CN106050913A - 轴承及轴承装置 - Google Patents

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Abstract

一种球面滚子轴承包括：外圈，其具有至少一个内滚道，内圈，其具有第一和第二外滚道，多个滚子元件，其以第一和第二滚子列布置在至少一个内滚道和相应的第一和第二外滚道之间。此外，轴承包括保持架，用于保持和/或引导滚子元件在第一和第二滚子列中。保持架具有多个保持架兜孔，滚子元件中的一个旨在位于每个保持架兜孔中。轴承还具有特定的节圆直径。保持架布置成使得在操作过程中，当轴承的加载区相对于重力的方向位于轴承的径向顶部区域时，保持架是定心于滚子元件的轴向内端部上的滚子，并且在操作过程中，当轴承的加载区相对于重力的方向位于轴承的径向底部区域时，保持架是相对于节圆直径定心的低节距滚子。另外，还公开了一种轴承装置。

Description

轴承及轴承装置
技术领域
根据第一方面，本发明涉及一种球面滚子轴承。根据第二方面，本发明涉及一种轴承装置。
背景技术
众所周知，球面滚子轴承能够承载径向和轴向载荷，并且还能够用于其错位。这些轴承在许多不同的应用中使用，尤其是用于更苛刻的应用，其中存在较大载荷并且还可能具有轴挠曲。球面滚子轴承可以得到有利使用的示例之一是在风力涡轮机应用中。这些轴承可以是合适的替代的领域的其他示例是在纸浆和造纸机、海洋应用、非公路应用中以及在采矿应用中。
存在若干种可用的不同设计。例如，存在包括梳形保持架的球面滚子轴承，而且还存在包括窗式保持架的轴承。此外，一些已知的设计包括导向环，其他轴承类型包括在内圈上的中间凸缘。不同的设计具有不同的优点，因此是有用的且适用于不同的需要。例如，轴承可优化用于不同的情况和环境，比如用于高速或低速应用，主要用于径向载荷，主要用于轴向载荷，用于大的轴挠曲等。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种至少减轻一些现有技术缺点的新的球面滚子轴承设计及轴承装置。此外，本发明的目的是提供一种更适于且更有助于不同载荷条件的球面滚子轴承设计。
这些目的已经通过如在独立权利要求中提出的特征来实现。本发明的有利实施例可以在从属权利要求中以及在下面的描述和附图中找到。
根据其第一方面，这些目的已通过一种球面滚子轴承来实现，包括：外圈，其具有至少一个内滚道，内圈，其具有第一和第二外滚道，多个滚子元件，其以第一和第二滚子列布置在所述至少一个内滚道和相应的第一和第二外滚道之间。此外，所述轴承包括保持架，用于保持和/或引导所述滚子元件在所述第一和第二滚子列中。所述保持架具有多个保持架兜孔，所述滚子元件中的一个旨在位于每个保持架兜孔中。所述轴承还具有特定的节圆直径。所述保持架布置成使得；在操作过程中，当所述轴承的加载区相对于重力的方向位于轴承的径向顶部区域时，所述保持架是定心于所述滚子元件的轴向内端部上的滚子，并且在操作过程中，当所述轴承的加载区相对于重力的方向位于轴承的径向底部区域时，所述保持架是相对于所述节圆直径(PCD)定心的低节距(under-pitch)滚子。
对于本领域技术人员而言，轴承的节圆直径是熟知的。节圆直径可被定义为在轴承的轴向位置相交于轴承中的滚子元件的旋转轴线的直径。此外，词语轴向和径向本文件中被频繁地使用。如果没有另外说明，轴向方向被定义为平行于其旋转轴线的轴承的轴向方向、平行于其旋转轴线的内圈的轴向方向、平行于其旋转轴线的外圈的轴向方向以及平行于其旋转轴线的保持架的轴向方向。径向方向是垂直于相应轴向方向的方向。
本发明人已经认识到，将保持架定心于轴承加载区中的滚子上是重要的。这样做的原因是，滚子将在加载区中表现得更一致，并且不会歪斜或波动。因此，将保持架定心于加载区中的滚子上会是有利的。采用如上提出的轴承和保持架的装置，如果加载区位于轴承的径向顶部或位于底部区域的话，保持架将是定心于加载区的滚子。然后，保持架将在操作期间在轴承中表现得更加稳定。这种轴承设计将提供更高的灵活性，因为所述轴承适于不同载荷情况，这是本发明的另一优点。这还可能导致成本优势，因为不同轴承类型的品种可以减少，即在规模经济方面的优点。
在本发明的实施例中，当有力作用在所述轴承的轴向方向上时，所述保持架是相对于所述节圆直径定心的大致等节距(in-pitch)滚子。这种装置将提供甚至更灵活的轴承，其对于轴向力作用于轴承上时的情况得以优化。在进一步的实施例中，大致等节距滚子定心布置成使得第一或第二滚子列之一与保持架接触。大致等节距滚子定心因此可以通过使滚子列之一在有轴向力作用于轴承上时将保持架定心于轴承中来实现。在进一步的实施例中，保持架兜孔相对于包含在其中的滚子元件具有特定的径向和切向间隙。切向间隙适于使得当轴向力施加到轴承时保持架兜孔将接触包含在其中的滚子元件。因此，通过调整保持架兜孔中的切向间隙，可以实现滚子列之一的大致等节距定心。取决于轴向力的作用方向，或第一或第二滚子列将定心保持架。
在本发明的实施例中，每个保持架兜孔还具有保持架兜孔底部，其面向相应保持架兜孔中的滚子元件的轴向内端部，并且其中，所述保持架兜孔底部布置成能够接触所述滚子元件的轴向内端部，或：
-从所述节圆直径(PCD)径向向外，
-大致在所述节圆直径(PCD)中，或
-从所述节圆直径(PCD)径向向内。因此，当加载区相对于重力的方向位于径向顶部区域时，用于保持架的滚子定心功能可以发生在保持架兜孔底表面与位于相应保持架兜孔中的滚子元件的端面之间。此外，滚子定心可以发生在滚子端部的任何部分。
在本发明的实施例中，用于所述第一和第二相应的滚子列的两个大致轴向相对的保持架兜孔底部相对倾斜，并且大致按照相应的第一和第二滚子列的接触角。采用这种设计，两个轴向相对的保持架兜孔底部将假定在相应的第一和第二滚子列中的滚子元件之间的楔形形状。这将导致在滚子与保持架之间的牢固而稳定的接触。
在本发明的实施例中，具有球面滚子，其中，对于至少一个保持架兜孔来说，该保持架兜孔和其中所存在的滚子元件还具有特定的保持架兜孔/滚子元件径向游隙，并且其中，所述保持架兜孔/滚子元件径向游隙相对于所述节圆直径在径向向外的方向上比在径向向内的方向上更大。通过以这种方式设计保持架兜孔，所述滚子元件与保持架之间的接触将是低节距接触，即当加载区相对于重力的方向位于轴承的径向底部区域时，该接触将从轴承的节圆直径沿径向向内。
在本发明的实施例中，所述轴承沿轴向在所述第一和第二滚子列之间不具有任何隔离环比如导向环或中间凸缘。众所周知的是，沿轴向在轴承的两个滚子列之间使用导向环。当轴承在更高速的应用中使用时，导向环是特别有用的。此外，保持架通常定心于导向环上，这又与内圈接触。通过将导向环从轴承移除，将有更少的部件。这在成本方面当然是有利的，但也有可能导致更坚固的轴承设计，因为事实是在轴承中将有更少的部件。此外，拥有常用于现有技术设计的中间凸缘也是很昂贵的，因为制造包括中间凸缘的内圈将更加复杂。另外，中间凸缘的存在将导致更多的材料，从而导致更大的重量以及更高的材料成本。此外，本发明的设计将导致在第一和第二滚子列之间在保持架与内圈之间会有自由空间。这个空间可以用于润滑剂，比如润滑脂或油。这可能导致内圈的滚道与滚子元件之间的接触的润滑得到改善，因为润滑剂可被存储在这些接触区的附近。
在另一实施例中，用于引导滚子元件的隔离环或导向环沿轴向存在于第一和第二滚子列之间。在具有较高转速的应用中可能需要隔离环。例如，隔离环可以引导第一和第二滚子列中的滚子元件。
在本发明的实施例中，提出了一种球面滚子轴承，其中，所述多个保持架兜孔中的至少一个沿径向向外包围包含在其中的滚子，使得所述滚子元件将被限制从所述至少一个保持架兜孔沿径向向外移出。通过具有这样的设计，可以防止滚子元件从轴承脱落，例如在轴承的组装期间。在另一实施例中，所述内圈还在所述轴承的相对轴向侧上具有第一和第二轴向外侧区域，其中，相应的第一和第二轴向外侧区域具有第一和第二相应的侧凸缘。该侧凸缘可以进一步改善和防止滚子从轴承脱落。
在本发明的实施例中，所述保持架是梳状保持架(也称为四爪型保持架)。在实施例中，保持架由聚合物、金属比如黄铜、钢或铁、或者由本领域技术人员公认的任何其他合适的材料制成。
根据本发明的第二方面，提出了一种轴承装置，其中，所述轴承装置包括根据本发明第一方面的轴承。应注意的是，本发明第一方面的任何实施例可适用于本发明第二方面的任何实施例，反之亦然。如上文所述，新的轴承设计将提供更多的灵活性，因为轴承适于不同的载荷条件。在实施例中，所述轴承装置旨在处于大致水平的位置。
在本发明的实施例中，提出了一种用于低速旋转应用的轴承装置，其中，所述轴承装置旨在以每分钟小于50转的速度旋转。在另一实施例中，旋转速度小于每分钟40、30、20或10转中的任何一个。在另一实施例中，旋转速度使得旋转速度低于滚子元件受到超过重力的离心力影响的阈值滚道速度。
对于本领域技术人员而言，其他实施例和对本文中在权利要求的范围之内提出的当前实施例的修改将是显而易见的。例如，本领域技术人员将理解并认识到，保持架兜孔的几何形状可以有不同的设计以到相同的效果，即保持架是取决于加载区的位置的自适应定心滚子。
附图说明
下面参考附图，对本发明的示例性实施例进行更加详细地描述，其中：
图1a-c示出了根据本发明实施例的轴承的剖视图。
图2a示出了根据本发明实施例的轴承的剖视图，图2b示出了来自如图2a所示的轴承的保持架和滚子的放大视图。
图3示出了从根据本发明实施例的轴承的侧面的视图。
图4示出了根据本发明实施例的轴承的一部分的放大剖视图。
图5示出了从根据本发明实施例的轴承的侧面的视图。
图6示出了根据本发明实施例的轴承的剖视图。
图7示出了根据本发明实施例的轴承的保持架和滚子的放大视图。
图8示出了根据本发明第二方面的轴承装置的实施例。
图9a-c示出了根据本发明实施例的轴承的内圈、保持架的一部分和滚子的剖视图。
附图示出了本发明的示意性示例性实施例，且因此不一定是按比例绘制的。应当理解的是，示出和描述的实施例是示例性的，且本发明并不限于这些实施例。还应当指出的是附图中的一些细节可能为了更好地描述和说明本发明而被夸大。
具体实施方式
在图1a-c中，可以看出根据本发明的球面滚子轴承1的实施例。图1a示出的是在相对于重力有径向载荷Fr施加到轴承1使得轴承的加载区位于轴承的径向底部区域时的轴承1。图1b示出的是在相对于重力有径向载荷Fr施加到轴承1使得轴承的加载区位于轴承的径向顶部区域时的轴承1。最后，图1c示出的是在有轴向载荷Fa施加到轴承1时的轴承1。图1a-c中的轴承包括具有至少一个内滚道21的外圈2、具有第一和第二外滚道31和32的内圈3、以第一和第二滚子列41和42布置在至少一个内滚道21和相应的第一和第二外滚道31和32之间的多个滚子元件4。此外，轴承1包括保持架5，用于保持和/或引导滚子元件4在第一和第二滚子列41和42中。保持架5具有多个保持架兜孔51，滚子元件4中的一个旨在位于每个保持架兜孔51中。可以进一步看出，轴承具有特定的轴承游隙或间隙。轴承1还具有特定的节圆直径PCD。保持架5布置成使得；当径向力Fr作用在内圈上且在与重力基本上相反的方向上时(即加载区位于轴承的径向顶部区域)，保持架5是定心于滚子4的内轴向端部上的滚子，并且当径向力Fr作用在内圈上且在与重力基本上相同的方向上时(即加载区位于轴承的径向底部区域)，保持架5是相对于节圆直径PCD定心的低节距滚子。在所示的本实施例中，轴承1的内圈被假定是旋转的。在另一实施例中，外圈2可被假定是旋转的。此外，在如图1a-c中所看到的本具体实施例中，当力Fa作用在轴承1的轴向方向上时，保持架5基本上是相对于节圆直径PCD定心的等节距滚子。采用这种设计的轴承1和保持架5，可以实现用于不同条件的更灵活和坚固的轴承1。此外，保持架5将自身定心于滚子4上并且在轴承1的加载区L中。当加载区相对于重力的方向位于轴承的径向底部区域中时，将在轴承1的径向顶端部分看出轴承间隙。在当旋转速度不是很高时(使得作用在滚子上的离心力将使滚子从轴承沿轴向向外移动)的情况下，滚子将趋向于从轴承1沿轴向“掉出”，如图1a所示。在图1b中可以看出，间隙将出现在轴承1的径向底部区域。在这种情况下，重力将努力使滚子在轴承1中沿轴向向内移动。在图1c中，轴承滚子列41之一将被加载，而另一列42将不被加载。因此，根据其中在轴承中存在间隙，且因此加载区L的位置、轴承1的保持架5将是或定心于滚子4的轴向端部上或定心于滚子元件4的滚动表面上的滚子。
下面转向图2a-b，公开了本发明的另一实施例。这里的例子可以看出，保持架兜孔51的几何形状可被如何设计成在加载区位于轴承1的径向底部区域时来实现保持架5的低节距定心。在图2a中，轴承1包括具有内球面滚道21的外圈2。此外，轴承1具有保持架5、以第一和第二滚子列41和42布置的滚子元件4、以及具有第一和第二外滚道31和32的内圈3。滚子列41和42位于相应的第一和第二滚道31和32与内球面滚道21之间。保持架5被设计成使得保持架5是定心的低节距滚子。在图2a中，这是通过保持架5上的接触部511示出的，其中保持架5将接触滚子元件4。如可以在图2a中进一步看出，没有隔离环(比如导向环)或中间凸缘位于第一和第二滚子列41和42之间。下面转到图2b，将可以清楚地看到保持架兜孔51中的接触部511是如何与滚子元件4接触的。在该具体实施例中，保持架兜孔51的径向游隙被设计成使得径向游隙相对于轴承的节圆直径PCD在径向向外的方向上比在径向向内的方向上更大。这将导致当加载区相对于重力位于轴承1的径向底部区域时，滚子4将在接触部511接触保持架5，如图2b所示。此外，还导致在保持架兜孔51与保持架5的相对侧上的滚子元件4之间存在间隙514。
图3示出了根据本发明实施例的轴承1的轴向侧面图。轴承1包括的外圈2具有内球面滚道21。此外，轴承1具有保持架5、滚子元件4、以及具有第一和第二外球面滚道的内圈3。滚子列位于相应的第一和第二滚道与内球面滚道21之间。保持架5被设计成使得保持架5是定心的低节距滚子。此外在该视图中可以看出，在滚子4和保持架5之间具有接触部C，其中接触发生在从节圆直径PCD径向向内，即保持架是定心的低节距滚子。如可以在该图中进一步看出，存在的轴承中的加载区L相对于重力g的方向位于轴承1的径向底部区域。因此，通过在加载区L位于重力区域中时具有低节距滚子定心的保持架5，该保持架5将通过加载区L中的滚子4定心，这将导致保持架5在操作期间的行为更加稳定。
图4示出了根据本发明实施例的轴承1的剖视图的一部分。在此视图中，可以看出内圈3的一部分、保持架5、滚子4以及内圈3的侧凸缘33。此外，在这里还可以看出，保持架兜孔51向外包围滚子，使得滚子4将不能从保持架兜孔51沿径向向外移出。这已经通过具有在保持架兜孔51中的弯曲轮廓来完成，使得滚子4将最终接触保持架兜孔51的接触部512。此外，侧凸缘33将防止滚子4从轴承1沿轴向脱落。这将导致滚子4将自包含在轴承1中。因此，就没有必要例如具有窗式保持架。滚子4将仍不能在任何时间从轴承脱落。这是有利的，特别是出于安全原因。
图5示出的实施例中可以更详细地看出，当加载区L相对于重力g的方向位于轴承1的径向顶部区域时，保持架5将是定心的过节距(over-pitch)滚子。可以看出，保持架5与滚子元件4之间的接触C将沿径向发生在节圆直径(PCD)之外。在该图和实施例中，还可以看到外圈2、内圈3。另外，还示出了作用在轴承1的径向顶部区域的加载区L。
图6示出了根据本发明实施例的轴承1的另一剖视图。轴承1包括具有一个内球面滚道21的外圈2、具有第一和第二外滚道31和32的内圈3、以第一和第二滚子列41和42布置在至少一个内滚道21和相应的第一和第二外滚道31和32之间的多个滚子元件4。此外，轴承1包括保持架5，用于保持和/或引导滚子元件4在第一和第二滚子列41和42中，保持架5具有多个保持架兜孔51，滚子元件4中的一个旨在位于每个保持架兜孔51中。轴承1还具有特定的节圆直径(PCD)，且当加载区位于轴承1的径向顶部区域时，保持架5是定心于滚子元件4的内轴向端部上的滚子。此外，在本实施例中，可以看出，保持架兜孔51具有的保持架兜孔底部513位于保持架兜孔51的轴向内侧上并且其面向在相应的第一和第二滚子列41和42中的滚子元件4的内轴向端部。保持架5将接触在保持架兜孔底部513的滚子元件4的轴向端部。另外，保持架兜孔底部513是倾斜的，并且与第一和第二滚子列41和42的接触角大致一致。由于这个原因，两个相对定位的保持架兜孔底部513将成形为楔形。这将导致保持架5将由于重力g而在滚子元件4的轴向侧面上“倒下”。在这种情况下，在轴承1的径向顶部区域没有间隙，相反，间隙存在于径向底部区域。
图7示出了根据本发明实施例的轴承的保持架5和滚子4的放大视图。此外，还可以看到保持架兜孔51。保持架兜孔51具有特定的径向间隙Δr，使得滚子元件4可以在保持架5的径向方向上波动。此外，保持架兜孔具有特定的切向间隙Δt，使得滚子元件4还可以在保持架5的切向方向上波动。切向间隙Δt将被设置成使得当轴向力作用于轴承上时滚子元件4和保持架兜孔51将相互接触。另外，滚子元件4的定心然后将大致在轴承的节圆直径PCD中。当将间隙Δt设置成轴承间隙时，还必须考虑滚子元件轮廓、保持架兜孔轮廓等。
下面转向图8，可以看到根据第二方面的轴承装置10的实施例。在本实施例中，径向力Fr作用在与重力相同的方向上并且作用于内圈3上(加载区将在轴承的径向底部区域)。装置10包括根据本发明第一方面的轴承1和轴6。轴承1包括外圈2和内圈3以及具有滚子元件4的第一和第二滚子列41和42。在该图中可以看出，在轴承1的径向底部区域中在保持架5与滚子元件4之间具有接触C，力Fr正作用于其上。另外，在轴承的径向顶部区域可以看到轴承间隙(在该图中被夸大)。
在图9a-c中，示出了滚子端部定心如何能够实现的三个例子。从顶部开始，示出了内圈3的剖视图、滚子元件4和保持架5的一部分，可以看出，滚子端部从节圆直径PCD沿径向向外接触保持架兜孔底部513。在中间的图中，可以看出，在节圆直径PCD下甚至接近于其，滚子端部接触保持架兜孔底部513。在底部的图中，可以看到过节距滚子端部定心的另一示例。保持架兜孔底部513的角度也可以是不同的，如在三幅图中所示。当加载区相对于重力的方向位于轴承1的径向顶部区域时，在滚子元件端部上的定心将有利地发生。

Claims (11)

1.一种球面滚子轴承(1)，包括：
-外圈(2)，其具有至少一个内滚道(21)，
-内圈(3)，其具有第一和第二外滚道(31、32)，
-多个滚子元件(4)，其以第一和第二滚子列(41、42)布置在所述至少一个内滚道(21)和相应的第一和第二外滚道(31、32)之间，
-保持架(5)，用于保持和/或引导所述滚子元件(4)在所述第一和第二滚子列(41、42)中，所述保持架(5)具有多个保持架兜孔(51)，所述滚子元件(4)中的一个旨在位于每个保持架兜孔(51)中，
-所述轴承还具有特定的节圆直径(PCD)，
-其特征在于，
-所述保持架(5)布置成使得；在操作过程中，当所述轴承(1)的加载区相对于重力(g)的方向位于轴承(1)的径向顶部区域时，所述保持架(5)是定心于所述滚子元件(4)的轴向内端部上的滚子，并且在操作过程中，当所述轴承(1)的加载区相对于重力(g)的方向位于轴承(1)的径向底部区域时，所述保持架是相对于所述节圆直径(PCD)定心的低节距滚子。
2.根据权利要求1所述的球面滚子轴承(1)，
-其中，当有力作用在所述轴承(1)的轴向方向上时，所述保持架是相对于所述节圆直径定心的大致等节距滚子。
3.根据权利要求2所述的球面滚子轴承(1)，
-其中，所述大致等节距滚子定心布置成使得所述第一或第二滚子列(41、42)之一与所述保持架(5)接触。
4.根据前述权利要求中任一项所述的球面滚子轴承(1)，
-其中，每个保持架兜孔(51)还具有保持架兜孔底部(511)，其面向相应保持架兜孔(51)中的滚子元件(4)的轴向内端部，并且其中，所述保持架兜孔底部(511)布置成能够接触所述滚子元件(4)的轴向内端部，或：
-从所述节圆直径(PCD)径向向外，
-大致在所述节圆直径(PCD)中，或
-从所述节圆直径(PCD)径向向内。
5.根据权利要求4所述的球面滚子轴承(1)，
-其中，用于所述第一和第二相应的滚子列(41、42)的两个大致轴向相对的保持架兜孔底部(511)相对倾斜，并且大致按照相应的第一和第二滚子列(41、42)的接触角。
6.根据前述权利要求中任一项所述的球面滚子轴承(1)，
-其中，对于至少一个保持架兜孔(51)来说，该保持架兜孔(51)和其中所存在的滚子元件(4)还具有特定的保持架兜孔/滚子元件径向游隙，并且其中，所述保持架兜孔/滚子元件径向游隙相对于所述节圆直径(PCD)在径向向外的方向上比在径向向内的方向上更大，从而当所述加载区(L)位于所述轴承(1)的径向底部区域时实现所述低节距滚子定心。
7.根据前述权利要求中任一项所述的球面滚子轴承(1)，
-其中，所述轴承(1)沿轴向在所述第一和第二滚子列(41、42)之间还不具有任何隔离环或中间凸缘。
8.根据前述权利要求中任一项所述的球面滚子轴承(1)，
-其中，所述多个保持架兜孔(51)中的至少一个沿径向向外包围包含在其中的滚子元件，使得所述滚子元件将被限制从所述至少一个保持架兜孔(51)沿径向向外移出。
9.根据前述权利要求中任一项所述的球面滚子轴承(1)，
-其中，所述内圈(3)还在所述轴承(1)的相对轴向侧上具有第一和第二轴向外侧区域，其中，相应的第一和第二轴向外侧区域具有相应的第一(33)和第二侧凸缘。
10.根据前述权利要求中任一项所述的球面滚子轴承(1)，
-其中，所述保持架(5)是梳状保持架。
11.一种轴承装置，
-其中，所述轴承装置包括根据权利要求1-10中任一项所述的轴承(1)。
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