CN105508416A - 背衬轴承 - Google Patents

Abstract

一种背衬轴承，包括套设的内、外圈，以及位于内、外圈之间的滚动体，内圈的外表面、外圈的内表面中，其中之一具有第一弧面和至少一个第二弧面；第二弧面的周向两端与第一弧面平滑过渡；第一弧面为圆弧面，第一弧面所在圆周的中轴线与轴承的中轴线重合，第二弧面低于第一弧面；第二弧面在径向方向上与至少一个滚动体相对；第二弧面的轴向长度不小于滚动体的轴向长度。当背衬轴承工作时，第二弧面与第一中间辊径向相对、用于承受径向载荷，使得内圈承受径向载荷的区域中，与背衬轴承和第一中间辊的切点相对的部位承受的径向载荷减小，两侧部分承受的径向载荷增加，径向载荷的分布更均匀，在相同的工作环境下，延长了内圈的使用寿命。

Description

背衬轴承

技术领域

本发明涉及轴承领域，具体涉及一种背衬轴承。

背景技术

背衬轴承一般用于多辊轧机或滚轮机构的辊系上，例如冷轧机、矫直机等。多辊轧机的辊系配置有六辊、十二辊、二十辊等。

如图1所示，二十辊的辊系具有两组相对设置的辊组件，每组辊组件包括依次布置的四根支承辊10、三根第一中间辊20、两根第二中间辊30和一根工作辊40。其中，支承辊10包括静止的辊轴12和套设于辊轴12外、并沿辊轴12轴向并排排列的一组背衬轴承11。

工作时，钢材B沿轧制方向X送入两工作辊40之间，两工作辊40之间的间隔小于钢材B的厚度，因此钢材B可以通过两工作辊40轧薄。轧制时，轧制力从工作辊40通过第二中间辊30、第一中间辊20依次传递到支承辊10的背衬轴承11上。

轧制钢材B时的轧制力非常大，因此背衬轴承11需要承受很大的径向载荷。参照图1并结合图2所示，背衬轴承11具有内圈11a、同轴套设于内圈11a外的外圈11b，以及设于内圈11a和外圈11b之间、且沿轴向排列的多列滚动体11c。内圈11a的厚度相比于外圈11b来说要小很多，内圈11a承受径向载荷的能力要小于外圈11b，因此背衬轴承的失效通常是由于内圈11a的失效引起的。

参照图1，当背衬轴承11承受径向载荷时，径向载荷从外圈11b、滚动体11c依次传递至内圈11a。从图1中可以看到，支承辊10的背衬轴承11与第一中间辊20相切，径向载荷在切点的位置从第一中间辊20传递给背衬轴承11。由于内圈11a固定不动，内圈11a承受径向载荷的部分始终为区域A，如图1的内圈11a中阴影部分所示。该区域A中与切点相对的中心部位a1承受的径向载荷最大。因此，当径向载荷非常大时，内圈11a的中心部位a1极容易发生失效，导致内圈11a的损坏，从而使得整个轴承的寿命降低。

为了延长背衬轴承的寿命，现有技术通常采用两种方式：

一是选用强度更高的材料来制造背衬轴承，但是这种方法的成本非常高。

二是在背衬轴承的内圈或外圈与滚动体的接触表面上涂覆一层抗疲劳层，以期通过提高轴承的疲劳强度来延长轴承的寿命。但这种方法也不可取，分析如下：当承受径向载荷时，背衬轴承的内部将受到交变切应力的作用，交变切应力的作用点位于内圈和外圈中接触表面以下一定深度的位置，而且径向载荷越大，交变切应力的位置深度越深。理想状态下，抗疲劳层的厚度应当大于交变切应力的深度，并由抗疲劳层来承受交变切应力，这样可以提升轴承的寿命；但实际状态中，抗疲劳层的厚度有限，当径向载荷较大时，交变切应力的位置深度往往大于抗疲劳层的厚度，此时很容易导致抗疲劳层的剥落，而剥落产生的碎屑进入轴承内部时，极易磨损接触表面，反而会进一步降低轴承的寿命。

综上，如何有效地延长背衬轴承的使用寿命成为一个亟需解决的问题。

发明内容

本发明解决的问题是现有背衬轴承在高径向载荷下的使用寿命低。

为解决上述问题，本发明提供一种背衬轴承，包括内圈、同轴套设于所述内圈外的外圈，以及位于所述内圈和外圈之间的至少一列滚动体，所述内圈具有与所述滚动体接触的外表面，所述外圈具有与所述滚动体接触的内表面；所述内圈的外表面、所述外圈的内表面中，其中之一具有至少一个第一弧面和至少一个第二弧面；第二弧面的周向两端与所述第一弧面平滑过渡；所述第一弧面为圆弧面，所述第一弧面所在圆周的中轴线与所述轴承的中轴线重合，所述第二弧面低于所述第一弧面；所述第二弧面在径向方向上与至少一个滚动体相对；第二弧面的轴向长度不小于单个滚动体的轴向长度。

可选的，所述第二弧面的轴向长度与所在表面的轴向长度相等。

可选的，所述第二弧面为圆弧面。

可选的，所述第二弧面的周向长度所对应的轴承圆心角小于90度。

可选的，所述圆心角的范围为45度～90度。

可选的，所述圆心角的范围为45度～50度。

可选的，所述第二弧面具有四个，沿所在表面的周向均匀分布。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

在内圈的外表面上或者外圈的内表面上形成第一弧面和比第一弧面低的第二弧面，第二弧面作为内圈用于承受径向载荷的承载区域，因此内外圈之间与承载区域相对部分的间隔变大；当背衬轴承工作时，使得间隔最大的部位与第一中间辊径向相对，可以使得内圈中与第一中间辊所传递的径向载荷相对的部位承受的载荷减小，两侧部位承受的载荷增加，内圈各部位所承受的载荷分布更均匀，在相同的工作环境下，延长了内圈的使用寿命。

附图说明

图1是现有技术中多辊轧机的辊系分布示意图；

图2是图1中背衬轴承的立体结构示意图；

图3是现有技术中背衬轴承的侧视图，其中示出了内圈承受的径向载荷分布情况；

图4是本发明实施例一中背衬轴承的侧视图，其中示出了内圈承受的径向载荷分布情况；

图5是本发明实施例一中背衬轴承的内圈结构示意图一；

图6是本发明实施例一中背衬轴承的内圈结构示意图二；

图7是本发明实施例二中背衬轴承的侧视图，其中示出了内圈承受的径向载荷分布情况；

图8是本发明实施例二中背衬轴承的外圈结构示意图一；

图9是本发明实施例二中背衬轴承的外圈结构示意图二。

具体实施方式

参照图3，图3示出了现有技术中背衬轴承工作时内圈承受的径向载荷分布情况，图中阴影部分为内圈实际承受径向载荷F的承载区域A，假设该承载区域A对应的滚动体有五个，分别为第一滚动体c1，位于第一滚动体c1两侧、且沿远离第一滚动体c1的方向分布的第二滚动体c2、第三滚动体c3，其中第一滚动体c1与第一中间辊20施加的径向载荷F相对；内外圈之间的间隔均匀。

外圈在承受径向载荷F时，会发生一定的弹性变形，并将径向载荷F传递给滚动体和内圈。外圈与第一滚动体c1相对的部位承受的载荷最大，沿其两侧迅速减小，也就是说，外圈与第二滚动体c2相对的部位承受的载荷次之，与第三滚动体c3相对的部位承受的载荷最小。外圈各部位在载荷的作用下会发生相应的弹性变形，载荷越大，弹性变形越大，而由于内外圈之间间隔均匀，那么内圈各部分发生的弹性变形量与外圈一致，即内圈各部分承受的载荷与外圈一致。

因此，内圈用于承受径向载荷F的承载区域A中，与第一滚动体c1相对的位置承受的载荷最大，且沿其两侧迅速减小，参照图3中，F2、F3相比较于F1而言迅速减小。也就是说内圈中载荷分配主要集中在与第一滚动体c1相对的部位，由于该部位受到的载荷过大，因此极容易发生损坏。

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。

实施例一

本发明实施例提供一种背衬轴承100，参照图4，包括内圈110、同轴套设于内圈110外的外圈120，以及位于内圈110和外圈120之间的至少一列滚动体130，内圈110具有与滚动体130接触的外表面，外圈120具有与滚动体130接触的内表面。

参照图4并结合图5所示，内圈110的外表面具有一个第一弧面S1和一个第二弧面S2；第二弧面S2的周向两端与第一弧面S1平滑过渡；第一弧面S1为圆弧面，第一弧面S1所在圆周的中轴线与轴承的中轴线重合，第二弧面S2低于第一弧面S1。

对于“第二弧面S2低于第一弧面S1”，可以理解为，内圈110的外表面原为规则的圆柱面，且其中轴线与轴承的中轴线重合，然后在外表面上削去一部分，形成第二弧面S2，剩下的部分为第一弧面S1，则第二弧面S2必然低于第一弧面S1。第二弧面S2低于第一弧面S1，意味着在第二弧面S2所在的区域，内外圈之间的间隔距离将变大。

其中，第二弧面S2在径向方向上与至少一个滚动体130相对，第二弧面S2的轴向长度与所在表面(即内圈外表面)的轴向长度相等。这里，与第二弧面S2相对的滚动体可以是一个或者多个，本实施例中设置第二弧面S2的周向长度与承载区域的周向长度相等，即第二弧面S2在径向上与五个滚动体相对(图4)。

本实施例中，第二弧面S2为圆弧面，曲率小于第一弧面S1的曲率。从图4-5中可以看出，在第二弧面S2部分，内外圈之间的间隔不均匀，其中与第一滚动体c1相对位置的间隔最大，往两侧逐渐减小。

相比于现有技术，参照图4-5，本实施例通过设置第二弧面S2的方式，使得与第一滚动体c1相对部位的内外圈间隔增大，当间隔最大的部位与径向载荷F相对时，可以使得径向载荷在内圈110上的分布更均匀。这里定义内圈110承受载荷的部位为承载区域A′；仍然定义承受载荷的滚动体为第一滚动体c1、第二滚动体c2、第三滚动体c3，布置方式与图3中相同。分析如下：

如图4-5所示，背衬轴承100使用时，使第二弧面S2与第一中间辊20径向相对，则内圈110承受径向载荷的部位为承载区域A′。

背衬轴承100承受径向载荷F时，外圈120由于受到载荷而发生弹性变形，当径向载荷F不变时，其弹性变形也不变，因此外圈120的弹性变形不变。由于内外圈之间与第一滚动体c1相对部位的间隔最大，因此在外圈120发生弹性变形时，在该部位能够传递给内圈110的载荷将减小，而减小的载荷则被分配到内圈中与第二滚动体c2和第三滚动体c3相对的部位中。

径向载荷F在区域A′中的分配最终表现为：与第一滚动体c1相对部分承受的载荷变小，两侧部分承受的载荷变大，径向载荷F在内圈110中的分配更均匀。那么，在相同的工作环境下，内圈110不容易在与第一滚动体c1相对的部位发生损坏，延长了内圈110的使用寿命。

实际中，承受径向载荷的区域所对应的轴承圆心角不会超过90度，因此，可以设置第二弧面S2的周向长度所对应的轴承圆心角θ不超过90度。其中第二弧面S2与第一弧面S1之间的高度差可以根据背衬轴承的尺寸(内外圈的直径、滚动体的直径等)以及所需要承受的径向载荷来确定。

进一步地，圆心角θ的范围为45度～90度，此时，径向载荷在内圈110中分配得更均匀。

进一步地，圆心角θ的范围为45度～50度，此时，径向载荷在内圈110中分配的均匀度较为明显，效果较好。

在内圈110的外表面上，可以只设置一个第二弧面S2(图5)。根据实际需要，也可以设置多个第二弧面S2，例如第二弧面S2可以具有四个(图6)，沿所在表面的周向均匀分布，此时第一弧面S1被第二弧面S2分隔成几个不同的区域。这样，在使用时，可以定期更换与第一中间辊20相对的第二弧面S2，延缓内圈110的磨损，进一步延长背衬轴承100的使用寿命。

在其他实施例中，第二弧面S2也可以不是圆弧面，但需要保证使用时，使得间隔最大的部位与径向载荷F相对。

在其他实施例中，如果滚动体为多列且不考虑工艺的复杂程度，则可以使得每列滚动体对应一个第二弧面S2，第二弧面S2的轴向长度不小于滚动体130的轴向长度。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，参照图7-9，外圈120的内表面具有第一弧面S1和第二弧面S2，同样的，第二弧面S2低于第一弧面S1。这里，第二弧面S2的的曲率比第一弧面S1大。

使用时，使得第二弧面S2与第一中间辊20径向相对，同样也可以使得内圈110承受的径向载荷F更均匀。理论上，相同载荷下，外圈120的弹性变形与外圈120本身的厚度有关，那么外圈120上设置有第二弧面S2的部位厚度有所减小，会影响外圈120在径向载荷下的弹性变形情况，但实际上，外圈120的厚度通常较厚，从而在设置第二弧面S2时而产生的厚度减小的量可以忽略不计，因此第二弧面S2的设置对于外圈120弹性变形的影响也可以忽略不计。

与实施例一类似，外圈120内表面上的第二弧面S2的数量可以是一个(图8)，也可以是多个，例如四个且沿周向均匀分布(图9)。第二弧面S2对应的轴承圆心角与实施例一相同。

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 (7)

1.一种背衬轴承，包括内圈、同轴套设于所述内圈外的外圈，以及位于所述内圈和外圈之间的至少一列滚动体，所述内圈具有与所述滚动体接触的外表面，所述外圈具有与所述滚动体接触的内表面；

其特征在于，所述内圈的外表面、所述外圈的内表面中，其中之一具有至少一个第一弧面和至少一个第二弧面；第二弧面的周向两端与所述第一弧面平滑过渡；

所述第一弧面为圆弧面，所述第一弧面所在圆周的中轴线与所述轴承的中轴线重合，所述第二弧面低于所述第一弧面；

所述第二弧面在径向方向上与至少一个滚动体相对；

第二弧面的轴向长度不小于单个滚动体的轴向长度。

2.如权利要求1所述的背衬轴承，其特征在于，所述第二弧面的轴向长度与所在表面的轴向长度相等。

3.如权利要求1所述的背衬轴承，其特征在于，所述第二弧面为圆弧面。

4.如权利要求1所述的背衬轴承，其特征在于，所述第二弧面的周向长度所对应的轴承圆心角小于90度。

5.如权利要求4所述的背衬轴承，其特征在于，所述圆心角的范围为45度～90度。

6.如权利要求5所述的背衬轴承，其特征在于，所述圆心角的范围为45度～50度。

7.如权利要求4-6任一项所述的背衬轴承，其特征在于，所述第二弧面具有四个，沿所在表面的周向均匀分布。