CN104533294B - 一种耐冲击高承载滚滑复合轴承 - Google Patents

Abstract

一种耐冲击高承载滚滑复合轴承。属于机械工业设备技术领域。提供一种既适应高速旋转平稳运行的需要，又能提高轴承的承载能力和耐冲击能力，同时可减缓滑动轴承的磨损延长轴承的使用寿命的耐冲击高承载滚滑复合轴承。包括内支承和外支承，还包括滚动组件、弹性件和压盖，所述滚动组件为环形，所述内支承具有圆柱形的外表面，所述内支承外表面的中部设有一圈外凸起，所述外凸起的顶面形成工作面一，在所述外凸起的两端分别设有坡面一，两端所述坡面一的外侧为内支承的轴颈。本发明的滚滑轴承既可满足高速平稳载荷状态下的使用要求，又可承受高速平稳载荷下工作时突然出现的冲击载荷，或在平稳载荷工作时，短时瞬间的大载荷运动支承需要。

Description

一种耐冲击高承载滚滑复合轴承

技术领域

本发明属于机械工业设备技术领域，涉及一种滚滑复合轴承。

背景技术

滚动轴承可以在高转速下承受一定的载荷，但是耐冲击性能较差，滑动轴承的抗冲击性较好，但是只能在较低速度下工作，但是在一些特殊的应用场合，例如矿山、石油中的牙轮钻探，锻压装备工作中的锻打冲压等，在工作机构高速回转的同时，其载荷多为冲击性载荷，这对承载轴承就提出了更高的要求，既要能满足高转速时稳定运转的需要，又要能满足冲击载荷下轴承不被损坏，为此滚滑轴承应运而生。传统的滚滑轴承是利用支承的滚动组件体的弹性变形来实现滚动支承与滑动支承间的转换，这种方式在冲击载荷或高强载荷作用下滚动组件体发生了弹性变形，其外形已呈非园状态，此时的滚动实际也已变为滑动，滚动组件体、轴承的内外圈都会因为滑动摩擦而磨损发热严重，同时也严重影响轴承的寿命。

比如，国家知识产权局公开的“名称：牙轮钻头用空心滚滑复合轴承，申请号：201310011517. 6”的专利技术，提供了一种高速、重载工况下的牙轮钻头用空心滚滑复合轴承。其目的是可以有效地降低轴承各部件之间的摩擦磨损，提高其承载能力，并具有吸振、减振功能，从而可以有效地延长牙轮钻头的使用寿命。其技术方案包括：在牙轮内孔和牙爪轴颈之间均匀布置数量相等的空心圆柱滚动组件、滚柱和扇形滑块，或在牙爪轴颈与滚动体和滑块之间可以设置带油孔的滑套。其优点是改变了以往高速承载重载时仅仅是点接触或线接触的弊端，但该案存在的问题是：在承载重载工况时，仍是由单体的扇形滑块承载负荷，难以承受冲击载荷。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够克服上述缺陷，既适应高速旋转平稳运行的需要，又能提高轴承的承载能力和耐冲击能力，同时可减缓滑动轴承的磨损延长轴承的使用寿命的耐冲击高承载滚滑复合轴承。

本发明的技术方案是：包括内支承和外支承，还包括滚动组件、弹性件和压盖，所述滚动组件为环形，

所述内支承具有圆柱形的外表面，所述内支承外表面的中部设有一圈外凸起，所述外凸起的顶面形成工作面一，在所述外凸起的两端分别设有坡面一，两端所述坡面一的外侧为内支承的轴颈；

所述外支承具有圆柱孔形的内表面，所述外支承内表面的中部设有一圈内凸起，所述内凸起的顶面形成工作面二，在所述内凸起的两端分别设有坡面二；

内支承上两端所述的坡面一和外支承上两端所述的坡面二分别构成一开口向外的环形的喇叭口；

环形的所述滚动组件设在环形的所述喇叭口内，所述弹性件由外向内贴合所述滚动组件，所述压盖由外向内固定所述弹性件，所述压盖固定连接在所述外支承或内支承上；

所述工作面一与所述工作面二之间留有工作间隙，所述压盖中孔的内径略大于所述轴颈的外径，使得所述内支承能相对于外支承自由转动。

所述工作面一和工作面二之间设有衬套；所述衬套固定连接在所述工作面一上、或所述衬套固定连接在所述工作面二上、或所述衬套空套在所述工作面一和工作面二之间的工作间隙内。

环形的所述滚动组件包括若干滚珠或锥形滚柱。

所述若干滚珠或锥形滚柱由保持架约束。

环形的所述滚动组件为一整体圆环，所述滚动组件的横截面为扇形，所述扇形与所述喇叭口的形状相适配。

所述扇形的两侧边为曲线侧边，所述喇叭口的侧边与所述曲线侧边相适配。

环形的所述滚动组件为一整体圆环，所述滚动组件的横截面为圆形。

所述弹性件为金属弹性件或非金属弹性件。

在所述弹性件与滚动组件之间设有环形的隔板。

所述环形隔板的外环形面上设有滚动机构。

本发明的复合轴承包括具有滚动轴承性能的滚动体组件和具有滑动轴承作用承载衬套，通常状态下，滚动轴承（内支承、外支承、滚动组件）担当支承作用，同时能满足较低载荷时的运转工作；当有重载载荷或冲击载荷作用时，滚动组件会被外支承和内支承之间的喇叭口的收缩作用，发生轴向位移。使得工作面一和工作面二之间出现轻微轴心偏移，两工作面朝向载荷方向的位置相互贴合，形成面接触；此时，两工作面（或承载衬套）接管载荷滑动轴承担当重载支承，当载荷转为轻载后，滚动组件在弹力的作用下复位，滚动轴承恢复支承承载状态，滑动轴承自动脱出工作状态，工作面一和工作面二的轴心复位，仍保持原有的工作间隙。这种滚动支承与滑动支承的作用转换完全根据载荷的变化自动完成。

本发明与现有技术相比其优点在于：

（1）滚动轴承的特点是适于平稳载荷，可在高速下工作，滑动轴承的特点是承载能力高，可以在冲击载荷作用下正常工作，但是不适于在高速状态下工作，当然这是指普通滑动轴承，并不含静压式滑动轴承。静压式滑动轴承的载荷与速度特性与滚动轴承更相近。本发明的滚滑轴承既可满足高速平稳载荷状态下的使用要求，又可承受高速平稳载荷下工作时突然出现的冲击载荷，或在平稳载荷工作时，短时瞬间的大载荷运动支承需要。

（2）已有的滚滑轴承实现滚动支承与滑动支承转换依靠的是在载荷作用下滚动组件体的弹性变形，但是滚动组件体的这种弹性变形也使得滚动组件体变成了非圆状态，滚动组件体变形为非圆体后，其滚动也将不再是纯滚动，而是变成为滚滑复合式运动，这样会加大滚动组件体与轴承内外圈的磨损，缩短轴承的寿命。而本发明的滚滑复合轴承滚动组件体为非弹性，在重载荷作用下滚动组件体的轴向移动使其只担当辅助支承，在此过程中滚动体一直保持在更好的滚动状态，摩擦磨损发热现象都能得到很大的改善。

（3）此外已知的滚滑轴承采用的为滚动体与滑动滑块间隔式结构，承载面积和承载能力因此受到限制，滚动滚动组件体的数量很有限，可以以滚动支承方式工作的载荷临界点较低，超过此临界点，滚滑轴承就会以滑动支承的方式投入工作，过早的切入滑动状态模式也会加大滑动轴承的磨损，本发明的滚滑复合轴承可根据需要改变设计，承载性能将能满足更多具有重载、且承载力有变化场合的工作需要。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图，

图1.1是图1中A-A阶梯剖视图，

图2是本发明中外支承的结构示意图，

图3是本发明中内支承的结构示意图，

图4是本发明中滚动组件的结构示意图，

图5是图4的左视图，

图6是本发明中环形滚动组件的另一实施方式示意图，

图7是本发明实施例二的结构示意图，

图8是本发明实施例三的结构示意图，

图9是本发明实施例四的结构示意图，

图10是本发明实施例五的结构示意图，

图11是本发明的工作原理图一，

图12是本发明的工作原理图二；

图中1是内支承，11是工作面一，12是坡面一，13是轴颈，

2是衬套，

3是外支承，31是工作面二，32是坡面二，

4是滚动组件，

5是隔板，51是滚动机构，

6是弹性件

7是压盖，71是压盖凸圈，72是中孔，721是密封圈，

8是工作间隙；

图中F是重载荷，f是弹性力，大空心箭头表示重载荷作用方向，小实心箭头表示弹性力作用方向，线箭头表示运动方向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

本发明如图1-10所示：包括内支承1和外支承3，还包括滚动组件4、弹性件6和压盖7，滚动组件4为环形，

内支承1具有圆柱形的外表面，内支承1外表面的中部设有一圈外凸起，外凸起的顶面形成工作面一11，在外凸起的两端分别设有坡面一12，两端坡面一12的外侧为内支承1的轴颈13；如图3所示。

外支承3具有圆柱孔形的内表面，外支承3内表面的中部设有一圈内凸起，内凸起的顶面形成工作面二31，在内凸起的两端分别设有坡面二32；如图2所示。

内支承1上两端的坡面一12和外支承3上两端的坡面二32分别构成一开口向外的环形的喇叭口；该喇叭口在径向剖面上形成斜楔的效果。

环形的滚动组件4设在喇叭口内，弹性件6由外向内贴合滚动组件4，压盖7由外向内固定弹性件6，压盖7固定连接在外支承3或内支承1上；即通过弹性件6将环形滚动组件4“塞入”在喇叭口内，尽量保持在无重载荷（或轻载荷）时外、内支承的同轴度，以便于无重载荷时的高速运转。

工作面一11与工作面二31之间留有工作间隙8，压盖7的中孔72的内径略大于轴颈13的外径，使得内支承1能相对于外支承3转动。这里需要说明：此处“略大于”的限度本领域技术人员是能够确定的，是出于相互运动需要、且确保重载荷时内支承1和外支承3出现微量偏心（如图11、12所示）时，仍能确保两者之间的相互运动而保留的一种尺寸配合关系。

工作面一11和工作面二31之间设有衬套2；衬套2固定连接在工作面一11上、或衬套2固定连接在工作面二31上、或衬套2空套在工作面一和工作面二之间工作间隙8内。

环形的滚动组件包括若干滚珠或锥形滚柱。如图1.1所示，该种实施方式在未加载重载荷时，完全是滚动摩擦。对这种情况，增加保持架，约束若干滚珠或锥形滚柱更优选。更适合高速运转。

弹性件6为金属弹性件或非金属弹性件或恒力推动装置，金属弹性件中，可以是机械弹簧类的，比如碟簧、螺旋弹簧、波纹弹簧等等，优选碟簧；非金属弹性件，比如橡胶材料或聚氨酯材料制得的弹性件；恒力推动装置，可以是气缸或液压缸类气动或液压机构，也可以是磁悬浮或其它磁力装置。

在弹性件6与滚动组件4之间设有环形的隔板5。

环形隔板5的外环形面上设有滚动机构51。比如：滚珠、滚动环、滚动轴承或滑动衬套轴承等。

下面结合多种实施例进一步说明本发明；

图1体现本发明实施例一，其结构中滚动组件4有两种实施措施，一是成组的锥形滚柱，二是如图4、5所示的滚动组件4为一整体圆环，滚动组件4的横截面为扇形，扇形与喇叭口的形状相适配，以形成斜楔作用。为进一步确保接触面积，扇形的两侧边为曲线侧边，喇叭口的侧边（即坡面一12和坡面二32的表面）与曲线侧边相适配；前述的曲线可以是弧线、渐开线等曲线，在出现偏载载荷时，能更好的保护部件，避免出现异常磨损，如图12所示。

图7是本发明实施例二的结构示意图，其结构中滚动组件4为两种情况，一是成组的球形滚珠；二环形的滚动组件4为一整体圆环，滚动组件的横截面为圆环形。即标准圆环。如图6所示。

图8是本发明实施例三的结构示意图，其结构中工作面一11和工作面二31之间未设置衬套2，仅仅保留有工作间隙8。该实施例中，对工作面一11和工作面二31的表面进行适当处理，使得具有耐磨性能，同样能解决本发明所要解决的技术问题。

图9是本发明实施例四的结构示意图，其结构中一是对环形隔板5的外环形面上设置了滚动机构51，本实施例所显示的为滚珠或者滚动环。此外，本例中对轴颈13、压盖中孔72之间采取了液密封措施，即设置了密封圈721。

图10是本发明实施例五的结构示意图，即将本发明的内支承1结构、外支承3结构直接加工在设备的轴、盘（轮毂）上，同样能够解决本发明所要解决的技术问题。

本发明的工作原理是：

滚动支承组件中的滚动组件用压紧弹性件通过隔板压入在内支承和外支承之间的喇叭口内，滚动支承组件可承受的载荷取决于压紧弹性件的弹力，同时压紧弹性件的弹力可以消除内支承和外支承之间的间隙，从而使滚动支承组件在高速状态下运行更加平稳。

当滚滑复合轴承所承受的载荷加重后，载荷力通过滚动组件传递给内支承，滚动组件在传力的过程中所同时承受的轴向力会推动滚动组件去克服压紧弹性件的压紧力而沿轴向发生位移，内支承与外支承中心线脱离重合位，内外支承之间的间隙因此而不再沿径向等同分布，而是会沿着载荷的施加方向产生靠近载荷施加位置的间隙变小，远离载荷施加位置的间隙变大，当靠近载荷位置的内外支承间的间隙，等于外支承与衬套（或者内支承与衬套，具体根据衬套是固定在外支承上还是固定在内支承上而不同）之间的间隙时，载荷既通过外支承、衬套、内支承来进行传递，衬套成为载荷传递的主要担当者，滚动组件退居为载荷的次要担当者，复合滚滑轴承的运动承载方式也就此转变为滑动支承模式。

当载荷减轻后，压紧弹性件的弹力会推动滚动组件复位，与之同时外支承与内支承也被迫复位，内外支承的中心线重新回归一致，内外支承间的间隙恢复到均布状态，外支承与衬套（或者内支承与衬套）脱离接触运动状态，滑动支承组件退出工作状态，复合滚滑轴承也回归到滚动支承状态。这种滚动支承状态与滑动支承状态之间的转换完全根据载荷的变化自动完成。

本发明所采用滚动支承与滑动支承复合结构，不同于一般滚滑复合轴承利用滚动组件体的弹性变形来实现滚滑转换，而是通过滚动组件体的滑移来实现滚动与滑动之间的支承转换，避免了普通滚滑轴承弹性滚动组件体在弹性变形后，其支承依然为滚滑混合式，磨损大寿命短。本发明的滚滑复合轴承在高速低载状态下仅滚动轴承承载，而在重载或冲击载荷时由滑动支承作为主要承载，滚动轴承担任辅助承载，承载能力高耐冲击性强，摩擦发热磨损小，寿命更长，轴承工作中既能保持运转的平稳性，又能承受运转过程中突然冲击负载，适合于油田、矿山设备、锻压装备、重载减速机、直驱电动机等多场合应用。

出现载荷变化时的情况如图11、12所示。

图11是正常运行过程中，出现重载荷F时的状况。此时，外支承3与内支承1出现周向运动，产生微量偏心，原先保留的工作间隙8在重载荷F来临方向出现变化。重载荷F来临方向的喇叭口收缩、变小，导致在轴向上“挤压”滚动组件4向外移动。但此时弹性件6仍对滚动组件4产生作用力，使得滚动组件4出现微量的偏转，如图11中实线箭头所示。各部件之间仍能保留有合理的运动间隙，保留有油膜，避免异常磨损。

图12是重载荷F偏载时状况。外支承3偏转，滚动组件4对角分别承受基本相当的弹性力f。在这种情况下，容易导致部件磨损。但对滚动组件4进行适当设计能够增加其承受偏载状况的能力。即前述将滚动组件4截面设计为侧边为弧线、渐开线的实施例。

Claims (10)

1.一种耐冲击高承载滚滑复合轴承，包括内支承和外支承，其特征在于，还包括滚动组件、弹性件和压盖，所述滚动组件为环形，

所述内支承具有圆柱形的外表面，所述内支承外表面的中部设有一圈外凸起，所述外凸起的顶面形成工作面一，在所述外凸起的两端分别设有坡面一，两端所述坡面一的外侧为内支承的轴颈；

所述外支承具有圆柱孔形的内表面，所述外支承内表面的中部设有一圈内凸起，所述内凸起的顶面形成工作面二，在所述内凸起的两端分别设有坡面二；

内支承上两端所述的坡面一和外支承上两端所述的坡面二分别构成一开口向外的环形的喇叭口；

环形的所述滚动组件设在环形的所述喇叭口内，所述弹性件由外向内贴合所述滚动组件，所述压盖由外向内固定所述弹性件，所述压盖固定连接在所述外支承或内支承上；

所述工作面一与所述工作面二之间留有工作间隙，所述压盖中孔的内径略大于所述轴颈的外径，使得所述内支承能相对于外支承自由转动。

2.根据权利要求1所述的一种耐冲击高承载滚滑复合轴承，其特征在于，所述工作面一和工作面二之间设有衬套；所述衬套固定连接在所述工作面一上、或所述衬套固定连接在所述工作面二上、或所述衬套空套在所述工作面一和工作面二之间的工作间隙内。

3.根据权利要求1所述的一种耐冲击高承载滚滑复合轴承，其特征在于，环形的所述滚动组件包括若干滚珠或锥形滚柱。

4.根据权利要求3所述的一种耐冲击高承载滚滑复合轴承，其特征在于，所述若干滚珠或锥形滚柱由保持架约束。

5.根据权利要求1所述的一种耐冲击高承载滚滑复合轴承，其特征在于，环形的所述滚动组件为一整体圆环，所述滚动组件的横截面为扇形，所述扇形与所述喇叭口的形状相适配。

6.根据权利要求5所述的一种耐冲击高承载滚滑复合轴承，其特征在于，所述扇形的两侧边为曲线侧边，所述喇叭口的侧边与所述曲线侧边相适配。

7.根据权利要求1所述的一种耐冲击高承载滚滑复合轴承，其特征在于，环形的所述滚动组件为一整体圆环，所述滚动组件的横截面为圆形。

8.根据权利要求1所述的一种耐冲击高承载滚滑复合轴承，其特征在于，所述弹性件为金属弹性件或非金属弹性件。

9.根据权利要求1所述的一种耐冲击高承载滚滑复合轴承，其特征在于，在所述弹性件与滚动组件之间设有环形的隔板。

10.根据权利要求9所述的一种耐冲击高承载滚滑复合轴承，其特征在于，所述环形隔板的外环形面上设有滚动机构。