CN109695628A - 具有开槽的轴承圈和轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有开槽的轴承圈和轴承。所述轴承圈具有两个朝向轴向的对置的端面，根据本发明，在至少一个所述端面上设有在轴向上深入所述轴承圈的开槽。本发明所涉及的轴承的外圈和/或内圈设计为具有开槽的轴承圈。

Description

具有开槽的轴承圈和轴承

技术领域

本发明涉及一种用于轴承的轴承圈，具有两个朝向轴向的对置的端面。本发明还涉及一种具有这种轴承圈的轴承。

背景技术

滚动轴承，尤其圆柱滚子轴承由于具有较高的承载径向负荷和一定的轴向负荷能力，被广泛应用于铁路、轧钢、大型电机、风力发电机组等。

例如用于铁路单元，尤其用于火车车轮中的大型滚珠轴承组，它们被安置在轴箱的壳体中，且具有左轴承和右轴承，所述两个轴承中心对齐(共轴)并且两轴承相对于外部载荷成对称分布，以确保轴承承受均匀负载。由于不同的国家有不同的铁路宽度标准，火车车轮的间距可能为了适应不同地区的标准而进行调整。因此，轴承组能够轴向移动，以适应不同的轨道宽度。车轮间距的变化并不会影响整车重心的移动，所以在壳体发生轴向移动后，轴承会受到偏心荷载，使得一侧轴承受到的荷载明显大于另一侧轴承受到的荷载，从而造成受到较大荷载的轴承的使用寿命会被明显降低，容易使得整个轴箱失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于轴承的轴承圈以及轴承，借助所述轴承圈或者具有这种轴承圈的轴承在发生偏心荷载的情况下能够将荷载均匀化并且由此提高轴承的承载能力和使用寿命。

所述技术问题首先通过一种用于轴承的轴承圈所解决，该轴承圈具有两个朝向轴向的对置的端面，优选具有两个与轴向垂直的对置的端面，根据本发明，在至少一个所述端面上设有在轴向上伸入轴承圈的开槽。在此，“朝向轴向”的方向可以理解为与轴向成一定角度，优选与轴向垂直的方向。由于开槽的设置，降低了轴承圈的刚度，使得内应力可以一定程度地释放，故可以降低最大的边缘应力，改善滚子滚道应力分布，由于降低了边缘应力和内应力，从而使得应力分布更均匀，因此提高了轴承的使用寿命。

根据本发明的优选实施方式，具有开槽的轴承圈是轴承外圈和/或轴承内圈。因此，能够制成这样的轴承，它的外圈或者内圈具有开槽，或者它的外圈和内圈都具有开槽。根据本发明的另外实施方式，能够在轴承圈一侧或两侧设置开槽。因此，能够根据实际需求设置开槽的位置和数量。

根据本发明的另外的优选实施方式，轴承圈仅一个端面设有开槽，该开槽的轴向深度小于轴承圈的轴向长度，优选小于轴承圈的轴向长度二分之一，尤其小于轴承圈的轴线长度的四分之一；若轴承圈的两个端面均设有开槽，则两个开槽的轴向深度长度之和小于轴承圈的轴向长度，优选小于轴承圈的轴向长度二分之一，尤其小于轴承圈的轴线长度的四分之一。有利的是，在保证轴承圈的足够的刚度和强度的情况下，也可以根据需要任意设置开槽的轴向深度。

根据本发明的另外的优选实施方式，轴承圈尤其用于滚动轴承并且具有用于滚动体的滚道，其中，在轴承圈的端面和滚道之间设有挡肩。有利的是，开槽的轴向深度大于挡肩的轴向宽度，从而使滚动体的端部接触相对较软的区域。由于开槽的设置，降低了边缘应力，在受到同样大小的外部荷载的情况下，能够增加承担荷载的滚动体的数目，避免了应力的相对集中并使得应力的分布更均匀，因而提高了轴承的使用寿命。

虽然轴承圈在开槽端侧的整体刚度被降低，但因为开槽的结构设置，改变了轴承圈负载情况下，即改变了开槽端侧的应力分布，减小了应力集中，因而提高了应力分布均匀性。开槽需要具有一定的深度和宽度，优选超过挡肩的宽度。但是为了保证轴承圈的支承强度，开槽的深度优选不超过轴承圈轴向宽度的二分之一。

根据本发明的另外的优选实施方式，在开槽中设有弹性件。优选的是，利用注塑工艺在开槽中填充弹性材料以形成弹性件，或者直接在开槽中安置已经成型的弹性件。所述弹性件优选是橡胶圈。有利的是，通过硫化或粘结剂将橡胶圈与开槽的壁相结合，从而将橡胶圈固定在开槽中。弹性件的阻尼比纯金属制成的轴承圈环大，能在一定程度上衰减振动，吸收冲击能量。根据本发明的优选实施方式，能够通过改变弹性件的硬度，例如设置不同的硫化橡胶硬度来改变弹性件的刚度，从而满足轴承圈的刚度要求。

本发明所述的技术问题还能够通过一种具有上述轴承圈的轴承所解决。该轴承的外圈和/或内圈具有上述轴承圈的技术特征。因此，该轴承能够被应用在具有可轴向移动的轴承的装置，例如火车车轮中。在发生偏心荷载的情况下，该轴承能够比不具有开槽的轴承拥有更高的使用寿命。

附图说明

下面结合附图阐述本发明的优选实施例。附图为：

图1示出根据本发明的具有开槽的轴承组的示意图；

图2示出将图1所示的轴承组设置在车轮单元的轴箱中所得的剖面图；

图3示出根据本发明实施方式的轴承圈的分解立体图。

具体实施方式

在图1中示出了根据本发明的实施方式设计的轴承圈。在此，将所述轴承圈设计为轴承外圈1。该轴承外圈1与现有技术中的滚动轴承的轴承外圈基本相同，即具有圆环形的形状，由两个在径向上延伸的端面以及在轴向上延伸的外表面和内表面构成，如图1所示，在内表面与两个端面交接的位置上分别设有挡肩5，用于将滚动体2限制在滚道区域，起到轴向止挡作用，当轴承承受轴向负载时，挡肩也可以承载轴向力。在两个挡肩5之间的内表面被设置为用于滚动体的滚动面。

根据本发明的实施方式设计的轴承外圈1与现有技术中的轴承外圈的区别主要在于，如图1所示，在轴承外圈的径向延伸的端面上设有在轴向上深入该轴承外圈的开槽3。开槽3的深度优选大于挡肩5的轴向宽度，但是小于该轴承外圈的宽度的二分之一，开槽3的径向宽度优选不超过轴承圈的径向宽度的二分之一(不计算挡肩5的径向宽度)。根据本实施方式，在开槽3中填充有橡胶圈4，橡胶圈4的大小正好可以填满开槽3。优选的是，橡胶圈3通过硫化作用或粘合作用与轴承外圈1相结合，从而被固定在开槽3中。优选的是，橡胶圈的阻尼大于轴承外圈1的阻尼，因而能在一定程度上衰减振动，吸收冲击能量。橡胶圈4的刚度能够随硬度而变化，从而能够通过调节橡胶圈的硬度来调节它的刚度并因此调节被固持的滚动体的边缘应力。

如图2所示，能够将图1所示的轴承组设置在火车车轮的轴箱的壳体中。为了适应不同的轨道宽度，轴承组能够轴向移动。由于外部荷载(图中向下的箭头所示)的位置不变，因而轴承组会受到不均匀的荷载。如图2所示，左轴承受到的荷载大于右轴承受到的荷载。由于该轴承组使用了根据本发明的设计，即轴承外圈具有开槽，因而降低了轴承圈的刚度，使得可以一定程度上释放轴承圈的内应力，由此降低了最大的边缘应力，改善滚子滚道应力分布。由于降低了边缘应力和内应力，从而使得轴承圈的应力分布更均匀，因此提高了轴承的使用寿命。

图3示出根据本发明实施方式的轴承圈的分解立体图。根据本发明的实施方式设计的具有开槽的轴承外圈与橡胶圈4共同构成轴承外圈1。橡胶圈4的尺寸与轴承外圈1的开槽的几何尺寸相匹配，通过硫化作用或粘合作用将橡胶圈4固持在轴承外圈1的开槽中。优选的是，具有开槽的轴承外圈1的刚度例如利用热处理在轴向上不均匀分布，在开槽两侧的区段要比不具有开槽的区段更软，使得滚动体的端部接触相对较软的区域，从而能够增加承担荷载的滚动体的数量并因此使得应力分布更加均匀，因而提高轴承的使用寿命。

借助有限元分析方法(FEM)可以模拟本发明的技术方案。例如，利用FEM软件模拟如前面所述的具有可轴向移动的轴承的铁路单元，其中，安置两个滚动轴承，分析三种情况下所述轴承的使用寿命：

第一种情况，外部荷载作用在两个根据现有技术的轴承的中间；

第二种情况，车轮轮距发生变化，轴承组发生了轴向移动，外部荷载主要作用在了左侧轴承上，其中，该轴承组中的轴承不设有开槽；

第三种情况，基本上与第二种情况相同，只是将安置的轴承替换为根据本发明设计的具有开槽的轴承，并且在开槽中设有橡胶圈；

仿真结果在下表中展示：

	左侧轴承使用寿命(10<sup>6</sup>转)	右侧轴承使用寿命(10<sup>6</sup>转)
			第一种情况	9252	9872
第二种情况	1865	81050
			第三种情况	3246	158400

图表1

从图表1可以看出，第二种情况与第一种情况相比，左侧轴承的使用寿命约降低80％，由此可见偏心荷载对轴承的使用寿命会产生很大的影响；而第二种情况与第三种情况相比，在同样受到偏心荷载的作用下，由于使用了根据本发明的设计方案，即左侧轴承设有开槽并在开槽中设置橡胶圈，使得轴承的使用寿命提高了95％，因此根据本发明的技术方案设计得轴承能够实现提高轴承使用寿命的目的。

虽然在上述说明中示例性地描述了可能的实施例，但是应该理解到，仍然通过所有已知的和此外技术人员容易想到的技术特征和实施方式的组合存在大量实施例的变化。此外还应该理解到，示例性的实施方式仅仅作为一个例子，这种实施例绝不以任何形式限制本发明的保护范围、应用和构造。通过前述说明更多地是向技术人员提供一种用于转化至少一个示例性实施方式的技术指导，其中，只要不脱离权利要求书的保护范围，便可以进行各种改变，尤其是关于所述部件的功能和结构方面的改变。

Claims (10)

1.一种用于轴承的轴承圈，具有两个朝向轴向的对置的端面，

其特征在于，在至少一个所述端面上设有在轴向上伸入所述轴承圈的开槽。

2.根据权利要求1所述的轴承圈，其特征在于，所述开槽中设置有弹性件。

3.根据权利要求1所述的轴承圈，其特征在于，所述轴承圈仅一个端面设有所述开槽，所述开槽的轴向深度小于所述轴承圈的轴向长度的四分之一。

4.根据权利要求1所述的轴承圈，其特征在于，所述轴承圈的两个端面均设有所述开槽，两个所述开槽的轴向深度长度之和小于所述轴承圈的轴向长度的二分之一。

5.根据权利要求1所述的轴承圈，其特征在于，所述轴承圈具有用于滚动体的滚道，其中，在所述端面和所述滚道之间设置有挡肩，所述开槽的轴向深度大于所述挡肩的轴向宽度。

6.根据权利要求2所述的轴承圈，其特征在于，若所述轴承圈在两个侧面上都设有开槽，则能够在至少一个所述开槽中设置弹性件。

7.根据权利要求2所述的轴承圈，其特征在于，所述弹性件是橡胶圈。

8.根据权利要求7所述的轴承圈，其特征在于，所述橡胶圈通过硫化作用或粘结剂与所述开槽的壁相结合。

9.根据权利要求7所述的轴承圈，其特征在于，所述橡胶圈的阻尼大于所述轴承圈的阻尼。

10.一种轴承，其特征在于，将所述轴承的外圈和/或内圈设计为根据权利要求1至9中任一项所述的轴承圈。