CN108457980A - 保持架以及使用该保持架的圆柱滚子轴承 - Google Patents

保持架以及使用该保持架的圆柱滚子轴承 Download PDF

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刘延斌
韩秀英
庞翔元
王亚威
韩建海
张彦斌
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Abstract

本发明涉及一种保持架以及使用该保持架的圆柱滚子轴承。本发明的圆柱滚子轴承的保持架包括轴线左右延伸的环状本体以及设置与环状本体上的兜孔，转动过程中非打滑滚子对兜孔的合力最终作用在兜孔的前侧壁上使保持架发生转动，由于兜孔的前侧壁在径向方向上由内向外朝向环状本体的转动方向的正向倾斜，使得合力朝向轴承内侧转动一定的角度，这样合力在径向向外的分力就会减小，而用于带动保持架转动的分力相应地增大，这样利于非打滑滚子带动保持架转动，而保持架受到的径向向外的分力减小使得保持架受到的径向向外方向上的扰动减弱，最终使保持架在非打滑滚子的带动下稳定地转动，提高轴承的稳定性。

Description

保持架以及使用该保持架的圆柱滚子轴承
技术领域
本发明涉及一种保持架以及使用该保持架的圆柱滚子轴承。
背景技术
航空涡喷发动机的轴承大多采用圆柱滚子轴承，这些轴承通常工作于高速（目前DN值已达到3×106 mm.r/min以上）、高温和轻载的环境下。
公告号为CN 101910660 B，公告日为2013.03.13的中国专利公开了一种圆柱滚子轴承，该轴承的保持架的环状本体周向均布有多个用于安装圆柱滚子的兜孔，圆柱滚子安装在兜孔中并与轴承的内外圈接触，兜孔的前后侧壁对圆柱滚子进行周向上的限位，转动过程中圆柱滚子在轴承内外圈之间转动并通过兜孔的前侧壁带动保持架转动，此时兜孔的前侧壁受到滚子的外周面对其施加的摩擦力以及正压力，摩擦力和正压力的合力即为滚子对保持架施加的推动保持架转动的驱动力，摩擦力的方向沿着前侧壁径向向外，正压力的方向垂直于前侧壁朝向保持架的转动方向上，那么摩擦力与正压力的合力就会沿着保持架的转动方向沿着朝向轴承的径向外侧，这样不利于摩擦力与正压力的合力推动保持架转动，造成轴承的转动阻力大的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种转动阻力小的圆柱滚子轴承；同时本发明还提供上述圆柱滚子轴承的保持架。
为实现上述目的，本发明的圆柱滚子轴承保持架采用如下技术方案：圆柱滚子轴承保持架，包括轴线左右延伸的环状本体以及设置于环状本体上的兜孔，所述兜孔的前侧壁在径向方向上由内向外朝向环状本体的转动方向的正向倾斜。
所述前侧壁的倾斜角度的正切值等于所述滚子的外周面与所述兜孔的前侧壁之间的摩擦系数。
所述兜孔的前侧壁与后侧壁之间的距离大于相应的滚子的直径。
所述兜孔左右两侧相对的侧壁之间的距离大于相应滚子的长度。
本发明的圆柱滚子轴承采用如下技术方案：圆柱滚子轴承，包括内圈、外圈以及保持架，保持架包括轴线左右延伸的环状本体以及设置于环状本体上的兜孔，兜孔中设有滚子，所述兜孔的前侧壁在径向方向上由内向外朝向环状本体的转动方向的正向倾斜。
所述前侧壁的倾斜角度的正切值等于所述滚子的外周面与所述兜孔的前侧壁之间的摩擦系数。
所述滚子的外周面与所述兜孔的前、后侧壁之间留有润滑间隙。
所述滚子的两端面与兜孔左右相对的侧壁之间留有润滑间隙。
本发明的有益效果是：本发明的圆柱滚子轴承的保持架包括轴线左右延伸的环状本体以及设置与环状本体上的兜孔，转动过程中滚子通过兜孔带动保持架转动，兜孔的前侧壁在径向方向上由内向外朝向环状本体的转动方向的正向倾斜，转动过程中非打滑滚子通过兜孔的前侧壁带动保持架转动，此时兜孔的前侧壁受到非打滑滚子的正压力以及非打滑滚子的外周面与兜孔的前侧壁之间的摩擦力，正压力与摩擦力的合力最终作用在兜孔的前侧壁上使保持架发生转动，由于兜孔的前侧壁在径向方向上由内向外朝向环状本体的转动方向的正向倾斜，使得正压力与摩擦力的合力朝向轴承内侧转动一定的角度，这样正压力与摩擦力的合力在径向向外的分力就会减小，而用于带动保持架转动的分力相应地增大，这样利于非打滑滚子带动保持架转动，而保持架受到的径向向外的分力减小使得保持架受到的径向向外方向上的扰动减弱，最终使保持架在非打滑滚子的带动下稳定地转动，提高轴承的稳定性；
进一步的，所述前侧壁的倾斜角度的正切值等于所述滚子的外周面与所述兜孔的前侧壁之间的摩擦系数，这样滚子对兜孔的前侧壁的正压力与摩擦力的合力就会与轴承滚道的切向方向一致并沿着轴承滚道朝前，这样使正压力与摩擦力的合力最大效率地带动保持架转动；
进一步的，滚子的外周面与兜孔的前、后侧壁之间留有润滑间隙，便于润滑油进入进行润滑；
进一步的，滚子的两端面与兜孔左右相对的侧壁之间留有润滑间隙，便于润滑油进入进行润滑。
附图说明
图1为本发明的圆柱滚子轴承的具体实施例的结构示意图；
图2为图1中的保持架的结构示意图；
图3为图2的截面示意图；
图4为图1中的滚子的结构示意图；
图5为图1中的外圈的结构示意图；
图6为非打滑滚子对兜孔的前侧壁的受力分析示意图；
图7为兜孔的后侧壁对打滑滚子的受力分析示意图；
附图中：1、外圈；2、保持架；3、内圈；4、滚子；11、滚道；21、兜孔；211、前侧壁；212、后侧壁；N、非打滑滚子对兜孔的前侧壁的正压力； T、非打滑滚子对兜孔的前侧壁的摩擦力；F、非打滑滚子对兜孔的前侧壁的正压力N和非打滑滚子对兜孔的前侧壁的摩擦力T的合力；N1、兜孔的后侧壁对打滑滚子的正压力；T1、兜孔的后侧壁对打滑滚子的摩擦力；F1、兜孔的后侧壁对打滑滚子的正压力N1和兜孔的后侧壁对打滑滚子的摩擦力T1的合力；θ、兜孔的前侧壁的倾斜角度；a、兜孔的后侧壁的倾斜角度；b、兜孔的后侧壁对打滑滚子的正压力N1与兜孔的后侧壁对打滑滚子的摩擦力F1之间的夹角。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的圆柱滚子轴承的具体实施例，如图1至图7所示，为便于介绍，本实施例中保持架的转动方向为正向，兜孔在保持架的转动方向上处于前侧的侧壁为前侧壁，处于后侧的侧壁为后侧壁。圆柱滚子轴承包括内圈3、外圈1以及保持架2，保持架包括轴向左右延伸的环状本体以及设置与环状本体上的兜孔21，兜孔21中设有滚子4，滚子4为圆柱滚子。
如图3所示，保持架的转动方向如图中的箭头的指示方向，兜孔21的形状与滚子4的形状适配，兜孔21的前侧壁211和后侧壁212均在径向方向上由内向外朝向保持架的转动方向的正向上倾斜，其中前侧壁的倾斜角度为θ，后侧壁的倾斜角度为a。兜孔21的前、后侧壁之间的距离略大于滚子的直径，这样使前、后侧壁与滚子的圆柱面之间留有一定的润滑间隙，利于润滑油进入，对滚子与保持架的接触位置处进行润滑，而且兜孔21的左、右两侧壁之间的距离也略大于滚子4的长度，以使滚子4的两个端面与兜孔的左、右的槽壁之间留有较小的润滑间隙，利于润滑油的进入进行润滑。
本实施例中的圆柱滚子轴承为外引导式轴承，如图5所示，滚子的滚道11设在外圈1的内周上，滚道11为设在外圈1内周上的环槽，环槽的宽度略微大于滚子4的长度，以使滚子4的端面与环槽的槽壁之间留有较小的润滑间隙，利于润滑油进入进行润滑。
圆柱滚子轴承装配到位后，滚子处于内、外圈之间，滚子的圆柱面分别与内圈的外周面以及外圈的滚道的内周面接触，滚子装配到位后需要与内、外圈之间产生一定的预紧量，以保证滚子的圆柱面与内、外圈之间产生一定的接触力。 轴承在转动时的滚子与兜孔的前、后侧壁之间的受力分析示意图如图6和图7所示，内圈与滚子的转动方向如图中的箭头所示。具体的，如图6所示，内圈3的转动带动滚子4进行自传并在外圈1的滚道中绕轴承的轴线公转，图中的滚子4此时处于非打滑状态，此时滚子4在公转的过程中其外周面与兜孔21的前侧壁211接触并带动保持架2绕轴承的轴线转动，此时保持架受到非打滑滚子对前侧壁211的正压力N以及非打滑滚子的外周面与兜孔的前侧壁之间的摩擦力T，正压力N与摩擦力的合力F最终作用在兜孔的前侧壁上使保持架发生转动，由于兜孔的前侧壁211在径向方向上由内向外朝向环状本体的转动方向的正向倾斜，使得正压力与摩擦力的合力F朝向轴承内侧转动一定的角度，这样正压力与摩擦力的合力F在径向向外的分力就会减小，而用于带动保持架转动的分力相应地增大，这样利于非打滑滚子带动保持架转动，而保持架受到的径向向外的分力减小使得保持架受到的径向向外方向上的扰动减弱，最终使保持架在非打滑滚子的带动下稳定地转动，提高轴承的稳定性。同时，由于兜孔的前侧壁的倾斜角度θ的正切值等于滚子的外周面与兜孔的前侧壁之间的摩擦系数u，也就是tan θ=u，而u=T/N，这样使正压力与摩擦力的合力F与轴承滚道的切向方向一致并沿着滚动方向朝前，这样使正压力与摩擦力的合力最大效率地带动保持架转动。并且非打滑滚子与前侧壁211之间的碰撞变为斜碰撞，减小了碰撞冲击，提升了轴承的稳定性。
如图7所示，此时滚子4由于受到较大的离心力，会使滚子4与内圈3之间的接触力变小，此时滚子4虽然仍然与内圈3之间有接触，但是两者之间的接触力已经不能够产生足够大的摩擦力使内圈带动滚子进行转动，即滚子与内圈之间产生相对打滑现象，滚子的运动会产生滞后现象，由于润滑间隙的存在，滚子会与兜孔的后侧壁212接触，保持架通过后侧壁212带动滚子继续公转，此时滚子受到后侧壁对滚子的正压力N1以及滚子的外周面与后侧壁之间的摩擦力T1，其中正压力N1朝向保持架的转动方向且方向垂直于后侧壁212，摩擦力T1沿后侧壁212朝向轴承的径向外侧，由于后侧壁212倾斜，使得正压力与摩擦力的合力F1的方向朝向轴承内侧转动一定角度，这样正压力与摩擦力的合力在径向向外的分力就会减小，此时滚子受到的径向向外的力就相应的减小，那么滚子受到的径向向内的力增大，最终使滚子与内圈之间的接触力也就增大，有利于遏制滚子的打滑趋势，减小因滚子打滑造成的磨损，提高了圆柱滚子轴承的寿命。同时后侧壁212的倾斜角度a的正切值大于兜孔的后侧壁与滚子的外周面之间的摩擦系数u，而u=N1/F1=tan b，那么tan a＞tan b，也就是兜孔的后侧壁对打滑滚子的正压力N1与兜孔的后侧壁对打滑滚子的摩擦力F1之间的夹角b小于后侧壁的倾斜角度a，这样后侧壁212对打滑滚子的正压力N1与摩擦力T1的合力F1就会朝向轴承内侧转动并最终朝向轴承径向内侧，该合力F1就会产生径向向内的分力，进一步地增大了滚子与内圈之间的接触力，进一步遏制滚子的打滑现象。后侧壁212与滚子之间的碰撞也变为斜碰撞，缓解了保持架与滚子之间的碰撞冲击，提高了运动的稳定性。
本发明的圆柱滚子轴承由于具有良好的防打滑效果，可以作为在航空发动机高压蜗轮前轴承或高低压转子后中介轴承使用，当然也可以应用在其他单向高速旋转的场合中。
在本发明的上述实施例中，兜孔的前侧壁满足其正切值等于滚子的外周面与兜孔的前侧壁之间的摩擦系数，当然在其他实施例中，前侧壁的倾斜角度的正切值还可以大于或者小于滚子的外周面与兜孔的前侧壁之间的摩擦系数；兜孔的后侧壁的倾斜角度满足其正切值大于滚子的外周面与兜孔的后侧壁之间的摩擦系数，当然，在其他实施例中，兜孔的后侧壁的倾斜角度还可以满足其正切值等于滚子的外周面与兜孔的后侧壁之间的摩擦系数，或者后侧壁还可以是其他倾斜角度。
本发明的圆柱滚子轴承保持架的具体实施例，所述圆柱滚子轴承保持架的结构与上述圆柱滚子轴承的实施例中的保持架的结构相同，不再赘述。

Claims (8)

1.圆柱滚子轴承保持架，包括轴线左右延伸的环状本体以及设置于环状本体上的兜孔，其特征在于：所述兜孔的前侧壁在径向方向上由内向外朝向环状本体的转动方向的正向倾斜。
2.根据权利要求1所述的圆柱滚子轴承保持架，其特征在于：所述前侧壁的倾斜角度的正切值等于所述滚子的外周面与所述兜孔的前侧壁之间的摩擦系数。
3.根据权利要求1或2所述的圆柱滚子轴承保持架，其特征在于：所述兜孔的前侧壁与后侧壁之间的距离大于相应的滚子的直径。
4.根据权利要求1或2所述的圆柱滚子轴承保持架，其特征在于：所述兜孔左右两侧相对的侧壁之间的距离大于相应滚子的长度。
5.圆柱滚子轴承，包括内圈、外圈以及保持架，保持架包括轴线左右延伸的环状本体以及设置于环状本体上的兜孔，兜孔中设有滚子，其特征在于：所述兜孔的前侧壁在径向方向上由内向外朝向环状本体的转动方向的正向倾斜。
6.根据权利要求5所述的圆柱滚子轴承，其特征在于：所述前侧壁的倾斜角度的正切值等于所述滚子的外周面与所述兜孔的前侧壁之间的摩擦系数。
7.根据权利要求5或6所述的圆柱滚子轴承，其特征在于：所述滚子的外周面与所述兜孔的前、后侧壁之间留有润滑间隙。
8.根据权利要求5或6所述的圆柱滚子轴承，其特征在于：所述滚子的两端面与兜孔左右相对的侧壁之间留有润滑间隙。
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