CN102252025A

CN102252025A - 滚子和滚子轴承

Info

Publication number: CN102252025A
Application number: CN2011101951636A
Authority: CN
Inventors: 桑加·罗斯纳
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2031-04-28
Also published as: DE102010018553A1; CN102252025B; EP2383478B1; EP2383478A1

Abstract

本发明涉及一种用于滚子轴承的滚子，其中，该滚子轴承具有至少一个用于滚子的轴向止推面，在此，该滚子设计有至少一个端面止推区段，该端面止推区段在可给定的距滚子中心轴线的间距处按一个相应于曲线走向h的弯曲曲线一直延伸到滚子的倒角区域，其中，其中，x是与滚子中心轴线的距离，h₁和h₂分别小于滚子直径D_w，L_eff是滚子的有效端面半径，h_p是滚子的所述端面区段的高度，K₁和K₂是常数。

Description

滚子和滚子轴承

技术领域

本发明涉及一种滚子和滚子轴承。

背景技术

由现有技术已知一系列滚子轴承，尤其是圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承，其中，至少一个用于滚子的滚动面元件设计带有一个所谓的挡边，在该挡边处设置有滚子的至少一个也用于在滚动轴承正常运转时止推或贴靠的外圆环状部段。该部段也可以被设计成一个所谓的端面垫衬区域(Stirnseiten-verblendungsbereich)，沿径向朝外与该区域连接的是所谓的倒角区域，沿径向朝内部与该区域连接的是滚子的其余端面，并且该其余端面基本上是平的，可以有或者没有凹槽(轻微凹陷)。

例如在DE 102 30 357 B4中描述了这种垫衬区域的一种实施形式，但是在滚子和挡边之间实现较小摩擦方面，该垫衬区域一直不是最理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，创造一种带有改进的垫衬区域的滚子并且提供一种相应的滚子轴承。

该技术问题按照本发明通过一种滚子轴承的滚子解决，其中，该滚子轴承具有至少一个用于滚子的轴向止推面，在此，该滚子设计有至少一个端面止推区段，该端面止推区段在可给定的距滚子中心轴线的间距处开始按一个相应于曲线走向h的弯曲曲线一直延伸到滚子的倒角区域，其中，

h (x) = h_{1} {(\frac{x}{L_{eff}})}^{K_{1}} + h_{2} {(\frac{L_{eff} - x}{h_{p}})}^{K_{2}}

其中，x是与滚子中心轴线的径向距离，h₁和h₂是常数，L_eff是滚子的有效端面半径，

L_eff＝0.5·D_w-r_w，

h_p是所述止推区段的最大高度，K₁和K₂是用于描述弯曲区域的走向的常数。r_w代表滚子的倒角半径。

按照本发明的滚子在止推区段的端面具有最佳的曲线走向，这样可以保证，尤其是在止推面较小或者设计得并不理想的止推区段中仍然保持良好的滚子导向。所选择的止推区段轮廓曲线会减小滚子止推区段和滚动轴承止推面之间的接触应力。此时止推面和止推区段之间的接触点尽可能地保持在径向外侧，这样就会对滚子产生一个较大的复位力矩。这尤其导致当滚子相对于垂直轴线所谓偏斜或者倾斜时减小该滚子的倾斜度，其中，接触点可以彻底地一直移动到止推面的上棱边处。尤其在这种情况下，由于滚子与止推面棱边的摩擦力增加，由现有技术已知的轴承会发生故障。

在本发明的优选方案中，数值h₁和h₂分别小于滚子端面直径D_w。如果h₁处于滚子端面直径D_w的0.015％-0.05％这个范围和/或h₂处于滚子端面直径D_w的0.04％-0.25％这个范围，则特别有利。

无量纲常数K₁和K₂的优选范围分别是10-50，对于K₁特别优选20-50的范围并且对于K₂是10-30的范围。在给定的范围内相应地选择数值和常数时，滚子会有一个特别优化的端面轮廓，从而实现接触应力最小化并且优化滚子导向。

在本发明的优选方案中，滚子相对于止推区段具有一个位于径向内部的凹槽。在凹槽和倒角区域之间在止推区段内产生一个径向环绕的并且轴向高于凹槽的凸缘。当滚子由于设计得并不理想的止推面而不能被最佳地导向时，这特别有利。通过所选择的止推区段轮廓曲线保证，即使在滚子强烈偏斜时，滚子仍然与滚子轴承止推面有最佳的接触并且接触应力被最小化。止推区段的这种构造在理想的情况下实现与止推面的椭圆形接触。按本发明提供了一种带有按本发明滚子的滚子轴承。在出现的接触应力和提高的负载能力方面，相应滚动轴承从滚子的有利性能中获益。与熟知的滚子轴承相比，这种滚子轴承的优势尤其在于改进了滚子导向同时又降低摩擦力矩。在摩擦和放热方面的承受能力进一步得到提高。

附图说明

本发明的其它优点和设计方案由以下结合附图对实施例的说明中得出。在附图中：

图1是按照本发明实施例的滚子轴承的示意图；

图2是图1中滚子轴承的局部示意图；

图3是滚子轴承中的一种已知圆柱滚子的示意图；

图4是按照本发明一种实施形式的圆柱滚子的类似视图；

图5是相应于本发明不同实施形式的不同滚子端面轮廓曲线的示意图。

具体实施方式

图1示意性示出按照本发明优选实施例的圆柱滚子轴承。该圆柱滚子轴承有一个外圈1和一个内圈3，它们通过圆柱滚子5可旋转地相互支承。径向环绕地布置有多个圆柱滚子5。这些圆柱滚子5通过保持架7相互隔开。在本发明的一种可选实施形式中，同样也可以采用满装滚子轴承(这种满装滚子轴承具有最大的滚子数量并且由此不用保持架)并给该满装滚子轴承配备按照本发明的滚子。

为了对圆柱滚子5进行导引或导向，外圈1有设计在轴向端侧的挡边9和11。挡边9和11分别作为止推面用于轴向与之相邻的圆柱滚子5端面25并且由此为圆柱滚子5提供导向。内圈3有一个挡边13，其同样为圆柱滚子5提供止推面并且有助于对圆柱滚子5进行导向。圆柱滚子5的端面25在挡边9，11和13的区域中具有径向环绕的止推区段27，其改善了按照本发明的圆柱滚子的止推或贴合特性和导向。端面25的止推区段27沿径向向内和向外过渡成倒角21，其是对圆柱滚子5棱边的倒圆。

为了阐述本发明，在图1中标出了圆柱滚子5的多个尺寸。其中：

D_w表示圆柱滚子5的直径，

h_p表示止推区段27的高度，

r_w表示倒角21的倒圆半径，以及

L_eff表示圆柱滚子5的有效端面半径：L_eff＝0.5·D_w-r_w

止推区段27在本实施例中通过与之相连的、在滚子轴线23的区域中的凹槽区段限界，由此h_p也相应地给出该止推区段的尺寸。在本发明的可选实施形式中，具有近似轮廓的止推区段27但在滚子中心没有凹槽的滚子也具有类似的优点。

图2局部放大示出滚子轴承的一部分，其中只显示了挡边13的局部和一个圆柱滚子5在止推区段27区域中的局部。滚子中心轴线23由虚线表示。从圆柱滚子5的中心开始，端面25首先具有一个基本上与径向平行的、例如平直的区段。这个直线区段的走向不必精确定义。但是端面25在挡边13的区域内过渡为弯曲的区段27，而这个区段又过渡到倒角21区段。通过这个向外弯曲的区段27，端面25在平直的区段中具有一个凹槽(较浅凹陷)，因此在这个凹槽区域中端面25与挡边13间隔一定的轴向距离。由于弯曲凸出的区段27，挡边13和圆柱滚子5之间的接触面被最小化为一个较小的区域，在理想情况下在圆周方向上被限制为呈椭圆形的接触面。

该弯曲的区段27沿轴向的横截面轮廓按照曲线h变化，其中，

h (x) = h_{1} {(\frac{x}{L_{eff}})}^{K_{1}} + h_{2} {(\frac{L_{eff} - x}{h_{p}})}^{K_{2}}

x是距滚子中心轴线23的径向距离。h₁是初始值，优选介于滚子端面直径D_w的0.015％-0.05％的范围内。h₂是目标值，优选介于滚子端面直径D_w的0.04％-0.25％的范围内。无论是h₁还是h₂在图2中只是示例性地示出，大多情况下是在几个微米范围内。K₁是一个常数，优选范围是10-50，特别优选的是20-50。K₂是一个常数，优选范围是10-50，特别优选的是10-30。通过区段27按照所述曲线走向设计的曲线能够特别有利地通过挡边13导向或导引所述圆柱滚子5。尤其是通过圆柱滚子5和挡边13准确定义的接触而使接触应力最小化并同时使接触点尽可能地保持在径向外侧。如果发生滚子偏斜(就是相对于一个垂直于滚道的轴线的倾斜位置)或者倾斜(就是相对于一个与滚道正切延伸的轴线的倾斜位置)，则圆柱滚子5和挡边13之间的接触点沿径向朝外移动。同时圆柱滚子5与挡边的摩擦力矩特别小。

图3示出一个在圆柱滚子轴承内圈105的滚道103上滚动的现有技术已知的圆柱滚子101的局部示意图。圆柱滚子101在径向外侧有一个次优的倒角121的区域。相应地在内圈105上设有一个切槽107。内圈105有一个挡边109用于导向或导引所述圆柱滚子101，圆柱滚子在区域111内的接触区中贴靠在该挡边上。如果圆柱滚子101发生偏斜或者倾斜，则接触区视挤压状况而定向外朝向挡边109的边缘转移，使得接触区现在处于111’的区域中。

图4以与图3类似的视图示出了本发明的一个实施例。圆柱滚子5的倒角21在内圈3的切槽31区域内滚动。带有曲面的止推区段27在挡边13上被导引或导向。圆柱滚子5端正地滚动时，该圆柱滚子在区域33内的一个接触区中贴靠在挡边13上。由于区段27的优化设计，在相似的圆柱滚子轴承的运行条件下，接触区不像已知轴承的实施形式那样(参见图3)向外转移那么远。如果圆柱滚子5发生偏斜或者倾斜，则由于区段27与挡边13的相互作用而对圆柱滚子5产生复位力矩。

因此，和挡边13的接触区的位置变化相对小并且位于区域35中。通过减少滚子偏斜或者倾斜时接触区的偏移量，摩擦力矩和滚子与挡边接触的失效概率被降到最低并且可以把按照本发明的圆柱滚子5安装到挡边高度较小的滚动轴承中。

即使是圆柱滚子5偏斜或者倾斜幅度很大，使得接触区朝挡边13的外边缘移动，也可以通过止推区段27的曲线轮廓使圆柱滚子5和挡边13之间的接触应力降至最低，这样就可以降低圆柱滚子5咬住卡死在挡边13上的危险。圆柱滚子5通过优化的止推区段27的曲线轮廓确定地在挡边13上被导引或导向。这样的话产生的摩擦力矩也更小。在平行于径向延伸的挡边高度较小或者开口拐角较小时，圆柱滚子5的负荷最小。

例如可以通过硬质切削或者电化学金属加工方法生产按照在此所述的实施例的圆柱滚子。在此，通过相应的工艺以较小的加工公差加工端面。

图5是根据上述的公式举例说明端面止推区段27的三个轮廓曲线。沿水平方向从左向右是x的走向，与x的走向垂直的是h(x)(也参见图2)。在此示出了用参数h₁和h₂以及K₁和K₂的优选极限值计算的两个包络线201和205。对于包络线201来说，选择的参数是

h₁＝0.05％·D_W

h₂＝0.25％·D_W

K₁＝20和

K₂＝10

对于包络线205来说，选择的参数是

h₁＝0.015％·D_W

h₂＝0.04％·D_W

K₁＝50和

K₂＝30

在两个包络线201和205之间显示有另外一个曲线203，该曲线从所述参数的平均值中得出。从图5左侧出发，局部地示出了各圆柱滚子端面基本上呈水平走向的中心区段(“轻微凹陷”)。这个区段随后过渡为在所选视图中轮廓曲线被优化的向下降的区段，然后在右面又上升并且过渡为没有在这里示出的倒角区段r_w。在端面止推区段中，圆柱滚子相应地贴靠在滚子轴承的挡边上。

本发明的其它实施例也可选择在滚子端面的中心区域内没有凹槽。这种实施例出现在当例如h_p值相对于图5明显减小时，因此按照曲线的所述止推区段在几近水平的区域中就已经终结并且不会下降形成一个凹槽。

综上所述，通过按照本发明的具有明确定义的端面轮廓曲线的滚子，可以将接触区在轴承的常规运行条件下保持在挡边的一个较低区域中并且即便在滚子发生较大的偏斜或者倾斜时能产生复位力矩，而不会出现边缘应力。

附图标记清单

1外圈

3内圈

5圆柱滚子

7保持架

9挡边

11挡边

13挡边

21倒角

23滚子中心轴线

25端面

27弯曲的区段

201，205包络线

203曲线

Claims

1.一种用于滚子轴承的滚子，其中，该滚子轴承具有至少一个用于滚子的轴向止推面，在此，该滚子设计有至少一个端面止推区段，该端面止推区段在可给定的距滚子中心轴线的间距处按一个相应于曲线走向h的弯曲曲线一直延伸到滚子的倒角区域，其中，

h (x) = h_{1} {(\frac{x}{L_{eff}})}^{K_{1}} + h_{2} {(\frac{L_{eff} - x}{h_{o}})}^{K_{2}}

其中，x是与滚子中心轴线的距离，h₁和h₂分别小于滚子直径D_w，L_eff是滚子的有效端面半径，h_p是滚子的所述端面区段的高度，K₁和K₂是常数。

2.按权利要求1所述的滚子，其中

L_eff＝0.5·D_w-r_w，

其中，D_w是滚子直径和r_w是滚子的倒角尺寸。

3.按权利要求1或2所述的滚子，其中，h₁处于所述滚子直径D_w的0.015％至0.05％这个范围。

4.按权利要求1至3之一所述的滚子，其中，h₂处于所述滚子直径D_w的0.04％至0.25％这个范围。

5.按权利要求1至4之一所述的滚子，其中，K₁和K₂分别在[10…50]的范围内。

6.按权利要求1至5之一所述的滚子，其中，K₁的范围是[20…50]。

7.按权利要求1至6之一所述的滚子，其中，K₂的范围是[10…30]。

8.按权利要求1至7之一所述的滚子，其中，所述滚子端面有一个相对于其止推区段位于径向内部的凹槽区段，该凹槽区段设计成，使得其与轴向止推面的轴向距离大于止推区段与轴向止推面的轴向距离。

9.按权利要求1至8之一所述的滚子，其中，该滚子设计为圆柱滚子轴承的圆柱滚子。

10.一种带有按权利要求1至9之一所述的滚子的滚子轴承。