CN111894987B - 一种改进兜孔结构的滚动轴承保持架及滚动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改进兜孔结构的滚动轴承保持架及滚动轴承，所述保持架包括保持架主体和设置于保持架主体上的兜孔，相邻兜孔之间为保持架横梁，在垂直于该保持架轴线的截面内，所述兜孔的侧壁的内端口和外端口处均为直线段，且兜孔的内端口和外端口的宽度均小于滚子的直径，所述直线段内侧为两个斜线段，两个斜线段中间通过过度圆弧相连。本发明所述的一种改进兜孔结构的滚动轴承保持架及滚动轴承有利于润滑油的流入和流出，有利于油膜的形成，有利于提高润滑性能，大夹角的设计便于热量的散发，同时润滑油的流入和流出也能带走大部分摩擦热。

Description

一种改进兜孔结构的滚动轴承保持架及滚动轴承
技术领域
本发明涉及轴承技术领域，具体涉及一种改进兜孔结构的滚动轴承保持架及滚动轴承。
背景技术
相关技术中，保持架在滚动轴承中不受固定约束，它的运动主要靠滚动体的推动和套圈的引导实现。当滚动体的公转速度大于保持架转速时，滚动体推动保持架转动，反之，滚动体阻碍保持架转动。在径向平面内，保持架通常有三种引导方式，即外圈引导、滚动体引导和内圈引导，其中外圈引导在高速滚动轴承中的应用比较广泛，因为这种方式便于润滑油进入沟道内部，从而有利于润滑。但随着技术的进步和高速交通工具的投入使用，当前对轴承的润滑性能进一步提升，如何提高轴承的润滑性能仍然是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种改进兜孔结构的滚动轴承保持架及滚动轴承。本发明采用的技术手段如下：
一种改进兜孔结构的滚动轴承保持架，包括保持架主体和设置于保持架主体上的兜孔，相邻兜孔之间为保持架横梁，在垂直于该保持架轴线的截面内，所述兜孔的侧壁的内端口和外端口处均为直线段，且兜孔的内端口和外端口的宽度均小于滚子的直径，所述直线段内侧为两个斜线段，两个斜线段中间通过过度圆弧相连。
进一步地，所述的两个斜线段的夹角为160~170°。
进一步地，所述过渡圆弧的曲率半径小于或等于滚子的半径。
进一步地，所述保持架横梁包括与保持架主体相连的横梁主体和设置于横梁主体两侧的弹片，所述弹片与横梁主体之间设有缝隙，使得兜孔的侧壁具有弹性
进一步地，所述保持架横梁为一体结构，所述保持架横梁上设有两个凹槽，两个凹槽将保持架横梁分隔为横梁主体和横梁主体两侧的弹片。
进一步地，所述凹槽的底部为弧形。
进一步地，所述保持架的材质为黄铜、青铜、弹性钢材、酚醛层压布管或工程塑料。
一种滚动轴承，包括本发明所述的改进兜孔结构的滚动轴承保持架。
与现有技术比较，本发明所述的一种改进兜孔结构的滚动轴承保持架及滚动轴承有利于润滑油的流入和流出，有利于油膜的形成，有利于提高润滑性能，大夹角的设计便于热量的散发，同时润滑油的流入和流出也能带走大部分摩擦热。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图。
图2是本发明实施例一的兜孔侧壁示意图。
图3是本发明实施例二的整体结构示意图。
图4是本发明实施例三的结构示意图。
图5是图4的俯视示意图。
图6是本发明实施例与现有技术的轴承静态刚度对比图，图中，四条曲线从下到上依次对应现有技术、实施例一、实施例二和实施例三。
图7是本发明实施例与现有技术的径向载荷动态脉冲测试图，图中，四个柱条从左到右依次对应现有技术、实施例一、实施例二和实施例三。
图8是本发明实施例与现有技术的轴承温升试验温度曲线图，图中，五条曲线从上到下依次对应现有技术、实施例一、实施例二、实施例三和环境温度。
具体实施方式
实施例一
如图1、图2和图3所示，一种改进兜孔结构的滚动轴承保持架，包括保持架主体和设置于保持架主体上的兜孔，具体的，本实施例的保持架包括两个环形结构2和与两个环形结构相连的横梁3，横梁2之间形成兜孔1，在垂直于该保持架轴线的截面内，所述兜孔1的侧壁的内端口和外端口处均为直线段，外端口处为第一直线段101，内端口处为第二直线段102，且兜孔1的内端口和外端口的宽度均小于滚子4的直径，所述第一直线段101和第二直线段102内侧为两个斜线段，分别为与第一直线段101相连的第一斜线段103和与第二直线段102相连的第二斜线段104，两个斜线段中间通过过度圆弧105相连，兜孔1的内端口和外端口的两侧的直线段平行，或者内端口和外端口的宽度最小处位于直线段和斜线段相连处，也就是说，兜孔1两侧的两个第一直线段101相互平行，使得兜孔的外端口的内外宽度一致，或者相互呈一定角度，使得兜孔1的外端口呈外大内小的敞口结构，同理，兜孔1两侧的两个第二直线段102相互平行，使得兜孔1的内端口的内外宽度一致，或者相互呈一定角度，使得兜孔1的内端口也呈外大内小的敞口结构，保证滚子4限位于两个斜线段与滚子的切点之间，且滚子与斜线段的切点与斜线段和直线段相连处均存在距离，使得滚子在旋转的过程中，滚子与两个斜线段靠近直线段的部分之间存在间隙，便于润滑油进入和油膜的形成，有利于润滑。本实施例中，滚子4通过兜孔1的内端口装入保持架中，保持架为外引导，内径点锁，改善滚动体运转稳定性，提高保持架强度，降低轴承运转振动，可实现高速旋转。外引导可以限定一下轴承外内径DC2与保持架外径DC的间隙，一般DC2-DC=0.3~0.8mm，由于间隙小，通过润滑油膜引导，使保持架运转更平稳，适合高速运转，特别适合高速列车齿轮箱传动系统，因为齿轮箱的特点是高速，油润滑。
所述的第一斜线段103和第二斜线段104的夹角为160~170°，将滚子回转位置控制在回转中心径10°~20°的α角范围以内，使得滚动体回转更加稳定，并且该夹角有利于润滑油的流入和流出，大夹角的设计便于热量的散发，同时润滑油的流入和流出也能带走大部分摩擦热。
所述过渡圆弧的曲率半径R小于或等于滚子的半径，优选小于滚子的半径，在小于滚子半径的情况下，过渡圆弧105与滚子4之间形成间隙，有利于润滑油的储存，进而有利于润滑油膜的形成，使得滚子4与斜线段的切点两侧均利于润滑油进入，有利于润滑。所述保持架的外径面上设有沿周向布置的减重凹槽，起到减重的效果，使本实施例更适于高速工况下，另外外径处挖槽涉及使润滑油可以通过外径润滑兜孔和兜底，并降低温升。所述兜孔1与滚子4之间的间隙为0.15-0.4mm，如滚子的长度为lw，则兜孔长度Lc=lw+0.2-0.6mm。所述兜孔的转角处均通过圆弧过渡，圆弧的直径为0.3-0.5mm。合理的间隙设计可以通过油膜的阻尼效果降低噪音，降低振动，运转平稳。本实施例所述的保持架的宽度为外圈挡边的宽度减去外圈挡边两个倒角的宽度，更有利于提升轴承的平稳性。
所述保持架的材质为黄铜、青铜、弹性钢材、酚醛层压布管或工程塑料，优选黄铜、青铜、酚醛层压布管或工程塑料，优选保持架为一体结构。在一实施例中，保持架为一体铝青铜保持架，其机械性能优于黄铜保持架，屈服强度测试大于200MPa，一体式的结构，有利于保持架运动的平衡性，而降低冲击振动和避免分体式铆接（热铆和冷铆）缺陷。
实施例二
如图3和图4所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，所述保持架横梁3上设有两个沿保持架轴向布置的凹槽303，所述凹槽303沿整个保持架横梁3的长度延伸，使得保持架横梁3整体呈中间设有凹槽间隙的多层结构，提高保持架横梁3的弹性，起到吸振作用，能有效对各种原因造成的振动进行缓冲，尤其是采用外圈引导时保持架和外圈之间的接触碰撞引起的振动，且每个保持架横梁处均设有凹槽303，使得缓解振动时，保持架受力分散，有利于延长保持架的使用寿命，同时，凹槽303的设置，对整个保持架起到了减重的作用，并且通过凹槽303中润滑油的进出，使热量更易散发。本实施例的其他结构与实施例一相同。本实施例所述保持架的材质为黄铜、青铜、弹性钢材、酚醛层压布管或工程塑料。
实施例三
如图4和图5所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，所述保持架横梁3包括与环形结构2相连的横梁主体301和设置于横梁主体301两侧的弹片302，弹片302不直接与保持架的环形结构2相连，也就是说，在保持架轴向上，弹片302的长度小于横梁主体301的长度，保持架横梁3与环形结构2相连处通过圆滑曲面过度，增强连接强度，所述弹片302与横梁主体301之间设有缝隙，使得兜孔1的侧壁具有弹性，结合本实施例的兜孔形状，本实施例的兜孔1的侧壁在周向、切向和径向上均具有弹性，能有效对各种原因造成的振动起到缓冲作用，尤其是采用外圈引导时保持架和外圈之间的接触碰撞引起的振动，且在每个横梁处均设有弹片，使得缓解振动时，保持架受力分散，有利于延长保持架的使用寿命，本实施例中，所述弹片302靠近保持架内侧的边缘与横梁主体301相连。
横梁主体301与弹片302可以为一体结构，也可以为通过组装或焊接固定的分体结构，在一优选实施例中，所述保持架横梁3为一体结构，所述保持架横梁3上设有两个凹槽303，两个凹槽303将保持架横梁分隔为横梁主体301和横梁主体两侧的弹片302。弹片302的设置，既使保持架具备了缓解振动的能力，同时实现了对保持架减重的效果，另外由于弹片302的长度小于横梁主体301的长度，使得弹片302的端部与保持架的环形结构2之间存在缝隙，使得所述凹槽303通过弹片302与环形结构2之间的缝隙与兜孔1相连，可作为润滑油进入兜孔1的通道，有助于润滑油进入兜孔1，特别是进入过渡圆弧105与滚子之间的缝隙，形成一个完整的润滑油通道，增强润滑效果。
所述凹槽303的底部为弧形，避免了弹片302在弯折过程中产生应力集中。本实施例的其他结构与实施例一相同。
本实施例优选为一体保持架，所述保持架的材质为黄铜、青铜、弹性钢材、酚醛层压布管或工程塑料。
实施例四
一种滚动轴承，包括实施例一、实施例二或实施例三所述的改进兜孔结构的滚动轴承保持架。
如图6所示，通过对保持架静止状态下施加一定的径向载荷，本发明实施例的保持架刚度均大于现有技术。尤其是实施例二和实施例三，由于兜孔壁具有一定的缓冲作用，保持架刚度明显大于现有技术，实施例三的提升幅度接近80%，实施例二的提升幅度接近67%。
如图7所示，本发明实施例所述的保持架在动态脉冲测试中能承受更大的力，此种保持架适用于高径向载荷的应用场合，极强的抗径向振动和抗冲击载荷能力。
如图8所示，现有技术与本发明实施例的内外圈及滚子都相同，进行温升试验，对轴承施加相同的载荷，在低转速预热1小时后，然后以高转速运行一段时间直到达到热平衡，在环境温度为30℃的条件下，本发明实施例的温升均比现有技术有所降低，实施例一相比现有技术温升降低1℃左右，曲线和现有技术几乎重合。实施例二和实施例三的轴承温升非常接近，两条曲线几乎重合，温升明显低于现有技术，温升降低了10℃左右，说明保持架兜孔设计较为合理，内部润滑较好，冲击振动小，摩擦发热低。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种改进兜孔结构的滚动轴承保持架，包括保持架主体和设置于保持架主体上的兜孔，相邻兜孔之间为保持架横梁，其特征在于：在垂直于该保持架轴线的截面内，所述兜孔的侧壁的内端口和外端口处均为直线段，且兜孔的内端口和外端口的宽度均小于滚子的直径，所述直线段内侧为两个斜线段，两个斜线段的夹角为160～170°，滚子限位于两个斜线段与滚子的切点之间，且滚子与斜线段的切点与斜线段和直线段相连处均存在距离，两个斜线段中间通过过渡圆弧相连，所述过渡圆弧的曲率半径R小于滚子的半径，所述兜孔的转角处均通过圆弧过渡，圆弧的直径为0.3-0.5mm，所述兜孔与滚子之间的间隙为0.15-0.4mm，轴承外圈内径DC2与保持架外径DC的间隙为0.3～0.8mm，所述保持架横梁上设有两个沿保持架轴向布置的凹槽，所述凹槽沿整个保持架横梁的长度延伸，使得保持架横梁整体呈中间设有凹槽间隙的多层结构。
2.根据权利要求1所述的改进兜孔结构的滚动轴承保持架，其特征在于：所述凹槽的底部为弧形。
3.根据权利要求2所述的改进兜孔结构的滚动轴承保持架，其特征在于：所述保持架的材质为黄铜、青铜、弹性钢材、酚醛层压布管或工程塑料。
4.一种滚动轴承，其特征在于：包括权利要求1至3中任意一项所述的改进兜孔结构的滚动轴承保持架。
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