CN102797753A - 变螺距弹性圆锥滚子轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变螺距弹性圆锥滚子轴承。包括轴承外圈、轴承内圈、保持架和圆锥滚子；所述的圆锥滚子是用钢带绕制的变螺距螺旋弹簧圆锥滚子。由于圆锥滚子实际上是一个圆锥螺旋弹簧，当轴承受到较大冲击负荷时，圆锥螺旋弹簧产生弹性变形，能较大程度地吸收冲击能量，起到吸振减振作用，从而避免了轴承非正常的损坏，保证轴承本身正常工作；由于弹性圆锥滚子由钢带绕制成，考虑到其承载要求可选用单层或多层钢片卷成，由此增加了其承载能力；这种变螺距的设计，使弹性滚子的螺距自小端到大端螺距逐渐增大，靠近大端处的弹簧较稀疏，靠近小端处的弹簧较密集，由此实现弹性滚子母线上整体接触应力均布，提高轴承使用寿命。

Description

变螺距弹性圆锥滚子轴承

技术领域

本发明涉及一种圆锥滚子轴承，尤其是涉及一种变螺距弹性圆锥滚子轴承。

背景技术

圆锥滚子轴承在滚子与轴承内外圈接触时，由于外界的冲击振动，套圈滚道和滚动体表面往往产生塑性变形，引起轴承振动和噪声增大，同时由于滚子与滚道接触母线上各点综合曲率半径不同，导致母线上接触应力分布不均，尤其是大尺寸轴承，其滚子接触母线靠近小端的应力远大于大端的接触应力，使得小端处的滚子和滚道过早地出现疲劳破坏，极大影响轴承使用寿命。因此，解决轴承接触应力分布不均及如何吸振减振迫在眉睫。

随着工业技术的发展，一种由钢带绕制成的等螺距圆柱弹性滚子已被运用到圆柱轴承当中，并起到很好的吸收冲击能量的作用。如何设计弹性圆锥滚子轴承，并使滚子应力达到均布是解决问题的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变螺距弹性圆锥滚子轴承，圆锥滚子是是用单层或多层钢片卷制而成的螺旋弹簧圆锥滚子，弹性圆锥滚子轴承具有优良的耐冲击性能，能有效改善尤其是尺寸较大的轴承滚动接触区的应力分布，提高圆锥滚子轴承的使用寿命。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括轴承外圈、轴承内圈、保持架和圆锥滚子；其特征在于：所述的圆锥滚子是用钢片绕制的变螺距螺旋弹簧圆锥滚子。

所述的变螺距螺旋弹簧圆锥滚子其变螺距是以函数关系自小端到大端逐渐增大，螺距函数关系由下式得到：

$P_x=\frac{\sqrt{a_x}}{\sqrt{a_1}}{P}_1$

式中：P₁、P_x分别为滚子小端初始螺距和任意点螺距，a₁、a_x分别为滚子小端初始点和任意接触点到内外滚道锥顶的距离。

所述的变螺距螺旋弹簧是单层或多层钢片卷制而成。

本发明具有的有益效果是：

1、由于圆锥滚动体实际上是一个圆锥螺旋弹簧，当轴承受到较大冲击负荷时，圆锥螺旋弹簧产生弹性变形，能较大程度地吸收冲击能量，起到吸振减振作用，从而避免了轴承非正常的损坏，保证轴承本身正常工作。

2、由于弹性圆锥滚子由钢片绕制而成，考虑到其承载要求可选用单层或多层钢片卷制而成，由此增加了其承载能力。

3、这种变螺距的设计，使弹性滚子的螺距自小端到大端螺距逐渐增大，靠近大端处的弹簧较稀疏，靠近小端处的弹簧较密集，由此实现弹性滚子母线上整体应力均布，提高轴承使用寿命。

附图说明

图1是圆锥滚子轴承整体示意图；

图2是弹性圆锥滚子轴承滚子结构简图；

图3是滚子及滚道圈曲率半径分析图；

图4是圆锥滚子轴承滚子应力分布图；

其中：1、轴承外圈，2、变螺距弹性圆锥滚子，3、保持架，4、轴承内圈。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

本发明公开了一种变螺距弹性圆锥滚子轴承。

如图1所示，包括轴承外圈1、轴承内圈4、保持架3和圆锥滚子；所述的圆锥滚子是用钢片绕制的变螺距螺旋弹簧圆锥滚子2。

如图2所示，变螺距螺旋弹簧圆锥滚子其变螺距是以函数关系自小端到大端逐渐增大，螺距函数关系由下式得到：

$P_x=\frac{\sqrt{a_x}}{\sqrt{a_1}}{P}_1$

公式（1）中：P₁、P_x分别为滚子小端初始螺距和任意点螺距，a₁、a_x分别为滚子小端初始点和任意接触点到内外滚道锥顶的距离。

变螺距螺旋弹簧是单层或多层钢片卷制而成，钢片一般层数为2～8。承受冲击载荷时，能产生弹性变形，起到减振作用。其弹性滚子螺距自小端到大端逐渐增大，从而实现滚子上接触载荷均布，提高轴承使用寿命。

如图3所示，由于轴承外滚道曲率半径普遍大于内滚道，所受接触应力小于后者，所以在此仅取内滚道为研究对象：

r=asinθ_r    （1）

R_i=asinθ_i    (2）

${\mathrm{\ρ}}_r=\frac{r}{\cos {\mathrm{\θ}}_r}---\left(3\right)$

${\mathrm{\ρ}}_i=\frac{R_i}{\cos {\mathrm{\θ}}_i}---\left(4\right)$

$\frac{1}{R}=\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_r}+\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_i}---\left(5\right)$

${\mathrm{\σ}}_H=\sqrt{\frac{w{E}^{\′}}{2\mathrm{L\πR}}}\∝R^{-\frac{1}{2}}\∝a^{-\frac{1}{2}}---\left(6\right)$

公式（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）中，r是滚子任意接触点半径，R_i是轴承内滚道任意点半径，a是滚子接触点距滚道锥顶点距离。θ_r是滚子半锥角，θ_i是轴承内滚道与轴线夹角，ρ_r、ρ_i分别是滚子、内滚道任意点曲率半径，R是滚子与内滚道接触点综合曲率半径，σ_H为滚子最大接触应力，L为滚子有效母线长度，E'为材料综合弹性模量，w为滚子法向载荷。

如图4所示，为达到滚子应力均布，弹性滚子应满足

σ_H1P₁=σ_HxP_x    （7）

其中，σ_H1、σ_Hx分别是滚子小端初始点及母线上任意接触点的最大接触应力，P₁、P_x分别为滚子小端初始螺距和任意点螺距。结合公式（6）、（7），得到滚子任意点螺距表达式：

$P_x=\frac{\sqrt{a_x}}{\sqrt{a_1}}{P}_1---\left(8\right)$

其中，a₁、a_x分别为弹性滚子小端和任意接触点距滚道锥顶点的距离。

弹性圆锥滚子是由钢带绕制成，考虑到其承载要求可选用单层或多层钢片卷制而成，由此增加了其承载能力。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种变螺距弹性圆锥滚子轴承，包括轴承外圈、轴承内圈、保持架和圆锥滚子；其特征在于：所述的圆锥滚子是用钢片绕制的变螺距螺旋弹簧圆锥滚子。

2.根据权利要求1所述的一种变螺距弹性圆锥滚子轴承，其特征在于：所述的变螺距螺旋弹簧圆锥滚子其变螺距是以函数关系自小端到大端逐渐增大，螺距函数关系由下式得到：

                              

式中：

、分别为滚子小端初始螺距和任意点螺距，

、

分别为滚子小端初始点和任意接触点到内外滚道锥顶的距离。

3.根据权利要求1所述的一种变螺距弹性圆锥滚子轴承，其特征在于：所述的变螺距螺旋弹簧是单层或多层钢片卷制而成。

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