CN1031423C - 消除轴承中摩擦的系统 - Google Patents

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Abstract

消除轴承中摩擦的系统，将轴承和滚道之间的接触点设置成，使得内滚道的接触点轨迹的直径与该处滚动体接触点轨迹的直径的比与外滚道的接触点轨迹的直径与该处滚动体接触点轨迹的直径比相等，因而得到零摩擦。

Description

消除轴承中摩擦的系统
本发明涉及一种消除轴承中摩擦或将其减至最小的系统，这种摩擦作用通常在除轴向轴承外的球轴承、滚子轴承、锥形轴承、圆柱形轴承、球面轴承及所谓的隧道形轴承(tunnel bearing)中会产生。
众所周知，正如其名称所示，轴承作为消除摩擦的支承装置，使安装它的机器或装置达到理想的工作状态。
但是，按照目前的技术水平，球轴承并不是真正的滚动，而相反的，因为转动系数是不等的，会产生30-50％的摩擦。
这是因为轴承或工作滚道的内外直径或周长不相等而产生了上述的摩擦。
在一些轴承中，摩擦会达到50％以上，产生高温和消耗大量的能量，也产生连续的磨损，使轴承寿命逐渐缩短。
本发明的目的是通过改变滚动体与滚道的接触点的设置位置，来达到一些重要的优点，例如减小在轴承中的摩擦，甚至达到零摩擦。减小了噪音和发热。由于可使摩擦减到要求的最小程度，而可使轴承的寿命明显地提高二至三倍。
根据本发明的将轴承的摩擦减至最小的系统，该轴承包括内环、外环、滚动体和保持架。将轴承中的滚动体在内环和外环滚道中的接触点设置成，使得内外轴承滚道内接触点轨迹的直径与该处的滚动体的接触点轨迹直径之比相等，而将摩擦减至最小。
为了更清楚了解本发明的内容，下面通过作为实例的10张图来说明如何实现发明的目的，图中所示和说明的只是实例而不是作为本发明的限制。
图1至10示出了本发明的几个实例。它们分别具有下面要说明的不同的技术特点。相应于各个图说明如下：
图1.在轴承内滚道高度1A处接触点轨迹的直径(简称为接触点轨迹的直径)＝82.80毫米。
在高度1A处滚珠上接触点轨迹的直径(简称为滚珠接触点轨迹的直径)＝12.70毫米。
上述两直径比＝6.520。
在外滚道高度2和2′处接触点轨迹的直径＝60.80毫米。
在外滚道高度2和2′处滚珠接触点轨迹的直径＝9.326毫米。
上述两直径比＝6.520。
图2.在轴承内滚道高度2和2′处接触点轨迹的直径＝82.50毫米。
在内滚道高度2和2′处滚珠接触点轨迹的直径＝12.30毫米。
上述两直径比＝6.708。
在外滚道高度1和1′处接触点轨迹的直径＝60.80毫米。
在外滚道高度1和1′处滚珠接触点轨迹的直径＝9.064毫米。
该两直径比＝6.708。
图3.在内轴承滚道高度1处的接触点轨迹的直径＝79.80毫米。
在内滚道高度1处滚珠接触点轨迹的直径＝12.70毫米。
上述两直径比＝6.284。
在外滚道高度2处接触点轨迹的直径＝57.40毫米。
在外滚道高度2处滚珠接触点轨迹的直径＝9.135毫米。
上述两直径比＝6.284。
在外滚道高度2′处接触点轨迹的直径＝66.42毫米。
在外滚道高度2′滚珠接触点轨迹的直径＝10.57毫米。
上述两直径比＝6.284。
图4.在内轴承滚道高度2′处的接触点轨迹的直径＝76.30毫米。
在内滚道高度2′处滚珠接触点轨迹的直径＝11.555毫米。
上述两直径比＝6.603。
在内滚道高度2处的接触点轨迹的直径＝81.20毫米。
在内滚道高度2处滚珠接触点轨迹的直径＝12.30毫米。
上述两直径比＝6.602。
在外滚道高度1′处接触点轨迹的直径＝67.00毫米。
在外滚道高度1′处滚珠接触点轨迹的直径＝10.15毫米。
上述两直径比＝6.601。
在外滚道高度1处接触点轨迹的直径＝57.50毫米。
在外滚道高度1处滚珠接触点轨迹的直径＝8.71毫米。
上述两直径比＝6.602。
图5.在内轴承滚道高度2和2′处，接触点轨迹的直径＝84.00毫米。
在内滚道高度2和2′处滚子接触点轨迹的直径＝14.00毫米。
上述两直径比＝6。
在外轴承滚道高度1和1′处接触点轨迹的直径＝60.00毫米。
在外滚道高度1和1′处滚子接触点轨迹的直径＝10.00毫米。
上述两直径比＝6。
图6.在内轴承滚道高度1A处接触点轨迹的直径＝82.00毫米。
在内滚道高度1A处滚子接触点轨迹的直径＝12.00毫米。
上述两直径比＝6.750。
在外轴承滚道高度2A处接触点轨迹的直径＝66.15毫米。
在外滚道高度的2A处滚子接触点轨迹的直径＝9.80毫米。
上述两直径比＝6.750。
在外轴承滚道高度2′处接触点轨迹的直径＝58.30毫米。
在外轴承滚道高度2′处滚子接触点轨迹的直径＝8.638毫米。
上述两直径比＝6.750。
图7.在双重内轴承滚道高度2处，接触点轨迹的直径＝80.667毫米。
在内滚道高度2处滚子接触点轨迹的直径＝12.00毫米。
上述两直径比＝6.723。
在双重外轴承滚道高度1′处，接触点轨迹的直径＝56.667毫米。
在外滚道高度1′处滚子接触点轨迹的直径＝8.43毫米。
上述两直径比＝6.722。
在外轴承滚道内高度1处，接触点轨迹的直径＝63.417毫米。
在外轴承滚道高度1处，滚子接触点轨迹的直径＝9.434毫米。
上述两直径比＝6.723。
图8在双重内轴承滚道高度2和2′处，接触点轨迹的直径＝81.25毫米。
在内滚道高度2和2′处，滚子接触点轨迹的直径＝11.50毫米。
上述两直径比＝7.066。
在外轴承滚道内高度1和1′处，接触点轨迹的直径＝61.25毫米。
在外滚道内高度1和1′处，滚子接触点轨迹的直径＝8.669毫米。
上述两直径比＝7.066。
图9.在内轴承滚道高度2和2′处，接触点轨迹的直径＝87.334毫米。
在内滚道高度2和2′处，滚子接触点轨迹的直径＝14.667毫米。
上述两直径比＝5.955。
在外轴承滚道高度1和1′处，接触点轨迹的直径＝62.167毫米。
在外滚道高度1和1′处，滚子接触点轨迹的直径＝10.44毫米。
上述两直径比＝5.955。
图10.在双内轴承滚道高度2和2′处，接触点轨迹的直径＝79.40毫米。
在内滚道高度2和2′处，滚子的直径＝12.40毫米。
上述两直径比＝6.402。
在外轴承滚道高度1和1′处，接触点轨迹的直径＝58.00毫米。
在外滚道高度1和1′处，滚子接触点轨迹的直径＝9.06毫米。
上述两直径比＝6.402。
图1至图10清楚地示出接触点所在的位置，把它们的支承点结合起来，我们可得到零摩擦。
为了分开或接近在图5，6，7中的球面或半球面轴承的高度上的接触点，图5中高度1和1′和图6中接触高度2和2′和图7中双接触高度1和1′处的接触弧度必须减小或增加。
为了分开或接近锥形滚子轴承的高度的接触点，图8中的高度1和1′处轴承滚道的倾斜度必须增加或减小。在锥形轴承(图10)的双重双锥形轴承滚道内，高度1和1′的接触角必须增加或减小。
如果做成有5％摩擦，在接触点的每一侧形成了一接触线，这样可得到很满意的结果。
如果对轴承不做很大改动，若只想减小摩擦的50％，则可以得到更低的支撑或连接角，使轴承有更好的刚性。
因为已知轴承涉及两个点，该接触点总是引起问题，同时使轴承破坏。通过把这些点转变成接触线，将会有三或四条接触线，而不是像普通球轴承那样只有两个接触点。
如果与在一滚珠上有两个接触点相比，那么具有长度为1.5毫米的3或4条接触线，乘上3或4，就得到4.5到6毫米的接触长度，与具有两接触点相比，这种转变产生的高的负荷能力是相当惊人的。
这样，滚珠的性能就像滚子，这意味着，除了上述许多优点外，还有轴承运行极平稳和可使很高百分比的讨厌的噪音消失等优点。
图1示出了国际系列6200的刚性球轴承，其尺寸及特性与6210轴承相似。
图1的上部是粗线1及字母A和B标的高度，字母A的高度是接触高度，而字母B的高度是阻尼高度。
在内轴承滚道内，高度1处的滚珠接触点轨迹的直径为82.8毫米，在同样的接触点滚珠直径为12.7毫米；该两直径的比例为6.520。在图1的下面部分是两个高度2和2′及它们相应的字母A、B。
在外滚道高度2和2′处接触点轨迹的直径为60.8毫米，在同一接触点，滚珠接触点轨迹的直径为9.326毫米，该两直径的比是6.520。
很清楚，当把接触高度设置在所提出的直径尺寸的地方，可以得到零摩擦。
下面是如NO.6210滚珠轴承造成的摩擦的实例：
内轴承滚道的接触点的近似直径为82.80毫米；滚珠接触点轨迹的直径为12.70毫米，该两直径比＝6.520。
外轴承滚道在接触点的近似直径为57.40毫米，在外滚道接触点滚珠接触点轨迹的直径为12.70毫米，该两直径比＝4.520。
上述两直径比的差等于2，这意味着有44％摩擦。
考虑到在常规轴承中44％摩擦，在每一接触侧可取5％摩擦，得到一根接触线代替一点，这样可得到满意的结果。
在图2中所示的情况与图1的不同，因为这是一种对大中尺寸很有用的可调轴承，修正摩损因而延长了轴承的寿命。
所谓的接触点转变成接触线，对提高轴承的效率很有利，可延长其寿命许多倍，因为它能支撑更大的负荷。也应注意，通过除去摩擦，磨损就更少，可以得到满意的结果。
关于滚珠接触线的形状和尺寸有很多形状，例如凹形、凸形、或多或少的截头锥形，在每一情况下可用最适当的形状。
为更清楚起见，图2下部示出了四条接触线。
但是，必须总是采用其几何形状有质量保证的滚珠。
在滚珠内滚道高度2和2′，接触点轨迹的直径为82.50毫米，在同一内滚道接触点滚珠接触点轨迹的直径为12.30毫米，该两直径比为6.708。
在滚珠外滚道高度1和1′处，接触点轨迹的直径为60.8毫米，在同一外滚道接触点滚珠接触点轨迹的直径为9.064毫米。该两直径比为6.708，这样得到零摩擦。
图3相应于径向一轴向轴承。它与上面的图1和图2有同样的概念，因为摩擦消除了，并且同时达到更多的输出。它同上述的轴承区别在于它是径向—轴向的，因而它有不等的接触角。
在内轴承滚道高度1处的接触点轨迹的直径为79.80毫米，在同一接触点滚珠接触点轨迹的直径为12.70毫米，该两直径的比为6.284。
在内滚道高度2字母A处接触点轨迹的直径为57.40毫米，在同一接触点滚珠接触点轨迹的直径为9.135毫米，该两直径的比为6.284，这些接触点的位置实现了零摩擦。
在内滚道高度2′处接触点轨迹的直径为66.42毫米，在上述区域内和在其接触点，滚珠接触点轨迹的直径为10.57毫米，该两直径比为6.284，具有上述的同样的直径比和结果。
轴承的接触点，无论是滚珠、锥形滚子、球面或隧道形轴承，都可以沿两方向延伸，形成对每一情况而言尽可能宽的接触线。
图4示出了类似于图3的径向—轴向轴承。在区域2和2′，内滚道有两个接触点或线，它的接触角比图3的轴承更不对称，但是对于得到零摩擦这是不重要的。
由于有四个接触点，轴承更平稳且负荷力更大。
在内滚道高度2处，接触点轨迹的直径为81.20毫米，而在接触点滚珠接触点轨迹的直径为12.3毫米，该两直径为6.602。
在相反方向，在外滚道内高度1′处的接触点轨迹的直径为67.00毫米，和如前面的接触情况类似，在滚道接触处滚珠接触点轨迹直径为10.15毫米，两直径比为6.601，该比值与相对的另一比值相等。
在内滚道高度2处，接触点轨迹的直径为76.30毫米，在区域2′，与内滚道同一点接触的滚珠接触点轨迹直径为11.555毫米，该两直径比为6.603。
在外滚道高度1处，接触点轨迹的直径为57.5毫米，在与外滚道高度1同一点接触的滚珠接触点轨迹的直径为8.71毫米，该两直径比为6.602。
利用这些接触位置，在四点得到零摩擦。
图5示出了一中等尺寸或大尺寸的可调球面轴承，它很容易调整矫正。
如同前面所述轴承那样，接触点的设置使得能得到的零摩擦，我们常常提到接触点，但必须不要忘记，重要的是接触点被转变成接触线，因为既能达到显著结果又不降低摩擦性能指数。
对该轴承，我们只说明两个接触点，因为这四个是等距离的。
在内滚道高度2和2′处，接触滚子的点轨迹直径为84毫米。
在内滚道高度2和2′处，滚子的球面部分的外径为14毫米。因此上述两直径比为6。
在外滚道高度1和1′处，接触滚子的点轨迹的直径为60.0毫米。
在外滚道接触点高度1和1′处，滚子的外径为10毫米。因此在四接触点该两直径比为6。如前面的轴承一样，得到零摩擦。
在这种类型的球面轴承中，接触线可比上述一种接触更宽。因此只具有很小部分的摩擦。
图6中所示的径向一轴向隧道形轴承，尽管它们接触角并不对称，但它们具有很宽的接触线，只有小的摩擦，有很好的刚性。这种轴承也是可调的。
虽然，对所有轴承的原则是要达到零摩擦，但是在接触点保持良好的平衡也是很重要的，特别当接触线展宽时更是如此。
在内滚道高度1字母A处的接触滚子的点轨迹的直径为82毫米，在同一接触点处，滚子的外径为12毫米，它们两者之比为6.750。
在外滚道高度2′字母A处的接触滚子的点轨迹的直径为58.30毫米，在同一接触点处，滚子的直径为8.638毫米，这样，上述直径的比为6.750毫米。
在外滚道高度2处的接触滚子的点轨迹的直径为66.15，在外滚道接触点高度2处，滚子接触点轨迹的直径为9.8毫米。自然，该两直径比也与上述直径比一样，均为6.750，因此就克服了摩擦。
图7示出对大尺寸很有用的具有两列可调滚子的摆式球面轴承。
接触点或线的位置使得尽管它们接触角不对称，但它们的比例(指滚道接触点轨迹的直径与在该接触点处滚子接触点轨迹的直径比)相同，因而具有下述的很好的平衡：
在高度2和2′处，内滚子滚道的接触点轨迹的直径为80.667毫米，而在高度2字母A处同一接触点处滚子接触点轨迹的直径为12毫米。该两直径比为6.723。
在外滚道高度1′处接触点轨迹的直径为56.667毫米，在同一点半球面滚子的直径为8.43毫米，它们的直径比为6.722。
最后，在外滚道高度1字母A处接触点轨迹的直径为63.417毫米。在外滚道高度1和1′处滚子接触点轨迹的直径为9.434毫米，在这些六点之间的比例为6.723，无摩擦存在。
图8示出一双锥形可调轴承。该轴承很特殊，因为它超出现有的锥形轴承的规则和标准。它基本上没有锥形轴承所固有的前面的或轴向的摩擦，当这种摩擦加到滚子的摩擦上时，产生很大的热量，使转速受到限制，同时消耗了大量能量，对于这种新的可调双锥形轴承(图8)，通过滚子和轴承滚道之间接触点的位置的安排实现了零摩擦，不会发生上述问题。
由上所述，必须增大在滚子和滚道之间的接触点，以适应使它们可承受的大负荷和阻力这些基本特点，尽管会牺牲一部分减小摩擦的能力。
为了正常工作，它们应成对安装，要达到零摩擦，滚子在轴承滚道中的接触点及在该处直径如下：
内滚道高度2和2′处接触点轨迹的直径为81.25毫米，在高度2和2′处同一接触点滚子的直径为11.5毫米，该两直径比为7.066。
外滚道高度1和1′处的接触点轨迹的直径为61.25毫米。
在外滚道高度1和1′处滚子的直径为8.669毫米，该两直径比为7.066。因而得到零摩擦。
图9所示的可调双锥形轴承类似于图8的轴承，不同的只是把锥形滚子放在外滚道的轴承靠里面的部分上。
从整体看图9所示的平面图形，是带有不同接触点形式的菱形，虽然有很多形式，但图中画出了最有用的形式，并且在每一情况下也用最有用的形式。
内滚道高度2和2′处滚道接触点轨迹的直径为87.334毫米，在该滚道高度2和2′处锥形滚子接触点轨迹的直径为14.67毫米，它们的直径比为5.955。
外滚道高度1和1′处接触点轨迹的直径为62.67。
在外滚道高度1和1′处锥形滚子的外径为10.44毫米，该两直径比为5.955。
滚子在它们的相应的轴承滚道高度1和1′及2和2′处接触点轨迹的直径分别相等，因此只详细说明相应直径中两个尺寸。
最后，图10示出了一个双重的基本上类似于图8和图9的双锥形轴承。它的基本特点是锥形轴承连成一体，使它们更稳定及刚性更好，这样形成一单一的轴承。
在低转速的地方它们使用得很好。
如上述，它们接触点的位置安排使摩擦为零。因为这些接触点都是相当的，因此只要说明两个相对的接触点。
在滚道中高度2和2′中四个内接触点中每个接触点轨迹的直径为79.40毫米。
在滚道中两个高度2和2′中，双锥形滚子接触点轨迹的直径为12.40毫米，它们的直径比为6.404。
在滚道高度1和1′处，四个接触点中每个的直径为58毫米。
在滚道高度1和1′处双锥形滚子接触点轨迹的直径为9.06毫米。该两直径比为6.402。因此得到零摩擦。
上面已经说明了本发明的工业目的。对它的使用已足够清楚和明白。本发明具有新颖性和是一个新的发明。但是对于本说明书所说明和提出的一些具体细节的形状、尺寸、材料及制造工艺可以变化，这些都应包括在本发明下面的权利要求的精神范围内。

Claims (7)

1.将轴承的摩擦减至最小的系统，该轴承包括内环、外环、滚动体和保持架，其特征在于，将轴承中的滚动体在内环和外环滚道中的接触点设置成，使得内外轴承滚道内接触点轨迹的直径与该处的滚动体的接触点轨迹直径之比相等，而将摩擦减至最小。
2.按照权利要求1的将轴承的摩擦减至最小的系统，其特征在于，在内外滚道和滚动体之间的有3个接触点。
3.按照权利要求1的将轴承的摩擦减至最小的系统，其特征在于内外滚道和滚动体之间有4个接触点，具有内滚道的外环是两体的，该轴承是可调轴承。
4.按照权利要求3的将轴承的摩擦减至最小的系统，其特征在于可以增加或减小球面或半球面轴承的接触弧度，以把所述的球面或半球面轴承的高度上的接触点分开或拉近。
5.按照权利要求3的将轴承的摩擦减至最小的系统，其特征在于可以增加或减小轴承滚道的斜度，以把锥形滚子轴承的高度上的接触点分开或拉近。
6.按照权利要求1的将轴承的摩擦减至最小的系统，其特征在于所述轴承可以是球轴承或滚子轴承。
7.按照权利要求1至5中任一项的将轴承的摩擦减至最小的系统，其特征在于所述的接触点展宽为一段接触线。
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