专利名称：四点接触滚珠轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及四点接触滚珠轴承，更具体地说，涉及超薄壁四点接触滚珠轴承的改进，其能够通过抑制预加载荷作用下运转中的摩擦力矩的增加从而抑制轴承的产热和磨损，并且除了实现高速旋转时低噪音、低振动运转，还能提高轴承寿命。
背景技术：
图13示出了作为一种医疗器械的CT扫描仪设备的例子。该CT扫描仪设备1将X射线照射到对象3上，该X射线由X射线管2产生并由楔形滤器(未示出)和狭缝(未示出)将强度限制为预定值。透过对象3的X射线由检测器5接收。接收该检测器5的输出的计算机(未示出)形成X射线透射像。
配备有X射线管2和检测器5的圆柱框架6通过滚动轴承7可旋转地支承在机体架8上。通过旋转驱动圆柱框架6，可以获得通过从各个角度检查对象3的横截面得到的X线断层图像，该图像是要被诊察的。
通常，滚动轴承7形成为其内径设置成等于或大于700mm的大直径。因此，滚动轴承7就是所称的超薄壁滚动轴承，其横截面与其直径相比极其小。
作用于在CT扫描仪设备1中使用的滚动轴承7上的载荷是径向载荷、轴向载荷和力矩载荷的合成载荷。该合成载荷是相对小的载荷。
因此，支承载荷大的滚动轴承是不必要的。所以，使用图14中所示的背对背组合的径向止推滚珠轴承(angular ball bearing)8a、8b或一种四点接触滚珠轴承作为滚动轴承7的CT扫描仪设备1至今得以广泛使用，其中四点接触滚珠轴承的滚珠与外和内座圈的每个滚道面成两点接触。
这种背对背组合的径向止推滚珠轴承8a、8b和四点接触滚珠轴承具有一共同性，即滚珠轴承承受双向的轴向载荷。然而，背对背组合的径向止推滚珠轴承8a、8b通过两个轴承相互组合而构成。因此，与只由单一轴承构成的四点接触滚珠轴承相比，径向止推滚珠轴承8a、8b的宽度尺寸w1变大。所以，径向止推滚珠轴承在减小其尺寸、重量和成本方面是不利的。
因此，最近使用四点接触滚珠轴承作为滚动轴承7的CT扫描仪设备的数量已增加。
同时，近来的CT扫描仪设备减少了医疗时间从而减小了病人的负担。因此，提高医疗速度的需求日益增加。所以，要求用作滚动轴承7的四点接触滚珠轴承具有高速旋转能力。
然而，到目前为止通常将四点接触滚珠轴承的轴向内游隙设置成正值。在高速旋转(dmN≥10000，其中dm表示滚珠PCD，N表示旋转次数)的使用环境中，存在一种担忧，即微小的轴承内游隙会造成噪音和不舒服的振动并给病人精神负担，或者振动会导致测量准确度的误差。
因此，提出了一种实现低噪音和低振动的高速运转的技术，即，通过将四点接触滚珠轴承的轴向内游隙设置成负值(即，相当于对其预加载荷的状态)，从而抑制内游隙造成的噪音和不舒服的振动的产生(参见，例如专利文件1)。
此外，提出了一种开口保持架(split retainer)(参见专利文件2)作为通过减轻噪音以及滚珠和保持架之间的碰撞的冲击来实现轴承高速运转时的低噪音和低振动的技术。
JP-A-2002-81442[专利文件2]JP-A-2000-065067然而，在轴向内游隙简单地设置成负值的情况下，与专利文件1中描述的四点接触滚珠轴承相似，有很大可能性发生实际上严重的问题。
即，在四点接触滚珠轴承中，滚珠与外和内座圈的每个滚道面两点接触。因此，当轴承在预加载荷作用下高速旋转时，在滚珠和滚道面之间的点接触部分处可能发生过度滑动，并且这可能造成摩擦力矩的增加，其会导致严重减小轴承寿命的产热和磨损。
即使使用专利文件2中描述的开口保持架，此问题也不可能解决。
因此，将来重要的问题是当四点接触滚珠轴承在预加载荷作用下高速旋转时，将发生在滚珠和滚道面之间的点接触部分处的滑动减小到最少，从而防止摩擦力矩的增加，减小与摩擦力矩成比例的产热和磨损，以及增加轴承寿命。
因此，本发明的目的是解决前面提到的问题，提供一种四点接触滚珠轴承，其能够通过抑制预加载荷作用下运转中的摩擦力矩的增加来抑制产热和磨损，并实现高速旋转时的低噪音和低振动运转，以及提高轴承寿命。
发明内容
1)本发明的目的通过一种四点接触滚珠轴承实现，该四点接触滚珠轴承包括外元件，在其内圆周上具有滚道面，内元件，在其外圆周上具有滚道面，可滚动地成一排安置在这些外和内元件之间的多个滚珠，和保持架，用于以相等间隔在其圆周方向上安置这些多个滚珠，滚珠与外元件和内元件的两个滚道面中的每一个进行两点接触，其中若d表示滚珠的直径，Dp表示安置于两个滚道面之间的多个滚珠的节距圆直径，L1表示节距圆上相邻滚珠中心之间的距离，r表示用作外切滚珠的滚道面的每个凹槽的曲率半径，以及α表示滚珠以及外和内座圈的每个滚道面之间的接触角，则d、Dp、L1、r和α以分别满足下列不等式的方式设定0.011≤d/Dp≤0.0171.5≤L1/d≤2.10.54≤r/d≤0.59，和15°≤α≤25°；以及在通过滚珠相互接触的外座圈和内座圈之间的轴向游隙SA以满足下列不等式的方式设定-0.050mm≤SA≤0mm。
顺便提及，在四点接触滚珠轴承中，由接触面压力P和滑动速度V的乘积获得PV值，其中接触面压力P产生在滚珠和每个滚道面之间，而滑动速率V很大程度上影响了滚珠和每个滚道面的磨损程度以及在轴承旋转期间产生的噪音级。轴承的低噪音和低振动运转可以通过减小该PV值实现。
优选地，为了通过将轴承高速旋转期间作用在滚珠上的惯性力的值限制到一小值而减小摩擦力矩以及与之伴随的产热和磨损，滚珠的直径d设定得尽可能小。然而，当滚珠的直径d过小时，接触面压力P增加，导致PV值增加。这引起轴承寿命的减少。
因此，根据前述构造的四点接触滚珠轴承，(1)滚珠的直径d设定在由不等式0.011≤d/Dp≤0.017表示的范围内。从而避免了滚珠的直径d变得过小。PV值可通过同时抑制导致轴承产热和磨损的摩擦力矩而得以减小。
(2)有必要保证滚珠之间的保持架的柱体部分的强度，以保证保持架柱体部分的横截面面积等于或大于预定值。为此，优选地增加内滚珠距离L1。然而当内滚珠距离L1过大时，每个滚珠分得的载荷就增大，从而导致PV值增加。
因此，如上所述，内滚珠距离L1设定在由不等式1.5≤L1/d≤2.1表示的范围内。从而该轴承避免了内滚珠距离L1变得过小。PV值可通过同时保证保持架柱体部分的强度而得以减小。
(3)用作外切滚珠的滚道面的每个凹槽的曲率半径r在普通滚珠轴承中设定在例如由下面不等式表示的范围内0.5＜r/d＜0.54。因此，通过设定比标准值大的曲率半径，由于过程改变和温度变化引起的游隙偏差对轴承运行的影响可以减小。此外，与滚珠接触的凹槽的曲率半径r设定为比标准值大。因此，PV值可通过同时减小滚珠和每个滚道面之间产生的接触椭圆的尺寸从而抑制差动滑动、以及抑制导致轴承产热和磨损的摩擦力矩而得以减小。然而，当曲率半径r设定过大时，易于产生滚珠和滚道面之间的偏离。因此，很难实现轴承的平稳运转。
因此，如上所述，凹槽的曲率半径r设定在由不等式0.54≤r/d≤0.59表示的范围内。从而可以防止凹槽的曲率半径r过度增加。滚珠和每个滚道面之间的接触椭圆的尺寸可通过同时保证轴承可加工性而限制为小尺寸。因此，PV值可通过同时抑制导致轴承产热和磨损的摩擦力矩而得以减小。
(4)当滚珠及每个滚道面之间的接触角α过小或过大时，自转滑动和绕转滑动(spin slip and gyro slip)发生的次数不断增加，导致摩擦力矩和PV值增加。
因此，如上所述，接触角α设定在由不等式15°≤α≤25°表示的范围内，从而可使自转滑动和绕转滑动发生的频率减少，PV值可通过同时抑制导致轴承产热和磨损的摩擦力矩而得以减小。
(5)在轴向游隙SA设定为过大负值的情况下，轴承的可装配性将会变得极差，旋转时的摩擦力矩增大。这些会是轴承寿命减小的重要原因。在获得上述构造(1)到(4)的轴承的运转和优点的协同效果的环境中，适于实现轴承高速旋转时低噪音、低振动运转的预加载荷条件通过将轴向游隙SA设定在由以下不等式表示的范围内而获得-0.050mm≤SA≤0mm。从而，可以防止由产热和磨损引起的轴承寿命减少。
也就是，上述构造的四点接触滚珠轴承可限制预加载荷作用下运转中的摩擦力矩的增加，从而抑制轴承的产热和磨损。此外，该滚珠轴承可实现轴承高速旋转时低噪音、低振动运转。此外，该滚珠轴承通过减小轴承的产热和磨损可实现轴承寿命的增加。
2)本发明的目的通过一种四点接触滚珠轴承实现，该四点接触滚珠轴承包括外元件，在其内圆周上具有滚道面，内元件，在其外圆周上具有滚道面，可滚动地成一排安置在这些外和内元件之间的多个滚珠，和保持架，用于以相等间隔在其圆周方向上安置这些多个滚珠，滚珠与外元件和内元件的两个滚道面中的每一个进行两点接触，其中每个滚珠由高碳铬钢制成；和具有740到940的维氏硬度HV的碳氮共渗层(cabonitrided layer)形成在每个滚珠的表面上。
3)本发明的目的通过一种四点接触滚珠轴承实现，该四点接触滚珠轴承包括外元件，在其内圆周上具有滚道面，内元件，在其外圆周上具有滚道面，可滚动地成一排安置在这些外和内元件之间的多个滚珠，和保持架，用于以相等间隔在其圆周方向上安置这些多个滚珠，滚珠与外元件和内元件的两个滚道面中的每一个进行两点接触，其中滚珠由马氏体不锈钢制成，和具有1200到1500的维氏硬度HV的碳氮共渗层形成在每个滚珠的表面上。
4)本发明的目的通过一种四点接触滚珠轴承实现，该四点接触滚珠轴承包括外元件，在其内圆周上具有滚道面，内元件，在其外圆周上具有滚道面，可滚动地成一排安置在这些外和内元件之间的多个滚珠，和保持架，用于以相等间隔在其圆周方向上安置这些多个滚珠，滚珠与外元件和内元件的两个滚道面中的每一个进行两点接触，其中滚珠由工程陶瓷制成；和每个滚珠的表面具有1300到2700范围的维氏硬度HV。
在第2)到4)项中描述的四点接触滚珠轴承中，每个滚珠表面的维氏硬度以大于标准值的方式受到控制。
从而滚珠的纵向弹性系数变大。由作用在滚珠和滚道面之间的接触面压力引起的滚珠变形可受到抑制。因此，滚珠和滚道面之间产生的接触椭圆的尺寸可得以减小。因此，发生在滚珠和每个滚道面之间的差动滑动可减少到最少。
此外，将滚珠表面硬度设定为大于标准值加强了抵抗滑动运转的耐磨力。滚珠耐磨力的加强和差动滑动的最小化可抑制预加载荷作用下运转时摩擦力矩的增加。从而轴承的产热和磨损可得到抑制。因此可以实现高速旋转时的低噪音和低振动运转。同时，通过减小轴承的产热和磨损可以实现轴承寿命的增加。
图1是说明根据本发明第一实施例的四点接触滚珠轴承结构的局部纵向横截面图。
图2是说明图1中示出的四点接触滚珠轴承、传统的四点接触滚珠轴承和背对背组合的径向止推滚珠轴承在高速旋转时的声级测试的比较测量图。
图3是说明图1中示出的四点接触滚珠轴承、传统的四点接触滚珠轴承和背对背组合的径向止推滚珠轴承在高速旋转时的振动值测试的比较测量图。
图4是说明图1中示出的四点接触滚珠轴承、传统的四点接触滚珠轴承和背对背组合的径向止推滚珠轴承在高速旋转时的温升测试的比较测量图。
图5是说明图1中示出的四点接触滚珠轴承、传统的四点接触滚珠轴承和背对背组合的径向止推滚珠轴承在高速旋转时的摩擦力矩测试的比较测量图。
图6是说明图1中示出的四点接触滚珠轴承、传统的四点接触滚珠轴承和背对背组合的径向止推滚珠轴承在高速旋转时的寿命测试的比较测量图。
图7是说明根据本发明第二实施例的四点接触滚珠轴承结构的局部纵向横截面图。
图8是说明根据本发明第三实施例的四点接触滚珠轴承结构的局部纵向横截面图。
图9是说明图8中示出的挡板的正视图。
图10是说明根据本发明第四实施例的四点接触滚珠轴承结构的局部纵向横截面图。
图11是说明根据本发明第五实施例的四点接触滚珠轴承结构的局部纵向横截面图。
图12是根据本发明第六实施例的四点接触滚珠轴承、两种轴向游隙彼此不同的传统四点接触滚珠轴承和背对背组合的径向止推滚珠轴承的性能评估雷达图。
图13是说明使用滚动轴承的CT扫描仪设备主要部分的横截面图。
图14是说明用在CT扫描仪设备中的背对背组合的径向止推滚珠轴承的纵向横截面图。
顺便提及，在这些图中，附图标记11表示四点接触滚珠轴承，13表示外座圈(或外元件)，15表示内座圈(或内元件)，17表示滚珠，以及19表示保持架。
具体实施例方式
下面参照附图详细描述本发明的实施例。
下面参照附图详细描述根据本发明一个实施例的四点接触滚珠轴承。图1是说明根据本发明该实施例的四点接触滚珠轴承结构的局部纵向横截面图。
如图1所示，根据本发明该第一实施例的四点接触滚珠轴承11具有用作外元件的外座圈13，其具有设置于其内圆周上的滚道面13a；用作内元件的内座圈15，其具有设置于其外圆周上的滚道面15a；可滚动地单排安置在外和内座圈13和15的滚道面13a和15a之间的多个滚珠17；以及用于以相等间隔在圆周方向上安置这些多个滚珠17的保持架19。滚珠17与外和内座圈13和15的每个滚道面13a和15a两点接触。
顺便提及，如图1中所示，在倾斜的点划线21、22和滚道面13a和15a之间的交点是滚珠17和滚道面13a和15a之间的接触点。
另外，滚珠17的材料是高碳铬钢。这与传统轴承的滚珠材料相似。
此外，优选地为了抑制磨损，在滚珠和每个滚道面13a和15a上都进行表面硬化。高温油中淬火和回火方法、旋转运动线圈类型的感应硬化方法以及全线圈类型的全部同时感应硬化方法(参见，例如JP-A-2002-174251)中的任何一种方法都可用作此时进行的硬化方法。
四点接触滚珠轴承11用作可旋转地支承图13中所示的CT扫描仪设备1的圆柱框架6的滚动轴承。四点接触滚珠轴承11以具有等于或大于700mm的内径D1的方式形成为具有大直径。因此，四点接触滚珠轴承11就是所称的超薄壁滚动轴承，其横截面与其直径相比极其小。
此外，在四点接触滚珠轴承11中，d表示滚珠17的直径。Dp表示安置于滚道面13a和15a之间的多个滚珠17的节距圆直径。L1表示节距圆上相邻滚珠17的中心之间的距离(或内滚珠距离)。r表示用作外切滚珠17的滚道面13a和15a的每个凹槽的曲率半径。α表示滚珠17以及外和内座圈13和15的每个滚道面13a和15a之间的接触角。在该实施例中，这些d、Dp、L1、r和α以分别满足下列不等式①到④的方式设定0.011≤d/Dp≤0.017...①1.5≤L1/d≤2.1...②0.54≤r/d≤0.59 ...③15°≤α≤25°...④此外，在通过滚珠17相互接触的外座圈13和内座圈15之间的轴向游隙SA以满足下列不等式的方式设定-0.050mm≤SA≤0mm。
顺便提及，在四点接触滚珠轴承11中，由接触面压力P和滑动速度V的乘积获得PV值，其中接触面压力P产生在滚珠17和每个滚道面13a和15a之间，而滑动速率V很大程度上影响了滚珠17和每个滚道面13a和15a的磨损程度以及在轴承旋转期间产生的噪音级。轴承的低噪音和低振动运转可以通过减小该PV值实现。
通常，优选地，为了通过将轴承高速旋转期间作用在滚珠17上的惯性力的值限制到一小值而减小摩擦力矩以及与之伴随的产热和磨损，滚珠17的直径d设定得尽可能小。然而，当滚珠17的直径d过小时，接触面压力P增加，导致PV值增加。这引起轴承寿命的减少。
因此，根据该实施例的四点接触滚珠轴承11，(1)滚珠17的直径d设定在由不等式①表示的范围内。所以，该实施例避免了滚珠17的直径d变得过小。PV值可通过同时抑制导致轴承产热和磨损的摩擦力矩而得以减小。
(2)有必要保证滚珠17之间的保持架的柱体部分的强度，以保证保持架19柱体部分的横截面面积等于或大于预定值。为此，优选地增加内滚珠距离L1。然而当内滚珠距离L1过大时，每个滚珠17分得的载荷就增大，从而导致PV值增加。
因此，根据该实施例，内滚珠距离L1设定在由不等式②表示的范围内。从而该实施例避免了内滚珠距离L1变得过小。PV值可通过同时保证保持架柱体部分的强度而得以减小。
(3)用作外切滚珠17的滚道面13a和15a的每个凹槽的曲率半径r在普通滚珠轴承中设定在例如由下面不等式表示的范围内0.5＜r/d＜0.54。因此，通过设定比标准值大的曲率半径，由于过程改变和温度变化引起的游隙偏差对轴承运行的影响可以减小。此外，与滚珠17接触的凹槽的曲率半径r设定为比标准值大。因此，PV值可通过同时减小滚珠17和每个滚道面13a和15a之间产生的接触椭圆的尺寸从而抑制差动滑动、以及抑制导致轴承产热和磨损的摩擦力矩而得以减小。然而，当曲率半径r设定过大时，易于产生滚珠和滚道面之间的偏离。因此，很难实现轴承的平稳运转。
因此，在该实施例中，凹槽的曲率半径r设定在由不等式③表示的范围内。从而可以防止凹槽的曲率半径r过度增加。滚珠17和每个滚道面13a和15a之间的接触椭圆的尺寸可通过同时保证轴承可加工性而限制为小尺寸。因此，PV值可通过同时抑制导致轴承产热和磨损的摩擦力矩而得以减小。
(4)当滚珠17及每个滚道面13a和15a之间的接触角α过小或过大时，自转滑动和绕转滑动(spin slip and gyro slip)发生的次数不断增加，导致摩擦力矩和PV值增加。
因此，根据该实施例，接触角α设定在由不等式④表示的范围内，从而可使自转滑动和绕转滑动发生的频率减少，PV值可通过同时抑制导致轴承产热和磨损的摩擦力矩而得以减小。
(5)在轴向游隙SA设定为过大负值的情况下，轴承的可装配性将会变得极差，旋转时的摩擦力矩增大。这些会是轴承寿命减小的重要原因。在获得根据不等式①到④设定的协同效果的环境中，适于实现轴承高速旋转时低噪音、低振动运转的预加载荷条件通过将轴向游隙SA设定在由以下不等式表示的范围内而获得-0.050mm≤SA≤0mm。从而，可以防止由产热和磨损引起的轴承寿命减少。
也就是，该实施例的四点接触滚珠轴承11可限制预加载荷作用下运转中的摩擦力矩的增加，从而抑制轴承的产热和磨损。此外，该实施例可实现轴承高速旋转时低噪音、低振动运转。此外，该实施例通过减小轴承的产热和磨损可实现轴承寿命的增加。
因此，在四点接触滚珠轴承用在CT扫描仪设备中的情况下，该轴承满足了提高可旋转地支承部分运转速率的需求。此外，轴承高速旋转时的噪音和振动得到抑制，从而减轻了病人的精神负担，并防止了由振动引起的测量准确度下降。
此外，为检验上述实施例的作用和效果，在下述测试条件下，对根据本实施例的四点接触滚珠轴承、传统的四点接触滚珠轴承和背对背组合的径向止推滚珠轴承进行了性能评估测试，例如高速旋转时产生的噪音(或声级)、振动值、温升、摩擦力矩和轴承寿命的测试。顺便提及，在传统的四点接触滚珠轴承中，轴向游隙设定为正值。
图2到6示出这些测试的结果。
(测试条件)径向载荷＝10000(N)轴向载荷＝6000(N)力矩载荷＝2000(N·m)旋转速率×滚珠节距圆半径＝160000(min-1·mm)图2到5示出该实施例的四点接触滚珠轴承11在由噪音、振动值、温升和摩擦力矩的测试显示的任何性能中都优于传统的四点接触滚珠轴承，并且该实施例的四点接触滚珠轴承11在这些性能中比得上或好于背对背组合的径向止推滚珠轴承。
此外，从图6可以看出，该实施例的四点接触滚珠轴承11的寿命比得上未施加预加载荷的传统的四点接触滚珠轴承，以及背对背组合的径向止推滚珠轴承的寿命。因此，发现施加预加载荷并不影响寿命的减少。
图7示出根据本发明第二实施例的四点接触滚珠轴承。
如图7所示，第二实施例的四点接触滚珠轴承25通过将轴承箱预先装配到第一实施例的四点接触滚珠轴承11而获得，该轴承箱在装配进CT扫描仪设备中使用。
轴承箱27包括用于容纳外座圈13的外座圈侧轴承箱31，还包括用于容纳内座圈15的内座圈侧轴承箱32。每个外座圈侧轴承箱31和内座圈侧轴承箱32包括组合基座体31a和32a、盖31b和32b以及螺钉元件33和34，其中组合基座体31a和32a可在轴向相互分离。
构成外座圈侧轴承箱31的基座体31a和盖31b的内圆周端部与径向向内伸出的挡圈部分31c、31c完整地装配在一起。
挡圈部分31c、31c覆盖四点接触滚珠轴承11两端的开口部分，从而防止润滑油从充满润滑油的四点接触滚珠轴承11中泄漏，并防止杂质进入四点接触滚珠轴承11。
此外，在外座圈侧轴承箱31和内座圈侧轴承箱32中提供有用于将轴承安装在CT扫描仪设备中的安装孔。
因此，具有组合结构的四点接触滚珠轴承25当装配到CT扫描仪设备中时可以增强可装配性，在该结构中轴承箱27预先装配到四点接触滚珠轴承11。
图8示出了根据本发明第三实施例的四点接触滚珠轴承。
四点接触滚珠轴承36使用外元件38代替第一实施例的四点接触滚珠轴承11的外座圈13，并与内元件39而不是内座圈15装配。
外元件38由外座圈侧轴承箱31和第二实施例的外座圈13整体形成而构造。此外，内元件39由内座圈侧轴承箱32和第二实施例的内座圈15整体形成而构造。
因此，在每个外元件38和内元件39中，形成有与之相关的、用于将轴承牢固地固定到CT扫描仪设备的安装螺钉部分41和42中的一个。
而且，用于防止润滑油从无满润滑油的轴承中泄漏和防止杂质从外部进入轴承的环状挡板44附于外元件38的两内圆周端部。
因此，用作轴承的内和外座圈的部分与轴承箱整体形成。用在CT扫描仪设备中的构成四点接触滚珠轴承和轴承箱的元件可得以减少。轴承到CT扫描仪设备的可装配性能够得以加强。通过减少元件，成本也能减少。
此外，如图9所示，为了通过减小挡板44的直径而使挡板变形，相对于径向倾斜了预定倾斜角的间隙s1预先形成在挡板44圆周上的一位置，挡板44通过在弹簧钢上模压而成环形。因此，可以保证在将轴承装配到设备的操作中减小挡板44直径的容易性。同时，由开放间隙引起的密封性降低可被抑制。
图10示出根据本发明第四实施例的四点接触滚珠轴承。
该第四实施例的四点接触滚珠轴承46通过由两个可轴向相互分离的环状元件51、52构成图8所示第三实施例的四点接触滚珠轴承36的外元件38而得到。第四实施例的其余构成元件与第三实施例的四点接触滚珠轴承的元件基本相同。
图11示出根据本发明第五实施例的四点接触滚珠轴承。
该第五实施例的四点接触滚珠轴承55通过由两个可轴向相互分离的环状元件56、57构成图8所示第三实施例的四点接触滚珠轴承36的内元件39而得到。第五实施例的其余构成元件与第三实施例的四点接触滚珠轴承36的元件基本相同。
在第一到第三实施例的情况中，每个内和外座圈不能分离。因此，滚珠17的装入通过外座圈的弹性变形而完成，与深凹槽滚珠轴承相似。因此，利用外座圈材料在其弹性极限下装入的滚珠17的数量是有限的。
同时，在图10和11中所示的第四和第五实施例的四点接触滚珠轴承46和55的情况中，内和外座圈中至少一个是截开的。在内和外座圈之间装入的滚珠17的数量只受到保持架19柱体部分尺寸的限制，该尺寸对保证强度是有必要的。然而，装入的滚珠17的数量既不与作为外座圈的外元件的弹性极限相关，也不与作为内座圈的内元件的弹性极限相关。
因此，与第一到第三实施例的四点接触滚珠轴承相比，更多数量的滚珠17可装入到第四和第五实施例的每个四点接触滚珠轴承46和55中。通过减小作用到滚珠17上的载荷或增加许可载荷，可实现轴承的耐久性和寿命。
顺便提及，在第一到第五实施例的四点接触滚珠轴承的情况中，前述尺寸设定在由不等式①到④表示的范围内。并且，轴向游隙SA以满足范围-0.050mm≤SA≤0mm的方式设定。因此，实现了高速旋转时的低噪音和低振动。此外，实现了预加载荷作用下高速运转时抑制轴承的产热和磨损。
与此相比，接下来的第六到第八实施例的四点接触滚珠轴承可以获得与前述实施例相似的作用和效果。
第六实施例的四点接触滚珠轴承构造成滚珠由高碳铬钢制成，并且具有740到940的维氏硬度HV的碳氮共渗层(cabonitrided layer)形成在每个滚珠的表面上。
此外，第七实施例的四点接触滚珠轴承构造成滚珠由马氏体不锈钢制成，并且具有1200到1500的维氏硬度HV的碳氮共渗层形成在每个滚珠的表面上。
此外，第八实施例的四点接触滚珠轴承构造成滚珠由工程陶瓷制成，并且每个滚珠的表面具有1300到2700范围的维氏硬度HV。
该第六到第八实施例的四点接触滚珠轴承中，以大于标准值的方式控制每个滚珠表面的维氏硬度。
因此，滚珠的纵向弹性系数变大。由作用在滚珠和滚道面之间的接触面压力引起的滚珠变形受到抑制。从而，滚珠和滚道面之间产生的接触椭圆的尺寸可得以减小。因此，发生在滚珠和每个滚道面之间的差动滑动可减少到最少。
此外，由于滚珠表面硬度设定得大于标准值，抵抗滑动运转的耐磨力加强。滚珠耐磨力的加强和差动滑动的最小化能够抑制预加载荷作用下运转时摩擦力矩的增加。从而轴承的产热和磨损可得到抑制。因此，可以实现高速旋转时的低噪音和低振动。同时，通过减小产热和磨损可以实现轴承寿命的增加。
图12示出了增加滚珠表面维氏硬度HV和将轴承中轴向游隙SA设定为负值的第六到第八实施例的四点接触滚珠轴承、传统接触滚珠轴承和背对背组合的径向止推滚珠轴承中轴承的各种性能比较结果。
顺便提及，性能测试是在两种传统四点接触滚珠轴承上完成的，即，一种是轴向游隙设定为负值的轴承，另一种是轴向游隙设定为正值的轴承。
结果，与背对背组合的径向止推滚珠轴承相比，本发明的四点接触滚珠轴承在空间节省能力和低成本方面胜出。此外，与传统四点接触滚珠轴承相比，本发明的四点接触滚珠轴承在低噪音和轴承寿命方面胜出。前述作用和效果可得到证实。
工业实用性如前所述，根据本发明，(1)滚珠的直径d设定在由不等式0.011≤d/Dp≤0.017表示的范围内。从而避免了滚珠的直径变得过小。因此，PV值可通过同时抑制导致轴承产热和磨损的摩擦力矩而得以减小。
(2)内滚珠距离L1设定在由不等式1.5≤L1/d≤2.1表示的范围内。从而避免了内滚珠距离L1变得过大。因此，PV值可通过同时保证保持架的柱体部分的强度而得以减小。
(3)凹槽的曲率半径r设定在由不等式0.54≤r/d≤0.59表示的范围内。可以防止凹槽的曲率半径过大。从而，产生在滚珠和滚道面之间的接触椭圆通过同时保证轴承的可加工性而限制到小尺寸。因此，PV值可通过同时抑制导致轴承产热和磨损的摩擦力矩而得以减小。
(4)滚珠和每个滚道面之间的接触角α限定在由不等式15°≤α≤25°表示的范围内。因此，PV值可通过同时减少滚珠和滚道面之间的自转滑动和绕转滑动、以及抑制导致轴承产热和磨损的摩擦力矩而得以减小。
(5)在获得根据第(1)到(4)项所示尺寸的性能的作用和优点的协同效果的环境中，适于实现轴承高速旋转时低噪音、低振动运转的预加载荷条件通过将轴向游隙SA设定在由不等式-0.050mm≤SA≤0mm表示的范围内而获得。从而可以防止由产热和磨损引起的轴承寿命减少。
此外，根据第(2)到(4)项中描述的四点接触滚珠轴承，滚珠表面的维氏硬度HV以大于标准值的方式受到控制。从而滚珠的纵向弹性系数变大。由滚珠和滚道面之间的接触压力引起的滚珠变形可受到抑制。从而滚珠和滚道面之间产生的接触椭圆的尺寸可得以减小。因此，发生在滚珠和每个滚道面之间的差动滑动可减少到最少。
此外，设定滚珠表面硬度本身加强了抵抗滑动运转的耐磨力。耐磨力的加强和差动滑动的最小化可抑制预加载荷作用下运转时摩擦力矩的增加。从而轴承的产热和磨损可得到抑制。而且，可以实现高速旋转时的低噪音和低振动。同时，通过减小轴承的产热和磨损可以实现轴承寿命的增加。
权利要求
1.一种四点接触滚珠轴承，包括外元件，在其内圆周上具有滚道面，内元件，在其外圆周上具有滚道面，可滚动地成一排安置在这些外和内元件之间的多个滚珠，和保持架，用于以相等间隔在其圆周方向上安置这些多个滚珠，滚珠与外元件和内元件的两个滚道面中的每一个进行两点接触，其中若d表示滚珠的直径，Dp表示安置于两个滚道面之间的多个滚珠的节距圆直径，L1表示节距圆上相邻滚珠中心之间的距离，r表示用作外切滚珠的滚道面的每个凹槽的曲率半径，以及α表示滚珠以及外和内座圈的每个滚道面之间的接触角，则d、Dp、L1、r和α以分别满足下列不等式的方式设定0.011≤d/Dp≤0.017，1.5≤L1/d≤2.1，0.54≤r/d≤0.59，和15°≤α≤25°；以及在通过滚珠相互接触的外座圈和内座圈之间的轴向游隙SA以满足下列不等式的方式设定-0.050mm≤SA≤0mm。
2.一种四点接触滚珠轴承，包括外元件，在其内圆周上具有滚道面，内元件，在其外圆周上具有滚道面，可滚动地成一排安置在这些外和内元件之间的多个滚珠，和保持架，用于以相等间隔在其圆周方向上安置这些多个滚珠，滚珠与外元件和内元件的两个滚道面中的每一个进行两点接触，其中每个滚珠由高碳铬钢制成；和具有740到940的维氏硬度HV的碳氮共渗层形成在每个滚珠的表面上。
3.一种四点接触滚珠轴承，包括外元件，在其内圆周上具有滚道面，内元件，在其外圆周上具有滚道面，可滚动地成一排安置在这些外和内元件之间的多个滚珠，和保持架，用于以相等间隔在其圆周方向上安置这些多个滚珠，滚珠与外元件和内元件的两个滚道面中的每一个进行两点接触，其中滚珠由马氏体不锈钢制成，和具有1200到1500的维氏硬度HV的碳氮共渗层形成在每个滚珠的表面上。
4.一种四点接触滚珠轴承，包括外元件，在其内圆周上具有滚道面，内元件，在其外圆周上具有滚道面，可滚动地成一排安置在这些外和内元件之间的多个滚珠，和保持架，用于以相等间隔在其圆周方向上安置这些多个滚珠，滚珠与外元件和内元件的两个滚道面中的每一个进行两点接触，其中滚珠由工程陶瓷制成；和每个滚珠的表面具有1300到2700范围的维氏硬度HV。
全文摘要
一种四点接触轴承，其中通过控制预加载荷下运转中摩擦力矩的增加，可限制轴承产热和磨损并减小高速旋转中的噪音和振动、延长轴承寿命。在四点接触轴承(11)中，d是每个滚珠(17)的直径，D
文档编号F16C33/30GK1726350SQ20038010575
公开日2006年1月25日 申请日期2003年12月4日 优先权日2002年12月16日
发明者福永正史 申请人:日本精工株式会社