CN104791384A

CN104791384A - 关节轴承

Info

Publication number: CN104791384A
Application number: CN201410023303.5A
Authority: CN
Inventors: 李思成
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-01-17
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2015-07-22

Abstract

一种关节轴承，包括：具有外球面的内圈；套设在所述内圈上的外圈，所述外圈具有与所述内圈的外球面滑动配合的内球面及沿轴向位于所述内球面两侧的环形端面；所述环形端面设有凹槽。应用本发明技术方案的关节轴承时，无需使用额外的套筒即可达到减小外圈和轴承座的边缘应力的目的，不仅降低了成本，也省去了安装套筒的步骤。

Description

关节轴承

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，特别是涉及一种关节轴承（Spherical PlainBearing）。

背景技术

关节轴承主要是由一个具有外球面的内圈和一个具有内球面的外圈组成。关节轴承一般用于速度较低的摆动运动（即角运动），由于滑动表面为球面形，亦可在一定角度范围内作倾斜运动（即调心运动），在支承轴与轴壳孔不同心度较大时，仍能正常工作。关节轴承能承受较大的负荷，因而被广泛应用于工程液压油缸、锻压机床、工程机械、自动化设备、汽车减震器、水利机械等行业。

如图1所示，现有一种关节轴承包括：具有外球面的内圈1；套设在内圈1上的外圈2，外圈2具有与内圈1的外球面滑动配合的内球面。如图2所示，在该关节轴承的一种应用中，轴3位于内圈1内、并与内圈1紧配合，关节轴承安装在轴承座4上。

在使用中发现，外圈2外缘部沿轴向的两端、以及轴承座4与外圈2外缘部沿轴向的两端接触的位置，均存在较大的应力（定义该位置的应力为边缘应力（edge stress）），导致外圈2和轴承座4发生塑性变形，甚至会导致关节轴承的失效。

为了解决该问题，现有技术提出了一种解决方案：如图3所示，在外圈2和轴承座4之间设置套筒5。但是，这种解决方案又会带来新的问题：在该关节轴承的应用中，需使用额外的套筒，不仅增加了成本，还增加了安装套筒的步骤。

发明内容

本发明要解决的问题是：应用现有关节轴承时，为了减小外圈和轴承座的边缘应力，需使用额外的套筒，不仅增加了成本，还增加了安装套筒的步骤。

为解决上述问题，本发明提供了一种关节轴承，包括：

具有外球面的内圈；

套设在所述内圈上的外圈，所述外圈具有与所述内圈的外球面滑动配合的内球面及沿轴向位于所述内球面两侧的环形端面；

所述环形端面设有凹槽。

可选的，所述凹槽为环绕所述外圈轴线的环形凹槽或弧形凹槽。

可选的，所述凹槽为环绕所述外圈轴线的圆环形凹槽或圆弧形凹槽。

可选的，所述凹槽具有朝向所述环形端面的底面，所述底面为平面或弧面。

可选的，所述凹槽的纵向截面呈弧形。

可选的，所述凹槽与环形端面的内圆周之间的距离，和所述凹槽与环形端面的外圆周之间的距离相等。

可选的，所述凹槽的深度取值在所述轴承外圈的宽度的3.6%到12.7%之间。

可选的，所述凹槽的深度取值在所述轴承外圈的宽度的5.5%到7.2%之间。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

应用本发明技术方案的关节轴承时，由于外圈的环形端面设有凹槽，外圈产生边缘应力的位置刚度降低、更容易变形，故无需使用额外的套筒即可达到减小外圈和轴承座的边缘应力的目的，不仅降低了成本，也省去了安装套筒的步骤。

附图说明

图1是现有一种关节轴承沿轴向剖面的立体剖面图；

图2是现有一种关节轴承的一种应用中，关节轴承、轴承座及轴沿轴向剖面的剖面图；

图3是图2所示关节轴承和轴承座之间设置有套筒时沿轴向剖面的局部剖面图；

图4是本发明的第一实施例中关节轴承沿轴向剖面的立体剖面图；

图5是本发明的第一实施例中关节轴承沿轴向剖面的剖面图及局部放大图；

图6是本发明第一实施例关节轴承的一种应用中，关节轴承、轴承座及轴沿轴向剖面的局部剖面图；

图7是本发明的第二实施例中外圈沿轴向剖面的局部剖面图；

图8是本发明的第三实施例中外圈沿轴向剖面的局部剖面图；

图9是本发明的第四实施例中外圈沿轴向看过去的侧视图；

图10是针对不同关节轴承在同一种应用的仿真实验中测得的轴承座应力曲线变化图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

如图4和图5所示，本发明第一实施例的关节轴承包括：

具有外球面的内圈10；

套设在内圈10上的外圈20，外圈20具有与内圈10的外球面滑动配合的内球面S1及沿轴向位于内球面S1两侧的环形端面S2，环形端面S2设有环绕外圈20轴线的环形凹槽200。

如图6所示，在本实施例关节轴承的一种应用中，轴30位于内圈10内、并与内圈10紧配合，关节轴承安装在轴承座40上，且外圈20与轴承座40直接接触。

在外圈20的环形端面S2设置凹槽200后，使得外圈20产生边缘应力的位置刚度降低、更容易变形，因而能够减小外圈20的边缘应力，进而能够减小轴承座40的边缘应力。

由上述分析可知，应用本实施例的关节轴承时，无需使用额外的套筒即可达到减小外圈和轴承座边缘应力的目的，不仅降低了成本，也省去了安装套筒的步骤。

继续参照图6所示，在关节轴承使用过程中发现，外圈20内缘部沿轴向的两端、以及内圈10与外圈20内缘部沿轴向的两端接触的位置也会存在较大的边缘应力。在外圈20的环形端面S2设置凹槽200后，使得外圈20产生边缘应力的位置刚度降低、更容易变形，因而在减小外圈20的边缘应力的同时，还能够减小内圈10的边缘应力。

当凹槽200沿径向距离轴承座40越近时，外圈20外缘部的边缘应力、以及轴承座40的边缘应力越小，外圈20内缘部的边缘应力、以及内圈10的边缘应力越大。作为折中考虑，可以使凹槽200与环形端面S2的内圆周之间的距离，和凹槽200与环形端面S2的外圆周之间的距离相等。

如图5所示，在本实施例中，凹槽200为圆环形凹槽，使得凹槽200沿径向位于内球面S1一侧的两个侧面210为圆环面，且凹槽200朝向环形端面S2的底面220为弧面。

在本发明的第二实施例中，如图7所示，凹槽200朝向环形端面S2的底面220也可以为平面。

在本发明的第三实施例中，如图8所示，凹槽200的纵向截面（外圈20的轴线位于纵向截面上）呈弧形。

需说明的是，凹槽200的形状并不能仅局限于所给实施例，它也可以设置为其他能够使外圈20产生边缘应力的地方刚度降低的凹槽形状。

继续参照图6所示，在关节轴承的使用过程中，施加在关节轴承上的载荷L的方向可能会沿周向发生变化，使得关节轴承承受载荷L的位置沿周向发生变化。由于本实施例的关节轴承中凹槽200为环绕外圈20轴线的环形凹槽，故无论施加在关节轴承上的载荷L的方向如何，外圈20容易产生较大边缘应力的位置总是能发生变形，因而总是能够减小外圈20和轴承座40在承受载荷L的位置的边缘应力。

在关节轴承的使用过程中，当施加在关节轴承上的载荷L方向确定时，关节轴承承受载荷L的位置是确定的，因而外圈20中容易产生较大边缘应力的位置也是确定的。这样一来，可以仅在外圈20承受载荷L的位置设置凹槽200，使得外圈20和轴承座40在该位置的边缘应力减小。

因此，在本发明的第四实施例中，如图9所示，凹槽200也可以设置为环绕外圈20轴线的弧形凹槽，凹槽200朝向环形端面S2的底面可以为平面或弧面。在这种情况下，应用这种关节轴承时，需使外圈20中设有凹槽200的位置承受载荷。

进一步地，所述弧形凹槽可以为圆弧形凹槽，使得凹槽200沿径向位于内球面一侧的两个侧面210为圆弧面。

继续参照图6所示，在实际应用中，可以根据施加在关节轴承上的载荷L来调节凹槽200的高度H及深度D尺寸。

其中，凹槽200的高度H不能太小，否则不能有效的达到减小外圈20和轴承座40的边缘应力的目的；但是，凹槽200的高度H也不能过大，否则会降低关节轴承本身的强度、以致应力过大。

凹槽200的深度D不能太小，否则不能有效的达到减小外圈20和轴承座40的边缘应力的目的；但是，凹槽200的深度D也不能过大，否则会增大凹槽200的加工难度，而且还会导致凹槽200内部应力过大、影响关节轴承的寿命。

经研究发现，较佳地，凹槽200的深度D取值轴承外圈20的宽度W1的至少3.6%且不超过12.7%。

更佳地，凹槽200的深度D取值轴承外圈20的宽度W1的至少5.5%且不超过7.2%。

结合图5、图6和图10所示，本发明对六种关节轴承的同一种应用分别进行了仿真实验，并获得了轴承座距离内表面一定厚度处、沿轴向上不同位置的应力，从而获得了轴承座的应力曲线变化图。

所述六种关节轴承存在以下相同特征：型号为GE710，外圈20的外径D1为950mm、宽度W1为275mm，内圈10的内径D2为710mm、宽度W2为325mm。其中，第一种关节轴承的外圈20中未设有凹槽200，第二至六种关节轴承的外圈20中设有凹槽200。

所述第二至六种关节轴承还存在以下相同特征：凹槽200的中心直径D3为890mm，凹槽200的高度（径向尺寸）H为20mm。

所述第二至六种关节轴承存在以下区别：第二种关节轴承的外圈20中凹槽200的深度（轴向尺寸）D为50mm，即为宽度W1的18.2%；第三种关节轴承的外圈20中凹槽200的深度D为35mm，即为宽度W1的12.7%；第四种关节轴承的外圈20中凹槽200的深度D为20mm，即为宽度W1的7.2%；第五种关节轴承的外圈20中凹槽200的深度D为15mm，即为宽度W1的5.5%；第六种关节轴承的外圈20中凹槽200的深度D为10mm，即为宽度W1的3.6%。

图10的横坐标表示轴承座上沿轴向的位置、单位为mm，纵坐标表示应力、单位为Mpa，坐标原点表示轴承座上沿轴向中心位置的应力；曲线li是应用第i种关节轴承时轴承座的应力变化曲线，i为1，2，3，4，5，6。

由图10可知，轴承座上安装外圈未设置凹槽的关节轴承时，轴承座的最大边缘应力为205Mpa；而轴承座上安装外圈设有凹槽的关节轴承时，轴承座的最大边缘应力均小于205Mpa。其中，如曲线l₅所示，当外圈20中凹槽200的深度为15mm时，即为宽度W1的5.5%，轴承座的最大边缘应力达到最小，为129Mpa。

需说明的是，本发明的技术方案适用于所有类型的关节轴承。另外，外圈上的凹槽沿径向未贯穿外圈。

本发明中，各实施例采用递进式写法，重点描述与前述实施例的不同之处，各实施例中的相同部分可以参照前述实施例。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种关节轴承，包括：

具有外球面的内圈；

其特征在于，所述环形端面设有凹槽。

2.根据权利要求1所述的关节轴承，其特征在于，所述凹槽为环绕所述外圈轴线的环形凹槽或弧形凹槽。

3.根据权利要求2所述的关节轴承，其特征在于，所述凹槽为环绕所述外圈轴线的圆环形凹槽或圆弧形凹槽。

4.根据权利要求3所述的关节轴承，其特征在于，所述凹槽具有朝向所述环形端面的底面，所述底面为平面或弧面。

5.根据权利要求1或2所述的关节轴承，其特征在于，所述凹槽的纵向截面呈弧形。

6.根据权利要求1至4任一项所述的关节轴承，其特征在于，所述凹槽与环形端面的内圆周之间的距离，和所述凹槽与环形端面的外圆周之间的距离相等。

7.根据权利要求1至4任一项所述的关节轴承，其特征在于，所述凹槽的深度取值在所述轴承外圈的宽度的3.6%到12.7%之间。

8.根据权利要求7所述的关节轴承，其特征在于，所述凹槽的深度取值在所述轴承外圈的宽度的5.5%到7.2%之间。