CN112119228B - 一种分体式双列球面滚动轴承 - Google Patents

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Abstract

一种分体式双列球面滚动轴承包括外圈、内圈、保持架和滚动体，所述外圈具有外滚道，所述内圈位于外圈内且具有内滚道，所述保持架安装在内滚道和外滚道之间，所述滚动体将内滚道与外滚道相啮合。所述内圈、内滚道、外圈、外滚道以及保持架均包括两个大致半圆形部件，所述两个半圆形部件通过相应径向延伸的接触表面接合在一起形成圆形部件。至少所述外圈的接触表面包括锯齿形接合部，其中每个锯齿形接合部的角度在25度和40度之间。

Description

一种分体式双列球面滚动轴承
技术领域
本发明涉及一种分体式滚动轴承，具体指一种分体式双列球面滚动轴承。
背景技术
众所周知，现有的分体式滚动轴承包括内圈和外圈，在所述内圈和外圈之间，多个滚动体通过保持架间隔设置。滚动体可定位于内外圈的滚面上或由内外圈形成的滚道中。分体式轴承可被分为两个大致相等的部分，每个部分由半圆形内外圈组件和半圆形保持架组件所组成。分体式双列球面滚动轴承是可以采用类似方式进行拆分的双列滚动轴承。分体式滚动轴承可应用于多个领域，包括船舶、输送机滚筒、工业风扇、混合器等的推进轴。但是，现有的分体式双列球面滚动轴承通常仅局限于少部分商业的慢速应用，包括连铸机，输送机和炼钢转炉等。
在对已分离的轴承进行再组装的时候，实现内圈和外圈各半部分的精确对准至关重要。内圈通常被以卡紧或其他方式固定在轴承所在的轴上，并且内圈的各半部分的对准是卡紧固定内圈过程中的一部分。外圈的固定并不采用上述方式，在分体式双列球面滚动轴承的外圈的两个半部的对准过程中，现有方法存在诸多问题。
现有技术中，一种用于对准外圈的两个半部的方法包括将外圈通过“V”形切缝分为大致相等的两部分，其中外圈的两个半部在“V”形切缝处抵靠在一起，并且外圈的两个半部没有采用机械连接的方式固定在一起。当轴承是固定轴承的时候，上述设计没有问题，即，当轴承定位于一个适于容纳轴承的轴承座内时，轴承座的尺寸被设计为可容纳轴承但可供轴承在轴承座内移动的空间很小。这种固定轴承提供了轴的轴向定位。然而，通常一根轴上具有一个以上的轴承，而仅有其中的一个轴承是固定轴承，其余轴承可自由轴向浮动以适应例如轴在使用过程中的热膨胀。
对于未固定在轴承座中且能轴向浮动的浮动轴承，由于两个轴承半部之间缺少机械连接，在滚动体的作用下和卡阻情况发生时，可能会导致两个半部的接合处在轴承座中分开。
另一种用于对准外圈的两个半部的现有方法，包括通过加工或断裂处理形成一条近似直线的切缝将外圈分为大致相等的两部分，然后再将两半部分接合在一起，依靠销钉或连接螺丝的螺肩来确定两半部分的相对位置。这种方法的问题在于：必须在外圈的各半部分上加工形成开口来容纳销钉或连接螺丝，这种方法加工难度大且成本高。
例如，外圈的各个半部上必须加工出用于容纳例如螺钉及其螺纹的开口，这些开口必须精确定位并具有相匹配的尺寸等等。若开口与螺钉及螺纹不能精确地配合，在外圈两个半部接合后的使用过程中会形成台阶，导致滚道的不连续性，从而降低轴承的性能。
外圈两个半部的接合处的加工可在材料硬化之前进行，即，当材料处于相对较软的状态时进行加工，但上述方法会导致热处理期间产生尺寸匹配和其他方面的问题。或者，可以在材料硬化后再进行加工，以避免因热处理而产生的有关问题，但这种方法又会大幅增加加工成本。
此外，无论选择哪种加工方法，外圈两个半部接合处的硬质材料形成的锐角，在外圈两个半部相接合的时候，都会导致由于硬化过程而变得易碎的部件易于断裂。
专利号为WO2013/050751的专利公开了一种分体式双列球面滚动轴承。
专利号为CN204477058的专利公开了一种分体式圆柱滚动轴承。
上述专利未能解决现有技术中存在的缺陷，因此亟待提出一种新型的双列球面滚动轴承。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种分体式双列球面滚动轴承，从而实现轴承两半部分的精确对准和在使用中保持轴承两半部分的精确对准。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述一种分体式双列球面滚动轴承包括外圈、内圈、保持架和滚动体，所述外圈具有外滚道，所述内圈位于外圈内且具有内滚道，所述保持架安装在内滚道和外滚道之间，所述滚动体使内滚道与外滚道相啮合。所述内圈、内滚道、外圈、外滚道以及保持架均包括两个半圆形部件，所述两个半圆形部件均通过相应径向延伸的接触表面接合在一起形成圆形部件。至少所述外圈的接触表面包括锯齿形接合部，其中所述锯齿形接合部的角度在25度和40度之间。
优选地，所述锯齿形接合部的表面包括多个方向变化。
优选地，所述多个方向变化包括至少5个方向变化。
优选地，所述多个方向变化包括至少7个方向变化。
优选地，所述锯齿形接合部的尖端为圆形。
优选地，所述锯齿形接合部的尖端被截断以形成扁平部。
优选地，所述外圈接触表面还包括与所述外圈的径向平面平行的所述锯齿部的相应侧上的部分。
优选地，所述平行部分比所述锯齿部的“V”形处的相应侧宽。
优选地，当两个半圆形部件接合形成圆形部件时，两个半圆形部件的相应接触表面之间的间隙在所述平行部处比在所述锯齿部处大。
优选地，所述内圈接触表面包括锯齿部。
优选地，所述保持架接触表面包括锯齿部。
优选地，所述分体式双列球面滚动轴承还包括定位在所述轴承座和所述外圈之间的护罩。
优选地，所述护罩包括两个半圆形部件，所述两个半圆形部件通过相应径向延伸的接触表面接合在一起形成圆形部件。
优选地，所述护罩由韧性材料制成。
优选地，所述韧性材料为钢。
优选地，所述护罩和所述外滚道在所述轴承座中可轴向滑动。
优选地，所述护罩可通过机械固定件以将所述护罩的两半部分固定在一起。
此外，本发明涉及一种用于制造分体式滚动轴承外滚道的方法，其中通过使用能在材料中切出具有大致一致宽度的切缝的装置，诸如电火花线切割机，将一个完整的圈切为两个大致相同的半圆形部件。
本发明还涉及一种用于制造分体式滚动轴承的方法，其中通过使用能在材料中切出具有大致一致宽度的切缝的装置，诸如电火花线切割机，将一个完整的圈切为两个大致相同的半圆形部件。
优选地，所述用于制造分体式滚动轴承的方法包括切割平行部分和锯齿部分，其中切割平行部分切除比切割锯齿部分更多的材料。
附图说明
图1是现有技术的双列滚动轴承的部分结构示意图；
图2是现有技术的分体式双列球面滚动轴承的结构分解图；
图3是本发明的第一实施例的具有护罩的分体式双列球面滚动轴承的结构示意图；
图4和图5分别是两个外圈半部接合时的受力分析示意图以及未对准接合时的受力分析示意图；
图6（a）-（d）是本发明的第二实施例的半个外圈的周向长度的示意图；
图7（a）-（c）分别是圆形分体式外圈和非圆形分体式外圈的结构示意图；
图8（a）-（d）是两个外圈半部未对准接合时的示意图；
图9是本发明的第三实施例的分体式外圈的透视图；
图10是本发明的第四实施例的分体式外圈的透视图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
如图1所示，现有技术的双列球面滚动轴承一10包括外圈一20、内圈30、位于内圈30和外圈一20之间的保持架50，以及位于保持架50中的双列滚动体40。
图2是现有技术的分体式双列球面滚动轴承二100的结构分解图，所述滚动轴承二100具有一条近似直线的切缝，其将外圈二130分为大致相等的两部分。如图2所示，滚动体安装在保持架115内，外圈二130的两个半部通过具有定位肩的螺丝120接合在一起。
图3是本发明的第一实施例的分体式双列球面滚动轴承的示意图，其中外圈三300通过 “V”形切缝分开成两个外圈半部，护罩310设置在外圈三300和轴承座320之间。护罩310可分成两个大致相等的护罩半圆部分一311和护罩半圆部分二312，其可通过例如螺丝和销钉机械地固定在一起。抵靠在一起的两个外圈半部紧密贴合在机械连接的两个护罩310半部内，并且被固定就位，从而使两个外圈半部对准。对于浮动轴承，即，不固定在轴承座中的固定位置并且可以轴向浮动的轴承，当两个外圈半部为紧密贴合时，护罩310更宽松地装配在轴承座320内，从而使护罩310和轴承在轴承座320中轴向滑动。
在本发明的第一实施例中，所述护罩310可由韧性材料制成，例如韧性钢。
然而，上述实施例存在以下潜在的问题：具体地，“V”形接合处的切线角度通常约为18°，这种设计提供两个半部之间的自对准测量，但是，由于接合面上的轴向对准力不一定能克服接合面之间的摩擦力，在两个半部之间仍然可能形成轴向台阶。
例如，如图4所示，当外圈三300的外圈上半部表面402和外圈下半部表面401接触时，一个向下的作用力403施加于外圈三300的外圈上半部，并且根据牛顿第二定律，一个响应于该作用力403的反作用力会作用于相反的方向。该反作用力具有两个分量，即垂直分量FNV和水平分量FNH，其中水平分量FNH是促使外圈上半部与外圈下半部对准并平滑接合的力，因此水平分量FNH至关重要。
如图5所示，当外圈上半部表面402和外圈下半部表面401接触并相互挤压时，两个表面彼此滑动，从而导致两个表面之间产生摩擦。这个摩擦力是摩擦系数μ和两个表面之间作用力的产物。该摩擦力亦具有两个分量，分别是水平分量µFNH和垂直分量µFNV， 其中水平分量µFNH的作用是阻止两个表面彼此相对移动。
如果摩擦力的水平分量大于反作用力的水平分量，两个表面则不会相对移动，并且外圈上半部不能与下半部对准，即：
（i）µFNH > FNH
在这种情况下，两个外圈半部不能对准也不能平滑接合，并且两个外圈半部之间会形成轴向台阶，然而，当：
（ii） µFNH < FNH
在这种情况下，两个外圈半部可移动对准并实现平滑的接合。
本发明的第二个实施例提供了解决上述问题的技术方案，如图6（a）所示，“V”形接合处的切线角度为25°到40°之间，更具体地，“V”形接合处的切线角度为25°到35°之间，更具体地，“V”形接合处的切线角度为30°左右。当“V”形接合处的切线角度位于上述范围内时，上述式子（ii）的条件满足，两个外圈半部可平滑接合。
然而，较大的“V”形接合处切线角度也有缺点，如图6（a）-（d）所示，从一个外圈半部的“V”形端的任何一点开始，沿该外圈半部的圆周表面移动到该外圈半部另一侧的匹配点，将覆盖大约180°，即测量出一个近似的半圆。但是，从外圈半部的一个“V”形端上的点到该外圈半部另一个“V”形端上的非匹配点的距离不等于180°，即外圈半部不是半圆，而是大于半圆。由图6（a）和（b）中的附图标记600、610、620、630、640和650可见。如图6（b）所示，该外圈半部的第一端601处的点620到该外圈半部的第二端602上的点650之间的距离大于外圈周长的一半。
上述长度上的差异取决于外圈半部的相对点与半圆的偏差，即“V”形角的深度与外圈半部边缘切割的直线的偏差，分别由图6 (b)和图6(d)中的X和X'所示。从图6 (b)和图6(d)可以看出, 较小的“V”形角的深度X小于较大的“V”形角的深度X'。
在装配轴承（包括两个半圈）时，上述设计可能会导致问题产生，因为轴承内仅有少量间隙，装配会更加困难。
相比其它分体式轴承，双列球面滚动轴承的外圈更宽，因此上述问题会更棘手。如图6（b）所示，随着“V”形角的深度在外圈的每一侧进一步延伸（由于外圈更宽），因此圆周距离的增加和角度的增加将超过180°，即外圈半部覆盖的距离明显超过半圆，如图6（a）所示，延伸至192°的区域。如图6（c）所示，当“V”形角的深度较浅时，外圈半部覆盖的距离未明显超过半圆，可能为187°。
此外，当由两个外圈半部组装成的外圈不是一个完美的圆形时，角度的增加超过180°将会导致径向台阶的形成。
如图7（a）所示，由两个半圆形外圈半部接合在一起形成一个圆形外圈四700，此时接合处的变形最小。
图7（b）是一个较为夸张的范例，其中两个外圈半部不是半圆形的，因此不能组合在一起形成一个完美的圆形外圈。如图7（c）所示，两个外圈半部的端部不能平滑地接合在一起，每一端都稍微超出另一个外圈半部的相应端部。
上述情况对于分体式轴承（如分体式圆柱轴承和分体式圆锥轴承）来说并不鲜见，现有的解决方案是使外圈与轴承座的尺寸相匹配。轴承座的硬度比外圈的硬度大得多，其结果是轴承座将外圈压成可接受的圆形。然而，如上所述，对于分体式双列球面滚动轴承而言，外圈通常需要在轴承座中松动配合，以允许其轴向滑动，因此在这种情况下，不能依靠轴承座来使外圈保持圆形。
如上所述，在本发明的第一实施例中，如图3所示，在轴承座320和外圈三300之间设置一个护罩310，该护罩310与外圈三300“尺寸匹配”，这意味着外圈三300紧贴在护罩310中。然而，护罩310需与轴承座320松动配合，以使外圈三300能轴向运动。如前所述，不能通过轴承座320来使外圈三300保持圆形，因为通常没有足够的空间使护罩310具有足够的径向厚度以提供所需的刚度，也就不能依靠护罩310本身来使外圈三300保持圆形。因此，如果外圈三300自身不是圆形的，则没有机制可确保外圈三300的圆形保持在可接受范围内，而且护罩310可能会因外圈三300的实际形状而变形。
尽管外圈可被加工成可接受的圆形，一旦外圈从加工夹具上松开，由于应力释放等原因，外圈的两个半部可能会松弛成一个在接头处比与接头成90°角时更大的形状，即外圈半部可能不会形成完美的半圆形状。将两个外圈半部对接在一起可能会导致接合处出现不连续性，如图7（c）所示，可能导致两个外圈半部接合处出现“台阶”。如图8（a）-（d）所示，其中两个外圈半部的中间位置没有径向台阶，但且该中间位置的任一侧，公接合部径向地在母接合部内或外形成台阶，从而导致滚道的不连续性。图8（d）示出了上述台阶形成的可能性。
如前所述，优选外圈为圆形，尽管在实际应用中可接受一定范围内的公差，并且其本身不会导致与轴承性能相关的问题。然而，在两个外圈半部之间形成的台阶（在两个半部接合处）可能导致严重的轴承性能的问题。
图9是本发明第三实施例的分体式双列球面滚动轴承的示意图。
图9示出了第三实施例的分体式外圈900的透视结构，其中外圈上半部920和外圈下半部910定位于接合方向，两个外圈半部被锯齿形切缝930分开。锯齿形切缝包括一系列“V”形切割线940，轴承沿着切割线940被分开。如图9所示，每个接合角均在25°和40°之间，也可像第二实施例中那样大约为30°，但是与第二实施例不同的是，第三实施例中沿分割线940具有多个方向变化。分割线940中的方向变化的次数可能不同，可包括例如1到10个方向变化，更具体地，方向变化的数量可以是7个方向变化，或者5个方向变化，或者3个方向变化。
在分割线中包含多个方向变化的优点是，由于外圈两半部的圆度中的给定误差而导致的接合处形成的台阶尺寸被减小了。
因为有多个“V”形，其中任何一个“V”形的深度小于第二实施例中单个“V”形的深度，意味着外圈半部一端上的点到另一端上的任何点之间的最长距离接近圆周距离的一半，并且该角度将更接近180°，避免了第二实施例中的许多问题的发生。如图6（c）所示，单个“V”形切缝可能导致例如187°的角度，而切缝方向的多次改变可能将角度减小到183°（未显示），这就使组装难度降低了很多。
此外，外圈两半部可以更容易地绕轴承的其余部分安装。较浅的切缝顶部和底部的参差不齐的连接意味着外圈的两半部更容易接合在一起，并且接合得更平滑。
半圈端部的顶和底均为圆形，意味着在生成切缝的切割过程中，锯齿状边缘的顶部或尖端被去除，锯齿状边缘的凹处或底部也被加工平滑。进一步地，可将锯齿状边缘的顶部或尖端截断形成平坦部分。这样做的好处是在两个半圈抵靠的时候，避免锯齿状边缘的顶部以及对应的母接合部不能良好地接合。
在本发明第四实施例中，如图10所示，当接触时可形成完整外圈的两个半圈的表面包括锯齿部分1030的任一侧的平面部分1010。所述平面部分1010从所述锯齿部分1030延伸到所述外圈的相应边缘1020，并且平行于沿着所述外圈的半径平面并且垂直于所述外圈的径向平面。
进一步地，两个半圈的接触表面的平行部分1010比锯齿部分的每个“V”形处的边缘宽。
进一步地，当将外圈分成两部分时，一些材料会损失，在两个半部分之间形成间隙，各个平行部分1010之间的间隙或材料损失比有角度的部分1040之间的间隙或材料损失更大。通过上述设计，当两个半部接合在一起时，平行部分1010不会接触，从而确保有角度的部分1040接触并有效地将两个半部分对准在一起。
进一步地，密封件可以定位在外圈的端面上，且密封件可以利用平行部分与外圈啮合。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (15)

1.一种分体式双列球面滚动轴承，其特征在于：包括外圈、内圈、保持架和滚动体，所述外圈具有外滚道，所述内圈位于外圈内且具有内滚道，所述保持架安装在内滚道和外滚道之间，所述滚动体使内滚道与外滚道相啮合，所述内圈、内滚道、外圈、外滚道以及保持架均包括两个半圆形部件，所述两个半圆形部件均通过相应径向延伸的接触表面接合在一起形成圆形部件，至少所述外圈的接触表面包括锯齿形接合部，其中所述锯齿形接合部相对轴向方向的角度为25°到35°之间;所述锯齿形接合部的表面包括多个方向变化；和
所述多个方向变化包括至少5个方向变化。
2.如权利要求1所述的分体式双列球面滚动轴承，其特征在于：所述多个方向变化包括至少7个方向变化。
3.如权利要求1或2所述的分体式双列球面滚动轴承，其特征在于：所述锯齿形接合部的尖端为圆形。
4.如权利要求1-3任一所述的分体式双列球面滚动轴承，其特征在于：所述锯齿形接合部的尖端被截断以形成扁平部。
5.如以上任一权利要求所述的分体式双列球面滚动轴承，其特征在于：所述锯齿形接合部包括锯齿部分（1030），所述外圈接触的表面还包括在所述锯齿部分（1030）的任一侧的平面部分（1010），所述平面部分（1010）从所述锯齿部分（1030）延伸到所述外圈的相应边缘（1020），所述平面部分（1010）平行于所述外圈的半径平面并且垂直于所述外圈的径向平面。
6.如权利要求5所述的分体式双列球面滚动轴承，其特征在于：所述平面部分比所述锯齿部分的“V”形处的相应侧宽。
7.如权利要求5或6任一所述的分体式双列球面滚动轴承，其特征在于：当两个半圆部件接合形成圆形部件时，两个半圆部的对应接触表面之间的间隙在所述平面部分处比在所述锯齿部分处大。
8.如以上任一权利要求所述的分体式双列球面滚动轴承，其特征在于：所述内圈的接触表面包括锯齿部分。
9.如以上任一权利要求所述的分体式双列球面滚动轴承，其特征在于：所述保持架的接触表面包括锯齿部分。
10.如权利要求1所述的分体式双列球面滚动轴承，其特征在于：所述分体式双列球面滚动轴承还包括定位在轴承座和所述外圈之间的护罩（310）。
11.如权利要求10所述的分体式双列球面滚动轴承，其特征在于：所述护罩包括护罩半圆部分一（311）和护罩半圆部分二（312），所述护罩半圆部分一（311）和护罩半圆部分二（312）通过相应径向延伸的接触表面接合在一起形成圆形部件。
12.如权利要求10所述的分体式双列球面滚动轴承，其特征在于：所述护罩由韧性材料制成。
13.如权利要求12所述的分体式双列球面滚动轴承，其特征在于：所述韧性材料为钢。
14.如权利要求10-13任一所述的分体式双列球面滚动轴承，其特征在于：所述护罩和所述外滚道在轴承座中可轴向滑动。
15.如权利要求10所述的分体式双列球面滚动轴承，其特征在于：所述护罩通过机械固定件以将所述护罩的两个半部固定在一起。
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