CN103476987A - 具有用于端部卷轴的高强度轴承的弓形工业辊 - Google Patents

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Abstract

一种工业辊，包括：具有阶梯状轮廓和弓形纵轴线的静止轴(120)，其具有较厚的内部截面(124)和较薄的端部截面(122)；可旋转地安装在静止轴(120)上的端部卷轴(100)；以及第一厚滚珠轴承(117)和第二薄滚珠轴承(107)，其中第一滚珠轴承(117)安装在卷轴(100)与静止轴的薄截面(122)之间，而第二滚珠轴承(107)安装在卷轴(100)与静止轴的厚截面(124)之间。

Description

具有用于端部卷轴的高强度轴承的弓形工业辊
相关申请
本申请请求享有于2010年12月10日提交的美国临时专利申请第61/421789号的优先权和权益，该申请的公开内容在此以其整体并入本文中。
技术领域
本发明大体上针对工业辊，且更具体地针对用于弓形工业辊的端部轴承。
背景技术
工业辊常用于传输卷状物（web），如，带、片（sheet）等。典型的工业辊安装在轴上，且围绕由轴限定的轴线旋转。传输的卷状物接触辊且沿与辊的表面相切的方向传送。
在一些工业环境中，辊具有弓形的纵轴线，而不是具有直纵轴线的圆筒。此类辊常用于造纸行业，其中辊中的弓形会除去折皱，且使得通过辊的连续的纸卷的中心和边缘都能够经受均匀的张力。此类辊通常包括通过可旋转的轴承安装在弓形轴上的许多直圆筒形外壳区段（section）。
传统上，弓形辊在辊内侧使用很薄的截面的深沟径向滚珠轴承来将卷轴安装到轴上，其中每个辊上可能存在多达30到40个轴承。由于其必须配合在大直径的非旋转的轴与小内径的卷轴之间，故薄截面轴承（thin section bearing）是所需的。由于轴承的截面薄，故相比于相似外径的较厚的轴承，该轴承减小了负载承载能力。
对于弓形辊中的大部分轴承来说，使用薄截面轴承没有什么问题，因为由卷状物施加的负载通常很小。然而，端部轴承(辊的每个端部上有一个端部轴承)通常遭受可缩短弓形辊的使用寿命的附加的运行负载和环境应力。此类运行负载可包括来自套筒压缩或套筒收缩和传动带张力的轴向推力。环境负载可包括含水的污染物、造纸原料、胶料或腐蚀物，以及在一些情况下由红外线干燥器造成的局部加热。当深沟径向滚珠轴承并未设计成经得起较大的推力负载时，轴向负载可能特别成问题，且看到辊带回一个或两个处于某种失效状态的端部轴承是相当普遍的。
图1中示出了大概在10处标出的常规的弓形辊的端部卷轴。辊10包括静止轴12、端部卷轴14、多个普通（common）卷轴15(本文中仅示出了一个普通卷轴15的一部分)和套筒16，套筒16延伸了辊10的长度。端部卷轴14经由两个滚珠轴承17a,17b可旋转地安装到轴12上，该滚珠轴承17a,17b包括滚珠20a,20b位于在其中的两个滚珠轴承轨道18a,18b；滚珠20a,20b还收纳在轴12中的轨道22a,22b中。滚珠轴承轨道18a,18b与由轴12限定的轴线在径向上等距，滚珠轴承轨道22a,22b也一样。滚珠20a,20b还具有相同的大小。通常，与滚珠轴承17a,17b相同的滚珠轴承用于将普通卷轴15安装在轴12上。
可期望的是提供能够更好地经得起由端部轴承经受的严酷环境的端部轴承构造。
发明内容
作为第一方面，本发明的实施例针对一种用于工业辊的组件。该组件包括：具有阶梯状轮廓的静止轴，其具有较厚的内部截面和较薄的端部截面；可旋转地安装在静止轴上的端部卷轴；以及第一厚滚珠轴承和第二薄滚珠轴承，其中第一滚珠轴承安装在卷轴与静止轴的薄截面之间，而第二滚珠轴承安装在卷轴与静止轴的厚截面之间。在该构造中，滚珠轴承可提供对由辊的端部卷轴经受的应力的附加阻力。
作为第二方面，本发明的实施例针对一种用于工业辊的组件，其包括：具有阶梯状轮廓和弓形纵轴线的静止轴，其具有较厚的内部截面和较薄的端部截面；可旋转地安装在静止轴上的端部卷轴；以及第一厚滚珠轴承和第二薄滚珠轴承，其中第一滚珠轴承安装在卷轴与静止轴的薄截面之间，而第二滚珠轴承安装在卷轴与静止轴的厚截面之间。 
作为第三方面，本发明的实施例针对以一种工业辊，包括：具有阶梯状轮廓的静止轴，其具有较厚的内部截面和较薄的端部截面；可旋转地安装在静止轴上的多个普通卷轴；可旋转地安装在静止轴上的端部卷轴；以及第一厚滚珠轴承和第二薄滚珠轴承，其中第一滚珠轴承安装在卷轴与静止轴的薄截面之间，而第二滚珠轴承安装在卷轴与静止轴的厚截面之间。
附图说明
图1为弓形辊的常规端部卷轴的局部截面视图。
图2为根据本发明的实施例的弓形辊的端部卷轴的局部截面视图，其中为了清楚起见而除去了外部套筒。
具体实施方式
下文将参照附图来更具体地描述本发明。本发明并非旨在限于所示的实施例；相反这些实施例旨在向本领域的技术人员完全地且完整地公开本发明。在附图中，相似的数字代表在各处的相似元件。为了清楚起见，一些构件的厚度和尺寸可能被扩大。
除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)都具有与本发明所属技术领域的普通技术人员所普遍理解的相同的意义。还将理解的是，用语(如，常用字典中限定的那些)应被解释为具有与其在相关领域的背景中的含义一致的含义，且不以理想化或过度正式的意义来解释，除非本文中明确地如此限定。
此外，空间相对用语如"之下"、"下方"、"下"、"之上"、"上"等在本文中可用于简化描述以描述一个元件或特征与图中所示的其它的元件或特征的关系。将理解的是，空间相对用语旨在包含除附图中所示的定向之外的使用或运行中的装置的不同定向。例如，如果图中的装置倒置，则描述为在其它元件或特征"之下"或"下面"的元件将定向在其它元件或特征的"之上"或"上方"。因此，示例性的用语"之下"可包含之上和之下两种定向。该装置可以以其它方式定向(旋转90度或以其它定向)，且本文中使用的空间相对描述语被相应地解释。如本文所使用的"垂直"具有常规意义，即，直立；或与水平面成直角。 
本文所使用的术语是为了仅描述特定实施例的目的，且并非旨在限制本发明。如本文中所使用的单数形式"一个"、"一种"和"该"旨在还包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。还将理解的是，当用于本说明书中时，用语"包括(comprises)"和/或"包括(comprising)"确定了所说明的特征、整体、步骤、运行、元件和/或构件的存在，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、整体、步骤、运行、元件、构件和/或它们的集合。如本文中使用的那样，短语"和/或"包括一个或多个相关联的列举项目的任何组合和所有组合。
其中使用的用语"附接"、"连接"、"互连"、"接触"、"安装"等可指的是元件之间直接或间接的附接或接触，除非另外说明。
现参看附图，图2中示出了大概在100处标出的可解决上文所述的运行负载和环境应力问题的端部卷轴。端部卷轴100将附接于弓形工业辊(如，图1中示出的辊10)的两个端部上，且将多个普通卷轴15夹在其间。
如图2中可看到的那样，端部卷轴100包括阶梯状内部轮廓，使得卷轴100包括薄截面102和较厚的截面104。卷轴100安装在其上的轴120相似包括薄截面122和较厚的截面124。轴120通常具有弓形纵轴线，其与普通卷轴15、端部卷轴100和外部橡胶套筒(未示出，且在一些实施例中为可选的)组合，提供弓形表面以支承卷状物，如，在造纸机上生产的纸卷。
又参看图2，卷轴100的薄截面102经由薄滚珠轴承107安装到轴120的厚截面124上。薄滚珠轴承107具有附接于薄截面102上的滚珠轴承轨道106，该滚珠轴承轨道106收纳小滚珠108。薄滚珠轴承107还包括沿轴120的纵轴线与轨道106对准的滚珠轴承轨道128，且因此滚珠轴承轨道128收纳小滚珠108。通常，薄滚珠轴承107与用于将普通卷轴安装在轴120上的其他滚珠轴承大致相同(且通常与图1中示出的薄滚珠轴承17a和17b大致相同)。
再一次参看图2，卷轴100的较厚的截面104经由厚滚珠轴承117安装到轴120的薄截面122上。厚滚珠轴承117包括附接到厚截面104上的滚珠轴承轨道110，该滚珠轴承轨道110收纳大滚珠112。厚滚珠轴承117还包括沿轴120的纵轴线与轨道110对准的滚珠轴承轨道126，且因此滚珠轴承轨道126收纳大滚珠112。
在一些实施例中，圆柱形的间隔物(本文未示出)可包括在一些或所有轴承之间。该轴还可包括"螺母"或其它紧固装置，其用以沿轴的轴线压紧轴承。间隔物和紧固装置的存在可有助于轴承的正确定位和牢固安装。
在运行中，径向向外的轨道106,110围绕轴120的纵轴线自由旋转，而径向向内的轨道126,128固定到轴120上，且相对于其保持静止。因此，在卷状物(如，纸卷)在普通卷轴15和端部卷轴100上传送时，端部卷轴100的薄截面102和厚截面104相对于轴120自由地旋转。 
薄截面轴122的存在允许使用最末端（endmost）滚珠轴承117，其具有比滚珠轴承107和普通卷轴的滚珠轴承小的内径和与滚珠轴承107和普通卷轴的滚珠轴承相似的外径。因此，具有较厚截面和较大滚珠112的轴承轨道110和126包括厚滚珠轴承117，其具有在特定的负载下比薄滚珠轴承107的轨道106,128和滚珠108低的接触应力。相似地，端部轴承117在达到材料应力极限或达到过短的疲劳寿命极限之前，可经得起较高的负载，尤其是推力负载。这在总体上可延长辊的运行寿命。
在一些实施例中，轴120的薄截面122与厚截面124的厚度差可在大约0.25英寸到3.25英寸之间。在其它实施例中，厚截面124与薄截面122之间的直径比在大约1.1到2.0之间。在一些实施例中，薄滚珠轴承107与厚滚珠轴承117之间的厚度差在大约0.46英寸到0.80英寸之间，且厚滚珠轴承107与薄滚珠轴承117的内径的比大约在1.1到2.0之间。
前述实施例示出了本发明，且不应被看作是对本发明的限制。尽管已经描述了本发明的示例性实施例，但本领域的技术人员将容易地理解的是，在实质上不脱离本发明的新颖的启示和优点的情况下，许多变型可能存在于示例性实施例中。因此，所有此类变型都旨在包括在本发明的范围内。

Claims (14)

1.一种用于工业辊的组件，包括： 
具有阶梯状轮廓的静止轴，其具有较厚的内部截面和较薄的端部截面；
可旋转地安装在所述静止轴上的端部卷轴；以及
第一厚滚珠轴承和第二薄滚珠轴承，其中所述第一滚珠轴承安装在所述卷轴与所述静止轴的薄截面之间，而所述第二滚珠轴承安装在所述卷轴与所述静止轴的厚截面之间。
2.根据权利要求1中限定的组件，其中所述静止轴的较厚的内部截面具有第一直径，而所述静止轴的较薄的端部截面具有第二直径，且所述第一直径与所述第二直径之间的差在大约0.25英寸到3.25英寸之间。
3.根据权利要求1中限定的组件，其中所述较厚的内部截面的直径与所述较薄的端部截面的直径的比在大约1.1到2.0之间。
4.根据权利要求1中限定的组件，其中所述工业辊为造纸机的一部分。
5.一种用于工业辊的组件，包括：
具有阶梯状轮廓和弓形纵轴线的静止轴，其具有较厚的内部截面和较薄的端部截面；
可旋转地安装在所述静止轴上的端部卷轴；以及
第一厚滚珠轴承和第二薄滚珠轴承，其中所述第一滚珠轴承安装在所述卷轴与所述静止轴的薄截面之间，而所述第二滚珠轴承安装在所述卷轴与所述静止轴的厚截面之间。
6.根据权利要求5中限定的组件，其中所述静止轴的较厚的内部截面具有第一直径，而所述静止轴的较薄的端部截面具有第二直径，且所述第一直径与所述第二直径之间的差在大约0.25英寸到3.25英寸之间。
7.根据权利要求5中限定的组件，其中所述较厚的内部截面的直径与所述较薄的端部截面的直径的比在大约1.1到2.0之间。
8.根据权利要求5中限定的组件，其中所述工业辊为造纸机的一部分。
9.根据权利要求5中限定的组件，还包括安装在所述静止轴上的多个普通卷轴。
10.一种工业辊，包括：
具有阶梯状轮廓的静止轴，其具有较厚的内部截面和较薄的端部截面；
可旋转地安装在所述静止轴上的多个普通卷轴；
可旋转地安装在所述静止轴上的端部卷轴；以及
第一厚滚珠轴承和第二薄滚珠轴承，其中所述第一滚珠轴承安装在所述卷轴与所述静止轴的薄截面之间，而所述第二滚珠轴承安装在所述卷轴与所述静止轴的厚截面之间。
11.根据权利要求10中限定的工业辊，其中所述静止轴的较厚的内部截面具有第一直径，而所述静止轴的较薄的端部截面具有第二直径，且所述第一直径与所述第二直径之间的差在大约0.25英寸到3.25英寸之间。
12.根据权利要求10中限定的工业辊，其中所述较厚的内部截面的直径与所述较薄的端部截面的直径的比在大约1.1到2.0之间。
13.根据权利要求10中限定的工业辊，其中所述工业辊为造纸机的一部分。
14.根据权利要求10中限定的工业辊，其中所述静止轴具有弓形的纵轴线。
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