CN107461402A - 滚动轴承 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种滚动轴承，该滚动轴承包括设置滚道的第一座圈和第二座圈，以及若干个设置在第一座圈与第二座圈之间的滚动体，所述滚动体包括负载滚动体和非负载滚动体，所述非负载滚动体设置在相邻的两个负载滚动体或负载滚动体组之间以间隔开相邻的两个负载滚动体或负载滚动体组，所述负载滚动体组包括至少两个相邻的滚动体。本申请滚动轴承因非负载滚动体的介入可以避免两个负载滚动体之间的接触摩擦，且在负载滚动体的驱动下，非负载滚动体趋向于与相邻的负载滚动体之间产生滚动摩擦而非滑动摩擦，从而减小了整个滚动轴承的摩擦力矩。
Description
技术领域
本申请涉及一种轴承，尤其是一种滚动轴承。
背景技术
滚动轴承(rolling bearing)是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。滚动轴承一般由第二座圈、第一座圈、滚动体和保持架四部分组成，第二座圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转；第一座圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用；滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在第二座圈和第一座圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命；保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。
为了承受重载荷而设计的满装滚动轴承，一般没有保持架，滚动体之间互相接触，滚动体之间的摩擦力矩使得整个轴承的摩擦力矩很大，影响轴承性能。现有技术中，一般通过增加保持架来解决，与尺寸基本相当的满装滚动轴承相比，具有保持架的轴承因安装更小尺寸的滚子而减小了轴承负载能力，同时也会增加轴承成本。
发明内容
本申请要解决的技术问题是提供一种滚动轴承，以解决现有滚动轴承摩擦力矩较大的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种滚动轴承，该滚动轴承包括设置滚道的第一座圈和第二座圈，以及若干个设置在第一座圈与第二座圈之间的滚动体，所述滚动体包括负载滚动体和非负载滚动体，所述非负载滚动体设置在相邻的两个负载滚动体或负载滚动体组之间以间隔开相邻的两个负载滚动体或负载滚动体组，所述负载滚动体组包括至少两个相邻的滚动体。
具体地，在任一时刻，所述非负载滚动体在负载方向上仅与所述第一座圈的滚道接触或仅与所述第二座圈的滚道接触。
进一步地，所述非负载滚动体的直径大于最小直径尺寸，该最小直径尺寸为以负载滚动体填装的满装滚动轴承设计中，与两个互相接触的负载滚动体及滚道均相切的圆的直径。
优选地，所述滚动轴承至少包括第一圆周区段和第二圆周区段，所述第一圆周区段的滚动体排布方式与所述第二圆周区段的滚动体排布方式不同。
可选地，在所述第一圆周区段，相邻的两个所述负载滚动体之间设置一个非负载滚动体，在所述第二圆周区段，相邻的两个负载滚动体组之间设置一个非负载滚动体。
优选地，所述第一圆周区段对应的负载大于所述第二圆周区段对应的负载。
可选地，所述第一圆周区段对应的负载小于所述第二圆周区段对应的负载。
进一步地，所述滚动轴承还包括保持架，所述保持架用于实现负载滚动体的保持和/或非负载滚动体的保持。
可选地，所述负载滚动体与所述非负载滚动体为不同形状的滚动体。
可选地，所述负载滚动体与所述非负载滚动体为相同形状但非负载方向上不同尺寸的滚动体。
与现有技术相比，本申请滚动轴承中包括两种滚动体即负载滚动体和非负载滚动体，非负载滚动体设置在相邻的两个负载滚动体或负载滚动体组之间以间隔开相邻的两个负载滚动体或负载滚动体组，因非负载滚动体的介入可以避免两个负载滚动体之间的接触摩擦，且在负载滚动体的驱动下，非负载滚动体趋向于与相邻的负载滚动体之间产生滚动摩擦而非滑动摩擦，从而减小了整个滚动轴承的摩擦力矩。
附图说明
图1为现有滚动轴承中滚动体受力及滚动方向的示意图；
图2为本申请滚动轴承中滚动体受力及滚动方向的示意图；
图3、4为本申请滚动轴承实施例1的立体剖面图，其中图3中剖面位置位于大尺寸的负载滚动体，图4中剖面位置位于小尺寸的非负载滚动体；
图5为本申请滚动轴承实施例1去除其中一个座圈后的俯视图；
图6为图5的局部放大示意图；
图7为本申请滚动轴承实施例1的替换实施例的局部放大示意图，该替换实施例滚动轴承的负载能力相对图5所示的滚动轴承的负载能力小；
图8为本申请滚动轴承实施例2的去除其中一个座圈后的俯视图；
图9为本申请滚动轴承实施例3的去除其中一个座圈后的俯视图。
具体实施方式
如图1所示，现有满装滚动轴承中相邻的两个滚动体的转动方向分别如图1所示，在承受负载F的情况下，所有滚动体整体上相对于滚道表现为沿P1方向的滚动，滚动体与座圈的滚道之间均表现为滚动摩擦，虽然相邻的滚动体均为顺时针转动(如图所示)，但对于相邻的两个滚动体的接触点而言，因两滚动体之间的相对运动产生了滑动摩擦，并因此使得整个轴承的摩擦力矩较大。为了减小该摩擦力矩，本申请在两个相邻的滚动体之间插入较小尺寸的滚动体，如图2所示，在承受负载的情况下，所有滚动体整体上相对于滚道仍表现为沿P1方向的滚动，较大尺寸的滚动体为负载滚动体，仍为顺时针转动，设置在较大尺寸的滚动体之间的较小尺寸的滚动体为非负载滚动体，其在相邻的两个较大尺寸的滚动体的带动下逆时针转动，这使得较小尺寸的滚动体与两个较大的滚动体在接触点处不会产生相对运动，从而消减了因摩擦带来的摩擦力矩。
实施例1
本申请滚动轴承实施例1中，如图3和图4所示，本申请滚动轴承10为角接触球轴承，包括第一座圈11、第二座圈12以及置于第一座圈11和第二座圈12之间的若干个滚动体13，具体地，所述第一座圈11和第二座圈12均设置有滚道，所述滚动体13在滚道限定的空间内滚动。
滚动体13分为两种，这两种滚动体的尺寸不同，两个相邻的较大尺寸的滚动体131之间设置一个较小尺寸的滚动体132，在实际使用环境中，较大尺寸的滚动体是为负载滚动体或主要的负载滚动体，因此也称为负载滚动体，而较小尺寸的滚动体不承受负载或基本不承受负载，称为非负载滚动体，但因基于较大尺寸滚动体的驱动而滚动。
具体地，如图5、6所示，负载滚动体131和非负载滚动体在围绕轴承旋转轴的周向上间隔设置，即每两个相邻的负载滚动体131之间设置一个非负载滚动体132，相同的，每两个相邻的非负载滚动体132之间设置一个负载滚动体131。
对于深沟球轴承来说，非负载滚动体132在自转的同时，可能会在两个相邻的负载滚动体131以及滚道限定的空间内，围绕两个相邻的负载滚动体131的中心的连线的中点公转，但非负载滚动体132仍然会将两个相邻的负载滚动体131隔开，并不影响其作为非负载滚动体、减小摩擦力矩的作用。另外，即使非负载滚动体132与相邻的负载滚动体131之间产生了相对滑动，也会因为非负载滚动体132没有负载，而减小整个轴承的摩擦力矩。
为尽可能降低滚动摩擦同时保证滚动轴承足够的负载能力，较小尺寸的非负载滚动体132需要在隔离相邻的两个较大尺寸的负载滚动体131的前提下足够小。也就是说，非负载滚动体132的直径不能小于最小直径尺寸，该最小直径尺寸为以负载滚动体131填装的现有满装滚动轴承设计中，与两个互相接触的负载滚动体及滚道均相切的圆的直径。本申请滚动轴承10因较小尺寸的非负载滚动体132的介入，可以避免两个较大负载滚动体131之间的接触摩擦，相较现有满装滚动轴承，两个较大尺寸的负载滚动体131之间的摩擦力矩降为零，且在负载滚动体的驱动下，非负载滚动体趋向于与相邻的负载滚动体之间产生滚动摩擦而非滑动摩擦。且相较于现有满装滚动轴承，在较小尺寸的非负载滚动体132尺寸设计合理的情况下，本申请滚动轴承负载能力仅有略微较小，但却能大大减小摩擦力矩。
如图5、6所示，该滚动轴承实施例1中，两个相邻的负载滚动体131之间的间距D1相对较小，负载滚动体131的直径与非负载滚动体132的直径也相差较大，此时该滚动轴承10的负载能力与仅有负载滚动体131的满装轴承仅有略微减小，但相对于现有满装轴承却大大减小了摩擦力矩。
实施例1的替换实施例如图7所示，在该替换实施例中，两个相邻的负载滚动体131之间的间距D2相对图6所示，有所增大，相应的负载能力也有所减小，但因非负载滚动体132的尺寸变大，使得其在相邻负载滚动体131以及滚道之间的自由空间也相对减小，其减小摩擦力矩的效果更加明显。
实施例2
如图8所示，本申请滚动轴承实施例2具有与实施例1类似的结构，滚动轴承包括第一座圈(图未示)、第二座圈22以及置于第一座圈和第二座圈22之间的若干个滚动体23，具体地，所述滚动体23在第一座圈和第二座圈22设置的滚道内滚动。
滚动体23分为两种，一种是用于实现负载的直径尺寸较大的负载滚动体231以及直径尺寸较小的非负载滚动体232。
与实施例1中的滚动轴承10相比，实施例2的滚动轴承不同之处在于，为了增大滚动轴承的负载能力，该实施例2中，滚动轴承的负载滚动体231每三个为一组，相邻的两组负载滚动体之间设置一个非负载滚动体232。
虽然本实施例2中，每组负载滚动体231之间仍然存在摩擦力矩，但因为非负载滚动体232的存在，相比现有满装轴承仍然能减小摩擦力矩带来的影响。
实施例3
一般来说，滚动体在滚动轴承中沿圆周方向的滚动是有限的，因此当圆周方向上的负载不均衡时，圆周方向的某些区段的负载相对较大，而另一区段的负载相对较小，一般来说，负载越大的区段，相邻的负载滚动体之间产生的摩擦力矩也越大。
针对上述应用工况，本申请滚动轴承实施例3如图9所示，在不同圆周区段基于负载大小设置不同的滚动体排布，具体地，滚动轴承包括第一座圈(图未示)、第二座圈322以及置于第一座圈和第二座圈32之间的若干个滚动体33，具体地，所述滚动体33在第一座圈及第二座圈32设置的滚道内滚动。
滚动体33分为两种，一种是用于实现负载的直径尺寸较大的负载滚动体331以及直径尺寸较小的非负载滚动体332。
与实施例1中的滚动轴承10相比，实施例3的滚动轴承的不同之处在于，滚动体33基于负载的不同分区段设计不同的滚动体排布，且可根据对轴承性能的需求来设计不同的滚动体排布，如图9所示，滚动轴承30在圆周方向上分为重负载区段和轻负载区段，重负载区段如中A所示，且重负载区段在圆周方向上对应的角度约为75度-110度。
若以降低摩擦力矩为首要目的，则如图9所示，在该重负载区段，每两个相邻的负载滚动体311之间设置一个非负载滚动体312，而在轻负载区段，每两组负载滚动体之间设置一个非负载滚动体312，其中每组负载滚动体包括三个负载滚动体311；若以较高的负载能力为目的，可替换地，在重负载区段，每两组负载滚动体之间设置一个非负载滚动体312，每组负载滚动体包括三个负载滚动体311，而在轻负载区域，每两个相邻的负载滚动体311之间设置一个非负载滚动体312。
可变换地，以上每组负载滚动体以三个为一组，基于不同的设计目的也可以以两个或更多负载滚动体为一组，在每组之间设置一个非负载滚动体。
可理解地，在任一时刻，本申请中的负载滚动体指在负载方向上与第一座圈以及第二座圈的滚道均存在接触点，而非负载滚动体在负载方向上仅与第一座圈滚道或仅与第二座圈滚道存在接触点。相应的负载滚动体和非负载滚动体可以是球珠、也可以是圆柱滚子或圆锥滚子，一般地，负载滚动体与非负载滚动体形状相同，即若负载滚动体为球珠，则非负载滚动体也为球珠；若负载滚动体为圆柱滚子，则非负载滚动体也为圆柱滚子，只是二者的直径尺寸不同，当然在实现间隔作用的情况下，当负载滚动体是鼓形滚子时，非负载滚动体也可以是非负载方向上尺寸较小的滚针。
另外，为了实现对负载滚动体的间隔作用，非负载滚动体的直径大于以较大尺寸的滚动体填装的现有满装滚动轴承设计中，与两个互相接触的滚动体及滚道均相切的圆的直径，使得被间隔开的两个负载滚动体相互间不接触，不因接触发生相互摩擦。
这里所说的负载方向可以是径向、轴向或者是与径向存在一定夹角。
因此本申请滚动轴承在轴承类型上可以是球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、鼓形滚子轴承或滚针轴承；从受力的角度来说，可以是轴向受力的推力轴承，也可以是至少径向受力的向心轴承。
上述各实施例中，滚动轴承也可以设置滚动体保持架，例如，负载滚动体采用一组保持架，非负载滚动体采用另一组保持架，或者，负载滚动体和非负载滚动体采用同一组用于保持该两种滚动体的保持架。
可变换地，本申请滚动轴承也可以设置多个圆周区段以对应多个不同的滚动体排布方式，比如包括四个圆周区段，在第一圆周区段，两个相邻的负载滚动体之间设置一个非负载滚动体，在位于第一圆周区段的两侧的第二、第三圆周区段，由两个负载滚动体组成的负载滚动体组，两个负载滚动体组之间设置一个非负载滚动体，在第一圆周区段相对的第四圆周区段，在由三个负载滚动体组成的负载滚动体组之间设置一个非负载滚动体。各圆周区段与负载大小的对应关系可基于滚动轴承的应用工况进行调整。
与现有技术相比，本申请滚动轴承中包括两种滚动体即负载滚动体和非负载滚动体，非负载滚动体设置在相邻的两个负载滚动体或负载滚动体组之间以间隔开相邻的两个负载滚动体或负载滚动体组，因非负载滚动体的介入可以避免两个负载滚动体之间的接触摩擦，且在负载滚动体的驱动下，非负载滚动体趋向于与相邻的负载滚动体之间产生滚动摩擦而非滑动摩擦，从而减小了整个滚动轴承的摩擦力矩。
虽然本发明仅就某些示范性实施方式进行描述，这些描述应该仅作为示例而不构成限制。在所附权利要求书记载的范围内，在不脱离本发明精神和范围情况下，各种变化均是可能的。
Claims (10)
1.一种滚动轴承，该滚动轴承包括设置滚道的第一座圈和第二座圈，以及若干个设置在第一座圈与第二座圈之间的滚动体，其特征在于：
所述滚动体包括负载滚动体和非负载滚动体，所述非负载滚动体设置在相邻的两个负载滚动体或负载滚动体组之间以间隔开相邻的两个负载滚动体或负载滚动体组，所述负载滚动体组包括至少两个相邻的滚动体。
2.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于：在任一时刻，所述非负载滚动体在负载方向上仅与所述第一座圈的滚道接触或仅与所述第二座圈的滚道接触。
3.如权利要求1或2所述的滚动轴承，其特征在于：所述非负载滚动体的直径大于最小直径尺寸，该最小直径尺寸为以负载滚动体填装的满装滚动轴承设计中，与两个互相接触的负载滚动体及滚道均相切的圆的直径。
4.如权利要求1或2所述的滚动轴承，其特征在于：所述滚动轴承至少包括第一圆周区段和第二圆周区段，所述第一圆周区段的滚动体排布方式与所述第二圆周区段的滚动体排布方式不同。
5.如权利要求4所述的滚动轴承，其特征在于：在所述第一圆周区段，相邻的两个所述负载滚动体之间设置一个非负载滚动体，在所述第二圆周区段，相邻的两个负载滚动体组之间设置一个非负载滚动体。
6.如权利要求5所述的滚动轴承，其特征在于：所述第一圆周区段对应的负载大于所述第二圆周区段对应的负载。
7.如权利要求5所述的滚动轴承，其特征在于：所述第一圆周区段对应的负载小于所述第二圆周区段对应的负载。
8.如权利要求1或2所述的滚动轴承，其特征在于：所述滚动轴承还包括保持架，所述保持架用于实现负载滚动体的保持和/或非负载滚动体的保持。
9.如权利要求1或2所述的滚动轴承，其特征在于：所述负载滚动体与所述非负载滚动体为不同形状的滚动体。
10.如权利要求1或2所述的滚动轴承，其特征在于：所述负载滚动体与所述非负载滚动体为相同形状但非负载方向上不同尺寸的滚动体。
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