CN107830049A - 低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承 - Google Patents

低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承 Download PDF

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Abstract

低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承，包括上套圈、下套圈、圆锥滚子和保持架，圆锥滚子与套圈的几何参数满足滚子纯滚动的几何条件和轴向滑动自锁的物理条件，圆锥滚子大端面与保持架框形兜孔顶面接触，圆锥滚子大端与上下套圈档边不接触。有益效果是：使滚动体与滚道间的滚动带滑动的状态变成纯滚动状态，圆锥滚子大端与套圈挡边不接触，避免滚子大端与套圈挡边接触而发生滑动摩擦，最大程度地减少滚子大端与保持架的摩擦，最大限度地改善保持架与圆锥滚子大端的摩擦与润滑条件，同时保证滚子大端与保持架的接触部分的接触强度，提高轴承效率和轴承疲劳寿命。

Description

低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承
技术领域
本发明属于轴承技术领域，尤其涉及滚子轴承。
背景技术
现有技术中，普遍使用的推力圆锥滚子轴承，滚子和套圈滚道之间的几何关系满足滚子纯滚动几何条件，没有限定滚子与套圈滚道之间满足滚子轴向滑动自锁的物理条件，保持架框形兜孔与圆锥滚子两端存在较大间隙，保持架的作用主要是将圆锥滚子隔开。现有技术的推力圆锥滚子轴承的不足是：当滚子与套圈滚道之间不满足滚子轴向滑动自锁的物理条件时，在轴承轴向载荷作用下产生的轴向派生力会使滚子由小端向大端沿滚子轴向滑动，为了阻止滚子轴向滑动，是由套圈的挡边阻止滚子轴向滑动。因此，在转动过程中不仅滚子母线与套圈滚道之间存在滚滑摩擦，而且滚子大端与套圈挡边之间会产生严重的滑动摩擦。滚子与滚道之间和滚子与套圈挡边之间的摩擦在导致摩擦元件磨损的同时，也消耗大量的能量，既降低了轴承的效率，又降低了轴承的寿命。
因此，最大限度地减少推力圆锥滚子轴承的摩擦，是本领域需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供新型的推力圆锥滚子轴承，使轴承转动时圆锥滚子的轴向窜动受到限制，避免滚子大端与套圈挡边接触产生滑动摩擦。
本发明的技术方案是：低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承，包括上套圈、下套圈、圆锥滚子和保持架，上套圈和下套圈内面分别设有上套圈滚道和下套圈滚道，保持架置于上套圈和下套圈内，圆锥滚子置于上下套圈滚道内的保持架框形兜孔中，圆锥滚子的锥半角与相应横截面的锥台形滚道的锥半角相等，圆锥滚子的圆锥顶点位于圆锥滚子的转动中心，即圆锥滚子的圆锥顶点位于推力圆锥滚子轴承的轴线上；圆锥滚子和上套圈滚道和下套圈滚道之间满足以下几何关系式：
tgφ＝(rd-rx)/Lr (1)
Lr＝(rdt-rxt)cosφ (2)
或(rd-rx)/(rdt-rxt)＝sinφ(3)
即几何参数满足滚子纯滚动条件,式中rd是圆锥滚子的大端半径，rx是圆锥滚子的小端半径，Lr是圆锥滚子的长度，rdt是与圆锥滚子轴线夹角为圆锥半角且与推力圆锥滚子轴承轴线不垂直的滚道与滚子大端接触点的半径，rxt是与圆锥滚子轴线夹角为圆锥半角且与推力圆锥滚子轴承轴线不垂直的滚道与滚子小端接触点的半径，其特征在于：所述圆锥滚子还满足
即满足圆锥滚子轴向滑动自锁的物理条件，式中，φ是圆锥滚子的锥半角，μ是圆锥滚子与滚道之间的滑动摩擦系数、是与滑动摩擦系数μ相对应的摩擦角；所述圆锥滚子大端面中心点与保持架框形兜孔顶面中心点接触，圆锥滚子大端与上下套圈档边不接触,所述保持架框形兜孔顶面是框形兜孔与滚子大端面接触的面。
本发明所述低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承，其特在征于：所述圆锥滚子大端面为垂直于圆锥滚子轴线的平面或以圆锥滚子轴线为对称轴的轴对称曲面，所述保持架框形兜孔顶面为垂直于圆锥滚子轴线的平面、以圆锥滚子轴线为对称轴的轴对称曲面或由在与圆锥滚子轴线转动平面垂直的平面内、无拐点的对称于圆锥滚子轴线的曲线，绕位于该曲线所在平面内并垂直相交于圆锥滚子轴线的垂线旋转形成的旋转曲面，圆锥滚子大端面与保持架框形兜孔顶面相配合接触。
本发明所述低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承，其特在征于：所述圆锥滚子大端面与保持架框形兜孔顶面相配合接触的形式包括：
1)圆锥滚子的大端面为以圆锥滚子轴线为对称轴的内凹的轴对称曲面，保持架框形兜孔顶面为以圆锥滚子轴线为对称轴的外凸的轴对称曲面；
2)圆锥滚子的大端面为垂直于圆锥滚子轴线的平面，保持架框形兜孔顶面为平面、外凸的轴对称曲面或旋转曲面；
3)圆锥滚子的大端面为以圆锥滚子的轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，保持架框形兜孔顶面为平面、外凸的轴对称曲面、内凹的轴对称曲面或旋转曲面。
本发明所述的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承，其特在征于：所述保持架框形兜孔顶面的旋转曲面为内凹旋转曲面或外凸旋转曲面。
本发明所述的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承，其特在征于：所述上套圈滚道和下套圈滚道为上、下对称或上、下不对称，所述上、下对称是上、下滚道与轴承轴线的垂线夹角均为滚子的圆锥半角；所述上、下不对称是上滚道或下滚道与轴承轴线的垂线夹角为0度，而下滚道或上滚道与轴承轴线的垂线夹角为滚子圆锥半角的2倍，即等于滚子圆锥角。
本发明所述的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承，其特在征于：所述上套圈和下套圈设挡边或不设挡边。
本发明解决的技术问题是：改变现有常规的推力圆锥滚子轴承滚动体的工作状态，使滚动体与滚道间的滚动带滑动的状态变成纯滚动状态，并且避免滚子大端与套圈滚道挡边接触而发生滑动摩擦，最大程度地减少滚子大端与保持架的摩擦，同时保证滚子大端与保持架的接触部分的接触强度，达到提高轴承效率和轴承疲劳寿命的目的。
本发明的原理是：圆锥滚子与套圈的几何参数满足滚子纯滚动的几何条件，而且圆锥滚子与套圈滚道之间满足滚子轴向滑动自锁的物理条件，同时保持架采用不同的工艺结构和工艺措施使之形成整体式结构，以达到有效限制轴承转动时滚子的轴向窜动，避免滚子大端与套圈挡边接触产生滑动摩擦。并通过圆锥滚子大端端面和保持架框形兜孔接触面的不同几何形状的设计，丰富了保持架与圆锥滚子大端的接触状态，可以根据不同的使用工况，合理设计保持架与圆锥滚子大端的接触状态，最大限度地改善保持架与圆锥滚子大端的摩擦与润滑条件。
本发明可制成多列的推力圆锥滚子轴承
本发明的有益效果是：使滚动体与滚道间的滚动带滑动的状态变成纯滚动状态，圆锥滚子大端与套圈挡边不接触，避免滚子大端与套圈挡边接触而发生滑动摩擦，最大程度地减少滚子大端与保持架的摩擦，最大限度地改善保持架与圆锥滚子大端的摩擦与润滑条件，同时保证滚子大端与保持架的接触部分的接触强度，提高轴承效率和轴承疲劳寿命。
附图说明
图1是本发明的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承实施例1结构示意图，是上、下套圈滚道上、下对称，圆锥滚子的大端面为内凹的轴对称曲面，保持架框形兜孔顶面为外凸的轴对称曲面的结构。
图2是本发明的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承实施例2结构示意图，是上、下套圈滚道上、下不对称的结构，圆锥滚子的大端面为内凹的轴对称曲面，保持架框形兜孔顶面为外凸的轴对称曲面的结构。
图3(A)是本发明的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承实施例3结构示意图，是圆锥滚子大端面为垂直于圆锥滚子轴线的平面，保持架框形兜孔顶面为垂直于圆锥滚子轴线的平面，滚道对称的结构。
图3(B)是本发明的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承实施例4结构示意图，是圆锥滚子大端面为垂直于圆锥滚子轴线的平面，平面中心设有凸台，保持架框形兜孔顶面为垂直于圆锥滚子轴线的平面，平面中心设有凹槽，滚道不对称，上滚道与轴承轴线的垂线夹角为0度，而下滚道与轴承轴线的垂线夹角为滚子圆锥角的结构。
图3(C)是本发明的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承实施例5结构示意图，是圆锥滚子大端面为垂直于圆锥滚子轴线的平面，平面中心设有凹槽，保持架框形兜孔顶面为垂直于圆锥滚子轴线的平面，平面中心设有凸台，滚道不对称，下滚道与轴承轴线的垂线夹角为0度，上滚道与轴承轴线的垂线夹角为滚子圆锥角的结构。
图3(D)是本发明的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承实施例6结构示意图，是圆锥滚子大端面为垂直于圆锥滚子轴线的平面，保持架框形兜孔顶面为以圆锥滚子轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，滚道对称的结构。
图4(A)是本发明的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承，圆锥滚子大端面为以圆锥滚子轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，保持架框形兜孔顶面为垂直于圆锥滚子轴线的平面，滚道对称的结构的实施例7示意图。
图4(B)是本发明的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承实施例8结构示意图，是圆锥滚子大端面为以圆锥滚子轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，保持架框形兜孔顶面为以圆锥滚子轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，滚道对称的结构。
图4(C)是本发明的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承实施例9结构示意图，是圆锥滚子大端面为以圆锥滚子轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，保持架框形兜孔顶面为以圆锥滚子轴线为对称轴内凹的轴对称曲面，滚道对称的结构。
图4(D)是本发明的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承实施例10结构示意图，是圆锥滚子大端面为以圆锥滚子轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，保持架框形兜孔顶面为以圆锥滚子轴线为对称轴内凹的轴对称曲面，滚道不对称的结构。
图5(A)是本发明的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承实施例11结构示意图，是圆锥滚子大端面为以圆锥滚子轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，保持架框形兜孔顶面为内凹的旋转曲面结构的主视半剖视图。
图5(B)是图5(A)的俯视剖视图。
图5(C)是图5(A)的三维视图。
图5(D)是本发明的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承实施例12结构示意图，是圆锥滚子大端面为以圆锥滚子轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，保持架框形兜孔顶面为内凹的柱面结构的主视半剖视图。
图5(E)是图5(D)的俯视剖视图。
图5(F)是图5(D)的三维视图。
图6(A)是本发明的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承实施例13结构示意图，是圆锥滚子大端面为外凸的轴对称曲面，保持架框形兜孔顶面为内凹的柱面结构的主视半剖视图。
图6(B)是图6(A)的俯视剖视图。
图6(C)是图6(A)的三维视图。
图7(A)本发明的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承实施例14结构示意图，是圆锥滚子大端面为为平面，保持架框形兜孔顶面为外凸的柱面结构的主视半剖视图。
图7(B)是图7(A)的俯视剖视图。
图7(C)是图7(A)的三维视图。
图8(A)是本发明的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承实施例15结构示意图，是圆锥滚子大端面为平面，保持架框形兜孔顶面为外凸的柱面结构的主视半剖视图。
图8(B)是图8(A)的俯视剖视图。
图8(C)是图8(A)的三维视图。
图9(A)是本发明的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承实施例16结构示意图，是圆锥滚子大端面为内凹的轴对称曲面，保持架框形兜孔顶面为以圆锥滚子轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，滚道对称的，上、下套圈无挡边的结构示意图。
图9(B)是本发明的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承实施例17结构示意图，是圆锥滚子大端面为内凹的轴对称曲面，保持架框形兜孔面为以圆锥滚子轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，滚道不对称的，上、下套圈无挡边的结构示意图。
图中1-上套圈；2-下套圈；3-圆锥滚子；4-保持架；rd是圆锥滚子的大端半径；rx是圆锥滚子的小端半径；Lr是圆锥滚子的长度；φ是圆锥滚子的锥半角；rdt是与圆锥滚子轴线夹角为圆锥半角且与推力圆锥滚子轴承轴线不垂直的滚道与滚子大端接触点的半径；rxt是与圆锥滚子轴线夹角为圆锥半角且与推力圆锥滚子轴承轴线不垂直的滚道与滚子小端接触点的半径。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承，包括上套圈1、下套圈2、圆锥滚子3和保持架4，上套圈1和下套圈2内面分别设有上套圈滚道和下套圈滚道，保持架置于上套圈1和下套圈2内，圆锥滚子3置于上下套圈滚道内的保持架4框形兜孔中，圆锥滚子3的锥半角与相应横截面的锥台形滚道的锥半角相等，圆锥滚子3的圆锥顶点位于圆锥滚子3的转动中心，即圆锥滚子3的圆锥顶点位于推力圆锥滚子轴承的轴线上；推力圆锥滚子轴承满足以下几何关系式：
tgφ＝(rd-rx)/Lr (1)
Lr＝(rdt-rxt)cosφ (2)
或(rd-rx)/(rdt-rxt)＝sinφ (3)
即几何参数满足滚子纯滚动条件，式中rd是圆锥滚子的大端半径，rx是圆锥滚子的小端半径，Lr是圆锥滚子的长度，rdt是与圆锥滚子轴线夹角为圆锥半角且与推力圆锥滚子轴承轴线不垂直的滚道与滚子大端接触点的半径，rxt是与圆锥滚子轴线夹角为圆锥半角且与推力圆锥滚子轴承轴线不垂直的滚道与滚子小端接触点的半径，其特征在于：所述推力圆锥滚子轴承还满足
即满足轴向滑动自锁的物理条件，式中，φ是圆锥滚子的锥半角，μ是圆锥滚子与滚道之间的滑动摩擦系数、是与滑动摩擦系数μ相对应的摩擦角；所述圆锥滚子3大端面中心点与保持架4框形兜孔顶面中心点接触，圆锥滚子3大端与上下套圈档边不接触,保持架4框形兜孔顶面是框形兜孔与滚子大端面接触的面。
圆锥滚子3大端面为垂直于圆锥滚子3轴线的平面或以圆锥滚子3轴线为对称轴的轴对称曲面，保持架框形兜孔顶面为垂直于圆锥滚子3轴线的平面、以圆锥滚子3轴线为对称轴的轴对称曲面或由在与圆锥滚子轴线转动平面垂直的平面内、无拐点的对称于圆锥滚子轴线的曲线，绕位于该曲线所在平面内并垂直相交于圆锥滚子轴线的垂线旋转形成的旋转曲面，圆锥滚子3大端面与保持架框形兜孔顶面相配合接触。
圆锥滚子大端面与保持架框形兜孔顶面接触的形式包括：
1)圆锥滚子3的大端面为以圆锥滚子轴线为对称轴的内凹的轴对称曲面，保持架框形兜孔顶面为以圆锥滚子轴线为对称轴的外凸的轴对称曲面；
2)圆锥滚子3的大端面为垂直于圆锥滚子3轴线的平面，保持架框形兜孔顶面为平面、外凸的轴对称曲面或旋转曲面；
3)圆锥滚子3的大端面为以圆锥滚子3的轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，保持架框形兜孔顶面为平面、外凸的轴对称曲面、内凹的轴对称曲面或旋转曲面。
保持架框形兜孔顶面的旋转曲面为内凹旋转曲面或外凸旋转曲面。
上套圈滚道和下套圈滚道为上、下对称或上、下不对称，上、下对称是上、下滚道与轴承轴线的垂线夹角均为滚子的圆锥半角；上、下不对称是上滚道或下滚道与轴承轴线的垂线夹角为0度，而下滚道或上滚道与轴承轴线的垂线夹角为滚子圆锥半角的2倍，即等于滚子圆锥角。
上套圈1和下套圈2设挡边或不设挡边。
实施例1
是上、下套圈滚道上、下对称的推力圆锥滚子轴承，如附图1所示，圆锥滚子的大端面为内凹的轴对称曲面，保持架框形兜孔与圆锥滚子大端接触的部分为外凸的轴对称曲面，保持架是整体式结构，圆锥滚子大端端面和保持架框形兜孔接触，滚子大端与滚道挡边有间隙。
实施例2
与实施例1基本相同，只是轴承的上、下套圈滚道上、下不对称，如图2所示，上滚道与轴承轴线的垂线夹角为0度，而下滚道与轴承轴线的垂线夹角为滚子圆锥角，保持架是整体式结构，圆锥滚子大端端面和保持架框形兜孔接触，滚子大端与滚道挡边有间隙。
实施例3
是上、下套圈滚道上、下对称的推力圆锥滚子轴承，如附图3(A)所示，圆锥滚子大端面为垂直于圆锥滚子轴线的平面，保持架框形兜孔与圆锥滚子大端接触的部分为垂直于圆锥滚子轴线的平面，保持架是整体式结构，圆锥滚子大端端面和保持架框形兜孔接触，滚子大端与滚道挡边有间隙。
实施例4
是上、下套圈滚道上、下不对称的推力圆锥滚子轴承，如附图3(B)所示，
圆锥滚子大端面为垂直于圆锥滚子轴线的平面，平面中心设有凸台，保持架框形兜孔与圆锥滚子大端接触的部分为垂直于圆锥滚子轴线的平面，平面中心设有与圆锥滚子大端平面中心凸台相配合的凹槽，上滚道与轴承轴线的垂线夹角为0度，而下滚道与轴承轴线的垂线夹角为滚子圆锥角，保持架是整体式结构，圆锥滚子大端端面和保持架框形兜孔接触，滚子大端与滚道挡边有间隙。
实施例5
是上、下套圈滚道上、下不对称的推力圆锥滚子轴承，如附图3(C)所示，圆锥滚子大端面为垂直于圆锥滚子轴线的平面，平面中心设有凹槽，保持架框形兜孔面为垂直于圆锥滚子轴线的平面，平面中心设有与圆锥滚子大端平面中心凹槽相配合的凸台，上滚道与轴承轴线的垂线夹角为0度，而下滚道与轴承轴线的垂线夹角为滚子圆锥角，保持架是整体式结构，圆锥滚子大端端面和保持架框形兜孔接触，滚子大端与滚道挡边有间隙。
实施例6
是上、下套圈滚道上、下对称的推力圆锥滚子轴承，如附图3(D)所示，圆锥滚子大端面为垂直于圆锥滚子轴线的平面，保持架框形兜孔面为以圆锥滚子轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，保持架是整体式结构，圆锥滚子大端端面和保持架框形兜孔接触，滚子大端与滚道挡边有间隙。
实施例7
是上、下套圈滚道上、下对称的推力圆锥滚子轴承，如附图4(A)所示，圆锥滚子大端面为以圆锥滚子轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，保持架框形兜孔面为垂直于圆锥滚子轴线的平面，保持架是整体式结构，圆锥滚子大端端面和保持架框形兜孔接触，滚子大端与滚道挡边有间隙。
实施例8
是上、下套圈滚道上、下对称的推力圆锥滚子轴承，如附图4(B)所示，圆锥滚子大端面为以圆锥滚子轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，保持架框形兜孔面为以圆锥滚子轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，保持架是整体式结构，圆锥滚子大端端面和保持架框形兜孔接触，滚子大端与滚道挡边有间隙。
实施例9
是上、下套圈滚道上、下对称的推力圆锥滚子轴承，如附图4(C)所示，圆锥滚子大端面为以圆锥滚子轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，保持架框形兜孔面为以圆锥滚子轴线为对称轴内凹的轴对称曲面，保持架是整体式结构，圆锥滚子大端端面和保持架框形兜孔接触，滚子大端与滚道挡边有间隙。
实施例10
是上、下套圈滚道上、下不对称的推力圆锥滚子轴承，如附图4(D)所示，圆锥滚子大端面为以圆锥滚子轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，保持架框形兜孔面为以圆锥滚子轴线为对称轴内凹的轴对称曲面，上滚道与轴承轴线的垂线夹角为0度，而下滚道与轴承轴线的垂线夹角为滚子圆锥角，保持架是整体式结构，圆锥滚子大端端面和保持架框形兜孔接触，滚子大端与滚道挡边有间隙。
实施例11
是上、下套圈滚道上、下对称的推力圆锥滚子轴承，如附图5(A、B、C)所示，圆锥滚子大端面为以圆锥滚子轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，保持架框形兜孔面为内凹的旋转曲面，保持架是整体式结构，圆锥滚子大端端面和保持架框形兜孔接触，滚子大端与滚道挡边有间隙。
实施例12
是上、下套圈滚道上、下对称的推力圆锥滚子轴承，如附图5(D、E、F)所示，圆锥滚子大端面为以圆锥滚子轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，保持架框形兜孔面为内凹的柱面，保持架是整体式结构，圆锥滚子大端端面和保持架框形兜孔接触，滚子大端与滚道挡边有间隙。
实施例13
是上、下套圈滚道上、下对称的推力圆锥滚子轴承，如附图6(A、B、C)所示，圆锥滚子大端面为垂直于圆锥滚子轴线的平面，保持架框形兜孔面为内凹的旋转柱面，保持架是整体式结构，圆锥滚子大端端面和保持架框形兜孔接触，滚子大端与滚道挡边有间隙。
实施例14
是上、下套圈滚道上、下对称的推力圆锥滚子轴承，如附图7(A、B、C)所示，圆锥滚子大端面为垂直于圆锥滚子轴线的平面，保持架框形兜孔面为外凸的旋转柱面，保持架是整体式结构，圆锥滚子大端端面和保持架框形兜孔接触，滚子大端与滚道挡边有间隙。
实施例15
是上、下套圈滚道上、下对称的推力圆锥滚子轴承，如附图8(A、B、C)所示，圆锥滚子大端面为垂直于圆锥滚子轴线的平面，保持架框形兜孔面为外凸的旋转柱面，保持架是整体式结构，圆锥滚子大端端面和保持架框形兜孔接触，滚子大端与滚道挡边有间隙。
实施例16
是上、下套圈滚道上、下对称的推力圆锥滚子轴承，如附图9(A)所示，圆锥滚子大端面为以圆锥滚子轴线为对称轴内凹的轴对称曲面，保持架框形兜孔面为以圆锥滚子轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，上、下套圈无挡边，保持架是整体式结构，圆锥滚子大端端面和保持架框形兜孔接触。
实施例17
是上、下套圈滚道上、下不对称的推力圆锥滚子轴承，如附图9(B)所示，上滚道与轴承轴线的垂线夹角为0度，而下滚道与轴承轴线的垂线夹角为滚子圆锥角，圆锥滚子大端面为以圆锥滚子轴线为对称轴内凹的轴对称曲面，，保持架框形兜孔面为以圆锥滚子轴线为对称轴外凸的轴对称曲面，上、下套圈无挡边，保持架是整体式结构，圆锥滚子大端端面和保持架框形兜孔接触。
以实施例12和实施例10为例，与常规推力圆锥滚子轴承和推力圆柱滚子轴承作仿真对比，结果如下：
实施例12的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承的主要参数为圆锥滚子的大端半径rd＝45(mm)，圆锥滚子的长度Lr＝45(mm)，轴承节圆直径2245(mm)；圆锥滚子的大端球面半径50(mm)，保持架框形兜孔与圆锥滚子大端外凸的轴对称曲面接触部分的柱面半径80(mm)圆锥半角为2.207°；圆柱滚子轴承的滚子半径为45(mm)，滚子长度也为45(mm)；常规推力圆锥滚子轴承的几何尺寸与实施例12的推力圆锥滚子轴承的几何尺寸相同；三种轴承主要元件的材料相同均为钢材，弹性氏模量均取207000(MPa)，泊松比均取0.3；对每个滚子施加250000(N)的轴向力，用有限元法对三种推力轴承的应力和转动过程中的摩擦能耗进行动态仿真对比，结果如下：
研究发现，轴承的滚子转动7°以后，三种轴承转动接触才得以稳定，为了保证对比结果的可靠性，对比是轴承转动10°过程中，三种轴承的摩擦能耗率和接触应力。结果如下：
推力圆柱滚子轴承的平均摩擦能耗率约751096(J/rad)；
常规推力圆锥滚子轴承，由于滚子大端与套圈挡边的摩擦所产生的平均摩擦能耗率约948242(J/rad)；
实施例12的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承的滚子大端与保持架的摩擦所产生的平均摩擦能耗率约301213(J/rad)；
推力圆柱滚子轴承的最大接触应力发生在滚子与套圈滚道接触的母线上的端部，其数值为约2100(MPa)；
常规推力圆锥滚子轴承的最大接触应力发生在滚子大端面与套圈挡边接触处，其数值为约2880(MPa)；
实施例12的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承的最大接触应力发生在滚子大端与保持架接触的大端面，其数值为2318(MPa)。
由三种轴承的仿真对比结果可看出，实施例12的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承因摩擦所消耗的能量损耗率远远低于另两种推力轴承，比推力圆柱滚子轴承降低了约59％，比常规的推力圆锥滚子轴承降低了约68％。而实施例12的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承中的最大接触应力比圆柱滚子轴承的增加了约10％，比常规的推力圆锥滚子轴承降低了约20％。因此，实施例12的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承综合性能大大优于常规的推力圆锥滚子轴承，摩擦能耗大大低于推力圆柱滚子轴承，最大接触应力略大于推力圆柱滚子轴承。
实施例10的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承的主要参数和结构与实施例1相同，只是圆锥滚子大端制成外凸的球面，球面半径50(mm)，而保持架框形兜孔与圆锥滚子大端外凸的球面接触部分制成内凹的球面，球面半径65(mm)。进行与实施例12的动态仿真对比相同的对比，结果如下：
实施例10的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承的滚子大端与保持架的摩擦所产生的平均摩擦能耗率约382858(J/rad)；轴承的最大接触应力发生在滚子与套圈滚道接触的母线上大端处，其数值为2180(MPa)，圆锥滚子大端与保持架接触对的最大接触应力约为1010(MPa)。
与尺寸相当的推力圆柱滚子轴承和常规的推力圆锥滚子轴承相比，实施例10的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承摩擦能耗率远远低于另两种推力轴承，比推力圆柱滚子轴承降低了约49％，比常规的推力圆锥滚子轴承降低了约60％。实施例10的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承中的最大接触应力比常规的推力圆锥滚子轴承降低了约24％，比圆柱滚子轴承的稍有增加，增加了约3.8％。因此，实例10的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承综合性能大大优于常规的推力圆锥滚子轴承，综合性能也优于推力圆柱滚子轴承。

Claims (6)

1.低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承，包括上套圈(1)、下套圈(2)、圆锥滚子(3)和保持架(4)，上套圈(1)和下套圈(2)内面分别设有上套圈滚道和下套圈滚道，保持架置于上套圈(1)和下套圈(2)内，圆锥滚子(3)置于上下套圈滚道内的保持架(4)框形兜孔中，圆锥滚子(3)的锥半角与相应横截面的锥台形滚道的锥半角相等，圆锥滚子(3)的圆锥顶点位于圆锥滚子(3)的转动中心，即圆锥滚子(3)的圆锥顶点位于推力圆锥滚子轴承的轴线上；圆锥滚子和上套圈滚道和下套圈滚道之间满足以下几何关系式：
tgφ＝(rd-rx)/Lr (1)
Lr＝(rdt-rxt)cosφ (2)
或(rd-rx)/(rdt-rxt)＝sinφ (3)
即几何参数满足滚子纯滚动条件，式中rd是圆锥滚子的大端半径，rx是圆锥滚子的小端半径，Lr是圆锥滚子的长度，rdt是与圆锥滚子轴线夹角为圆锥半角且与推力圆锥滚子轴承轴线不垂直的滚道与滚子大端接触点的半径，rxt是与圆锥滚子轴线夹角为圆锥半角且与推力圆锥滚子轴承轴线不垂直的滚道与滚子小端接触点的半径，其特征在于：所述圆锥滚子还满足
即满足圆锥滚子轴向滑动自锁的物理条件，式中，φ是圆锥滚子的锥半角，μ是圆锥滚子与滚道之间的滑动摩擦系数、是与滑动摩擦系数μ相对应的摩擦角；所述圆锥滚子(3)大端面中心点与保持架(4)框形兜孔顶面中心点接触，圆锥滚子(3)大端与上下套圈档边不接触,所述保持架(4)框形兜孔顶面是框形兜孔与滚子大端面接触的面。
2.根据权利要求1所述低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承，其特在征于：所述圆锥滚子(3)大端面为垂直于圆锥滚子(3)轴线的平面或以圆锥滚子(3)轴线为对称轴的轴对称曲面，所述保持架框形兜孔顶面为垂直于圆锥滚子(3)轴线的平面、以圆锥滚子(3)轴线为对称轴的轴对称曲面或由在与圆锥滚子轴线转动平面垂直的平面内、无拐点的对称于圆锥滚子轴线的曲线，绕位于该曲线所在平面内并垂直相交于圆锥滚子轴线的垂线旋转形成的旋转曲面；圆锥滚子(3)大端面与保持架框形兜孔顶面相配合接触。
3.根据权利要求2所述低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承，其特在征于：所述圆锥滚子大端面与保持架框形兜孔顶面相配合接触的形式包括：
1)圆锥滚子(3)的大端面为以圆锥滚子轴线为对称轴的内凹的轴对称曲面，保持架框形兜孔顶面为以圆锥滚子轴线为对称轴的外凸的轴对称曲面；
2)圆锥滚子(3)的大端面为垂直于圆锥滚子(3)轴线的平面，保持架框形兜孔顶面为平面、外凸的轴对称曲面或外凸的旋转曲面；
3)圆锥滚子(3)的大端面为以圆锥滚子(3)的轴线为对称轴的外凸的轴对称曲面，保持架框形兜孔顶面为平面、外凸的轴对称曲面、内凹的轴对称曲面或旋转曲面。
4.根据权利要求3所述的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承，其特在征于：所述保持架框形兜孔顶面的旋转曲面为内凹旋转曲面或外凸旋转曲面。
5.根据权利要求3所述的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承，其特在征于：所述上套圈滚道和下套圈滚道为上、下对称或上、下不对称，所述上、下对称是上、下滚道与轴承轴线的垂线夹角均为滚子的圆锥半角；所述上、下不对称是上滚道或下滚道与轴承轴线的垂线夹角为0度，而下滚道或上滚道与轴承轴线的垂线夹角为滚子圆锥半角的2倍，即等于滚子圆锥角。
6.根据权利要求5所述的低摩擦损耗推力圆锥滚子轴承，其特在征于：所述上套圈(1)和下套圈(2)设挡边或不设挡边。
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