非金属材质铆合保持器向心球轴承及其制作方法
【专利摘要】非金属材质铆合保持器向心球轴承及其制作方法，保持器主体部分材料是非金属材质，例如塑料或夹布胶木，两半保持器在轴承装配时通过铆钉铆合成为整体保持器。与现行金属材料铆合保持器向心球轴承相比，本发明保持器具有质量轻、离心力小、不会擦伤滚珠等优势；与现行开口冠形塑料或夹布胶木保持器相比，本发明保持器具有闭式结构强度高、运行稳定、无需设置保持器限位装置等优势，从而使得本发明向心球轴承特别适合于现行金属铆合保持器向心球轴承和现行塑料冠形保持器向心球轴承都不能胜任的工况场合，例如高速超高速、强振强冲击、径向重载、力矩载荷等，避免了向心球轴承在这些特殊工况下因保持器引起的轴承早期失效问题，非常有工程应用价值。
【专利说明】非金属材质铆合保持器向心球轴承及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及特种滚动轴承【技术领域】，特别涉及非金属材质铆合保持器向心球轴承及其制作方法。
【背景技术】
[0002]向心球轴承是所有类型滚动轴承中应用面最广、使用量最大的一类滚动轴承，t匕如其中的深沟球轴承，其特出特点是，一般需要外圈变形才能实现与内圈和滚珠的合套，合套后，套圈不可分离，因此，只能是在外圈、内圈和滚珠三大件合套后才能装配保持器，这样就限定了，此类轴承只能采用两半铆合保持器或冠形保持器，两半铆合保持器采用金属材料制成，冠形保持器采用工程塑料制成。
[0003]请参阅图1A、图1B，图1A为现行金属铆合浪形保持器立体示意图，图1B为现行采用该保持器的向心球轴承。该向心球轴承包括轴承外圈11、内圈12、嵌入外圈沟道和内圈沟道之间的滚珠13和将滚珠13沿圆周方向均匀分隔的保持器14，所述各个滚珠13分别置于保持器14兜孔内。该金属铆合浪形保持器14包括两半浪形保持器141和铆钉142，在轴承外圈11、内圈12和滚珠13分选合套后，铆钉142穿过两半浪形保持器141上面的铆钉孔将两半浪形保持器连接起来，然后，通过铆合模将铆钉镦粗变形将两半保持器固联形成金属铆合浪形保持器。金属铆合浪形保持器分别具有如下明显优点和缺点。优点主要源自其铆合后的闭式结构，包括:(1)机械强度高；(2)除非将保持器强行破坏，否则，保持器不会退出、脱离轴承，因此，无需专门设置保持器轴向限位结构。
[0004]缺点主要源自其采用金属材料，包括:(I)质量较重；(2)易划伤滚珠；(3)与滚珠磨损后的脱落物是轴承继续平稳、安全运行的重大隐患。这些缺点在滚珠与保持器接触越频繁、越不平稳的情况下就越突出，例如在如下工况下服役的轴承:低速超低速、高速超高速、频繁启停、正反向交替运转、变速运转、强的振动冲击、摆动运转、径向重载、承受力矩载荷等，在这些工况下，轴承并非以某一合适的速度匀速运转，保持器与滚珠之间的接触频繁且很不平稳，由于滚珠硬度很高且表面非常光洁，因此，结果是，滚珠表面被划伤，保持器兜孔边缘发生磨损脱落，导致轴承无法平稳、可靠运行。
[0005]请参阅图2A、图2B，图2A为现行塑料冠形保持器立体示意图，图2B为现行采用该保持器的向心球轴承。该向心球轴承包括轴承外圈21、内圈22、嵌入外圈沟道和内圈沟道之间的滚珠23和将滚珠23沿圆周方向均匀分隔的保持器24，所述各个滚珠23分别置于保持器24兜孔内。塑料保持器24由塑料模具注塑而成，呈一面开口的冠形结构，保持器的兜口带有锁量，当轴承装配时，外圈、内圈和滚珠合套后，塑料保持器从一侧插入轴承，因塑料具有弹性，插入过程中，需要用力克服锁量，插入后，兜口锁量使得保持器不至于掉出轴承。塑料冠形保持器分别具有如下明显优点和缺点。
[0006]优点主要源自其塑料材质，包括:(I)质量较轻；(2)与金属滚珠或陶瓷滚珠的摩擦学配副性能都很好，在任何工况下都很难发生划伤滚珠表面、产生磨损脱落物的问题。
[0007]缺点主要源自其开式结构，包括:(1)整体机械强度低；(2)开式球兜部分的机械强度低，当轴承不是在合适的某一速度下匀速运转时，比如高速超高速，强振强冲击等，保持器球兜部位变形较大，因此丧失对滚珠的正确引导功能，严重时，还会发生保持器过早失效，包括保持器球兜部分断裂，保持器沿轴向退出轴承等等；(3)为安全起见，需要在轴承上冠形保持器平底端一侧设置保持器限位结构。
[0008]可以看出，现行金属铆合保持器向心球轴承和塑料冠形保持器向心球轴承，都有其明显缺点和局限性，使得下述工况下，因为保持器的问题，它们都难以胜任:高速超高速、强的振动和冲击、径向重载或超重载等等。但随着工业的发展，这样的工况越来越多，现行金属铆合保持器向心球轴承和现行塑料冠形保持器向心球轴承对这些工况不能胜任、提前失效的问题越来越突出，因此，工程实际中迫切需要从创新保持器的角度入手，发明新的向心球轴承，同时克服金属铆合保持器向心球轴承和现行塑料冠形保持器向心球轴承的缺点和不足，保障主机的平稳、可靠运行。
【发明内容】
[0009]本发明的第一目的在于提供一种非金属材质铆合保持器向心球轴承，以同时克服现行金属材料铆合保持器向心球轴承和现行塑料冠形保持器向心球轴承的缺点和局限，解决它们都不能平稳、可靠地在高速超高速、径向重载、力矩载荷、强振强冲击等苛刻工况下运转的问题。
[0010]本发明的第二目的在于提供一种非金属材料铆合保持器向心球轴承的制作方法，以扩大非金属材料保持器的使用范围以及向心球轴承的使用范围。
[0011]本发明的目的是按以下技术方案实现的。
[0012]非金属材质铆合保持器向心球轴承，包括轴承外圈、内圈、嵌入外圈沟道和内圈沟道之间的滚珠和将滚珠沿圆周方向均匀分隔的保持器，所述各个滚珠分别置于保持器兜孔内，所述保持器包括第一半保持器和第二半保持器，第一半保持器和第二半保持器均采用非金属材质制成，其上沿圆周方向设置有铆钉孔，在轴承装配时，两个半保持器通过穿过铆钉孔的铆钉铆合在一起，形成非金属材质铆合保持器。
[0013]非金属材质进一步包括塑料和/或夹布胶木。
[0014]所述的向心球轴承，由塑料制成的半保持器形状为实体冠形或浪形，在轴承装配时，铆钉将两半实体冠形保持器铆合为实体保持器，将两半浪形保持器铆合为浪形保持器。
[0015]所述的向心球轴承，由夹布胶木制成的半保持器形状为实体冠形，在轴承装配时，铆钉将两半实体冠形保持器铆合为实体保持器。
[0016]所述的向心球轴承，实体冠形半保持器的平底端安贴由金属薄板制成的补底加强环片，铆钉将两半冠形保持器及两个补底加强环片铆合为带补底加强环片的实体保持器。
[0017]所述向心球轴承的制作方法，包括所述非金属材质铆合保持器的制造方法，包括如下步骤:
非金属材质铆合实体保持器的制造方法:
加工非金属材质环，得到非金属材质半环；
将成品非金属材质半环两两同心对扣在一起，用机械方式夹牢，配对沿径向加工保持器兜孔，沿轴向加工保持器铆钉孔，制得带铆钉孔的实体冠形半保持器；
在轴承装配时，用铆钉将两半实体冠形半保持器铆合，得到非金属材质铆合实体保持器。
[0018]所述非金属材质铆合保持器的制造方法，还包括:
在各非金属材质半环一侧端面上粘接由金属薄板制成的补底加强环片，补底加强环片的外径小于或等于非金属材质半环的外径，内径大于或等于非金属材质半环的内径，并与非金属材质半环同心；
将两个粘有补底加强环片的非金属材质半环，粘接圆环朝外同心对扣在一起，采用机械方式夹牢，配对沿径向加工保持器兜孔、沿轴向加工铆钉孔，制得带铆钉孔的安贴补底加强环片的实体冠形半保持器；
在轴承装配时，用铆钉将两半安贴补底加强环片的实体冠形半保持器铆合，得到非金属材质铆合实体保持器。
[0019]所述向心球轴承的制作方法，包括:
采用注塑模具注塑制取非金属材质浪形半保持器，其上沿圆周方向均布铆钉孔； 该两半浪形保持器在轴承装配时配对铆接得到非金属材质铆合浪形保持器。
[0020]非金属材质铆合保持器向心球轴承，保持器材质采用非金属材料，例如工程塑料或夹布胶木，保持器结构采用铆合而成的闭式结构，不仅同时克服了现行金属材质铆合保持器向心球轴承和现行塑料冠形保持器向心球轴承存在的缺点和局限，而且同时继承了现行这两种类型向心球轴承的优点。本发明向心球轴承，保持器材料采用非金属，例如工程塑料或夹布胶木，都具有一定的自润滑性，使得保持器材料与钢滚珠和陶瓷滚珠的摩擦学配副性能都比较好，无论在多么复杂、苛刻的工况条件下，不管保持器和滚珠在轴承运行时处在什么样的接触频次、接触方式和接触强度，保持器都不太可能划伤滚珠表面，也不可能产生磨损脱落物污染轴承内腔。本发明向心球轴承，采用铆合而成的闭式结构，因此具有较高的机械强度，即便在十分苛刻的高速超高速、强振强冲击等、径向重载、力矩载荷等运行条件下，保持器也不会发生兜孔变形、整体变形从而失去对滚珠的正确引导的现象，更不会发生断裂或沿轴向退出轴承的现象。
[0021]与现行金属铆合保持器向心球轴承相比，本发明向心球轴承保持器采用非金属材料，比如工程塑料或夹布胶木，均具有一定的自润滑性，与滚珠的摩擦学配副性能明显好于金属保持器，轴承在低速超低速、高速超高速、频繁启动、正反转交替运行、摆动、振动、冲击等工况下运行时，在保持器与滚珠之间的接触、摩擦、碰撞等不可避免且比较剧烈的情况下，也不会擦伤滚珠表面，自身的磨损也大大小于金属保持器，且其磨损脱落物塑料或夹布胶木微粒，比金属保持器的脱落物金属微粒要软得多，十分有利于轴承运转平稳性和运行可靠度的提高。与现行塑料冠形保持器向心球轴承相比，本发明向心球轴承保持器结构采用两半保持器铆合方式，铆合后保持器为闭式结构，大大提高了保持器的结构强度，当轴承在高速超高速、强振动和强冲击、径向重载或力矩载荷环境下工作时，保持器的变形会大大减小，而且不会出现保持器退出设定的保持位置甚至断裂的问题，同样十分有利于轴承运转平稳性和运行可靠度的提高。而且，保持器为闭式结构后，如非对润滑剂密封的需要，轴承可以不设置密封件、防尘盖等对开口冠形保持器进行轴向限位的装置，简化了轴承的结构和设计。
[0022]铆合是将两半保持器进行铆接，对塑料或夹布胶木制成的开口冠形半保持器，保持器平底端安贴补底加强环片，会使得两半保持器可以承受较大的铆合力，从而进一步提高了铆合后保持器的整体强度。
[0023]上述塑料包括但不限于PA66、PA46、PTFE、PPS、P1、PEEK等所有适合制作轴承保持器的工程塑料，包括这些工程塑料的混合、加强、复合材料。
[0024]上述塑料或夹布胶木还包括含油塑料或含油夹布胶木，如多孔含油聚酰亚胺，多孔含油酚醛夹布胶木。
[0025]向心球轴承保持器从早期只有金属铆合保持器发展到目前金属铆合保持器和塑料冠形保持器并存的局面经历了一个过程，这个过程也是人们对轴承摩擦学属性的认识逐步提高的过程，目前，金属铆合保持器和塑料冠形保持器都有其行业标准(JB/T)，业内工程师根据标准进行向心球轴承保持器的设计，金属铆合保持器不合适时，就采用塑料冠形保持器，塑料冠形保持器不合适时，就采用金属铆合保持器，似乎没有什么问题，已经形成一种思维定势。本 申请人:对向心球轴承的运行工况、运行可靠度和失效方式有着多年细致的观察和深入的研究，发现，对一些特殊工况，比如高速超高速、强振强冲击、径向重载、力矩载荷等以高速超高速以及重且不平衡载荷为特征的工况，不管采用金属铆合保持器还是采用塑料冠形保持器，轴承总是发生早期失效，寿命极短，且这些早期失效均与保持器相关，充分说明现行两种保持器均不能胜任这些工况，需要发明新型保持器向心球轴承，同时克服金属铆合保持器机械强度够但与滚珠摩擦学配副性能不佳的缺陷和塑料冠形保持器与滚珠摩擦学配副性能较佳但机械强度不够的缺陷，使得新发明的保持器同时具备高的机械强度和良好的摩擦学配副性能，采用该保持器的向心球轴承能够胜任上述现行向心球轴承不能胜任的苛刻工况。具体就是跳出两个思维定式和技术偏见:(I)非金属保持器，例如塑料或夹布胶木，都是设计制作为整体，从不被设计成两半保持器进行铆合；(2)金属铆钉铆合的都是金属保持器，发明非金属材质铆合保持器向心球轴承，解决本领域一直多年未解决的技术难题。
[0026]非金属材料铆合保持器向心球轴承的发明，大大拓展了向心球轴承的适用工况范围和应用领域，尤其是，低速超低速、高速超高速、变速、正反转、频繁启停、摆动、振动、冲击等工况,例如高速机床主轴轴承、高速纺织机械轴承、高频内置式振动棒轴承、振动电机轴承等等，避免了现行向心球轴承在这些主机中因保持器材料或结构问题引起的轴承过早失效问题，使得向心球轴承在这些苛刻工况下，仍然运行平稳，具有较高的运行可靠度和运行寿命，具有重要的工程实际意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1A为现行金属铆合浪形保持器立体示意图；图1B为采用该保持器的向心球轴承结构示意图。
[0028]图2A为现行塑料冠形保持器立体示意图；图2B为采用该保持器的向心球轴承结构示意图。
[0029]图3A为两半塑料或夹布胶木冠形保持器铆合而成的实体保持器立体示意图；图3B为采用该保持器的向心球轴承结构示意图。
[0030]图4A为带补底加强环片的两半塑料或夹布胶木冠形保持器铆合而成的实体保持器立体示意图；图4B为采用该保持器的向心球轴承结构示意图。
[0031]图5A为两半塑料浪形保持器铆合而成的浪形保持器立体示意图；图5B为采用该保持器的向心球轴承结构示意图。
[0032]图中代号说明
图1中，11外圈 12内圈 13滚珠14金属铆合保持器 141金属浪形半保持器 142铆钉
图2中，21外圈 22内圈 23滚珠24塑料冠形保持器
图3中，31外圈 32内圈 33滚珠34塑料或夹布胶木铆合保持器 341塑料或夹布胶木冠形半保持器 342铆钉
图4中，41外圈 42内圈 43滚珠44带补底加强环片的塑料或夹布胶木铆合保持器 441塑料或夹布胶木冠形半保持器 442补底加强环片 443铆钉
图5中，51外圈 52内圈 53滚珠54塑料铆合浪形保持器 541塑料浪形半保持器 542铆钉。
【具体实施方式】
[0033]本发明向心球轴承采用与钢制或陶瓷滚珠摩擦学配副性能较佳的非金属材料，例如工程塑料或酚醛夹布胶木，制作保持器，而且保持器采用两半铆合结构，克服了现行金属铆合浪形保持器和现行塑料冠形保持器的诸多缺点，使得轴承在低速超低速、高速超高速、变速、正反转、频繁启动、摆动、振动、冲击等特殊工况环境下运行时，在滚珠不能保持其纯滚动状态，存在变速、滑动的情况下，保持器既不会像图1A金属铆合保持器那样擦伤滚珠表面，也不会像图2A塑料冠形保持器那样发生变形乃至断裂，从而保障轴承在这些特殊运转条件下比现行保持器向心球轴承图1B和图2B具有更好的运行平稳性，更高的运行可靠度以及更长的服役寿命。本发明非金属材质铆合保持器向心球轴承特别适合于现行金属铆合保持器向心球轴承和现行塑料冠形保持器向心球轴承都无法胜任的高速超高速、强振强冲击、径向重载、力矩载荷等工况及主机。
[0034]以下结合附图，详细说明本发明。
[0035]实施例一。塑料或夹布胶木铆合保持器向心球轴承。如图3所示，两半塑料或夹布胶木冠形保持器铆合而成的实体保持器立体示意图(图3A)及采用该保持器的向心球轴承结构不意图(图3B)。
[0036]该向心球轴承包括外圈31、内圈32、滚珠33、保持器34，其中，保持器34由塑料或夹布胶木制成，由铆钉342将两半塑料或夹布胶木冠形半保持器341铆合而成。
[0037]从图中可知，保持器34包括第一半保持器341和第二半保持器341，第一半保持器341和第二半保持器341上沿圆周方向设置有铆钉孔，在轴承装配时，两个半保持器341通过穿过铆钉孔的铆钉342铆合在一起，形成非金属材质铆合保持器。
[0038]由塑料或夹布胶木制成的半保持器341形状为实体冠形，在轴承装配状态下，铆钉342将两半实体冠形保持器铆合为实体保持器。
[0039]外圈31、内圈32、滚珠33的加工制作及分选合套方法同现行向心球轴承，不同的是保持器34的制作方法，具体如下:
加工塑料或夹布胶木环，得到塑料或夹布胶木半环；
将成品塑料或夹布胶木半环两两同心对扣在一起，用机械方式夹牢，配对沿径向加工保持器兜孔，沿轴向加工保持器铆钉孔，制得带铆钉孔的实体冠形半保持器； 在轴承装配时，用铆钉342将两半实体冠形半保持器341铆合，得到塑料或夹布胶木铆合实体保持器34。
[0040]实施例二。带补底加强环片的塑料或夹布胶木铆合保持器向心球轴承。如图4所示，带补底加强环片的两半塑料或夹布胶木冠形保持器铆合而成的实体保持器立体示意图(图4A)及采用该保持器的向心球轴承结构示意图(图4B)。
[0041]该向心球轴承包括外圈41、内圈42、滚珠43、保持器44，其中，保持器44包括冠形半保持器(即第一半保持器、第二半保持器)441、安贴在冠形半保持器背部平底端的补底加强环片442以及将两半保持器441及补底加强环片442铆合起来的铆钉443。
[0042]外圈41、内圈42、滚珠43的加工制作及分选合套方法同现行向心球轴承，不同的是保持器44的制作方法，具体如下:
加工塑料或夹布胶木环，得到塑料或夹布胶木半环；
在各半环一侧端面上粘接由金属薄板制成的补底加强环片442，补底加强环片442的外径小于或等于塑料或夹布胶木半环的外径，内径大于或等于塑料或夹布胶木半环的内径，并与塑料或夹布胶木半环同心；
将两个粘有补底加强环片442的塑料或夹布胶木半环，粘接圆环朝外同心对扣在一起，采用机械方式夹牢，配对沿径向加工保持器兜孔、沿轴向加工铆钉孔，获得带补底加强环片的塑料或夹布胶木冠形半保持器，该两半保持器在轴承装配时配对用铆钉443铆接得到带补底加强环片的塑料或夹布胶木铆合实体保持器44。
[0043]实施例三。两半塑料浪形保持器铆合向心球轴承。如图5所示，两半塑料浪形保持器(即第一半保持器、第二半保持器)铆合而成的浪形保持器立体示意图(图5A)及采用该保持器的向心球轴承结构示意图(图5B)。
[0044]由塑料或夹布胶木制成的半保持器341形状为浪形，在轴承装配状态下，将两半浪形保持器铆合为浪形保持器。
[0045]该向心球轴承包括外圈51、内圈52、滚珠53、保持器54，其中，保持器54包括塑料浪形半保持器541以及将两半浪形保持器铆合起来的铆钉542。
[0046]外圈51、内圈52、滚珠53的加工制作及分选合套方法同现行向心球轴承，不同的是保持器54的制作方法，具体如下:
采用注塑模具注塑制取塑料浪形半保持器541，其上沿圆周方向均布铆钉孔；
该两半浪形保持器541在轴承装配时配对用铆钉542铆接得到塑料铆合整体浪形保持器54。
[0047]需要说明的是，上述向心球轴承包括各种标准的和非标准的向心轴承，非标准可能表现在轴承零件的材料上，也可能表现在轴承零件的几何尺寸和结构上，但只要轴承采用滚珠，只要轴承的套圈不可分离(自然或加热状态下)，本发明非金属材质铆合保持器均适用。
[0048]以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
【权利要求】
1.一种非金属材质铆合保持器向心球轴承，包括轴承外圈、内圈、嵌入外圈沟道和内圈沟道之间的滚珠和将滚珠沿圆周方向均匀分隔的保持器，所述各个滚珠分别置于保持器兜孔内，其特征在于，所述保持器包括第一半保持器和第二半保持器，第一半保持器和第二半保持器均采用非金属材质制成，其上沿圆周方向设置有铆钉孔，在轴承装配时，两个半保持器通过穿过铆钉孔的铆钉铆合在一起，形成非金属材质铆合保持器。
2.如权利要求1所述的非金属材质铆合保持器向心球轴承，其特征在于，非金属材质进一步包括塑料和/或夹布胶木。
3.根据权利要求2所述的向心球轴承，其特征在于:由塑料制成的半保持器形状为实体冠形或浪形，在轴承装配状态下，铆钉将两半实体冠形保持器铆合为实体保持器，或将两半浪形保持器铆合为浪形保持器。
4.如权利要求2所述的向心球轴承，其特征在于:由夹布胶木制成的半保持器形状为实体冠形，在轴承装配状态下，铆钉将两半实体冠形保持器铆合为实体保持器。
5.根据权利要求3或4所述的向心球轴承，其特征在于:实体冠形半保持器的平底端安贴由金属薄板制成的补底加强环片，铆钉将两半冠形保持器及两个补底加强环片铆合为带补底加强环片的实体保持器。
6.一种向心球轴承的制作方法，其特征在于:包括所述非金属材质铆合保持器的制造方法，包括如下步骤: 非金属材质铆合实体保持器的制造方法: 加工非金属材质环，得到非金属材质半环； 将成品非金属材质半环两两同心对扣在一起，用机械方式夹牢，配对沿径向加工保持器兜孔，沿轴向加工保持器铆钉孔，制得带铆钉孔的实体冠形半保持器； 在轴承装配时，用铆钉将两半实体冠形半保持器铆合，得到非金属材质铆合实体保持器。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括: 在各非金属材质半环一侧端面上粘接由金属薄板制成的补底加强环片，补底加强环片的外径小于或等于非金属材质半环的外径，内径大于或等于非金属材质半环的内径，并与非金属材质半环同心； 将两个粘有补底加强环片的非金属材质半环，粘接圆环朝外同心对扣在一起，采用机械方式夹牢，配对沿径向加工保持器兜孔、沿轴向加工铆钉孔，制得带铆钉孔的安贴补底加强环片的实体冠形半保持器； 在轴承装配时，用铆钉将两半安贴补底加强环片的实体冠形半保持器铆合，得到非金属材质铆合实体保持器。
8.—种向心球轴承的制作方法，其特征在于:包括: 采用注塑模具注塑制取非金属材质浪形半保持器，其上沿圆周方向均布铆钉孔； 该两半浪形保持器在轴承装配时配对铆接得到非金属材质铆合浪形保持器。
【文档编号】F16C19/16GK103671495SQ201310599711
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】赵联春, 晏丽明, 赵思澄, 陈淑英 申请人:上海斐赛轴承科技有限公司