的内周面和所述第二凹部432的内周面彼此相对，且所述第一凹部431和第二凹部432共同界定出一圆孔状的囊袋孔43，用于供多个所述滚珠容纳于每一个囊袋孔43中。

如图5所示，从滚珠保持器40的断面观察，所述第一凹部431的内周面形成一第一球面部433，且所述第二凹部432的内周面形成一第二球面部434，所述第一球面部433和所述第二球面部434彼此相对，而且共同位于一和所述滚珠30的中心同轴心的假想球面P上，且所述第一球面部433和第二球面部434所在的假想球面P的直径D1大于滚珠30的直径D2，因此使得多个所述滚珠30容置于囊袋孔43内时，囊袋孔43的第一球面部433和第二球面部434和滚珠30之间能够保持一间隙，并且容许滚珠30于囊袋孔43内保持滚动。

如图6所示，本实施例的高速滚珠轴承1组装完成后，所述滚珠保持器40的第一环部41的外周面邻近于外环10的外环肩部12的内周面，而且第一环部41的外周面和外环肩部12的内周面之间形成一第一间隙G2，且所述滚珠保持器40的囊袋孔43内周面的第一球面部433和第二球面部434与滚珠30之间也形成一第二间隙G1。所述第一间隙G2和第二间隙G1的尺寸存在有一特定比例，用于使得高速滚珠轴承在一预定容许转速运转时，滚珠保持器40和滚珠30之间的干扰能够降低，且减少滚珠保持器40于高速运转时的震动及不平衡状态，藉以提高本实施例的高速滚珠轴承1高速运转的稳定性。

本实施例所述第一间隙G2及第二间隙G1的关系能够以下列关系式表示：W2＝(W1-r’)×A。上述关系式中，W1为所述第一间隙G2的宽度；W2为所述第二间隙G1的宽度；r’为当所述高速滚珠轴承1以一预定容许转速N运转时，所述滚珠保持器40的膨胀变量；A为一放大系数，所述放大系数介于1.2至1.5倍之间。

上述关系式中，首先需确定所述第二间隙G1的宽度W2的尺寸，所述第二间隙G1的宽度W2较佳者为0.3mm至0.5mm的范围。本实施例的高速滚珠轴承1在使用时，能够采用油脂浸润、喷雾、油气等类型的润滑手段，因此使得滚珠保持器40及多个所述滚珠30皆能够含浸润滑油脂，且当所述高速滚珠轴承1将所述第二间隙G1的宽度W2设计为0.3mm至0.5mm的范围时，将可使得滚珠30在高速旋转时，和滚珠保持器40的囊袋孔43的内周面(即所述第一球面部433及第二球面部434)之间有足够的空间储存润滑油脂，因此使得滚珠保持器40的囊袋孔43不会直接接触干涉，并且使得囊袋孔43内周面和滚珠30之间能够透过润滑油脂产生缓冲作用。

当决定好所述第二间隙G1的宽度W2以后，接着需确定膨胀变量r’的数值，所述膨胀变量r’的定义，为当所述滚珠保持器40以一预定容许转速N运转时，所述滚珠保持器40外周面的半径因离心力作用于及震动等因素造成的膨胀变形量，所述膨胀变量r’的计算方式可以由下列公式取得：r’＝(r2-r1)，其中r1为滚珠保持器40在运转前的原始半径，而r2为滚珠保持器40在所述高速滚珠轴承1在达到预定容许转速N运转状态下的半径。

在此特别说明，所述预定容许转速N为本实施例高速滚珠轴承设计时所能够承受的最高运转转速，而所述预定容许转速N会随着高速滚珠轴承的节圆直径Dm(如图2及图3所标示)而变动。本实施例的高速滚珠轴承1为在所述预定容许转速N与节圆直径Dm的乘积DmN值为1,600,000的条件下计算所述滚珠保持器40的膨胀变量r’，亦即在进行量测或计算所述膨胀变量r’前，能够先行透过Dm×N＝1,600,000的关系式取得预定容许转速N的数值范围，再以预定容许转速N的数值范围进行膨胀变量r’的量测或计算。

所述滚珠保持器40的膨胀变量r’可以透过实际量测，或者是以计算机仿真方式获得，当以实际量测方式测量膨胀变量r’时，为先行制作出一滚珠保持器40的测试样品，接着将滚珠保持器40的测试样品和所述外环10、内环20、滚珠30组装成一所述高速滚珠轴承1的测试样品后，再透过一测试机台测试所述高速滚珠轴承1以预定容许转速N运转时，所述滚珠保持器40测试样品于高速运转状态下的实际外径，并量测得到所述滚珠保持器40测试样品于高速运转状态下的半径r2，接着再减去滚珠保持器40测试样品的原始半径r1，便能够得到所述膨胀变量r’。

当然，所述膨胀变量r’也可以透过计算机仿真的方式来取得，当以计算机仿真的方式计算膨胀变量r’时，通过利用一仿真软件，并将所述滚珠保持器40的各部位尺寸、材料重量、弹性系数、以及滚珠30的直径及数量等参数输入到所述仿真软件内，以计算出所述滚珠保持器40以预定容许转速N高速运转时产生的膨胀变量r’。

当决定第二间隙G1的宽度W2，并且计算出滚珠保持器40的膨胀变量r’后，便能够透过所述W2＝(W1-r’)×A的公式计算出滚珠保持器40的外周面和外环肩部12的内周面之间的第一间隙G2的宽度W1，接着再透过外环肩部12内周面的直径减去第一间隙G2的宽度W1的方式计算出滚珠保持器40的外周面的直径。其中，所述公式中A为一放大系数，当所述预定容许转速N与节圆直径Dm的乘积DmN值为1,600,000的状态下，所述放大系数A介于1.2至1.5之间的范围，而所述放大系数A优选者为1.4。

本实施例透过上述设计方式决定了滚珠保持器40的外周面直径，以及和外环肩部12的内周面之间的第一间隙G2的宽度，将能够使得滚珠保持器40的外周面直径达到一个能够形成动态平衡状态的优化尺寸。

在此特别说明，本实施例所谓滚珠保持器40高速运转时动态平衡状态，是指当高速滚珠轴承以高转速运转时，滚珠保持器40随着滚珠30一起旋转时，滚珠保持器40能够以悬浮方式保持在外环10的内周面与内环20的外周面之间位置的状态。本实施例的滚珠保持器40能够达成所述动态稳定状态的原因简单说明如下：所述滚珠保持器40在受到滚珠30带动而以高速滚珠轴承的中心轴线为中心旋转时，滚珠保持器40虽然会在外环10的内周面之间产生不特定方向的弹跳，然而当高速滚珠轴承的转速提高后，滚珠保持器40在外环10内周面之间的弹跳频率将会随着转速增加而提高，而滚珠保持器40外周面直径会随着转速增加而变大，而外环肩部12的内周面之间的第一间隙G2的宽度会随着缩小，因此当高速滚珠轴承的转速达到高速状态后，滚珠保持器40将会在外环10的内周面之间以密集而快速的频率滚珠保持器40可以稳定地悬浮在外环10的内周面与内环20的外周面之间，而形成所述动态平衡状态。

本实用新型的有益效果，在于能够使得本实用新型的高速滚珠轴承1透过特殊设计的滚珠保持器40，使得所述高速滚珠轴承1在高速运转时，能够在囊袋孔43内周面与滚珠30之间有足够的空间储存润滑油脂，且使得滚珠保持器40在高速运转时能够稳定地悬浮状态保持在外环10内周面与内环20外周面之间的空间内的方式，因此使得滚珠保持器40和滚珠30之间的干涉减少，并且避免滚珠保持器40偏摆，进而达到提高本实用新型的高速滚珠轴承1于高速运转时稳定性的目的。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。