CN108397478A - 一种盾构机主轴承 - Google Patents

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Abstract

一种盾构机主轴承，其零件包括外圈、内圈、滚子、钢球、隔离块。其中，内圈具有双滚道，一滚道表面为平面，其回转轴线与内径回转轴线同轴，另一滚道为“V”型设计。外圈为双外环结构，外圈a具有一“/”型滚道面，外圈b具有双滚道，一滚道表面为平面，另一滚道为“\”型设计。外圈b平面滚道和内圈平面滚道之间的空腔内设置有若干圆柱型滚子，滚子之间利用隔离块隔开。外圈a“/”型滚道与外圈b“\”型滚道组成的“^”滚道和内圈“V”型滚道之间的空腔内设置有若干圆柱滚子，滚子之间利用隔离块隔开。应用本发明设计方案的盾构机主轴承具有使用寿命长、可靠性高、结构紧凑、启动转矩小、能耗低、旋转灵活、制造成本低的显著优点。

Description

一种盾构机主轴承
技术领域
本发明涉及轴承技术领域，尤其是涉及一种盾构机主轴承的结构型式。
背景技术
盾构机主轴承为盾构机的主要承重零件，使用在盾构机刀盘系统上。由于盾构机在施工过程中不允许失效，因此，盾构机主轴承必须具有长寿命和高可靠性。在盾构机掘进过程中，其主轴承会承受轴向力、径向力、倾覆载荷等复合载荷，盾构机主轴承一般采用三排圆柱滚子组合结构，其结构如图1所示：由外圈1、内圈2、滚子3、保持架4组成。受其结构设计制约，该设计的盾构机主轴承存在使用寿命短、可靠性低、轴向空间尺寸要求大、启动转矩大、能耗大、两列轴向滚子利用率低且成本高的显著缺点。
发明内容
针对现有的盾构机主轴承的缺点，本发明提供另一种盾构机主轴承结构型式，该轴承通过内部结构的优化，使其具有使用寿命长、可靠性高、结构紧凑、启动转矩小、能耗低、旋转灵活、制造成本低等优点。
本发明的目的可采用如下技术方案来实现：一种盾构机主轴承，其零件包括外圈、内圈、滚子、钢球、隔离块。其中，内圈具有双滚道，一滚道表面为平面，其回转轴线与内径回转轴线同轴，另一滚道为“V”型设计。外圈为双外环结构，外圈a具有一“/”型滚道面，外圈b具有双滚道，一滚道表面为平面，另一滚道为“\”型设计。外圈b平面滚道和内圈平面滚道之间的空腔内设置有若干圆柱型滚子，滚子之间利用隔离块隔开。外圈a“/”型滚道与外圈b“\”型滚道组成的“^”滚道和内圈“V”型滚道之间的空腔内设置有若干圆柱滚子，滚子之间利用隔离块隔开。
具体地，所述内圈的一滚道表面为平面，其回转轴线与内径回转轴线同轴，另一滚道为“V”型设计，左侧滚道面与轴承轴线夹角为130°~140°，最优选择为135°，右侧滚道面与轴承轴线夹角为40°~50°，最优选择为45°，“V”型滚道底部为一环形1/2圆弧油槽，内圈安装孔底部设置为平底。外圈a具有一“/”型滚道面，其滚道面与轴承轴线夹角为40°~50°，最优选择为45°，该滚道面与外圈a窄端面相交处有一1/4圆弧倒角；外圈b具有双滚道，一滚道表面为平面，其回转轴线与外径回转轴线同轴，另一滚道为“\”型设计，滚道面与轴承轴线夹角为130°~140°，最优选择为135°，该滚道与外圈b窄端面相交处有一1/4圆弧倒角，与外圈a的1/4圆弧倒角对称。
在一个实施例中，所述外圈b平面滚道和内圈平面滚道之间的空腔内设置有若干圆柱型滚子，滚子直径与长度比为0.45~0.55，最优的比值选择为0.5 ，滚子之间设置隔离块分开。
在另一个实施例中，所述外圈b平面滚道和内圈平面滚道之间的空腔内设置有若干径向双排圆柱型滚子，滚子直径与长度比为0.95~1.05，最优的比值选择为1 ，滚子之间设置隔离块分开。
在一个实施例中，所述外圈a与外圈b组成的“^”滚道和内圈“V”型滚道之间的空腔内设置有若干圆柱滚子，相邻的滚子滚动面分别与外圈a的“/”滚道、外圈b的“\”滚道交错分布配合，滚子之间为隔离块分开。
在另一个实施例中，所述外圈a与外圈b组成的“^”滚道和内圈“V”型滚道之间的空腔内设置有若干圆柱滚子和钢球，滚子滚动面与外圈a的“/”滚道配合，与滚子相邻的零件为钢球，滚子与钢球圆周交错分布且直径相等，滚子、钢球之间为隔离块分开。
所述隔离块材质可选择为尼龙66或铅黄铜ZCuZn40Pb2 ，最优选择为尼龙66 。
在一个实施例中，所述平面滚道处圆柱滚子轴承隔离块的特征为：左右边界为与圆柱滚子半径接近的圆弧形状，隔离块曲率与滚子曲率比值为1.008~1.015 ，最优选择为1.01 ，上下边界为平面，隔离块外径与外圈b的平面滚道空腔内径具有0.5~1mm的间隙，隔离块内径与内圈平面滚道空腔具有0.5~1mm的间隙，隔离块靠近两相邻平面圆柱滚子倒角处设置有4个挡边结构，挡边结构径向间距大于滚子长度0.3~0.5mm 。
在另一个实施例中，隔离块的特征与上一实施例基本相同，不同点在于：在周向相邻的两个并排滚子倒角处设置有8个挡边结构，与同一个滚子配合的两挡边结构径向间距大于滚子长度0.3~0.5mm 。
所述隔离块厚度与圆柱滚子（钢球）直径的比值为0.6~0.8 ，最优的比值选择为0.7 。
所述平面滚道的圆柱滚子直径大于“V”型滚道的圆柱滚子直径，其直径比值为1.2~1.4 ，最优的比值选择为1.3 。
本发明的优势以及有益效果将在实施例部分结合构造进行进一步的阐述。
附图说明
附图1为三排圆柱滚子组合盾构主轴承结构示意图。
附图2为本发明的盾构机主轴承结构示意图。
附图3为本发明平面滚道处圆柱滚子与隔离块配合示意图。
附图4为本发明平面滚道处隔离块断面图。
附图5为本发明“V”型滚道处圆柱滚子与隔离块配合示意图。
附图6为本发明“V”型滚道隔离块俯视图。
附图7为本发明盾构机主轴承第二实施例结构示意图。
附图8为本发明第二实施例平面滚道处圆柱滚子与隔离块配合示意图。
附图9为本发明第二实施例平面滚道处隔离块断面图。
附图10为本发明第二实施例“V”型滚道处圆柱滚子与隔离块配合示意图。
附图11为本发明第二实施例“V”型滚道隔离块俯视图。
图中：1外圈，1a第一外圈，1b第二外圈，1c第二外圈平面滚道空腔内径，1d 第二外圈平面滚道，1e“/”型滚道，1f“\”型滚道，2内圈，2a 内圈“V”型滚道，2b内圈平面滚道，2c内圈平面滚道空腔外径，2d圆弧油槽，2e内圈安装孔，3滚子，3′钢球，3a “V”型滚道处圆柱滚子，3b平面滚道处圆柱滚子，4保持架，5平面滚道隔离块，5a平面滚道隔离块外径，5b平面滚子隔离块内径，5c隔离块挡边机构，5d平面滚子隔离块圆弧，6 “V”型滚道隔离块，6a“V”型滚道隔离块外径，6b“V”型滚道隔离块内径，6c“V”型滚道隔离块圆弧 ，7内径（/外径）回转轴线，h滚道隔离块厚度，h′ 滚道隔离块宽度。
具体实施方式
结合附图，说明本发明的具体实施例。
实施例一，如附图2至附图6所示：一种盾构机主轴承，其零件包括外圈1、内圈2、滚子3、平面滚道隔离块5、“V”型滚道隔离块6。其中，内圈2具有双滚道，一滚道表面为平面滚道2b，另一滚道为“V”滚道2a。外圈1为双外环结构，第一外圈1a具有一“/”型滚道1e，第二外圈1b具有双滚道，一滚道表面为平面滚道1d，另一滚道为“\”型滚道1f。第二外圈平面滚道1d和内圈平面滚道2b之间的空腔内设置有若干圆柱型滚子3b，滚子之间利用隔离块5隔开。第一外圈“/”型滚道1e与第二外圈“\”型滚道1f组成的“^”滚道和内圈“V”型滚道2a之间的空腔内设置有若干圆柱滚子3a，滚子3a之间利用隔离块6隔开。
具体地，所述内圈2的一滚道表面为平面滚道2b，其回转轴线与内径回转轴线7同轴，另一滚道为“V”型滚道2a，左侧滚道面与轴承回转轴线7夹角为130°~140°，最优选择为135°，右侧滚道面与轴承回转轴线7夹角为40°~50°，最优选择为45°，“V”型滚道2a底部为一环形1/2圆弧油槽2d，内圈安装孔2e底部设置为平底。第一外圈1a具有一“/”型滚道面1e，其滚道面与轴承回转轴线7夹角为40°~50°，最优选择为45°，该滚道面与外圈1a窄端面相交处有一1/4圆弧倒角；第二外圈1b具有双滚道，一滚道表面为平面滚道1d，其回转轴线与外径回转轴线7同轴，另一滚道为“\”型滚道1f，滚道面与轴承回转轴线7夹角为130°~140°，最优选择为135°，该滚道与第二外圈1b窄端面相交处有一1/4圆弧倒角，与第一外圈1a的1/4圆弧倒角对称。
所述第二外圈平面滚道1d和内圈平面滚道2b之间的空腔内设置有若干圆柱型滚子3b，滚子直径与长度比为0.45~0.55，最优的比值选择为0.5 ，滚子之间利用隔离块5分开。
所述第一外圈1a与第二外圈1b组成的“^”滚道和内圈“V”型滚道2a之间的空腔内设置有若干圆柱滚子3a，相邻的滚子滚动面分别与第一外圈1a的“/”滚道1e、第二外圈1b的“\”型滚道1f交错配合，滚子之间利用“V”型滚道隔离块6分开。
所述平面滚道隔离块5和“V”型滚道隔离块6材质可选择为尼龙66或铅黄铜ZCuZn40Pb2 ，最优选择为尼龙66 。
所述平面滚道隔离块5的特征为：左右边界为与圆柱滚子3b半径接近的圆弧形状5d，隔离块5的左右边界曲率与滚子3b曲率比值为1.008~1.015 ，最优选择为1.01 ，上下边界为平面，平面滚道隔离块外径5a与第二外圈1b的平面滚道空腔内径1c具有0.5~1mm的间隙，隔离块内径5b与内圈2平面滚道空腔外径2c具有0.5~1mm的间隙，隔离块5靠近两相邻平面圆柱滚子3b倒角处设置有4个挡边结构5c，挡边结构5c径向间距大于滚子3b长度0.3~0.5mm 。
所述“V”型滚道隔离块6厚度h、宽度h′分别与圆柱滚子3a直径的比值均为0.6~0.8，最优的比值选择为0.7 。
所述平面滚道隔离块5厚度h与圆柱滚子3b直径的比值为0.6~0.8 ，最优的比值选择为0.7 。
所述圆柱滚子3b直径大于圆柱滚子3a直径，其直径比值为1.2~1.4 ，最优的比值选择为1.3 。
实施例二，如图7到图11所示，其主结构样式与实施例一接近，不同点在于：
所述第二外圈平面滚道1d和内圈平面滚道2b之间的空腔内设置有若干径向双排圆柱型滚子3b，滚子直径与长度比为0.95~1.05，最优的比值选择为1 ，滚子之间利用平面滚道隔离块5分开。
所述平面滚道隔离块5的特征与上一实施例基本相同，不同点在于：在周向相邻的两个并排圆柱滚子3b倒角处设置有8个挡边结构5c，与同一个圆柱滚子3b配合的两挡边结构5c径向间距大于滚子3b长度0.3~0.5mm 。
所述第一外圈1a与第二外圈1b组成的“^”滚道和内圈“V”型滚道2a之间的空腔内设置有若干圆柱滚子3a和钢球3′，滚子3a滚动面与第一外圈“/”滚道1e配合，与滚子3a相邻的零件为钢球3′，滚子3a与钢球3′圆周交错分布且直径相等，滚子3a、钢球3′之间利用“V”型滚道隔离块6分开。
所述“V”型滚道隔离块6左右边界分别为与圆柱滚子3a、钢球3′匹配的圆弧形和球形，上下边界为平面设置。
由上述结构可以看出，本发明设计的盾构机主轴承，由常见三排圆柱滚子组合结构设计改为了两排圆柱滚子组合结构，使轴承的轴向空间尺寸更加紧凑，降低了制造成本且滚子有效利用率更高；由段式黄铜保持架改为隔离块结构，摩擦阻力更小，极大地降低了启动转矩，提高了轴承寿命及可靠性；滚子直径比原设计更大，滚子数量比原设计更多，进一步提高了该盾构机主轴承的使用寿命和可靠性。实施例二的盾构机主轴承通过径向双排圆柱滚子机构设计以及“V”型滚道内的圆柱滚子、钢球交错设计，使得盾构机主轴承的摩擦阻力更小，旋转更加灵活。综上所述，本发明的盾构机主轴承具有使用寿命长、可靠性高、结构紧凑、启动转矩小、能耗低、旋转灵活、制造成本低的显著优点。

Claims (7)

1.一种盾构机主轴承，其零件包括外圈、内圈、滚子、钢球、隔离块，
其中，内圈具有双滚道，一滚道表面为平面，其回转轴线与内径回转轴线同轴，另一滚道为“V”型设计，外圈为双外环结构，外圈a具有一“/”型滚道面，外圈b具有双滚道，一滚道表面为平面，另一滚道为“\”型设计，外圈b平面滚道和内圈平面滚道之间的空腔内设置有若干圆柱型滚子，滚子之间利用隔离块隔开，外圈a“/”型滚道与外圈b“\”型滚道组成的“^”滚道和内圈“V”型滚道之间的空腔内设置有若干圆柱滚子，滚子之间利用隔离块隔开。
2.根据权利要求1所述的一种盾构机主轴承，其特征是所述内圈的一滚道表面为平面，其回转轴线与内径回转轴线同轴，另一滚道为“V”型设计，左侧滚道面与轴承轴线夹角为130°~140°，最优选择为135°，右侧滚道面与轴承轴线夹角为40°~50°，最优选择为45°，“V”型滚道底部为一环形1/2圆弧油槽，内圈安装孔底部设置为平底；外圈a具有一“/”型滚道面，其滚道面与轴承轴线夹角为40°~50°，最优选择为45°，该滚道面与外圈a窄端面相交处有一1/4圆弧倒角；外圈b具有双滚道，一滚道表面为平面，其回转轴线与外径回转轴线同轴，另一滚道为“\”型设计，滚道面与轴承轴线夹角为130°~140°，最优选择为135°，该滚道与外圈b窄端面相交处有一1/4圆弧倒角，与外圈a的1/4圆弧倒角对称。
3.根据权利要求1所述的一种盾构机主轴承，其特征是：在一个实施例中，所述外圈b平面滚道和内圈平面滚道之间的空腔内设置有若干圆柱型滚子，滚子直径与长度比为0.45~0.55，最优的比值选择为0.5 ，滚子之间设置隔离块分开；在另一个实施例中，所述外圈b平面滚道和内圈平面滚道之间的空腔内设置有若干径向双排圆柱型滚子，滚子直径与长度比为0.95~1.05，最优的比值选择为1 ，滚子之间设置隔离块分开。
4.据权利要求1和2所述的一种盾构机主轴承，其特征是：在一个实施例中，所述外圈a与外圈b组成的“^”滚道和内圈“V”型滚道之间的空腔内设置有若干圆柱滚子，相邻的滚子滚动面分别与外圈a的“/”滚道、外圈b的“\”滚道交错分布配合，滚子之间为隔离块分开；在另一个实施例中，所述外圈a与外圈b组成的“^”滚道和内圈“V”型滚道之间的空腔内设置有若干圆柱滚子和钢球，滚子滚动面与外圈a的“/”滚道配合，与滚子相邻的零件为钢球，滚子与钢球圆周交错分布且直径相等，滚子、钢球之间为隔离块分开，所述隔离块材质可选择为尼龙66或铅黄铜ZCuZn40Pb2 ，最优选择为尼龙66 。
5.据权利要求1所述的一种盾构机主轴承，其特征是：在一个实施例中，所述平面滚道处圆柱滚子轴承隔离块的特征为：左右边界为与圆柱滚子半径接近的圆弧形状，隔离块曲率与滚子曲率比值为1.008~1.015 ，最优选择为1.01 ，上下边界为平面，隔离块外径与外圈b的平面滚道空腔内径具有0.5~1mm的间隙，隔离块内径与内圈平面滚道空腔具有0.5~1mm的间隙，隔离块靠近两相邻平面圆柱滚子倒角处设置有4个挡边结构，挡边结构径向间距大于滚子长度0.3~0.5mm ；在另一个实施例中，隔离块的特征与上一实施例基本相同，不同点在于：在周向相邻的两个并排滚子倒角处设置有8个挡边结构，与同一个滚子配合的两挡边结构径向间距大于滚子长度0.3~0.5mm 。
6.据权利要求1和2所述的一种盾构机主轴承，其特征是：所述隔离块厚度与圆柱滚子（钢球）直径的比值为0.6~0.8 ，最优的比值选择为0.7 。
7.据权利要求1和2所述的一种盾构机主轴承，其特征是：所述平面滚道的圆柱滚子直径大于“V”型滚道的圆柱滚子直径，其直径比值为1.2~1.4 ，最优的比值选择为1.3 。
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