CN110953248A - 一种圆柱滚子轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种圆柱滚子轴承，所述圆柱滚子轴承包括内套圈、外套圈、保持架和滚子，内套圈包括内套圈安装部、内套圈限位部和内套圈连接部；外套圈包括外套圈限位部、外套圈安装部和外套圈连接部；内套圈限位部和外套圈限位部分别与滚子接触；在圆柱滚子轴承的径向方向上，所述内套圈限位部处于所述外套圈限位部的外侧，所述内套圈连接部与外套圈连接部之间形成滚子安装室，所述保持架处于滚子安装室中。圆柱滚子轴承能有效降低和抑制高速工况下的打滑现象，降低滚子和内、外套圈之间油膜破坏、磨损加剧的可能性，降低轴承早期失效的可能性，提高圆柱滚子轴承及其主机的可靠性和使用寿命。

Description

一种圆柱滚子轴承
技术领域
本发明属于轴承技术领域，具体涉及一种圆柱滚子轴承。
背景技术
航空发动机等高速主机所采用的轴承大多为圆柱滚子轴承，圆柱滚子轴承包括内套圈、外套圈、保持架和滚子，滚子安装在保持架的兜孔中，并与内套圈和外套圈接触，内套圈和外套圈上的滚道对滚子的轴向两端进行限位，兜孔的侧壁对滚子的周向进行限位。目前的圆柱滚子轴承在安装时，大多将高速轴穿入内套圈，转动过程中，内套圈带动滚子转动，滚子带动保持架转动，两者都绕内套圈公转，同时自身也自转。圆柱滚子轴承工作在高速、轻载的环境下，极易发生轴承打滑（滚子的自转速度和公转速度偏离理想转速，进而与内套圈、外套圈之间产生打滑）现象。轴承打滑会引起滚子和滚道之间的油膜破裂、磨损加剧，进而缩短轴承的使用寿命，影响主机的工作性能和可能性。
圆柱滚子轴承具体打滑的原理如图1所示，内套圈101的转动方向为逆时针，Tw表示外套圈对滚子的摩擦力，Fa表示滚子的惯性力，Ba表示保持架惯性力对滚子间接产生的阻滞力，Bµ表示保持架引导面作用于保持架的摩擦力对滚子间接产生的阻滞力，FL为滚子所受的离心力，TN为内套圈对滚子的拖动力。当内套圈101和外套圈102的转速差很大时，滚子103就会受到较大的离心力FL的作用，产生远离内套圈101的趋势，与内套圈101之间的接触力减小，此时内套圈101对滚子103的拖动力TN也就会减小，如果TN小于TW、Fa、Ba及Bμ的总和时，那么滚子103则不会产生理想的自转速度和公转速度，滚子与内、外套圈之间就会发生打滑现象，并且内、外套圈的转速差越大，滚子受到的离心力FL就越大，与内套圈之间的接触力就越小，进而与内、外套圈之间的打滑就越严重。
因此，有必要设计一种能够减小打滑的圆柱滚子轴承。
发明内容
本发明的目的在于提供一种圆柱滚子轴承，以解决现有技术中的圆柱滚子轴承的滚子容易发生打滑的技术问题。
为实现上述目的，本发明的圆柱滚子轴承的技术方案是：
圆柱滚子轴承，包括内套圈、外套圈、保持架和滚子；
内套圈，包括内套圈安装部、内套圈限位部和内套圈连接部，所述内套圈安装部用于与高速轴配合，所述内套圈限位部与所述滚子接触，所述内套圈连接部用于连接内套圈安装部和内套圈限位部；
外套圈，包括外套圈安装部、外套圈限位部和外套圈连接部，所述外套圈安装部用于与轴承座配合，所述外套圈限位部与所述滚子接触，所述外套圈连接部用于连接外套圈安装部和外套圈限位部；
在圆柱滚子轴承的径向方向上，所述内套圈限位部处于所述外套圈限位部的外侧，所述内套圈连接部与外套圈连接部之间形成滚子安装室，所述保持架处于滚子安装室中。
有益效果：圆柱滚子轴承的与滚子接触的内套圈限位部处于与滚子接触的外套圈限位部的径向外侧，并且圆柱滚子轴承的内套圈连接部与外套圈连接部之间形成滚子安装室，这样一来，当内套圈安装部与高速轴配合而使内套圈转动时，滚子受到的离心力驱使滚子靠近内套圈，进而使滚子与内套圈之间的接触力变大，此时内套圈对滚子的拖动力也就变大，当该拖动力达到外套圈对滚子的摩擦力、滚子的惯性力、保持架惯性力对滚子间接产生的阻滞力以及外套圈引导面作用于保持架的摩擦力对滚子间接产生的阻滞力之和时，滚子就会产生较理想的公转速度，同时还会对滚子产生足够大的转动力矩，进而促使滚子产生较理想的自转速度，此时滚子与内套圈和外套圈之间就不易发生严重打滑现象。本发明的圆柱滚子轴承能够在不降低圆柱滚子轴承优势的基础上，充分利用滚子的离心力，有效降低和抑制高速工况下的打滑现象，进而降低滚子和内、外套圈之间油膜破坏、磨损加剧的可能性，降低轴承早期失效的可能性，提高圆柱滚子轴承及其主机的可靠性和使用寿命。
进一步地，所述内套圈安装部延伸至外套圈限位部的径向内侧。
有益效果：便于安装，通用性较好。
进一步地，所述内套圈和外套圈的径向截面均呈U形，内套圈和外套圈沿圆柱滚子轴承的轴向对插而形成插套式结构。
有益效果：内套圈与外套圈形成插套式结构，便于圆柱滚子轴承各部件之间的装配，同时，内套圈安装部和外套圈安装部均处于轴承的径向，有利于保证轴承的承载能力。
进一步地，所述内套圈限位部和/或外套圈限位部上设有挡边，挡边用于对滚子的轴向两端进行限位。
有益效果：挡边能够约束滚子的位置，防止滚子出现歪斜，提高轴承的承载能力。
进一步地，所述内套圈限位部和/或外套圈限位部上与滚子接触的限位面上设有环槽，环槽形成滚子的滚道，且环槽的槽壁形成所述挡边。
有益效果：在内套圈限位部和/或外套圈限位部上设置环槽，加工方便。
进一步地，所述环槽的槽宽大于滚子的轴向长度，以使滚子的端部与环槽的槽壁之间留有润滑间隙。
有益效果：便于润滑油进入进行润滑。
进一步地，所述外套圈安装部上设有滚子塞装孔。
有益效果：将滚子塞入滚子塞装孔中，即可自然落至保持架的兜孔内，方便滚子的安装。
优选地，所述滚子塞装孔设有至少两个。
有益效果：一次能装至少两个滚子，便于实现滚子的快速装配。
进一步地，所述内套圈连接部和/或外套圈连接部的圆周方向上设有多个通孔，通孔用于供气体和液体通过。
有益效果：通孔可供气体通过，这样便于散热，另外，通孔也可以供液体通过，即可供润滑油通过，便于对轴承进行润滑。
优选地，所述通孔在圆周方向上均匀分布。
有益效果：散热更均匀，润滑也更均匀。
附图说明
图1为现有技术中圆柱滚子轴承的滚子的受力分析示意图（忽略兜孔孔壁对滚子施加的方向与离心力方向相同的摩擦力）；
图2为本发明的圆柱滚子轴承实施例1的结构示意图；
图3为图2中外套圈的结构示意图；
图4为图2中内套圈的结构示意图；
图5为图2中保持架的结构示意图；
图6为本发明的圆柱滚子轴承的滚子的受力分析示意图（忽略兜孔孔壁对滚子施加的方向与离心力方向相同的摩擦力）；
图7为本发明的圆柱滚子轴承实施例2的结构简图（未显示保持架）。
附图标记说明：1-内套圈，2-外套圈，3-保持架，4-滚子，5-兜孔，6-内套圈安装部，7-内套圈限位部，8-内套圈连接部，9-外套圈限位部，10-外套圈安装部，11-外套圈连接部，12-挡边，13-外套圈滚道，14-保持架引导面，15-通孔，16-滚子塞装孔，17-内套圈滚道，18-滚子安装室，101-内套圈，102-外套圈，103-滚子，201-内套圈，202-外套圈，203-滚子，204-内套圈限位部，205-外套圈限位部，206-内套圈安装部，207-外套圈安装部。
Tw-外套圈对滚子的摩擦力；Fa-滚子的惯性力；FL-离心力；Bµ-保持架引导面作用于保持架的摩擦力对滚子间接产生的阻滞力；Ba-保持架惯性力对滚子间接产生的阻滞力；TN-内套圈对滚子的拖动力。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请，即所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
本发明的圆柱滚子轴承的实施例1：
如图2所示，圆柱滚子轴承包括外套圈2、内套圈1、保持架3和滚子4。
具体的，如图5所示，保持架3包括环状本体以及设置在环状本体上的兜孔5，兜孔5的形状与滚子4的形状适配。滚子4设置在兜孔5中，且滚子4为圆柱滚子。
如图3所示，外套圈2为环槽式结构，其径向截面呈U形，包括外套圈限位部9、外套圈安装部10和外套圈连接部11。其中，外套圈安装部10用于与轴承座的内孔配合，外套圈限位部9与滚子4接触，并且外套圈安装部10位于外套圈限位部9的径向外侧，外套圈连接部11与外套圈限位部9和外套圈安装部10连接而共同围成一个环槽。
外套圈限位部9与滚子接触的侧面形成限位面，该限位面上设有环槽，环槽形成外套圈滚道13，外套圈滚道13可供滚子3滚动；环槽的两侧槽壁形成挡边12，挡边12用于对滚子的轴向两端进行限位，以避免滚子出现歪斜而影响轴承的承载能力。外套圈滚道13在轴承轴向上的宽度大于滚子4的轴向长度，从而在滚子4装好后，与滚子4的端面形成润滑间隙，以供润滑油进入进行润滑。上述限位面的处于外套圈滚道13外的部分则形成了保持架引导面14，装配时，保持架3套在内套圈安装部上，使保持架3的内孔面与保持架引导面14接触，保持架3转动时，可沿保持架引导面的周向旋转。
外套圈连接部11的周向上均布有多个通孔15，通孔15可供气体和液体通过，在轴承高速转动时，有利于散热和润滑油的流动。
外套圈安装部10的外侧面形成轴承座配合面，其上设有用于装配滚子4的滚子塞装孔16，装配时，可将滚子4从滚子塞装孔16处塞入，使其自然落到保持架的兜孔5中。为了能够快速将滚子4装配完，在外套圈安装部10上设有三个滚子塞装孔16，即一次可同时安装三个滚子4，装配效率大大提高。当然，在其他实施例中，滚子塞装孔的数量也可以根据需要设定，比如设置一个、两个或4个以上。
如图4所示，内套圈1也为环槽式结构，其径向截面呈U形，包括内套圈安装部6、内套圈限位部7和内套圈连接部8，内套圈限位部7位于内套圈安装部6的径向外侧，用于与滚子4接触；内套圈安装部6用于与高速轴配合，内套圈连接部8与内套圈安装部6和内套圈限位部7连接而围成一个环槽，该环槽的与滚子接触的环壁面形成内套圈滚道17。内套圈连接部8上沿其圆周方向也均布有多个通孔15，以供气体和液体通过，达到散热、润滑的作用。
本发明的圆柱滚子轴承制造时的装配顺序为：先将保持架3套在外套圈2的外套圈限位部9上，通过外套圈安装部10上的滚子塞装孔16将滚子4装入保持架的兜孔5和外套圈滚道13之间，沿保持架引导面14转动保持架，可将滚子安装到不同兜孔中。待滚子安装完成后，将内套圈1沿轴向插入外套圈2内，这样一来，内套圈的内套圈限位部7伸入外套圈2中，外套圈2的外套圈限位部9伸入到内套圈1内，此时，内套圈安装部6延伸至外套圈限位部9的径向内侧，内套圈连接部8和外套圈连接部11之间形成用于安装滚子的滚子安装室18，保持架3位于外套圈限位部9与内套圈限位部10之间且处于滚子安装室18内。内套圈1和外套圈2形成插套式结构，但外套圈2与内套圈1之间不接触，有间隙，内套圈1与保持架3之间不接触、有间隙。高速圆柱滚子装配完成后，滚子4的圆柱面分别与内套圈限位部7和外套圈限位部9接触，也即分别与外套圈滚道13和内套圈滚道17接触。滚子4装配到位后需要与内套圈1和外套圈2之间产生一定的预紧量，以保证滚子的圆柱面与内套圈1和外套圈2之间产生一定的接触力。
本发明的圆柱滚子轴承工作时，内套圈1与高速轴配合，外套圈2与轴承座的内孔配合。在高速轴转动时，带动内套圈1转动，内套圈1的转动带动滚子4进行自转并在内套圈滚道17中绕轴承的轴线公转，滚子在公转的过程中其外周面与保持架3的兜孔5接触并带动保持架3绕轴承的轴线转动。以高速轴逆时针转动为例，对圆柱滚子轴承的滚子进行受力分析，如图6所示。滚子4在转动过程中受到外套圈对滚子的摩擦力Tw，滚子的惯性力Fa、保持架惯性力对滚子间接产生的阻滞力Ba、保持架引导面作用于保持架的摩擦力对滚子间接产生的阻滞力Bµ、离心力FL和内套圈对滚子的拖动力TN，同时还受到兜孔的孔壁对滚子的摩擦阻力，该摩擦阻力与离心力的方向相同（图中未显示，本实施例中，可忽略）。当内套圈1、外套圈2的转速差很大时，滚子4就会受到较大的离心力FL，离心力FL使滚子4产生接近内套圈1的趋势，从而与内套圈1之间的接触力变大，此时内套圈1对滚子4的拖动力TN也就会变大，当TN达到TW、Fa、Ba及Bµ之总和时，滚子4就会产生较理想的公转速度，同时由于TN与TW、Fa、Ba及Bµ不在一直线上，因此会对滚子4产生足够大的转动力矩，进而促使滚子4产生较理想的自转速度，所以此时滚子4与内套圈1、外套圈2之间就不易发生严重的打滑现象。
本发明的圆柱滚子轴承采用环槽式结构的内套圈和外套圈相互插装的方式，充分利用滚子滚动过程中所受的离心力，能够在不降低圆柱滚子轴承优势的基础上，有效降低和抑制高速工况下的打滑现象，进而降低滚子和内、外套圈之间油膜破坏、磨损加剧的可能性，降低轴承早期失效的可能性，从而提高圆柱滚子轴承及其主机的可靠性和使用寿命。
本发明的圆柱滚子轴承的实施例2：
如图7所示，该实施例与上述实施例1的区别在于，本实施例中，外套圈202和内套圈201的径向截面呈“Z”字形，但内套圈限位部204还是位于外套圈限位部205的径向外侧，且两者均与滚子203接触。此时需要加强内套圈安装部206和外套圈安装部207的结构强度，以保证圆柱滚子轴承的承载能力。
其他实施例中，外套圈和内套圈中，一个采用径向截面为U形的结构，另一个采用径向截面为“Z”字形结构，但必须满足内套圈限位部位于外套圈限位部的径向外侧，且两者均与滚子接触。
本发明的圆柱滚子轴承的实施例3：
该实施例与上述实施例1的区别在于，本实施例中，内套圈安装部延伸至外套圈限位部的径向外侧，内套圈连接部与外套圈连接部在轴承的轴向上有挡止作用，从而能够防止保持架从滚子安装室中脱出。
本发明的圆柱滚子轴承的实施例4：
该实施例与上述实施例1的区别在于，本实施例中，在内套圈限位部上设置挡边以对滚子的轴向两端进行限位，此时外套圈限位部与滚子接触的面形成外套圈滚道。
其他实施例中，也可以在内套圈限位部和外套圈限位部的与滚子接触的面上均设置挡边。
本发明的圆柱滚子轴承的实施例5：
该实施例与上述实施例1的区别在于，本实施例中，不在外套圈限位部上设置环槽，而仅在外套圈限位部的周面上沿轴承的轴向间隔设置两圈挡止凸起，挡止凸起形成挡边，两挡止凸起与外套圈限位部形成环槽。
本发明的圆柱滚子轴承的实施例6：
该实施例与上述实施例1的区别在于，本实施例中，外套圈限位部上的环槽的槽宽与圆柱滚子轴承的轴向长度适配。
本发明的圆柱滚子轴承的实施例7：
该实施例与上述实施例1的区别在于，本实施例中，外套圈的外套圈安装部上不设置滚子塞装孔，这样在安装滚子时，可将滚子先放在保持架的兜孔中并托住，慢慢转动保持架以将滚子送入外套圈滚道中。

Claims (10)

1.一种圆柱滚子轴承，包括内套圈、外套圈、保持架和滚子，其特征在于，
内套圈，包括内套圈安装部、内套圈限位部和内套圈连接部，所述内套圈安装部用于与高速轴配合，所述内套圈限位部与所述滚子接触，所述内套圈连接部用于连接内套圈安装部和内套圈限位部；
外套圈，包括外套圈安装部、外套圈限位部和外套圈连接部，所述外套圈安装部用于与轴承座配合，所述外套圈限位部与所述滚子接触，所述外套圈连接部用于连接外套圈安装部和外套圈限位部；
在圆柱滚子轴承的径向方向上，所述内套圈限位部处于所述外套圈限位部的外侧，所述内套圈连接部与外套圈连接部之间形成滚子安装室，所述保持架处于滚子安装室中。
2.根据权利要求1所述的圆柱滚子轴承，其特征在于，所述内套圈安装部延伸至外套圈限位部的径向内侧。
3.根据权利要求2所述的圆柱滚子轴承，其特征在于，所述内套圈和外套圈的径向截面均呈U形，内套圈和外套圈沿圆柱滚子轴承的轴向对插而形成插套式结构。
4.根据权利要求3所述的圆柱滚子轴承，其特征在于，所述内套圈限位部和/或外套圈限位部上设有挡边，挡边用于对滚子的轴向两端进行限位。
5.根据权利要求4所述的圆柱滚子轴承，其特征在于，所述内套圈限位部和/或外套圈限位部上与滚子接触的限位面上设有环槽，环槽形成滚子的滚道，环槽的槽壁形成所述挡边。
6.根据权利要求5所述的圆柱滚子轴承，其特征在于，所述环槽的槽宽大于滚子的轴向长度，以使滚子的端部与环槽的槽壁之间留有润滑间隙。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的圆柱滚子轴承，其特征在于，所述外套圈安装部上设有滚子塞装孔。
8.根据权利要求7所述的圆柱滚子轴承，其特征在于，所述滚子塞装孔设有至少两个。
9.根据权利要求1-6任意一项所述的圆柱滚子轴承，其特征在于，所述内套圈连接部和/或外套圈连接部的圆周方向上设有多个通孔，通孔用于供气体和液体通过。
10.根据权利要求9所述的圆柱滚子轴承，其特征在于，所述通孔在圆周方向上均匀分布。
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