CN103527625A - 整体式套圈四点接触球轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种整体式套圈四点接触球轴承，它包括轴承内圈、滚珠、外圈和保持架，轴承内、外圈上均设有环形滚道，每条环形滚道与每个滚珠均两点接触，两接触点与滚珠中心连接线的夹角β_i和β_o在20°～150°之间；滚珠与内圈和外圈滚道的曲线相内切，滚珠与外圈和内圈之间存有径向间隙，内圈和外圈环形滚道截面轮廓曲线曲率半径r_i和r_o为滚珠半径r的1.01～1.16倍。由于滚珠与环形滚道间存在间隙，能改善轴承的润滑条件，提高轴承的疲劳寿命。滚珠与环形滚道的吻合度好，轴承寿命高。

Description

整体式套圈四点接触球轴承

技术领域

本发明属于轴承技术领域，尤其涉及滚动球轴承。

背景技术

目前普遍使用的标准（中国国家准和国际标准等）中，球轴承都包括轴承内圈、滚珠、外圈和保持架，滚珠放置在保持架中，被保持架均匀隔开，并设置在轴承内圈和外圈之间，在轴承内圈和外圈上均设有环形滚道，环形滚道截面轮廓为一圆弧（标准中的深沟球轴承、推力球轴承），或为一圆弧和一直线（标准中的角接触球轴承），且环形滚道截面轮廓圆弧半径大于滚珠半径，受载时滚珠与内圈和外圈分别是一点接触。这些标准球轴承的不足是滚珠在接触点所受的径向载荷大。

为减小标准球轴承滚珠在接触点径向载荷大的问题，中华人民共和国国家知识产权局公布的发明专利《四点接触的球轴承》（公开号：CN`1421623A）公开了一种四点接触的球轴承，是将轴承的内圈和外圈上环形滚道截面轮廓加工成两段圆弧，两段曲线对称于滚珠的径向轴线，该四点接触的球轴承受径向载荷时，滚珠与内圈和外圈分别有两点接触（每个滚珠共四点接触），该专利的内圈和外圈上环形滚道截面轮廓包括两种形式，一是对称的两段圆弧，二是对称的“V”形的两段直线；而且第一种形式的内圈和外圈上环形滚道截面轮廓的圆弧半径都大于滚珠半径。其不足是：1、没有确定在不受载时滚珠与内圈和外圈之间的径向间隙，因为滚珠四点接触时滚珠与内圈和外圈之间的径向间隙已不能适用标准球轴承滚珠与内圈和外圈之间的径向间隙标准，没有滚珠与内圈和外圈之间的径向间隙参数很难设计和制造；2、在受到径向载荷作用时，滚珠与内圈和外圈之间有四点接触，内圈和外圈滚道截面轮廓的圆弧半径都大于滚珠半径，两接触点与滚珠中心连接线的夹角β在30°～120°之间，两接触点的每一点所受的径向载荷都小于一点接触点的标准球轴承所受的径向载荷，但是当圆弧半径过大时，会使滚珠与内圈和外圈滚道接触的吻合度降低，会造成每一接触点处的最大接触应力大于标准球轴承的最大接触应力，既使球轴承的每一接触点所受径向载荷是标准球轴承的一半（实际上大于一半），但由于每一接触点处的最大接触应力会大于标准球轴承的最大接触应力，因此，并不能提高球轴承的寿命。以该专利实施例中内圈和外圈滚道截面轮廓的圆弧半径相等都等于2.1倍的滚珠半径，根据滚动轴承的计算理论计算，滚珠与内圈和外圈滚道接触的吻合度仅为0.47619，“V”形直线时，滚珠与内圈和外圈滚道接触的吻合度为0；远远低于标准球轴承的吻合度0.94340～0.98039，因此，该球轴承的寿命并不高于标准球轴承的寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型球轴承，在同等规格尺寸、同等运转条件下，使球轴承能够承受的径向极限载荷比现有球轴承的大，而且能够大大降低轴承的最大接触应力，同时改善轴承的润滑条件，从而大大提高同等规格尺寸、同等运转条件下球轴承的疲劳寿命。

本发明的要解决的问题是改变现有轴承内圈和外圈环形滚道的截面轮廓形状，优化滚珠与内圈和外圈之间的受力状态和接触状态，同时改善滚珠与内圈和外圈之间的润滑条件，从而达到提高轴承疲劳寿命的最终目的。

本发明是通过如下技术方案来解决上述问题的：整体式套圈四点接触球轴承，包括内圈、滚珠、外圈和保持架，滚珠均匀分布在保持架圆周方向的内圈环形滚道和外圈环形滚道之间，滚珠与内圈和外圈之间存有径向间隙；内圈和外圈环形滚道截面轮廓线均由三段曲线构成，其中两段曲线是对称于滚珠径向轴线的曲线，分别是两段内圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线和两段外圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线，另一段曲线是对称于滚珠径向轴线的两段曲线之间的连接线，分别是连接两段内圈环形滚道对称于滚珠径向轴线的曲线的连接线和连接两段外圈环形滚道对称于滚珠径向轴线的曲线的连接线，连接线与被连接的对称于滚珠径向轴线的两段曲线在连接点相切；受径向载荷时，滚珠与每段内圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线和每段外圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线均有一接触点，即滚珠与内圈环形滚道和外圈环形滚道均为两点接触，每个滚珠有四个接触点；内圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线与滚珠接触点的曲率半径r_i和外圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线与滚珠接触点的曲率半径r₀均大于滚珠半径r，滚珠与内圈和外圈环形滚道的曲线相内切，其特征在于：所述内圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线与滚珠接触点的曲率半径r_i和外圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线与滚珠接触点的曲率半径r₀为滚珠半径r的1.01～1.16倍；所述滚珠与内圈和外圈之间存有径向间隙，其中滚珠与外圈径向间隙Y₀满足关系式：

$Y_o=\sqrt{r_o^2-{\left[(r_o-r)\sin ({\mathrm{\β}}_o/2)\right]}^2}-r-(r_o-r)\cos ({\mathrm{\β}}_o/2),$

滚珠与内圈径向间隙Y_i满足关系式：

$Y_i=\sqrt{{r_i}^2-{\left[(r_i-r)\sin ({\mathrm{\β}}_i/2)\right]}^2}-r-(r_i-r)\cos ({\mathrm{\β}}_i/2),$

式中β_i为内圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线与滚珠两接触点与滚珠中心连接线的夹角，β_o为外圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线与滚珠的两接触点与滚珠中心连接线的夹角；所述内圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线与滚珠两接触点与滚珠中心连接线的夹角β_i和外圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线与滚珠的两接触点与滚珠中心连接线的夹角β_o在20°～150°之间。

本发明所述的整体式套圈四点接触球轴承，其特征在于：所述内圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线与滚珠两接触点与滚珠中心连接线的夹角β_i和外圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线与滚珠的两接触点与滚珠中心连接线的夹角β_o相等或者不相等。

本发明所述的整体式套圈四点接触球轴承，其特征在于：所述内圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线和外圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线是圆弧曲线、椭圆曲线和摆线中的一种；连接两段内圈环形滚道对称于滚珠径向轴线的曲线的连接线和连接两段外圈环形滚道对称于滚珠径向轴线的曲线的连接线是圆弧曲线、椭圆曲线、摆线、双曲线和正弦曲线中的一种。

本发明所述的整体式套圈四点接触球轴承，其特征在于：所述内圈环形滚道截面轮廓曲线和外圈环形滚道截面轮廓曲线为相同曲线或者不相同曲线。

本发明所述的光滑连接对称于滚珠径向轴线两段曲线的连接曲线充分考虑了两个因素，一是使内圈和外圈滚道分别与滚珠两点接触的封闭区有一定的空间，以容纳润滑油或润滑脂，从而改善轴承的润滑条件，二是光滑连接对称于滚珠径向轴线两段曲线，以避免应力集中。

内圈和外圈环形滚道截面轮廓曲线与滚珠接触点的曲率半径r_i和r_o取为滚珠半径的1.01～1.16倍，两接触点与滚珠中心连接线的夹角β_i和β_o在20°～120°之间，是为保证等同条件下，不仅内圈和外圈与滚珠接触点所受径向载荷小于标准球轴承所受径向载荷，还要使内圈和外圈与滚珠接触点的最大接触应力小于现有标准球轴承的最大接触应力。

本发明的有益效果是：滚珠接触点所受径向载荷小；滚珠与内圈和外圈滚道接触的吻合度高，可降低每一接触点处的最大接触应力，提高球轴承的疲劳寿命，在同等条件下本发明的四点接触球轴承的疲劳寿命大大高于现有球轴承的疲劳寿命。

本发明的整体式套圈四点接触球轴承可主要用作承受纯径向载荷或承受较大径向载荷和较小轴向载荷的向心球轴承，也可用作承受较大轴向载荷和较小径向载荷的角接触球轴承或推力球轴承。

附图说明

图1是本发明的整体式套圈四点接触球轴承结构立体示意图

图2是本发明的整体式套圈四点接触球轴承四点接触断面示意图

图中1-内圈；2-滚珠；3-外圈；4-保持架；5内圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线；6-连接两段内圈环形滚道对称于滚珠径向轴线的曲线的连接线；7外圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线；8连接两段外圈环形滚道对称于滚珠径向轴线的曲线的连接线。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

整体式套圈四点接触球轴承包括内圈1、滚珠2、外圈3和保持架4，滚珠2均匀分布在保持架圆周方向的内圈1环形滚道和外圈3环形滚道之间，滚珠2与内圈1和外圈3之间存有径向间隙；内圈1和外圈3环形滚道截面轮廓均由三段曲线构成，其中两段曲线对称于滚珠2的径向轴线，另一段曲线是对称于滚珠2的径向轴线的两段曲线之间的连接线，连接线与被连接的对称于滚珠2的径向轴线的两段曲线在连接点相切，连接线是圆弧曲线、椭圆曲线、摆线、双曲线和正弦曲线中的一种；对称于滚珠2的径向轴线的两段曲线是圆弧曲线、椭圆曲线和摆线中的一种；内圈1环形滚道截面轮廓曲线和外圈3环形滚道截面轮廓曲线为相同曲线或者不相同曲线；受径向载荷时，滚珠2与内圈1的环形滚道和外圈3的环形滚道均为两点接触，即每个滚珠有四个接触点，每个环形滚道上的两接触点与滚珠中心连接线的夹角β_i和β_o在20°～150°之间；内圈1的环形滚道截面轮廓曲线与滚珠2接触点曲率半径r_i和外圈3的环形滚道截面轮廓曲线与滚珠2接触点曲率半径r₀均大于滚珠半径r，滚珠2与内圈1和外圈3滚道的曲线相内切，内圈1的环形滚道截面轮廓曲线与滚珠2接触点曲率半径r_i和外圈3的环形滚道截面轮廓曲线与滚珠2接触点曲率半径r₀为滚珠半径r的1.01～1.16倍；滚珠2与内圈1和外圈3之间存有径向间隙，其中滚珠2与外圈3径向间隙Y₀满足关系式：

$Y_o=\sqrt{r_o^2-{\left[(r_o-r)\sin ({\mathrm{\β}}_o/2)\right]}^2}-r-(r_o-r)\cos ({\mathrm{\β}}_o/2),$

滚珠2与内圈1径向间隙Y_i满足关系式：

$Y_i=\sqrt{{r_i}^2-{\left[(r_i-r)\sin ({\mathrm{\β}}_i/2)\right]}^2}-r-(r_i-r)\cos ({\mathrm{\β}}_i/2).$

内圈1和外圈3环形滚道截面轮廓曲线与滚珠2的两接触点与滚珠中心连接线的夹角β_i和β_o在20°～120°之间时用作承受较大径向载荷较小轴向载荷的向心球轴承或向心角接触球轴承；两接触点与滚珠中心连接线的夹角β_i和β_o在120°～150°之间时，可用作为承受较大轴向载荷较小径向载荷的角接触球轴承或推力球轴承。

实施例为夹角β_i和β_o均为30°，滚珠2半径为11.125（mm），内圈1和外圈3滚道截面轮廓的圆弧，半径均为11.7819（mm），为0.53倍的滚珠2直径。以实施例与现有的标准球轴承相比较的主要计算结果如下：

在1000（N）径向载荷作用下，标准球轴承接触点共法线方向载荷为1000（N），则接触点处的最大接触应力为1192.31(MPa）；本发明的四点接触球轴承的滚珠半径为11.125（mm），内圈和外圈滚道截面轮廓的圆弧半径均为11.7819（mm），夹角β_i和β_o均为30°时，滚珠与外圈径向间隙Y₀和滚珠与内圈径向间隙相等Yi均为0.0846（mm）。在1000（N）径向载荷作用下，每个接触点所受共法线方向载荷为517.6381（N），则接触点处的最大接触应力为957.33(MPa），本发明的四点接触球轴承的最大接触应力理论上仅为标准球轴承最大接触应力的957.33/1192.31=80%，四点接触球轴承的疲劳寿命理论上为标准球轴承的约5.6倍，可见本发明的四点接触球轴承可大大提高轴承的疲劳寿命，因为轴承的疲劳寿命大约与应力的9次方成反比。

Claims (4)

1.整体式套圈四点接触球轴承，包括内圈（1）、滚珠（2）、外圈（3）和保持架（4），滚珠（2）均匀分布在保持架圆周方向的内圈（1）环形滚道和外圈（3）环形滚道之间，滚珠（2）与内圈（1）和外圈（3）之间存有径向间隙；内圈（1）和外圈（3）环形滚道截面轮廓线均由三段曲线构成，其中两段曲线是对称于滚珠径向轴线的曲线，分别是两段内圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线（5）和两段外圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线（7），另一段曲线是对称于滚珠径向轴线的两段曲线之间的连接线，分别是连接两段内圈环形滚道对称于滚珠径向轴线的曲线的连接线（6）和连接两段外圈环形滚道对称于滚珠径向轴线的曲线的连接线（8），连接线与被连接的对称于滚珠径向轴线的两段曲线在连接点相切；受径向载荷时，滚珠（2）与每段内圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线（5）和每段外圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线（7）均有一接触点，即滚珠（2）与内圈环形滚道和外圈环形滚道均为两点接触，每个滚珠有四个接触点；内圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线（5）与滚珠（2）接触点的曲率半径r_i和外圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线（7）与滚珠（2）接触点的曲率半径r₀均大于滚珠半径r，滚珠（2）与内圈（1）和外圈（3）环形滚道的曲线相内切，其特征在于：所述内圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线（5）与滚珠（2）接触点的曲率半径r_i和外圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线（7）与滚珠（2）接触点的曲率半径r₀为滚珠半径r的1.01～1.16倍；所述滚珠（2）与内圈（1）和外圈（3）之间存有径向间隙，其中滚珠（2）与外圈（3）径向间隙Y₀满足关系式：

$Y_o=\sqrt{r_o^2-{\left[(r_o-r)\sin ({\mathrm{\β}}_o/2)\right]}^2}-r-(r_o-r)\cos ({\mathrm{\β}}_o/2),$

滚珠（2）与内圈（1）径向间隙Y_i满足关系式：

$Y_i=\sqrt{{r_i}^2-{\left[(r_i-r)\sin ({\mathrm{\β}}_i/2)\right]}^2}-r-(r_i-r)\cos ({\mathrm{\β}}_i/2),$

式中β_i为内圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线（5）与滚珠（2）两接触点与滚珠中心连接线的夹角，β_o为外圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线（5）与滚珠的两接触点与滚珠中心连接线的夹角；所述内圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线（5）与滚珠（2）两接触点与滚珠中心连接线的夹角β_i和外圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线（5）与滚珠的两接触点与滚珠中心连接线的夹角β_o在20°～150°之间。

2.根据权利要求1所述的整体式套圈四点接触球轴承，其特征在于：所述内圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线（5）与滚珠（2）两接触点与滚珠中心连接线的夹角β_i和外圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线（5）与滚珠的两接触点与滚珠中心连接线的夹角β_o相等或者不相等。

3.根据权利要求1所述的整体式套圈四点接触球轴承，其特征在于：所述内圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线（5）和外圈环形滚道的对称于滚珠径向轴线的曲线（7）是圆弧曲线、椭圆曲线和摆线中的一种；连接两段内圈环形滚道对称于滚珠径向轴线的曲线的连接线（6）和连接两段外圈环形滚道对称于滚珠径向轴线的曲线的连接线（8）是圆弧曲线、椭圆曲线、摆线、双曲线和正弦曲线中的一种。

4.根据权利要求3所述的整体式套圈四点接触球轴承，其特征在于：所述内圈环形滚道截面轮廓曲线和外圈环形滚道截面轮廓曲线为相同曲线或者不相同曲线。

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