CN100360820C - 滚子轴承 - Google Patents

Abstract

一种滚子轴承，包括：内环，其有一个在外周表面上的滚动接触表面；外环，其有一个在内周表面上的滚动接触表面，外环的滚动接触表面与内环的滚动接触表面对置；多个圆柱滚子，每一个滚子可在内环的滚动接触表面与外环的滚动接触表面之间自由滚动，并且每一个滚子包括外周部分是凸面的端面；凸缘部分，形成在内环的外周表面的端部上和/或在外环的内周表面的端部上。外周部分是以指数函数y＝a·exp(-b·x)表达的弯曲形状的凸面，其中a和b是常数，x是在圆柱滚子的径向方向上距离滚动接触表面的距离，y是凸面在圆柱滚子的轴向方向上从圆柱滚子的端面的中心部分离开的量值。

Description

滚子轴承

技术领域

本发明涉及使用圆柱滚子作为滚动件的滚子轴承的改进。

背景技术

使用圆柱滚子作为滚动件的滚子轴承通常有一个轴向推力载荷，同时也有径向载荷，并且它有一个结构：一个凸缘部分设置在一个内环端部的外圆周表面端部和一个外环的内圆周表面端部，并且圆柱滚子的端面和凸缘部分的内侧面接触以便承受轴向推力载荷。不管怎样，如果圆柱形滚动件正滚动，而内环和外环的滚动件的滚动接触表面歪斜，圆柱形滚动件的一个边缘部分接触凸缘部分的内侧面，引起轴承缩短寿命。因此，凸缘部分的内侧面以预定开口角度倾斜于滚子轴承中的圆柱滚子的端面，如在JP-A-7-12119中的描述。

在该滚子轴承中，当圆柱滚子歪斜时，就会阻止圆柱滚子的边缘部分与凸缘部分的内侧面的接触。但是，当圆柱滚子不歪斜时，圆柱滚子的端面接触内环和/或外环的碾磨的间隙槽，当承受轴向推力载荷时产生一个边缘负荷而引起过早的磨损。这样，为了抑制产生边缘负荷，已经提出了一种滚子轴承，其圆柱滚子端面的外周部分是像有单一弯曲曲率的圆弧一样的凸面(参见JP-A-2002-70874)。

然而，如果圆柱滚子端面的外周部分是像有单一弯曲曲率的圆弧一样的凸面，圆柱滚子和凸缘之间的接触位置由于凸缘部分的内侧面的开口角度而被大大地改变。因此，如在JP-A-2002-70874中描述的滚子轴承，该轴承要求严格地设立凸缘部分的内侧面的开口角度以保持圆柱滚子和凸缘部分之间的接触位置恒定，这就增加了制造成本。因为JP-A-2002-70874所描述的滚子轴承由于圆柱滚子和凸缘部分之间的接触位置导致在圆柱滚子的端面和凸缘部分的内侧面之间形成一个窄的间隙，润滑剂例如油脂渗透是困难的，导致咬死的问题更可能产生。

发明内容

根据上述问题获得了本发明，本发明的一个目的是提供一种滚子轴承，其可避免增加制造成本以及由于歪斜而产生的咬死或边缘载荷和过早的磨损。

为了达到该目的，本发明提供了一种滚子轴承，包括：内环，其有一个在外周表面上的滚动接触表面；外环，其有一个在内周表面上的滚动接触表面，外环的滚动接触表面与内环的滚动接触表面对置；多个圆柱滚子，每一个滚子可在内环的滚动接触表面与外环的滚动接触表面之间自由滚动，并且每一个滚子包括外周部分是凸面的端面；凸缘部分，形成在内环的外周表面的端部上和/或在外环的内周表面的端部上。外周部分是以指数函数y＝a·exp(-b·x)表达的弯曲形状的凸面，其中a和b是常数，x是在圆柱滚子的径向方向上距离滚动接触表面的距离，y是凸面在圆柱滚子的轴向方向上从圆柱滚子的端面的中心部分离开的量值；由指数函数限定的滚子的设计区域是如下被限定的区域：凸缘面上的接触点距离(P1)为从滚动接触表面到圆柱滚子和凸缘部分之间的接触点的距离，所述凸缘面上的接触点距离(P1)小于或等于凸缘部分的高度(H)减去在凸缘部分上端的斜切量得到的值(H1)，和滚子的端面上的接触点距离(P2)为从圆柱滚子的外周表面到圆柱滚子和凸缘部分之间的接触点的距离，所述滚子的端面上的接触点距离(P2)大于或等于滚子的斜切量(C)或凸缘部分的基座端部碾磨间隙槽17的高度(H0)。

优选地，在圆柱滚子不歪斜的同时使圆柱滚子的端面压靠凸缘部分时，圆柱滚子和凸缘部分之间的接触点位于圆柱滚子的凸面部分内。

优选地，凸缘部分接触圆柱滚子的端面的接触点位于除去凸缘部分的端部以外的位置。

优选地，当圆柱滚子歪斜地接触凸缘部分时，圆柱滚子的端面和凸缘部分之间的接触点位于圆柱滚子的凸面部分上，并且在除去凸缘部分的端部以外的位置。

附图说明

参考伴随的附图本发明可以更容易地叙述：

图1是根据本发明的一个实施例的滚子轴承的轴向横截面图。

图2是图1所示内环的轴向横截面图。

图3是图1所示外环的轴向横截面图。

图4是图1所示A部分的详细视图。

图5是图4所示切线的斜度和在朝向滚子直径中心的方向上距离滚动件的滚动接触表面的距离x之间关系的图形表达。

图6是表示圆柱滚子接触凸缘部分状态的视图。

图7是图6所示的轴向间隔d和图4所示的距离x之间关系的图形表达。

图8A和8B是表示圆柱滚子歪斜状态的视图。

图9A和9B是表示圆柱滚子和凸缘部分之间的空间关系的视图。

图10是图9A所示的接触点距离P1、P2和歪斜角度之间关系的图形表达。

具体实施方式

参见图1至10，本发明的优选实施例描述如下。

图1是根据本发明的一个实施例的滚子轴承的轴向横截面图。根据本发明的该实施例的滚子轴承包括一个内环11和一个外环12，如图1所示。

内环11的外径比外环12的内径小。内环11像一个环形。滚动件的滚动接触表面13形成在内环11的外周表面上，如图2所示。另一方面，外环12的内径比内环11的外径要大。外环12像一个环形。滚动件的滚动接触表面14形成在外环12的内周表面上，如图3所示。这些滚动件的滚动接触表面13和14是互相对置的。多个作为滚动件的圆柱滚子15可在内环上的滚动件的滚动接触表面13和在外环上的滚动件的滚动接触表面14之间自由滚动。

每个圆柱滚子15有两个端面15a与凸缘部分16的内侧面1相对(见图2和3)，它们形成在内环11的外周表面的两端部和外环12的内周表面的两端部。凸缘部分16的内侧面16a是一个以预定开口角度倾斜于圆柱滚子15的端面15a的倾斜表面。在图2和3中，附图标记17是形成在凸缘部分的内侧面16a的基座端部的碾磨间隙槽。

图4是图1所示A部分的详细视图。假定在朝向圆柱滚子的滚子直径中心的方向上距离滚动件的滚动接触表面13(或14)的距离是x，凸面从在x位置的圆柱滚子15的端面的中心部分离开的量值是y，如图4所示，圆柱滚子15的端面外周部分是一个弯曲形状的凸面，通过指数函数表达

y＝a·exp(-b·x)    ...(1)

在此，a和b为常数。在图4中θ表示凸缘部分的内侧面16a的开口角度，l表示凸面曲线的切线，φ表示在圆柱滚子15a和凸缘部分16之间的接触位置的切线l的斜度。x，y和d也是在本说明书中除以滚子直径的实际值的无量纲数。

图5表示切线l的斜度φ和距离x之间的关系。在图5中，当圆柱滚子15的端面的外周部分是单一曲率的凸面时，斜度φ和距离x之间的关系以虚线A指示。当圆柱滚子15的端面的外周部分是以表达式(1)表示的弯曲形状的凸面时，斜度φ和距离x之间的关系以实线B指示(a＝0.0028，b＝25)。像图5显示的，当圆柱滚子15的端面的外周部分是以表达式(1)表示的弯曲形状的凸面时比起当圆柱滚子15的端面的外周部分是单一曲率的凸面时，即使切线l的斜度φ被大大改变，距离滚动接触表面或滚动件的距离x也很少改变。因而，即使凸缘部分16的开口角度θ对每一个产品有一个离散，在圆柱滚子15和凸缘部分16之间的接触位置也会保持围绕在预定位置附近，以至开口角度θ的可允许变化的范围比传统的大，并且不增加成本也可阻止产生边缘负荷。

图6是表示圆柱滚子的端面接触凸缘部分的内侧面而不歪斜的状态的视图。在图6中，d表示当圆柱滚子的端面15a接触凸缘部分的内侧面16a时在圆柱滚子的端面15a和凸缘部分的内侧面16a之间的轴向间隔。

图7表示了轴向间隔d和距离滚动件的滚动接触表面的距离x之间的关系。在图7中，当圆柱滚子15的端面的外周部分是单一曲率的凸面时，轴向间隔d和距离x之间的关系以虚线C指示。当圆柱滚子15的端面的外周部分是以表达式(1)表示的弯曲形状的凸面时，轴向间隔d和距离x之间的关系以实线D指示(a＝0.0028，b＝25)。像图7显示的，当圆柱滚子15的端面的外周部分是以表达式(1)表示的弯曲形状的凸面时比起当圆柱滚子15的端面的外周部分是单一曲率的凸面时，随着距离x的改变在圆柱滚子的端面15a和凸缘部分的内侧面16a之间的轴向间隔d被更大地改变。也就是，稍微离开接触凸缘部分的位置，轴向间隔d急剧地扩大。在该方式中，形成在圆柱滚子的端面15a和凸缘部分的内侧面16a之间的间隙(轴向间隔d)确保比传统方法得到的大，因此，润滑剂例如油脂更可能渗入圆柱滚子的端面15a和凸缘部分的内侧面16a之间，从而避免产生咬死和边缘载荷现象。

图8A和8B是表示圆柱滚子15歪斜时的状态视图。图8B中，P1表示从外环的滚动接触表面14到圆柱滚子15和凸缘部分16之间的接触点的第一接触点距离，P2表示从圆柱滚子的外周表面到圆柱滚子15和凸缘部分16之间的接触点的第二接触点距离。图8A中，Ψ表示几何学上可产生的圆柱滚子15的最大歪斜角度。假想lr是圆柱滚子15的轴向长度，2b1是圆柱滚子15的端面15a与凸缘部分16的内侧面16a接触的两点之间的距离，如图9所示，h是从圆柱滚子15和凸缘部分16之间的接触位置到滚动件的滚动接触表面的接触高度，ΔL1表示在接触高度h从凸缘部分的内侧面到凸缘部分的基座端部的轴向间隔的总和，ΔL2表示在接触高度h圆柱滚子的端面上的凸面离开量的总和，ΔS表示从凸缘部分的基座端部到圆柱滚子的端面的轴向间隔的总和，该歪斜角度Ψ由下列表达式表达。

$\mathrm{\Ψ}={\sin }^{-1}\left\{\frac{{2b}_1{l}_r(1+\mathrm{\ξ})-{[{\left({2b}_1{l}_r\right)}^2{(1+\mathrm{\ξ})}^2-8\mathrm{\ξ}{l}_r^2(l_r^2+b_1^2)]}^{1/2}}{2(l_r^2+b_1^2)}\right\}...\left(2\right)$

其中，ξ＝(ΔL1+ΔL2)/lr+Δs(＜＜1)...(3)

Δs＝ΔS/lr...(4)

在图9中，H0表示在凸缘部分的基座端部处的碾磨间隙槽17的高度，H1表示凸缘部分16的高度H减去在凸缘部分上端的斜切量。

图10表示在接触点距离P1、P2和歪斜角度Ψ以及Δs之间的关系。在图10中，接触点距离P1和歪斜角度Ψ及Δs之间的关系由实线E指示，假设圆柱滚子15的直径是24mm，圆柱滚子15的轴向长度lr是26mm，圆柱滚子15的斜切量C是1mm，外环的滚道直径是180.5mm，开口角度θ是20分。接触点距离P2和歪斜角度Ψ及Δs之间的关系由虚线F指示，假设圆柱滚子15的直径是24mm，圆柱滚子15的轴向长度lr是26mm，圆柱滚子15的斜切量C是1mm，外环的滚道直径是180.5mm，开口角度θ是20分。如图10显示，当H1是6mm和H0是1mm时，Δs的范围由图10所示的设计区域构成。因此，圆柱滚子15和凸缘部分16之间的接触位置是在凸缘部分16的内侧面内，当圆柱滚子15歪斜时，避免轴承由于歪斜而过早磨损。

在上述实施例中H1是6mm，类似地，当H1是5mm时，Δs的范围由图10所示的设计区域构成。即使当圆柱滚子15歪斜时，圆柱滚子15和凸缘部分16之间的接触位置也会在凸缘部分16的内侧面内。

在凸缘平面上的接触点距离P1被增加到接近凸缘部分16的上端，Δs会更大。另一方面，在滚子的端面上的接触点距离P2被减少到接近滚子的滚动接触表面，Δs更大。所述设计区域是这样的，P1不超过H1，P2不比滚子的斜切量C或H0小。在上述实施例中，线E被限定到H1的Δs是在设计区域中的Δs的上限。

考虑到本发明的上述实施例中指数函数的任意常数a和b，虽然实线和虚线的斜度在图10中被改变，以同样的方式可以适当地选择设计区域，以便即使当圆柱滚子歪斜时接触位置在凸缘部分的内侧面内。

上面根据本发明的滚子轴承的描述，圆柱滚子的端面的外周部分是由表达式(1)表达的弯曲形状的凸面。因此，滚子轴承可以避免增加制造成本以及由于歪斜而出现咬死或边缘负荷和过早的磨损现象。

Claims (4)

1、一种滚子轴承，包括：

内环，其有一个在外周表面上的滚动接触表面；

外环，其有一个在内周表面上的滚动接触表面，外环的滚动接触表面与内环的滚动接触表面对置；

多个圆柱滚子，每一个滚子可在内环的滚动接触表面与外环的滚动接触表面之间自由滚动，并且每一个滚子包括外周部分是凸面的端面；

凸缘部分，形成在内环的外周表面的端部上和/或在外环的内周表面的端部上；

其中，外周部分是以指数函数y＝a·exp(-b·x)表达的弯曲形状的凸面，其中a和b是常数，x是在圆柱滚子的径向方向上距离滚动接触表面的距离，y是凸面在圆柱滚子的轴向方向上从圆柱滚子的端面的中心部分离开的量值；由指数函数限定的滚子的设计区域是如下被限定的区域：

凸缘面上的接触点距离(P1)为从滚动接触表面到圆柱滚子和凸缘部分之间的接触点的距离，所述凸缘面上的接触点距离(P1)小于或等于凸缘部分的高度(H)减去在凸缘部分上端的斜切量得到的值(H1)，和

滚子的端面上的接触点距离(P2)为从圆柱滚子的外周表面到圆柱滚子和凸缘部分之间的接触点的距离，所述滚子的端面上的接触点距离(P2)大于或等于滚子的斜切量(C)或凸缘部分的基座端部碾磨间隙槽17的高度(H0)。

2、根据权利要求1所述的滚子轴承，其中在圆柱滚子不歪斜的同时使圆柱滚子的端面压靠凸缘部分时，圆柱滚子和凸缘部分之间的接触点位于圆柱滚子的凸面部分内。

3、根据权利要求2所述的滚子轴承，其中凸缘部分接触圆柱滚子的端面的接触点位于除去凸缘部分的端部以外的位置。

4、根据权利要求3所述的滚子轴承，其中当圆柱滚子歪斜地接触凸缘部分时，圆柱滚子的端面和凸缘部分之间的接触点位于圆柱滚子的凸面部分上，并且在除去凸缘部分的端部以外的位置。

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