CN1118849A - 子母滚动体式轴向推力滚动轴承 - Google Patents

Abstract

子母滚动体式轴向推力滚动轴承，为一种以母滚动体(承压滚动体)承受载荷、子滚动体(隔离滚动体)代替整体式保持架以保证母滚动体之间只具有很小间隙但又永远不会产生接触的轴向推力滚动轴承。本发明的特征是：一组分散于母滚动体之间的子滚动体及一个具有内球面的外挡圈代替了整体式保持架，从而可增加承压滚动体的数目及改善滚动体端部的润滑条件，由此可提高轴承的转速及承载能力。本发明具有承载能力大，许容转速高，噪音小等优点。

Description

子母滚动体式轴向推力滚动轴承

本发明是关于轴向推力滚动轴承，特别是关于在一个轴承中采用了一组或一组以上直径较大的滚动体作为承压滚动体(母滚动体)，一组或一组以上直径较小的滚动体(子滚动体)作为隔离滚动体的轴向推力滚动轴承。

轴向推力滚动轴承(这里主要指滚动体为园柱形，园锥形等的轴向推力滚动轴承)，由于具有起动及运转摩擦力矩小，承载能力大，工作可靠等优点，目前被广泛使用在机床，电机，航空，车辆，船舶，工程行走机械等系统中，是一种使用广泛的滚动轴承。

在现有各种类型的轴向推力滚动轴承中，都有一个额定工作载荷和最大工作转速。一般来说，要想同时提高这两者是非常困难和矛盾的。在不改变轴承的基本尺寸及材料性能的前提下，提高额定工作载荷的有效方法之一便是取消保持架，利用由此而得的空间来增加滚动体的数目。但这种做法的问题是：当轴承转动时，由于在各个滚动体之间没有任何隔离物，同向旋转的两相邻滚子便很容易发生反向高速摩擦而导致轴承温度迅速上升及滚子间的磨损，故通常许容转速远远低于带有保持架的滚动轴承。

另一方面，虽然影响进一步提高转速的因素很多，但其中最有效的手段之一便是改善轴承滑动摩擦处的润滑条件。与径向力滚动轴承不同的是，轴向推力滚动轴承的滚道面一般都与离心力方向平行或基本平行，这意味着滚动体所受的离心力大多依靠滚动体与某一滑动摩擦面的接触来支承。在现有的轴向滚动轴承中，一般采用两种方法支承滚动体：一是利用保持架上的多个独立的保持面，二是利用内圈或外圈上的圆环形止推面与滚动体相接触的方法，以阻止滚动体脱离滚道。这两种方法的问题在于：因为保持面或圆环形止推面与滚动体底部之间很难形成良好的面接触及润滑油膜，故无法满足在滑动速度较大的同时，承受较大的接触压力的要求，从而限制了轴承转速的进一步提高。

针对这一现状，本发明的目的旨在提供一种具有额定载荷大，许容转速高，噪音小，寿命长的轴向推力滚动轴承。

发明的意图由下述方法实现：在一个轴承中，除安设一定数目的、直径较大的承压滚动体(母滚动体)以外，同时设置与承压滚动体相同数目的隔离滚动体(子滚动体)。隔离滚动体的名义直径远远小于承压滚动体，其作用是使每两个承压滚动体之间始终有一个很小的间隙但永远不会发生相互接触。承压滚动体与隔离滚动体交替安置，即每两个承压滚动体之间有一个隔离滚动体，也可以说每两个隔离滚动体之间有一个承压滚动体。其结果是：隔离滚动体永远不会同时与内外圈的滚道面发生接触。隔离滚动体既可安放在承压滚动体与外圈之间(外圈侧布置法)也可安放在承压滚动体与内圈之间(内圈侧布置法)，具体布置法视轴承的类型而定。

一般而论，无论是圆柱形滚子还是圆锥形滚子轴向推力轴承，其隔离滚子的形状均须为圆锥形滚子。为获得真正的线接触，可将圆锥形隔离滚子的表面加工成如图五所示的形状，即构成圆锥体的母线不是直线。

根据需要，可在隔离滚锥的表面开设包括螺旋槽在内的各种形式的润滑油槽。

由于去掉了整体式保持架而设置了直径不同的承压滚动体及隔离滚动体，为保证滚动体在工作中始终可靠地绕其滚道旋转，在本发明中采用了如下的方法：在轴承的外径部位，安设一个圆环形的外挡圈，外挡圈与滚动体接触的面为内球面，外挡圈本身可与内圈固定在一起。将滚动体与外挡圈接触的底面也加工成球面，其球面的半径可与上述外挡圈内球面的一致。此外，在滚动体的中心开设一通油孔，球面底部开设适当的油兜。这样，便可保证各个滚动体的承压底部与外挡圈的内球面始终为面接触，同时，利用离心力的作用，将油从轴承的中部引至油兜中，润滑整个球形底面，从而可大大提高承压滚动体承受径向载荷的能力即可提高转速。

总而言之，在本发明中，用一组分散于承压滚动体之间的隔离滚动体及一个外挡圈代替了传统的整体式保持架。

当轴承工作时，内圈或外圈将带动承压滚动体向一个方向滚动，每两个承压滚动体和内圈(如果是外圈侧布置法，则是外圈)的摩擦力矩及惯性力的联合作用将使隔离滚动体在公转的同时，以同承压滚动体自转方向相反的方向自转。因为隔离滚动体与内圈(或外圈)在滚道接触点的油楔效应，可使隔离滚动体基本上不与滚道面发生固体接触摩擦。换言之，在承压滚动体与内外圈之间、承压滚动体于隔离滚动体之间几乎只存在纯滚动，而隔离滚动体与滚道面之间则因为只有很小的轴向载荷，容易形成由油楔效应引起的润滑油膜。因此，在整个轴承中，除只有滚动体的底部与外挡圈的内球面可能产生具有油膜润滑的滑动摩擦以外，可保证各个零件之间几乎没有直接滑动摩擦，从而可在最大限度地安置承压滚动体即提高轴承承载能力的基础上，又可以进一步提高轴承的许容转速。

本发明提出的″子母式滚动体″原理，在制造大型轴向推力滚动轴承以及用于起重机，挖掘机等工程机械中的大型回转支承轴承时，将近一步显示出其优越性。

与现有的各种轴向滚动轴承相比，本发明具有承载能力大，许容转速高，可靠性好，噪音小，寿命长等优点。

本发明用于各种轴向推力滚动轴承的实施例由附图一--附图四给出。

图一为说明隔离滚动体为什么会滚动的示意图。

图二为根据本发明提出的子母滚动体式轴向推力滚柱轴承(Son andMother Roller Type Cylindrical Roller Thrust Bearings)，图中的(a)为单列滚柱轴承，图中的(b)则为子母滚动体式双列滚柱轴承。

图三表示了本发明用于轴向推力滚锥轴承(Son and Mother RollerType Tapper Roller Thrust Bearings)的实施例。图中的(a)为内外圈均有圆锥形滚道面的轴向推力滚锥轴承，图中的(b)为只有内圈具有锥形滚道面的结构。

图四给出了依据本发明制造的几种子母滚动体式回转支承轴承(Sonand Mother Roller Type Slewing Bearings)的结构例。

图五表示了一种构成圆锥体母线为非直线隔离滚锥的具体结构，这种结构的隔离滚锥可保证与承压滚动体之间的线接触。

下面，参照附图一--四，详细说明依据本发明提出的子母滚动体式轴向推力滚动轴承的结构特征及工作原理等。

如图一所示，以隔离滚子(子滚动体)安放在内圈侧时的情况为例，说明隔离滚子必然产生滚动的理由。为简化起见，考虑滚动体为圆柱且滚道面为平面时的情况。设图中的上部平面(1)表示转动的内圈，下部平面(4)为固定的外圈，直径较大的滚动体(2)为承压滚动体，直径较小的滚动体(3)则为隔离滚动体。对于隔离滚动体(3)而言，如果不考虑油膜及惯性力的影响，当内圈转动即图中的上部平面(1)向左移动时，则会在(a)，(b)，(c)三点分别与承压滚动体(2-1)，(2-2)及上部平面(1)发生接触。虽然在(c)点的摩擦力矩(Mc)有使隔离滚动体(3)产生反时针方向自转的趋势，但点(a)及点(b)处的摩擦力矩(Ma)，(Mb)则会使隔离滚动体(3)产生顺时针方向的自转。只要各零件之间的摩擦系数相同，则(Ma)，(Mb)的联合作用将克服(Mc)而使隔离滚动体最终产生顺时针方向的自转。同时，隔离滚动体将以速度″V1″向左移动。

图二为根据本发明制造的子母滚动体式轴向推力滚柱轴承的结构例，图中的(a)为单列承压滚动体结构，(b)为双列承压滚动体滚柱轴承。如图中的(a)所示，轴承由内圈(1)，一组圆柱形承压滚动体(2)，一组与承压滚动体数目相同的、形状为园锥滚子的隔离滚动体(3)，外圈(4)，一个与内圈固定在一起的外挡圈(5)，内挡圈(6)等零件构成，外挡圈与滚动体接触的面为球形面。在承压滚动体的中心部，开设有轴向通油孔(Zk)，而在底部则设有油兜(Op)。当轴承的内圈(1)转动时，由于离心力的作用，油液通过轴向孔(Zk)进入油兜(Op)，润滑承压滚柱底部与外挡圈(5)的球形面。为使隔离滚动体(3)始终与承压滚动体(2)接触良好，必须将其形状做成底部直径大于头部直径的园锥形滚子且其底部最好也为球面。为便于在运输过程中保持轴承零件不会失散，可设置整体式保持圈(7)。

图二中的(b)表示双列承压滚柱轴向推力滚柱轴承，轴承由一个内圈(1)，两组圆柱形承压滚动体(2-1)，(2-2)，两组圆锥形隔离滚动体(3-1)，(3-2)，两个挡圈(5-1)，(5-2)，一个外圈(4)，内挡圈(6)等零件组成。因为靠外径的承压滚动体(2-1)及隔离滚动体(3-1)所在区域的半径较大，故其滚动体的数目较靠近中心的滚动体数目为多。为阻止滚动体因离心力而向外的运动，在内圈的适当位置安设了两个挡圈(5-1)，(5-2)。在挡圈(5-1)上，开设有径向通油孔(Jk)及环形油槽(Hc)。两个挡圈与承压滚柱接触的面均为内球面。不言而喻，这种沿径向安置多组数目不同的滚柱及挡圈的方法同样也适应于制造两列承压滚动体以上的轴向推力滚动轴承。

考虑到隔离滚动体的底部一般只有外缘部分与外挡圈的内球面接触且内挡圈的线速度大于滚动体轴心点的线速度，将隔离滚动体安设在靠固定不转的外圈侧有利于隔离滚动体的自转。

当把承压滚动体之间的间隙设计得足够小时，则可去掉上述内挡圈(6)。

图三表示了本发明用于轴向推力滚锥轴承时的实旋例。图中的(a)为内外圈均有园锥形滚道面的轴向推力滚锥轴承结构，(b)则表示只有内圈具有园锥滚道面的结构形式。如图中的(a)所示，轴承由内圈(1)，一组承压滚锥(2)，与承压滚锥数目相同的隔离滚锥(3)，外圈(4)，外挡圈(5)，保持圈(6)构成，外挡圈(5)与内圈(1)固定在一起。各个承压滚锥的大端底部为球面，其球面半径可与外挡圈的内球面的半径一致。在承压滚锥的中部，开有一轴向通油孔(Zk)，承压滚锥的底部设有一油兜(Op)。隔离滚锥为内圈侧布置形式。当轴承工作时，由于离心力的作用，轴承中部的油液将通过承压滚锥上的轴向通油孔(Zk)，把油液引到承压滚锥底部上的油兜(Op)中。因为滚锥本身相对于外挡圈内球面存在着速度较高的自转且两者之间为面接触，故比较容易形成润滑油膜。这十分有利于提高轴承的额定工作载荷及转速。此外，外挡圈(5)的存在，将使油液不容易逸散，有利于轴承内部各个零件的润滑。

对于高速轴承，为进一步改善滚动体与滚道之间的润滑，可在隔离滚锥的表面开设螺旋润滑油槽。当轴承工作时，该螺旋槽除可改善润滑条件以外，还可把部分润滑介质从轴承的中部送至轴承的外圆部或从轴承的外圆部送至中部。

图三中的(b)为本发明用于只有内圈具有锥面的轴向推力滚锥轴承的实例。轴承由内圈(1)，一组承压滚锥(2)，与承压滚锥数目相同的隔离滚锥(3)，外圈(4)，外挡圈(5)，保持圈(6)等零件组成。由图可知，除了外圈两面均为平面这一点不同以外，其基本结构及工作原理均与图三中(a)的实施例相差无几，故不在此赘述。

在上述两种结构中，因为不存在传统轴承中带台阶的园锥滚道面，故可使对滚道面的磨削加工变得简单易行。

图四为本发明用于几种回转支承轴承的实施例。这些回转支承轴承是包括起重机、挖掘机等各种工程机械中所必不可少的重要部件。图中的(a)为单列承压滚柱斜置式结构，(b)为双列承压滚柱斜置式结构，(c)为两列承压滚柱支承轴向载荷、一列承压滚柱支承径向载荷的结构。

如图四中的(a)所示，回转支承轴承由内圈(1)，一组圆柱形承压滚柱(母滚动体)(2)，与圆柱形承压滚柱数目相同的、但形状为圆锥形的隔离滚动体(子滚动体)(3)，外圈(4)，油封(5)等零件组成。在内圈及外圈上，均开有螺钉连接孔(Kl)，以便同有关部件连接。

图四中的(b)表示了子母滚动体式双列承压滚动体回转支承轴承结构，与上述(a)的情况相比，除承压滚动体及隔离滚动体分别为两组且布置在不同的轴向位置以外，其他均大致相同，故在此省略。

图四中的(c)表示了一种组合式回转支承轴承的结构。轴承由一个内圈(1)，一个带有齿轮的外圈(6)，两列水平布置的、承受轴向载荷的承压滚柱(2)，一组垂直布置的、承受径向载荷承压滚柱(3)，两列形状为滚锥的隔离滚子(4)分置于两列水平布置的承压滚柱之间，一组形状为圆柱的隔离滚柱(5)分置于垂直布置的径向力承压滚柱之间，保证各个承压滚柱之间永远不会发生直接摩擦。在内圈及外圈上，均有间接孔(Kl)，密封圈(7)的作用是保持润滑介质及防止尘埃进入轴承内部。

上述几种结构的回转支承轴承，因为隔离滚子几乎不占用承压滚子的空间，故可最大限度的放置承压滚子，在不改变轴承外形尺寸的同时，可大大增强其承载能力及延长使用寿命。

顺便指出，利用本发明的基本原理，还可以设计出其他许多不同结构的轴向推力滚动轴承如自位式滚锥轴承、多列式滚柱轴承及各种形式不同的组合轴承等。

Claims (1)

1. 子母滚动体式轴向推力滚动轴承，主要由内圈(1)，一组或一组以上直径较大的承压滚动体或称母滚动体(2)，一组或一组一上、数目与承压滚动体相同但直径较小的隔离滚动体或称子滚动体(3)，外圈(4)，一个具有内球面的外挡圈(5)，内挡圈(6)等零件组成。本发明的特征是：1，在一个轴承中，安置了一组或一组以上直径较大的承压滚动体，一组或一组以上的、数目与承压滚动体相同但直径较小的隔离滚动体。2，根据权利要求″1″所述的轴承，其特征是：承压滚动体与隔离滚动体交替安置，隔离滚动体永远不会同时与内圈及外圈的滚道面发生接触。3，根据权利要求″1″所述的轴承，其特征是：隔离滚动体的形状一般为圆锥形滚子。4，在轴承的外圆部，设有一外挡圈，该外挡圈与承压滚动体及隔离滚动体的底部发生接触。

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