CN101158371A - 实现圆锥滚子轴承低摩擦的方法及其结构 - Google Patents

实现圆锥滚子轴承低摩擦的方法及其结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种圆锥滚子轴承低摩擦的方法及其结构，它通过使圆锥滚子轴承的大挡圈与滚道母线的夹角大于90度和减小圆锥滚子一端球面的球径的方法，同时实现了将圆锥滚子球面与大挡圈的接触由相交多点接触变为光滑一点接触的目的，同时指出夹角范围为90～93度之间，球径取产品现行图册标准规定值的40～80％的具体设计要求。有利于减少摩擦，降低大挡圈和球面的磨损，实现圆锥滚子轴承的高速重载化。

Description

实现圆锥滚子轴承低摩擦的方法及其结构
技术领域
本发明涉及一种降低摩擦的方法，具体地说是一种实现圆锥滚子轴承低摩擦的方法及其结构。
背景技术
众所周知，轴承是一种常规的标准件，其中的圆锥滚子轴承由于能同时承受轴向和径向的推力且体积小而被广泛使用。但长期以来由于受其结构和制造精度的限制，一般用于中低速重载行业，但近来随着其相关技术的不断突破，其制造精度和转速都有了较大的提高，其较小的体积和优良的性能正受到广大汽车制造业的关注，因此开发低噪音、高速圆锥滚子轴承是轴承行业长期以来一直在努力攻克的难题。
圆锥滚子轴承的问世，其优点直接来源于轴承结构设计本身。这种轴承通常是有四个零件组成，即圆锥内圈、在内圈上靠框形保持架维持一列滚子，以及外圈，如图1所示。同一轴承的内圈和外圈可以是装配的、也可以是分离的。后者在装配到轴上或轴承座中都是方便的。就其轴承特点来说，圆锥滚子轴承可承受径向负荷、轴向负荷，或者两者的综合负荷。另一方面，就其体积而言，滚动体在负荷作用下产生的线接触，赋予圆锥轴承的最大负荷承载能力，同时圆锥滚子轴承能够优越地替代不同类型轴承的组合，以承受各种齿轮的轴向和径向负荷，因而在轴承具有相同寿命的情况下，圆锥轴承所占的空间，要比圆柱滚子和球一组组合轴承的体积小得多。同时轴承也具有刚性大、性能好等优点，所以它被广泛用于以汽车为主的所有机械传动。与此同时，由于圆锥滚子轴承的特殊结构，虽然具有上述许多优点和特点，但也伴随着一系列不可避免的缺点。首先，圆锥滚子端面和内圈大挡边承受接触负荷的同时，相互间伴有滑动，所以比同尺寸的球轴承摩擦力矩要大的多；其次受现行产品设计方法的局限性，更加导致轴承运行的摩擦加大，挡边对圆锥滚子抗歪斜力矩的能力降低；因而它通常只能适用于中低速场合使用，这种缺点对市场和用户越来越用于高速场合是致命的。
行业针对圆锥轴承的摩擦问题，把内圈大挡边从球面设计成斜直档边，大挡边斜直档边与滚道母线的夹角小于90度。理论上斜直档边对轴承自润滑十分有利，且能大大减少档边与滚子端面的摩擦和发热，但由于现行轴承设计的局限性，使得滚子啃档边、或与内圈挡边相交现象加剧发生，导致轴承工作摩擦更为严重。
从行业和用户实际使用轴承损坏的情况看，轴承大挡边断裂，以及内圈大挡边严重烧伤，是出现较多的问题之一，严重影响了用户相关设备的正常工作，因此摩擦大、转动灵活度小、寿命相对较低是圆锥滚子轴承长期以来未得到妥善解决的难题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的圆锥滚子轴承存在的由于大挡圈与滚子接触摩擦大，易出现大挡边烧伤、啃挡边造成轴承提前失效，影响设备正常运行的问题，发明一种能有效降低圆锥滚子球面与大挡边摩擦力，提高轴承转动灵活性的方法，从而延长使用寿命，同时对影响圆锥滚子轴承摩擦的结构进行改进，提供一种全新尺寸的能降低摩擦的圆锥滚子轴承。
本发明的技术方案之一即本发明的方法为：
一种实现降低圆锥滚子轴承摩擦的方法，其特征是首先使圆锥滚子轴承的大挡圈与滚道母线的夹角大于90度，其次减小圆锥滚子一端球面的球径，以便于实现将圆锥滚子球面与大挡圈的接触由相交多点接触变为光滑一点接触的目的，从而减少接触点数量，改善二者的接触状况，降低大挡圈和滚子球面的摩擦，滚子自转能力得到有效提高。此外还通过综合应用球类轴承设计原理，增强挡边对圆锥滚子的抗歪斜能力，实现圆锥滚子轴承的高速重载化。
本发明的技术方案之二即本发明的新尺寸的圆锥滚子为：
一种低摩擦圆锥滚子轴承，包括内圈1、外圈2、圆锥滚子3，内圈1的外表面上设有大挡圈4和小挡圈5，圆锥滚子3位于内圈1和外圈2之间并通过大挡圈4和小挡圈5实现轴向定位，圆锥滚子3与大挡圈4相对的一端呈球面结构，其特征是所述的大挡圈4与滚道母线6的夹角a大于90度小于93度；圆锥滚子3一端的球面的球径是标准尺寸(洛阳轴承研究所《加强型圆锥滚子轴承优化设计统一图册》-93年)的40～80％。
本发明的有益效果：
1、本发明通过大量的试验研究，发现了长期以来造成摩擦的主要原因是，由于挡边尺寸和圆锥滚子大头的球径设计不合理造成加工不便和接触面相交造成的，因而通过改变相关尺寸即可达到既加工方便，又能达到球面和挡边斜面的光滑接触，通过改变相关尺寸可使长期以来的球面与锥面的接触由相交两点接触变为光滑单点接触，从而减少接触点数量，根本上改善了轴承转动摩擦接触条件，有利于大幅度降低轴承摩擦力，延长轴承寿命，提高转速。
2、本发明通过改变滚子、套圈(大挡边)等零件的相关尺寸，达到进一步改善轴承的润滑情况和工作状况；有利于进一步控制和降低滚子球面的摆差、大挡边的平行差等相关公差；可综合提高轴承在工作时的旋转灵活性、平稳性。
3、采取了本发明多项措施的轴承降摩效果显著。本发明的轴承滑动摩擦下降50％以上，仅相当于原同尺寸规格轴承的1/2-2/5之间，最大限度地满足了轴承设计要尽可能减少滑动摩擦的总体要求，因而大大减少了轴承工作时的摩擦和发热量。以使原轴承工作时由于严重摩擦，产生高温烧坏轴承大挡边，以及轴承连用连坏情况少发生、或不再发生。同时本发明的轴承，揉和应用球类轴承设计原理，有效地提高滚子自身抗歪斜能力。
4、本发明的轴承结构由于大挡边的角度大于90度，因此对挡边的加工更为有利，加工精度更易保证。原轴承内圈由于产品结构原因，容易发生大挡边和滚道磨削相互干涉，而本发明的轴承大挡边与内滚道相对工作面，通过设计得到大大改善，使相互干涉现象不再容易发生；进而使轴承结构的大油沟，开不到图纸设计要求的历史难题有望得到较彻底的解决，同时新的大油沟还有进一步开小的可能，使轴承工作性能更优越。
5、有利于圆锥滚子轴承球面半径的标准化，能更有利滚子球面和滚动面加工工装的生产和管理。本发明的滚子球面能更有效地采用无磁磨削新技术，有利生产管理工作的开展。
6、根据轴端旋转摩擦——PR＝常数的理论可知，由于最大限度地确保R值增大，促使滚子球面与大挡边的接触压强P最小，因而进一步改善于了两者间的接触磨损，使得同载荷情况下，轴承旋转更轻松、更耐磨、寿命更长。
7、从具体试验结果来看，本发明的轴承的旋转灵活度与同规格尺寸传统结构轴承相比有明显的改善，同一批生产条件不同的二种结构轴承，从轴承的旋转手感可知，本发明的轴承转动轻松；再从仪器检测看，也有明显的差别，放置同样的轴向负荷，用同一5牛的弹簧称拉动，原有的轴承会出现走一下、停一下的明显不均匀转动现象，而本发明的轴承转动且比较均匀，同时，扭矩力也小许多，约为原轴承的2/3至1/2之间，效果十分明显。因此本发明的轴承不仅摩擦力矩低，而且大大提高轴承旋转的灵活度、平稳性，具有适应各种速度的能力，使得其既适应中低速情况使用，也适用于中高速场合应用，有利于进一步拓展该类轴承的使用范围。
8、本发明可为汽车提供体积小重量轻的替代产品，有利于降低汽车油耗，有利汽车装置的轻量化、小型化。
附图说明
图1是标准的圆锥滚子轴承的结构示意图。
图2是本发明的内圈的结构示意图。
图3是本发明的圆锥滚子的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
一种实现圆锥滚子轴承低摩擦的方法，首先使圆锥滚子轴承的大挡圈与滚道母线的夹角大于90度，其次减小圆锥滚子一端球面的球径，以便于实现将圆锥滚子球面与大挡圈的接触由相交两点接触变为光滑一点接触的目的，从而减少接触点数量，改善二者的接触状况，降低大挡圈和球面的摩擦，使圆锥滚子的自转能力得到有效提高。此外还通过综合应用球类轴承设计原理，以增强挡边对圆锥滚子的抗歪斜能力，实现圆锥滚子轴承的高速重载化。
如图2、3所示。
一种低摩擦圆锥滚子轴承，包括内圈1、外圈2、圆锥滚子3，内圈1的外表面上设有大挡圈4和小挡圈5，圆锥滚子3位于内圈1和外圈2之间并通过大挡圈4和小挡圈5实现轴向定位，圆锥滚子3与大挡圈4相对的一端呈球面结构，所述的大挡圈4与滚道母线6的夹角a大于90度小于93度(见图2所示)；圆锥滚子3一端的球面的球径是标准尺寸(洛阳轴承研究所《加强型圆锥滚子轴承优化设计统一图册》-93年)的40～80％，如图3所示。
以30315型圆锥滚子轴承为例，大挡圈4与滚道母线6的夹角a的标准值89°26′+10′，本发明改进后的夹角a可为90～93度，最佳值为90° 49′。圆锥滚子3端部的球面的标准球径(半径R)为312°-2，本发明改进后的球面半径可为125～250之间，最佳值为181±1。
再以32208型圆锥滚子轴承为例，大挡圈4与滚道母线6的夹角a的标准值也为89° 26′+10′，本发明改进后的夹角a可为90～93度，最佳值为90°46′。圆锥滚子3端部的球面的标准球径(半径R)为145°-2，本发明改进后的球面半径可为58～116之间，最佳值为82±1。
其它型号的圆锥滚子轴承可依次类推。
本发明未涉及部分如轴承的制造、保持架7的结构及安装方式等均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (2)

1.一种实现圆锥滚子轴承低摩擦的方法，其特征是首先使圆锥滚子轴承的大挡圈与滚道母线的夹角大于90度，其次减小圆锥滚子一端球面的球径，以便于实现将圆锥滚子球面与大挡圈的接触由相交两点接触变为光滑一点接触的目的，从而减少接触点数量，改善二者的接触状况，降低大挡圈和球面的摩擦，大大提高滚子自身转动能力；同时通过增强挡边对圆锥滚子的抗歪斜能力，实现圆锥滚子轴承的高速重载化。
2.一种低摩擦圆锥滚子轴承，包括内圈(1)、外圈(2)、圆锥滚子(3)，内圈(1)的外表面上设有大挡圈(4)和小挡圈(5)，圆锥滚子(3)位于内圈(1)和外圈(2)之间并通过大挡圈(4)和小挡圈(5)实现轴向定位，圆锥滚子(3)与大挡圈(4)相对的一端呈球面结构，其特征是所述的大挡圈(4)与滚道母线(6)的夹角a大于90度小于93度；圆锥滚子(3)一端的球面的球径是标准尺寸的40～80％。
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