滚动轴承和使用该滚动轴承的增压器的制作方法

专利名称：滚动轴承和使用该滚动轴承的增压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及滚动轴承和使用该滚动轴承的增压器。
背景技术：
涡轮增压器已经广泛地应用于汽车中，因为它们能进一步增强发 动机的性能。涡轮增压器包括壳体、通过轴承支承在壳体内的涡轮机 轴，且轴承通常已知是滑动轴承，例如在专利文献l中的滑动轴承。然 而，为改进旋转特性(例如由于涡轮增压器所固有的涡轮滞后导致的 不良的响应)，已建议了一种结构，其中使用滚动轴承作为支承涡轮
机轴的轴承，如在专利文献2中示出。
在滚动轴承中，转速的上限值例如基于润滑条件等确定，且滚动 轴承在其上限值以下使用。
以上的涡轮增压器的涡轮机轴以高转速旋转，例如10万至20万转/ 分。因此，传统结构的滚动轴承不能充分地满足此高速旋转，且因此 例如可建议降低润滑油的粘性或通过陶瓷材料形成滚动元件(球)。
也存在一种滚动轴承，其中为实现滚动轴承的高速旋转，滚动体 动体在径向方向上布置在两级内，如在专利文献3中示出。
专利文献h JP-A-5-141259公布 专利文献2: JP-A-10-19045公布 专利文献3: JP-A-9-273547公布
发明内容本发明所解决的问题
在传统的滚动轴承中，当滚动体由陶瓷材料制成时，在旋转期间 造成的离心力变小，这使得轴承能满足高速旋转，但存在的问题是生 产成本增加。另外，当润滑油的粘性降低时，担心滚动轴承的寿命可 能降低，且甚至当润滑油的粘性降低时，存在的问题是传统的滚动轴 承不能充分地满足如在涡轮增压器内的高速旋转。
此外，在专利文献3的图3中示出的滚动轴承中，内圈、内滚动体、 中间圈、外滚动体和外圈在径向方向上线性地从内侧布置，且因此滚 动轴承的径向尺寸增加。结果，其中安装了滚动轴承的壳体的中心孔 在径向方向上增加，且出现了布置问题，即中心孔与也设置于壳体内 的水冷套等干涉。
此外，如在专利文献3的图4中示出，布置在最内圈和最外圈之间 的多个中间圈中的内部的一个具有直径较大的部分和直径较小的部 分，且一个滚道仅形成在直径较大部分的内周侧上，且一个滚道仅形 成在直径较小的部分的外周侧上，且两个滚道以相互隔开的关系设置， 使得它们之间存在空间部分。因此，整个滚动轴承在轴向方向上的长 度增加，且需要较大的用于接收该滚动轴承的轴向空间。结果，存在 很难以邻近它们的关系设置其他零件的问题。
此外，因为以上的构造，在专利文献3中示出的滚动轴承适合于用 作用于高速旋转轴的轴承。然而，在该滚动轴承中，由于旋转在内圈 部分和外圈部分内产生了摩擦转矩。在使用这种滚动轴承的设备中且 特别是在涡轮增压器中，优选地是设置能降低滚动轴承的摩擦转矩的 结构，因为通过降低滚动轴承的旋转阻力而增强旋转响应。
因此，考虑以上问题完成本发明，且本发明的目的是提供可以满 足高速旋转且也可以在径向尺寸和轴向尺寸上降低的滚动轴承，且提 供具有该滚动轴承的增压器。本发明的另一个目的是提供可以满足高速旋转的且可以降低由于 旋转导致的摩擦转矩的滚动轴承，且也提供具有该滚动轴承的增压器。
用于解决问题的装置
为实现以上目的，本发明的滚动轴承包括在外周上具有第一滚
道的内圈，在内周上具有第二滚道的外圈，介于在内圈和外圈之间的 至少一个中间圈，且中间圈在内周上具有第三滚道且在外周上也具有
第四滚道，可滚动地介于在内圈的第三滚道和与之相对的滚道之间的， 且也介于在中间圈的第四滚道和与之相对的滚道之间的多个滚动体， 其中，中间圈包括直径较大的圈部分和通过相对于轴线倾斜的倾斜的 圈部分形成在直径较大的圈部分上的直径较小的圈部分，直径较小的 圈部分的直径小于直径较大的圈部分的直径，且第三滚道形成在直径 较大的圈部分和倾斜的圈部分之间的边界部分处，且第四滚道形成在 直径较小的圈部分和倾斜的圈部分之间的边界部分处。
以该构造，提供了一种结构，其中滚动体设置在至少内圈和中间 圈之间且也设置在中间圈和外圈之间。即，提供了一种结构，其中多 组滚动体存在于内圈和外圈之间。因此，内圈和外圈可以以滚动体的 组(即轴承部分)的转速之和的转速相对于彼此旋转。因此，可以获 得能满足高速旋转的滚动轴承。
此外，该结构使得第四滚道在中间部分的外周表面上形成在直径 较小的圈部分(其直径小于直径较大的圈部分的直径)和倾斜的圈部 分之间，且因此接触该第四滚道的滚动体的中径与传统的具有平行于 轴线延伸的平行的圆柱形形状的中间圈相比(上述专利文献3的图3) 可以制成得更小，且因此可以降低滚动轴承的径向尺寸。
此外，在滚道仅形成在直径较大部分的内周侧上而滚道仅形成在 直径较小部分的外周侧上的情况中，如在传统的中间圈(上述的专利文献3的图4)中，两个滚道以相互分隔开地关系设置，以在它们之间 存在空间部分，且因此整个滚动轴承在轴向方向上长度增加。然而， 在本发明中，第三滚道和第四滚道分别形成在倾斜的圈部分的内周表 面和外周表面上，且因此接触第三滚道的滚动体和接触第四滚道的滚 动体与传统结构相比可以在轴向方向上相互更靠近地布置。因此，滚 动轴承的轴向尺寸可以降低。
此外，在该滚动轴承中，优选地，成对的相对的滚道与布置在其 间的滚动体成角度地接触地布置。
在此情况中，中间圈形成为适合于滚动体与之角向接触的结构。 即，第四滚道在直径较小的圈部分和倾斜的圈部分之间的边界部分处 形成在中间圈的外周上，且因此在分别布置在该第四滚道的相对侧处 的肩部部分处，倾斜的圈部分的肩部直径大于直径较小的圈部分的肩 部直径。因此，在第四滚道处可以形成角向接触滚道，从而利用了倾 斜的圈部分的倾斜。同样，第三滚道形成在直径较大的圈部分和倾斜 的圈部分之间的边界部分处，因此在分别布置在该第三滚道的相对侧 处的肩部部分处，倾斜的圈部分的肩部直径小于直径较大的圈部分的 肩部直径。因此，在此第三滚道处可以形成角向接触滚道，从而利用 了倾斜的圈部分的倾斜。
因此，内圈和外圈需要在它们的一个肩部部分加厚，以实现滚动 体的角向接触。然而，中间圈不需要在一个肩部部分(倾斜的圈部分) 处加厚以致实现滚动体的角向接触。因此，中间圈的形状可以简化， 且使其容易生产。
此外，在该滚动体中，优选地，接触中间圈的第四滚道的滚动体 的中径大于接触中间圈的第三滚道的滚动体的中径。
以该构造，两组滚动体可以在轴向方向上相互更靠近地布置，以使中间圈的倾斜的圈部分介于在它们之间，且滚动轴承的轴向尺寸可 以被制造得较小。
此外，在该滚动轴承的中间圈处，第四滚道的滚道直径优选地小 于第三滚道的滚道直径。
因该构造，在直径较小的圈部分和倾斜的圈部分之间的边界部分 处接触形成在中间圈上的第四滚道的滚动体被布置在径向内部的位置 处，且因此具有多组滚动体的滚动轴承的径向尺寸可以进一步被降低。
本发明的增压器包括壳体、通过滚动轴承支承在壳体内的涡轮机 轴，并且在其一端部处具有涡轮机，且滚动轴承是以上所述的滚动轴 承。
在该构造中，滚动轴承可以满足高速旋转，且因此可以稳定地支 承高速旋转的涡轮机轴。且滚动轴承的径向尺寸被降低，且因此其内 安装了滚动轴承的壳体的中心孔的径向尺寸可以降低。因此，可以避 免使得中心孔与也设置在壳体内的其他部分千涉的布置问题。并且此 外，因为滚动轴承的轴向尺寸可以降低，用于接收此滚动轴承的轴向 空间可以形成得较小。
发明优点
在本发明中，内圈和外圈可以以滚动体组的转速之和的转速相对 于彼此旋转，且该构造整体上可以满足高速旋转。且第四滚道在直径 较小的圈部分(其直径小于直径较大的圈部分的直径)和倾斜的圈部 分之间的边界部分处形成在中间部分的外周表面上，且因此接触该第 四滚道的滚动体的中径可以制成得较小，且因此滚动轴承的径向尺寸 可以降低。此外，第三滚道和第四滚道分别形成在倾斜的圈部分的内 周表面和外周表面上，且因此接触第三滚道的滚动体和接触第四滚道 的滚动体可以在轴向方向上相互更靠近地布置。因此，滚动轴承的轴向尺寸可以降低。
此外，为实现以上目的，本发明的滚动轴承包括在其外周上具有 第一滚道的内圈，在其内周上具有第二滚道的外圈，介于在内圈和外 圈之间的至少一个中间圈，且中间圈在其内周上具有第三滚道且在其 外周上也具有第四滚道，可滚动地介于在中间圈的第三滚道和与之相 对的滚道之间的多个第一球，和介于在中间圈的第四滚道和与之相对 的滚道之间的多个第二球，且第二球的直径小于第一球的直径。
以该构造，每个具有多个球的轴承部分被设置在至少在内圈和中 间圈之间以及也在中间圈和外圈之间。即，轴承部分存在于内圈和外 圈之间的多个级内。因此，内圈和外圈可以以轴承部分的转速之和的 转速相对于彼此旋转。因此，滚动轴承可以满足高速旋转。此外，第 二球的直径小于第一球的直径，且因此在具有第二球的轴承部分处的 摩擦转矩可以形成为小于传统结构的摩擦转矩，且滚动轴承的摩擦转 矩可以降低。
在本发明中提供了一种构造，在该构造中每个具有多个球的轴承 部分存在于内圈和外圈之间的多个级内。内圈和外圈可以以布置在多 级内的轴承部分的转速之和的转速相地于彼此旋转，且该构造可以整 体上满足高速旋转。此外，在具有第二球的轴承部分处的摩擦转矩可 以降低，且滚动轴承的摩擦转矩可以降低。


图l是示出了本发明的滚动轴承的第一实施例的截面视图2是示出了本发明的滚动轴承的第一实施例的改良例的截面视
图3是示出了其中使用了图1的滚动轴承的增压器的截面视图4是解释了本发明的中间圈的解释性视图5A是解释了通过本发明的滚动轴承实现的起动特性的曲线图；图5B是解释了通过本发明的滚动轴承的振动阻尼效果的曲线图6A是相对应图5A的曲线图，但示出了比较例； 图6B是相对应图5B的曲线图，但示出了比较例； 图7是通过将图5B的曲线图和图6B的曲线图结合在一起形成的曲
线图8是示出了本发明的滚动轴承的第二实施例的截面视图； 图9是示出了本发明的滚动轴承的第二实施例的改良例的截面视
图10是解释了通过本发明的滚动轴承的摩擦转矩降低的曲线图。
具体实施例方式
本发明的实施例将随后参考附图来描述。
第一实施例
图l是示出了本发明的滚动轴承的第一实施例的截面视图。该滚动 轴承10可旋转地支承旋转轴41在形成于壳体40内的中心孔43内。图3中 示出了其中使用了这样的滚动轴承10的设备，例如，用作汽车发动机 的增压器的涡轮增压器。在该图3中，滚动轴承10在轴线C的方向上以 相互隔开的关系设置成两排。
在图3中，该涡轮增压器包括壳体40和通过以上的滚动轴承10支承 在壳体40的中心孔43内的涡轮机轴41。该涡轮机轴41具有安装在其一 端部部分上的涡轮机42。滚动轴承10支承涡轮机轴41，使得涡轮机轴 可以绕轴线C旋转。
在图1中，该滚动轴承10包括装配在涡轮机轴41上的单独的内圈1， 固定到壳体40的中心孔43的内周表面上的单独的外圈3，和介于在内圈 l和外圈3之间的单独的中间圈2。内圈l、中间圈2和外圈3以该次序以 偏置关系布置在轴线C的方向上。g卩，该滚动轴承10具有在轴向方向上 延伸的轴向布置。滚动轴承进一步包括可滚动地布置在内圈l和中间圈2之间的环形空间内的一排第一滚动体4，和可滚动地布置在中间圈2和 外圈3之间的环形空间内的一排第二滚动体5。
第一滚动体4以及第二滚动体5包括多个球，且多个球4a (用作第 一滚动体4)通过笼8保持在圆(其圆心布置在轴线C上)上，而多个球 5a (用作第二滚动体5)通过笼9保持在圆(其圆心布置在轴线C上)上。 球4a和球5a具有相同的直径。
内圈l是环形构件，且其内周表面用作装配在涡轮机轴41上的装配 面，且接触了球4a (用作第一滚动体)的第一滚道ll形成在内圈l的外 周表面上。
外圈3是环形构件且其外周表面用作装配到壳体40的中心孔43的 内周表面的装配面，且接触了球5a (用作第二滚动体5)的第二滚道31 形成在外圈3的内周表面上。内圈1的轴向尺寸一般地等于外圈3的轴向 尺寸。
中间圈2是环形构件且在轴向尺寸上大于内圈1和外圈3。接触了球 4a (用作第一滚动体)的第三滚道21形成在中间圈2的内周表面的部分 上，且接触了球5a (用作第二滚动体5)的第四滚道22形成在中间圈2 的外周表面的部分上。内圈l、中间圈2和外圈3以同心方式布置，使得 它们的中心与轴线C一致，但它们在轴线C的方向上相互偏置。
中间圈2包括环形形状的直径较大的圈部分7和环形形状的直径较 小的圈部分6，圈部分6通过倾斜的圈部分15形成在该直径较大的圈部 分7上。直径较小的圈部分6的外周表面的直径小于直径较大的圈部分7 的外周表面的直径。倾斜的圈部分15在相对于轴线C的倾斜的方向上线 性地延伸。直径较大的圈部分7布置在内圈1的径向外部，使得第一滚 动体4介于在圈部分7和内圈1之间。直径较小的圈部分6与该直径较大 的圈部分7在轴向方向上通过倾斜的圈部分15连续，且外圈3布置在该直径较小的圈部分6的径向外部，使得第二滚动体5介于在外圈3和圈部
分6之间。因此，直径较小的圈部分6在径向尺寸上小于直径较大的圈 部分7，且外圈3围绕该直径较小的圈部分6的外周布置，使得第二滚动 体5介于在外圈3和圈部分6之间，且因此外圈3的直径可以降低。因此， 滚动轴承10的径向尺寸可以降低，且提供了一种结构，在该结构中避 免了在径向方向上很突出的径向布置。
环形的第三滚道21形成在直径较大的圈部分7的内周表面和倾斜 的圈部分15的内周表面之间的边界部分处，且环形的第四滚道22形成 在直径较小的圈部分6的外周表面和倾斜的圈部分15的外周表面之间 的边界部分处。中间圈2在其纵向截面内具有弯曲的形状。
接触中间圈2的第四滚道22的第二滚动体5的中径D3大于接触第三 滚道21的第一滚动体4的中径D4。因此，第一滚动体4和第二滚动体5 可以在轴线C的方向上相互靠近布置，使得中间圈2的倾斜的圈部分15 介于在第一滚动体4和第二滚动体5之间，且滚动轴承10的轴向尺寸可 以降低。顺便提及的是，中径意味着通过球(用作滚动体)的中心的 圆的直径。
此外，球4a (用作第一滚动体4)布置为与一对相对的第一滚道ll 和第三轨道21成角度接触，且球5a (用作第二滚动体5)布置为与一对 相对的第四滚道22和第二滚道31成角度接触。它们的接触角e l和e 2 彼此相等，且例如在图1中为15。。因此，滚动轴承10可以接收在轴线 C的方向上的载荷(轴向载荷)。此外，滚动轴承10具有在轴线C的方 向上延伸的轴线布置，且因此具有轴向减振性能。
此外，中间圈2形成为适合于滚动体4和5与之角向接触的结构。艮P， 第四滚道22在中间圈2的外周上形成在直径较小的圈部分6和倾斜的圈 部分15之间的边界部分处，因此在分别布置在第四滚道22的相对的侧 的肩部部分处，倾斜的圈部分15的肩部直径大于直径较小的部分6的肩部直径。因此，在第四滚道22处可形成角向接触的滚道，从而利用了 倾斜的圈部分15的倾斜。第三滚道21也形成在直径较大部分7和倾斜的 圈部分15之间的边界部分处，因此在分别布置在第三滚道21的相对侧 的肩部部分处，倾斜的圈部分15的肩部直径小于直径较大的圈部分7的 肩部直径。因此，在第三滚道21处可以形成角向接触滚道，从而利用 了倾斜的圈部分15的倾斜。
因此，内圈1和外圈3需要在它们的一个肩部部分处加厚，以实现 滚动体4和5的角向接触。然而，中间圈2不需要在一个肩部部分(倾斜 的圈部分15)处加厚以实现滚动体4和5的角向接触。因此，中间圈2的 结构被简化，且中间圈2可以通过使具有均匀厚度的圆柱体塑性变形而 容易地产生。
在该中间圈2中，直径较小的圈部分6在直径上小于直径较大的圈 部分7，如上所述，且此外直径较小的圈部分6的第四滚道22的滚道直 径D2小于直径较大的圈部分7的第三滚道21的滚道直径D1(D2〈D1)。顺 便提及的是，第四滚道22的滚道直径D2是滚道22的直径最小的部分的 直径，且第三滚道21的滚道直径D1是滚道D1的直径最大部分的直径。
在以上的构造中，球4a (用作第一滚动体4)可滚动地介于在内圈 1和中间圈2的一对相对的第一滚道11和第三滚道21之间，且球5a(用作 第二滚动体5)可滚动地介于在中间圈2和外圈3的一对相对的第四滚道 22和第二滚道31之间。该滚动轴承10具有多组(两级)的滚动体4和5， 它们布置在内圈l (装配在涡轮机轴41上)和固定到壳体40的外圈3之 间。即，该滚动轴承10包括由内圈1、第一滚动体4和中间圈2 (该中 间圈用作外圈)形成的第一轴承部分A，和由中间圈2 (该中间圈2用作 内圈)、第二滚动体5和外圈3形成的第二轴承部分B。
在以上构造的滚动轴承10中，当涡轮机轴41以预定的转速旋转时， 滚动轴承10的内圈1以此预定的转速相对于外圈3旋转。在该旋转状况中，该预定的转速分配到布置在两级内的第一轴承部分A和第二轴承部
分B。即，虽然内圈1与涡轮机轴41一致地旋转，但中间圈2与内圈1以 低于内圈的速度一起旋转(即处于减速状况)。结果，每级的轴承部 分的转速小于预定的转速，且因此滚动轴承整体能够以与传统轴承相 比更高速度的速度旋转。具体地，当涡轮机轴41旋转时，例如以20万 转/分旋转时，靠近涡轮机轴41的第一 (内部)轴承部分A以16万转/分 旋转，而靠近壳体40的第二 (外部)轴承部分B以4万转/分旋转，该转 速低于第一轴承部分A的转速。分别分配到布置在多级内的轴承部分A 和轴承部分B的旋转速度根据涡轮机轴41 (内圈l)的转速改变而自动 地改变。此时，包括外圈3的第二轴承部分B以低于包括内圈1的第一轴 承部分A转速的转速旋转，且转速以预定的比率分配到轴承部分A和轴 承部分B。
该滚动轴承10的中间圈2具有使得第四滚道22形成在直径较小的 圈部分6 (在直径上小于直径较大的圈部分7)和倾斜的圈部分15之间 的边界部分处的外周表面上的结构。使用该结构，第二滚动体5 (接触 形成于在直径较小的圈部分6和倾斜的圈部分15之间的边界部分处第 四滚道22)且布置在径向内部的位置，且因此滚动轴承10的径向尺寸 可以降低。即，外圈3的外周表面的直径可以降低。因此，壳体40的中 心孔43 (这些滚动轴承10被固定地接收其中)的内径可以降低。结果， 防止中心孔43与设置在壳体40内的例如冷却水套和通道干涉(用于将 润滑剂供给到滚动轴承)。
此外，在该滚动轴承10的中间圈2内，第三滚道21形成于在直径较 大部分7和倾斜的圈部分15之间的边界部分的内周表面上，且第四滚道 22形成于在直径较小部分6和倾斜的圈部分15之间的边界部分的外周 表面上。因此，可以降低滚动轴承的轴向尺寸。
这将参考图4描述，且在其中滚道仅形成在中间圈52的直径较大的 圈部分57的内周上(以点划线表示)的比较例的情况中，且滚道也在仅形成在直径较小的圈部分56的外周上的比较例的情况中，滚动体4和
滚动体5 (分别接触两个滚道)之间的距离Q在轴向方向上增加，且滚 动轴承在轴向方向上的总长度增加。然而，在本发明中，第三滚道21 和第四滚道22分别形成在倾斜的圈部分15的内周表面和外周表面上， 如以实线表示，且因此在滚动体4和滚动体5 (分别接触了第三滚道21 和第四滚道22)在轴向方向上之间的距离P可以产生得小于以上对比例 中的距离Q (P<Q)。即，滚动体4和滚动体5可以在轴向方向上相互更 靠近地布置，且因此滚动轴承的轴向尺寸可以降低。
此外，第三滚道21和第四滚道22分别形成在倾斜的圈部分15的内 周表面的部分上和倾斜的圈部分15的外周表面部分上，且接触第四滚 道22的第二滚动体5的中径D3大于接触第三滚道21的第一滚动体4的中 径D4，且因此第一滚动体4和第二滚动体5可以在轴线C的方向上相互靠 近布置。因此，滚动轴承10在轴线C的方向上的尺寸可以降低。因此， 在轴线C的方向上的用于接收滚动轴承10的空间可以降低，且其他零件 可以容易地邻近滚动轴承设置。
此外，在图1中示出的中间圈2上，第四滚道22的滚道表面22a布置 在第三滚道21的滚道表面21a的径向向内，且因此接触第四滚道22的第 二滚动体5在径向较内侧布置，且因此径向尺寸可以进一步降低。
此外，中间圈2是具有使得它由内圈1和外圈3通过滚动体4和5支承 的构造，且与滚动体4和5角向接触地布置，且因此的构造使得设定在 内圈1和中间圈2之间的轴承间隙(在第一轴承部分A中的轴承间隙)和 设定在外圈3和中间圈2之间的轴承间隙(在第二轴承部分B中轴承间 隙)根据转速自动地调整到各自合适的值。
此外，分别从滚动体4和5施加到中间圈2的载荷分别通过在轴向方 向上相互偏置的第三滚道21和第四滚道22接收，且因此中间圈自身类 似于板簧起作用，且实现了高的振动阻尼效果。图5A到图7是解释了通过本发明的滚动轴承10实现的振动阻尼效 果的曲线图。图5A是示出了当0.053 Mpa空气压力送给到涡轮机测试设 备(在不设置压縮机的壳体的状况中)时获得的转速开始，其中设置 本发明的两个滚动轴承，且图5B是示出了在该情况中获得的振动值的 曲线图。X代表了在轴向方向上的滚动轴承的阻尼值，Y代表在水平径 向方向上滚动轴承的阻尼值，且Z代表在竖直径向方向上的滚动轴承的 阻尼值。另一方面，图6A是示出了在比较例中获得的转速开始的曲线 图，其中使用了传统的不具有第二轴承部分(其中滚动体设置在一级 内的滚动轴承)的滚动轴承，且图6B是示出了在该情况中获得的振动 值的曲线图。图7是同时地示出了图5B的振动值和图6B的振动值的曲线 图。如从这些曲线图中可见，当使用了本发明的滚动轴承时，在开始 后的最大转速可以增加，且阻尼值也明显降低，且将理解，可获得高 阻尼效果。图5A与图6A的比较表示了当送给0.035 Mpa的相同空气压力
时本发明的滚动轴承的最终转速与比较例的最终转速不同。本发明的 滚动轴承的最终转速更高，且轴承的旋转阻力更小，且即这证明了轴 承是低转矩轴承类型。
第一实施例的改良例
本发明的滚动轴承10可接受以至于至少一个中间圈2介于在内圈1 和外圈3之间，且多个滚动体可滚动地介于在内圈l、中间圈2和外圈3 的每对相对的滚道之间。两个中间圈2a和2b也可以介于在内圈l和外圈3 之间，如在图2中示出。在此情况中，内圈l、第一中间圈2a、第二中间 圈2b和外圈3以该次序在轴线C的方向上以偏置关系布置。 一排第一滚 动体45可滚动地布置在内圈l和第一中间圈2a之间的环形空间内，且一 排第二滚动体46可滚动地布置在第一中间圈2a和第二中间圈2b之间的 环形空间内，且一排第三滚动体47可滚动地布置在第二中间圈2b和外 圈3之间的环形空间内。
这些中间圈2a和2b在构造上与第一实施例的中间圈2相同，且中间圈2a和2b的每个包括环形形状的直径较大的圈部分7和环形形状的直径 较小的圈部分6，圈部分6通过倾斜的圈部分15形成在该直径较大的圈 部分7上。在中间圈2a和2b的每个中，第三滚道21形成于在直径较大的 圈部分7的内周表面和倾斜的圈部分15的内周表面之间的边界部分处， 第四滚道22形成于在直径较小的圈部分6的外周表面和倾斜的圈部分 15的外周表面之间的边界部分处。
该滚动轴承10具有使得滚动体45、 46和47布置于在内圈1 (装配在 涡轮机轴41上)和固定到壳体40的外圈3之间的三个级内的结构。艮P， 在该滚动轴承10中，第一轴承部分E通过内圈1、第一滚动体45和第一 中间圈2a形成，使得第一中间圈2a用作外圈，且第二轴承部分F由第一 中间圈2a、第二滚动体46和第二中间圈2b形成，使得第一中间圈2a用作 内圈而第二中间圈2b用作外圈，且第三轴承部分G通过第二中间圈2b、 第三滚动体47和外圈3形成，使得第二中间圈2b用作内圈。以该构造， 滚动轴承10的总转速分配到轴承部分E、 F和G，且可获得能满足高速运 行的滚动轴承IO。
此外，已知一些材料可用作本发明的滚动轴承10的材料，且特别 地当球用作滚动体且中间圈由轻量陶瓷材料制成时，实现了能支承在 更高的速度下旋转的轴的结构。
在以上实施例的每个的滚动轴承10中，内圈1可以相对于外圈3在 下述转速下旋转，即该转速是多组滚动体(即轴承部分)的转速之和。 以该构造，可以获得满足作为整体能满足高转速的滚动轴承IO。因此， 在该滚动轴承10中，总体的可允许转速增加，且因此滚动轴承能在高 度安全地情况下支承旋转的涡轮机轴41，且即使当涡轮机轴41以高速 旋转时也能稳定地支承涡轮机轴41。
此外，总体转速分配到轴承部分，且因此也能降低由于高速旋转 导致的温度升高。因此，由于温度改变引起的轴承部分的尺寸的改变也能被降低到小的程度。且此外，因为在每个轴承部分处的转速降低， 所以可以关于滚动轴承10内的润滑剂能获得有利的效果。即，温度升 高被减少且因此可以使用与目前使用的润滑油相比在耐热性上更低的 且更便宜类型的润滑油。且此外，可以使用在保护地球环境方面比传 统使用的油更有利的植物油和生物可降解的油。
此外，转速分配到多级轴承部分，使得在每个轴承部分处的转速 降低，且因此在每个轴承部分处的旋转阻力降低。因此，滚动轴承IO 可以整体上形成为低转矩的设计。因此，在采用了这种滚动轴承10的 涡轮增压器内，在滚动轴承10的部分处的旋转阻力被降低，且因此旋 转响应增强，且涡轮机滞后可以被抑制。
此外，轴承部分布置在多级内，且因此当将预载荷施加到滚动轴 承10时，可以实现在轴承部分的每个处的预载荷调整。因此，对于整 体的滚动轴承10的预载荷可以细微且精确地调整。
此外，每个笼具有环形形状，如在图1和图3中示出，且当在横截
面中看时笼在轴线c的方向上从其一端部分向其另一端部分倾斜。艮口，
参考图l，笼8和9的每个包括直径较大的部分13a、直径较小的部分13b 和将它们在轴向方向上相互连接的倾斜的部分13C，且倾斜部分13c以 与中间圈2的倾斜的圈部分15类似的方式倾斜。以该构造，当球4a、 5a 滚动时，笼8、 9搅动了球4a、 5a附近的空气，因此增强了冷却效果。
本发明的滚动轴承10不限制于所图示的形式，且可以在本发明的 范围内采取不同的其他形式，且可以设置三个或更多的中间圈。在此 情况中，每个轴承部分的转速进一步被降低，且因此可以获得能满足 更高速度的旋转的滚动轴承的类型。此外，可以使用其中外圈3被旋转 的构造。
第二实施例该实施例与第一实施例不同在于用作滚动体的第二球的直径小于 用作滚动体的第一球的直径。在下面的描述中，与第一实施例相同的
构造将分别通过相同的附图标记指定，且将省略它们的解释。
在第二实施例中，如在图8中示出，径向布置在中间圈2内侧的第
二球5'的直径d2小于径向布置在中间圈2外侧的第一球4'的直径dl (d2<dl)。第二球5'的数量大于第一球4'的数量。具体地，例如在其中 外圈3的直径为20 mm且内圈l的直径为6 mm的滚动轴承10中，第二球 5'的数量为12且其直径d2为2.381 mm (6/64英寸)，且第一球4'的数量 为8且其直径dl为2.778 mm (7/64英寸)。
在该实施例中，第二球5的直径d2小于第一球4的直径dl，且因此 在具有第二球5的第二轴承部分B处的摩擦转矩可以产生地小于传统结 构的摩擦转矩，且可以降低滚动轴承10的摩擦转矩。图10是解释了通 过本发明的滚动轴承10的摩擦转矩降低的曲线图。该图示出了代表了 在图8中示出的第二实施例的滚动轴承10的第一轴承部分A和第二轴承 部分B处的摩擦转矩的仿真结果。图10示出了在第一轴承部分A和第二 轴'承部分B处的摩擦转矩(纵坐标轴)，在内圈1相对于外圈3的转速为 20万转/分且中间圈2的转速(横坐标轴)变化时可获得该摩擦转矩。在 例子中，外圈3的直径为20mm且内圈l的内径为6mm，且第一球4'的数 量为8且其直径dl为2.778 mm (7/64英寸)，且第二球5'的数量为12且 其直径d2为2.381 mm (6/64英寸)。球4'和5'由陶瓷材料制成且接触角 度为15° 。第一球4'的中径D4为11 mm，且第二球5'的中径D3为15 mm。 且产生60N的径向载荷作用在滚动轴承10上。
在图10中，虚线(箭头a)涉及对比例的滚动轴承，其中第一球和 第二球具有相同的直径(2.778 mm)，且代表了径向布置在外侧的第 二轴承部分B的摩擦转矩。此对比例除第一球和第二球具有相同的直径 之外与本例相同。实线(箭头b)代表了本例的第二轴承部分B的摩擦 转矩。点划线(箭头c)代表了在对比例和本例的每个的第一轴承部分A处的摩擦转矩。如在图10中示出，在本例的第二轴承部分B处的摩擦 转矩小于对比例的摩擦转矩，特别是在从6万转/分到20万转/分的宽运 行范围内。即，通过使得第二球5'的直径d2小于第一球4'的直径dl，在 具有第二球5'的第二轴承部分B处的摩擦转矩可以降低。
此外，在该第二实施例的滚动轴承中，虽然第二球5'的直径d2小于 第一球4'的直径dl，但第二球5'的数量大于第一球4'的数量，且因此可 以防止第二轴承部分B (具有第二球5')对于外力(轴向力，径向力) 的载重能力降低。
第二实施例的改良例
如在图9中示出，两个中间圈2a和2b可以介于在内圈l和外圈3之 间，如图2中示出的第一实施例的改良例中一样。除了球的结构外，第 二实施例的改良例的构造类似于第一实施例的改良例的构造，且因此 将省略对它们的描述。
在第二实施例的改良例中，在第一中间圈2a的径向外侧和内侧， 第二球46'的直径d2小于第一球45'的直径dl (d2<dl)，且另外在第二中 间圈2b的径向外侧和内侧，第三球47'的直径d3小于第二球46'的直径d2 (d3<d2) 。 gp，获得了如下关系(第一球45'的直径dl)〉(第二球 46的直径d2) > (第三球47'的直径d3)。
第二实施例及其改良例的滚动轴承10不限制于图示的形式，且在 本发明的范围内可以采用其他形式。虽然未示出，但作为将图8和图9 的中间圈2形成为弯曲形状的替代，它们可以具有平行于轴线C的短圆 柱形形状。此外，作为将第一球4和第二球5在轴向方向上以偏置的关 系布置的替代，第一球4和第二球5可以布置在垂直与轴线C的平面上。 此外，本发明的滚动轴承可以是这种外圈3被旋转的构造。
在以上实施例的每个的滚动轴承10中，内圈1可以相对于外圈3以等于轴承部分的转速总和的转速旋转。以该构造，可以获得整体能满 足高速旋转的滚动轴承IO。因此，在该滚动轴承10中，可允许的总转 速增加，且因此滚动轴承在高安全性的情况下支承涡轮机轴41，且即 使涡轮机轴41高速旋转时，也可以稳定地支承涡轮机轴41。
此外，可以使用已知的一些材料作为本发明的滚动轴承10的材料，
且特别地当球和中间圈由轻量陶瓷材料制成时，实现了能支承以更高 速度旋转的轴的结构。
此外，总转速分配到轴承部分，且在轴承部分处的摩擦转矩可以 降低，且因此也可以降低由于高速旋转导致的温度升高。因此，由于 温度改变引起的轴承部分的尺寸改变也可以降低到小的程度。而且此
外，因为在每个轴承部分处的转速被降低，所以关于在滚动轴承10内
的润滑剂可以获得有利的效果。即，降低了温度升高，且因此可以使
用与目前使用的润滑油相比在耐热性上更低的且更便宜类型的润滑 油。而且此外，可以使用在保护地球环境方面比传统使用的油更有利 的植物油和生物可降解的油。
此外，转速分配到多级轴承部分上，使得在每个轴承部分处的转 速降低，且因此在每个轴承部分处的旋转阻力降低。此外，在每个轴
承部分处的摩擦转矩降低，且因此滚动轴承io可以整体上形成为低转 矩设计。因此，在使用了这种滚动轴承io的涡轮增压器中，在滚动轴
承10部分处的旋转阻力被降低，且因此增强旋转响应，且起动特性增 强，使得转速迅速增加，且涡轮滞后可以更有效地被抑制。
此外，轴承部分布置在多级中，且因此当将预载荷施加到滚动轴 承10上时，可以实现在轴承部分的每个处的预载荷调整。因此，对于 整个滚动轴承10的预载荷可以细微且精确地调整。
此外，每个笼具有环形形状，如在图1和图2中示出，且当在横截面中看时笼在轴向方向上从其一端部分向其另一端部分倾斜。即参考
图l，笼8和9的每个包括直径较大的部分13a、直径较小的部分13b和将 它们在轴向方向上相互连接的倾斜的部分13C，且倾斜部分13c以与中 间圈2的倾斜的圈部分15类似的方式倾斜。以该构造，当球4a、 5a滚动 时，笼8、 9搅动了球4a、 5a附近的空气，因此增强了冷却效果。
此外，可以设置三个或多个中间圈。在此情况中，每个轴承部分 处的转速进一步被降低，且可以获得能满足更高转速运行的滚动轴承 类型。对于从径向内侧到径向外侧布置在多级内的轴承部分的球，布 置在径向最内侧的球的直径最大，且朝向径向外侧，球的直径变小， 且布置在径向最外侧的球的直径最小。
权利要求
1. 一种滚动轴承，包括在其外周上包括第一滚道的内圈；在其内周上包括第二滚道的外圈；至少一个中间圈，其介于在所述内圈和所述外圈之间，所述中间圈在其内周上包括第三滚道且在其外周上包括第四滚道；和多个滚动体，它们可滚动地介于所述中间圈的第三滚道和与之相对的滚道之间以及所述中间圈的第四滚道和与之相对的滚道之间，其中，所述中间圈包括直径较大的圈部分和通过相对于轴线倾斜的倾斜圈部分形成在直径较大的圈部分上的直径较小的圈部分，所述直径较小的圈部分的直径小于所述直径较大的圈部分的直径；其中，所述第三滚道形成在直径较大的圈部分和所述倾斜的圈部分之间的边界部分处，且所述第四滚道形成在所述直径较小的圈部分和所述倾斜的圈部分之间的边界部分处。
2. 根据权利要求l所述的滚动轴承，其中，成.对的相对的滚道布 置为与布置在它们之间的滚动体成角度接触。
3. 根据权利要求1或2所述的滚动轴承，其中，接触所述中间圈 的第四滚道的滚动体的中径大于接触所述中间圈的第三滚道的滚动体 的中径。
4. 根据权利要求1至3的任一项所述的滚动轴承，其中，在所述 中间圈处，所述第四滚道的滚道直径小于所述第三滚道的滚道直径。
5. —种增压器，包括壳体和涡轮机轴，所述涡轮机轴通过滚动 轴承支承在所述壳体内且在其一端部处具有涡轮机，其中，所述滚动 轴承是根据权利要求1至4的任一项所述的滚动轴承。
6. —种滚动轴承，包括 在其外周上包括第一滚道的内圈； 在其内周上包括第二滚道的外圈；至少一个中间圈，其介于在所述内圈和所述外圈之间，所述中间圈在其内周上包括第三滚道且在其外周上包括第四滚道；多个第一球，它们可滚动地介于所述中间圈的第三滚道和与之相对的滚道之间；和多个第二球，它们可滚动地介于在所述中间圈的第四滚道和与之相对的滚道之间；所述第二球的直径小于所述第一球的直径。
7. 根据权利要求6所述的滚动轴承，其中所述中间圈包括直径较大的圈部分和通过相对于轴线倾斜的倾斜 的圈部分形成在所述直径较大的圈部分上的直径较小的圈部分，所述 直径较小的圈部分的直径小于所述直径较大的圈部分的直径；和所述第三滚道形成在所述直径较大的圈部分和所述倾斜的圈部分 之间的边界部分处，且所述第四滚道形成在所述直径较小的圈部分和 所述倾斜的圈部分之间的边界部分处。
8. 根据权利要求6或7所述的滚动轴承，其中，成对的相对的滚 道布置为与所述布置在它们间的球成角度接触。
9. 根据权利要求6至8的任一项所述的滚动轴承，其中，在所述 中间圈处，所述第四滚道的滚道直径小于所述第三滚道的滚道直径。
10. —种增压器，包括壳体和涡轮机轴，所述涡轮机轴通过滚动 轴承支承在壳体内且在其一端部处具有涡轮机，其中，该滚动轴承是 根据权利要求6至9的任一项所述的滚动轴承。
全文摘要
本发明提供了一种滚动轴承和使用该滚动轴承的增压器，其包括在外周上具有第一滚道的内圈，在内周上具有第二滚道的外圈，介于在内圈和外圈之间的至少一个中间圈，且中间圈在内周上具有第三滚道且在外周上具有第四滚道，介于在第一滚道和第三滚道之间的第一滚动体，和介于在第四滚道和第二滚道之间的第二滚动体。中间圈包括直径较大的圈部分和通过倾斜的圈部分形成在直径较大的圈部分上的直径较小的圈部分。第三滚道形成在直径较大的圈部分和倾斜的圈部分之间的边界部分处，且第四滚道形成在直径较小的圈部分和倾斜的圈部分之间的边界部分处。
文档编号F16C19/18GK101415961SQ20078001183
公开日2009年4月22日 申请日期2007年3月27日 优先权日2006年3月28日
发明者上野弘, 中下智德, 中田龙二, 井上哲朗, 坂东重德, 大岛昭男, 大槻正章, 气田健久, 白木利彦, 阿部真树 申请人:株式会社捷太格特