CN112160984A - 一种高速列车用轴箱轴承 - Google Patents

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王云龙
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Abstract

本发明公开了一种高速列车用轴箱轴承，包括内侧壁上设有两列外滚道的外圈，置于所述外圈内且外侧壁上设有内滚道的两个内圈，置于所述外滚道和所述内滚道之间的两列滚动体，置于所述外圈与所述内圈之间用于保持所述滚动体的保持架，以及设置在轴承两端的用于对轴承进行密封的密封装置，其特征在于：还包括分别置于轴承两端外侧的第一密封座和第二密封座，所述密封装置包括外骨架、内嵌骨架、密封圈以及内油封。该轴承由于密封装置形成了两道非接触的密封结构，保证了轴箱轴承的能够实现低摩擦、低运行温度，并能够保证高的密封性能，从而提高轴承的极限转速和疲劳寿命。

Description

一种高速列车用轴箱轴承
技术领域
本发明涉及轴箱轴承技术领域，具体涉及一种高速列车用轴箱轴承。
背景技术
随着铁路车辆的快速发展，对轴箱轴承的运行速度和可靠性提出更高的要求。目前的轴箱轴承结构一般采用自带密封结构的双列圆锥滚子轴承，适用于低转速运用工况，国内高速列车的轴箱轴承研究尚属于空白。根据以往轴箱轴承的试验数据分析，接触式或轻接触式密封件与前后密封座或轴承内圈存在着滑动接触摩擦，容易导致轴承的异常高温现象，经拆解检查发现，异常高温现象的轴承并没有在轴承滚动表面发现失效或损伤，这种问题随着轴承速度的提高而显著。此外轴箱轴承安装在车轴的端部，承载过大的径向力，车轴发生弯曲变形，在高速运转中轴承内圈与后密封座接触部位、内圈与前密封接触部位产生反复接触应力，各接触面在反复接触应力作用下将会产生摩擦磨损，产品磨损粉尘并造成轴承轴向精度下降，如果磨损粉尘进入轴承内部，将造成润滑脂的污染，缩短轴承的寿命。
在车轴运行时如何有效降低轴承的运行温度，减少摩擦发热，抑制摩擦磨损粉尘的产生，并确保高密封性，成为轴箱轴承亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对以上问题提出了一种高速列车用轴箱轴承。
本发明采用的技术手段如下：
一种高速列车用轴箱轴承，包括内侧壁上设有两列外滚道的外圈，置于所述外圈内且外侧壁上设有内滚道的两个内圈，置于所述外滚道和所述内滚道之间的两列滚动体，置于所述外圈与所述内圈之间用于保持所述滚动体的保持架，以及设置在轴承两端的用于对轴承进行密封的密封装置，还包括分别置于轴承两端外侧的第一密封座和第二密封座，所述密封装置包括外骨架、内嵌骨架、密封圈以及内油封；
所述外骨架包括外骨架固定部、外骨架连接部以及外骨架支撑部，所述外骨架固定部与所述外圈的内径固定连接，所述外骨架连接部设置在所述外骨架固定部上且沿平行于轴承的轴线方向向外侧延伸，所述外骨架支撑部设置在所述外骨架连接部上且沿垂直于轴承的轴线方向设置；
所述内嵌骨架包括内嵌骨架固定部、内嵌骨架连接部以及内嵌骨架密封部，所述内嵌骨架固定部与所述外骨架连接部的内径侧固定连接，所述内嵌骨架连接部设置在所述内嵌骨架固定部上且向所述内圈一侧延伸，所述内嵌骨架密封部设置在所述内嵌骨架连接部上且沿平行于轴承轴向的方向向内侧延伸，所述内嵌骨架密封部的内径与内圈的外侧壁之间形成第一密封间隙；
所述内油封包括内油封固定部、内油封连接部以及内油封密封部，所述内油封固定部与所述第一密封座或所述第二密封座的外壁固定连接，所述内油封连接部设置在所述内油封固定部上且沿垂直于轴承的轴线方向向外侧延伸，所述内油封密封部设置在所述内油封连接部上且沿平行于轴承的轴线方向向内侧延伸；
所述密封圈固定在所述外骨架支撑部上，所述密封圈包括主密封唇、第一副密封唇、第二副密封唇以及密封齿部，所述主密封唇与第一副密封唇之间形成内油封密封部容纳部，所述内油封密封部置于所述内油封密封部容纳部中，所述第一副密封唇和所述第二密封唇置于由所述内油封固定部、内油封连接部以及内油封密封部形成的副密封唇容纳部，所述密封齿部与所述内油封固定部的外壁相对设置，所述密封齿部上设有多个密封齿，所述密封圈与所述内油封形成第二密封间隙。
进一步地，所述的内嵌骨架的轴向截面形状呈“C”型或“S”型。
进一步地，所述内圈与所述第二密封座之间设置有铜隔圈。
进一步地，所述第二密封座朝向所述内圈的一侧设有向内圈方向凸出的环状的铜隔圈安装凸起，所述铜隔圈包括铜隔圈外固定部、铜隔圈接触部以及铜隔圈内固定部，所述铜隔圈外固定部与所述铜隔圈安装凸起的外壁过盈配合，所述铜隔圈接触部两个侧面分别与所述内圈的端部与所述铜隔圈安装凸起的端部接触，所述铜隔圈内固定部与所述铜隔圈安装凸起的内壁间隙配合。
进一步地，所述滚动体的端面为球基面，所述内圈的外挡边与所述滚动体的端面的接触点位于内圈的外挡边靠近内圈内径一侧的1/3～1/2位置处。
进一步地，所述内圈上还设有斜挡边，所述斜挡边设置在所述外挡边的外侧且所述斜挡边与所述滚动体的端面形成储油槽。
进一步地，所述的斜挡边的高度小于所述外挡边高度的1/3，并与外挡边所成角度小于60°。
进一步地，所述外圈上还设有通气栓。
与现有技术比较，本发明所述的高速列车用轴箱轴承具有以下优点，由于轴承的密封装置包括外骨架、内嵌骨架、密封圈以及内油封，内嵌骨架与内圈形成第一密封间隙，密封圈与内油封形成第二密封间隙，即形成了双密封结构，且均为非接触密封，轴箱轴承的能够实现低摩擦、低运行温度，并能够保证高的密封性能，从而提高轴承的极限转速和疲劳寿命，实现轴箱轴承高速化的发展。
附图说明
图1为本发明公开的高速列车用轴箱轴承的结构图；
图2a为内嵌骨架轴向截面为“C”型密封装置的部分结构图；
图2b为内嵌骨架轴向截面为“S”型密封装置的部分结构图；
图3a为内圈与第二密封座位置处的结构图；
图3b为铜隔圈的结构图；
图3c为内圈、铜隔圈与第二密封座爆炸视图；
图4为图1中A处的放大图。
图中：10、外圈，11、内圈，110、外挡边，111、斜挡边，112、储油槽，12、滚动体，13、保持架，14、中隔圈，15、第一密封座，16、第二密封座，160、铜隔圈安装凸起，2、密封装置，3、外骨架，30、外骨架固定部，31、外骨架连接部,32、外骨架支撑部，4、内嵌骨架，40、内嵌骨架固定部，41、内嵌骨架连接部,42，内嵌骨架密封部，43、第一密封间隙，5、密封圈，50、主密封唇，51、第一副密封唇，52、第二副密封唇，53密封齿部，54、内油封密封部容纳部，55、密封齿，56、第二密封间隙，6、内油封，60、内油封固定部，61、内油封连接部，62、内油封密封部，63、副密封唇容纳部，7、铜隔圈，70、铜隔圈外固定部，71、铜隔圈接触部，72、铜隔圈内固定部。
具体实施方式
如图1所示为本发明公开的高速列车用轴箱轴承，包括内侧壁上设有两列外滚道的外圈10，置于所述外圈10内且外侧壁上设有内滚道的两个内圈11，两个内圈11之间设置有中隔圈14，置于所述外滚道和所述内滚道之间的两列滚动体12，置于所述外圈10与所述内圈11之间用于保持所述滚动体的保持架13，以及设置在轴承两端的用于对轴承进行密封的密封装置2，还包括分别置于轴承两端外侧的第一密封座15和第二密封座16，第一密封座15、内圈11和第二密封座16由车轴外侧向轴肩处依次设置，所述密封装置2包括外骨架3、内嵌骨架4、密封圈5以及内油封6；
如图2a所示为本发明公开的密封装置的第一种实施例，具体地，所述外骨架3包括外骨架固定部30、外骨架连接部31以及外骨架支撑部32，所述外骨架固定部30与所述外圈10的内径固定连接，所述外骨架连接部31设置在所述外骨架固定部30上且沿平行于轴承的轴线方向向外侧延伸，所述外骨架支撑部32设置在所述外骨架连接部31上且沿垂直于轴承的轴线方向设置；
所述内嵌骨架4包括内嵌骨架固定部40、内嵌骨架连接部41以及内嵌骨架密封部42，所述内嵌骨架固定部40与所述外骨架连接部41的内径侧固定连接，所述内嵌骨架连接部41设置在所述内嵌骨架固定部40上且沿垂直于轴承的轴线方向向内侧延伸，所述内嵌骨架密封部42设置在所述内嵌骨架连接部41上且沿平行于轴承轴向的方向向内侧延伸，所述内嵌骨架密封部42的内径与内圈的外侧壁之间形成第一密封间隙43，即本实施例中，内嵌骨架的轴向横截面的形状呈“C”型结构；
所述内油封6包括内油封固定部60、内油封连接部61以及内油封密封部62，内油封固定部60呈“L”型结构，所述内油封固定部60与所述第一密封座15或所述第二密封座16的外壁固定连接，所述内油封连接部61设置在所述内油封固定部60上且沿垂直于轴承的轴线方向向外侧延伸，所述内油封密封部62设置在所述内油封连接部61上且沿平行于轴承的轴线方向向内侧延伸。
所述密封圈5固定在所述外骨架支撑部32上，所述密封圈5包括主密封唇50、第一副密封唇51、第二副密封唇52以及密封齿部53，所述主密封唇50与第一副密封唇51之间形成内油封密封部容纳部54，所述内油封密封部62置于所述内油封密封部容纳部54中，所述第一副密封唇51和所述第二密封唇52置于由所述内油封固定部60、内油封连接部61以及内油封密封部62形成的副密封唇容纳部63，所述密封齿部53与所述内油封固定部60的外壁相对设置，所述密封齿部53上设有多个密封齿55，所述密封圈5与所述内油封6形成第二密封间隙56。
本发明中密封装置与内圈、第一密封座或第二密封座形成双密封结构对轴承进行密封，即第一间隙密封和第二间隙密封，第二间隙密封为迷宫间隙密封。优选地，密封圈由橡胶经过硫化形成，所述的第一间隙密封是由内嵌骨架的内径与内圈外挡边外径面形成一定宽度的非接触间隙密封，密封效果与间隙大小和密封宽度有关。与接触式密封相比，所述的第一间隙密封可有效防止润滑脂泄露，避免微小磨损磨耗粉进入轴承内部，同时能够实现低发热化。所述的第二间隙密封是由橡胶制成密封圈与内油封形成的迷宫储油槽和内油封形成的非接触式迷宫密封，所述的迷宫储油槽可储存少量的润滑脂，使外油封和内油封适当润滑，迷宫结构使密封通道更长，密封效果更好，避免外界灰尘杂质进入轴承内部。
在所述的第二迷宫间隙密封的外侧设计有橡胶唇口，与内骨架形成间隙配合，保证轴承内热气的排放。
所述的内油封采用具有延伸性能更好的钢板(DC04钢板)冲压成型，内壁采用变薄处理，装配后与前后挡(第一、第二密封座)贴合度更好，外侧采用折弯与橡胶形成第二迷宫间隙密封，密封更可靠。
根据这种结构，即使润滑脂泄露出第一间隙密封处的情况下，由于第二密封结构的存在，润滑脂会储存在第一间隙密封和第二迷宫间隙密封之间，不会造成润滑脂的泄露，外部异物也不易进入轴承内部。
如图2b所示为本发明公开的密封装置的第二种实施例，在本实施例中，所述内嵌骨架4包括内嵌骨架固定部40、内嵌骨架连接部41以及内嵌骨架密封部42，所述内嵌骨架固定部40与所述外骨架连接部41的内径侧固定连接，所述内嵌骨架连接部41设置在所述内嵌骨架固定部40上且向内圈一侧延伸，所述内嵌骨架密封部42设置在所述内嵌骨架连接部41上且沿平行于轴承轴向的方向向内侧延伸，所述内嵌骨架密封部42的内径与内圈的外侧壁之间形成第一密封间隙43，即本实施例中，内嵌骨架的轴向横截面的形状呈“S”型结构。
进一步地，如图3a、图3b和图3c所示，所述内圈11与所述第二密封座16之间设置有铜隔圈7。所述第二密封座16朝向所述内圈11的一侧设有向内圈11方向凸出的环状的铜隔圈安装凸起160，所述铜隔圈7包括铜隔圈外固定部70、铜隔圈接触部71以及铜隔圈内固定部72，即铜隔圈的截面形状为U型槽结构，所述铜隔圈外固定部70与所述铜隔圈安装凸起160的外壁过盈配合，所述铜隔圈接触部71两个侧面分别与所述内圈11的端部与所述铜隔圈安装凸起160的端部接触，所述铜隔圈内固定部72与所述铜隔圈安装凸起160的内壁间隙配合。
铜隔圈有铜薄板制成，位于内圈与第二密封座之间，其作用是避免内圈与后密封座之间直接接触，尽可能防止微小摩擦磨损粉尘的产生。
铜隔圈通过专用工具压装到铜隔圈安装凸起上，使铜隔圈的内径面与铜隔圈安装凸起外径面过盈配合固定，可防止铜隔圈的脱落；铜隔圈的下侧外径面与第二密封座内径面有小间隙，避免铜隔圈安装过程中的变形问题。
进一步地，如图4所示，所述滚动体12的端面为球基面，所述内圈的外挡边110与所述滚动体的端面的接触点位于内圈的外挡边靠近内圈内径一侧的1/3～1/2位置处，即所述内圈的外挡边110与所述滚动体的端面的接触点位于内圈的外挡边有效长度内侧位置(除去油沟和倒角后长度)的1/3～1/2处。
进一步地，所述内圈11上还设有斜挡边111，所述斜挡边111设置在所述外挡边110的外侧且所述斜挡边111与所述滚动体12的端面形成储油槽112。优选地，所述的斜挡边111的高度小于所述外挡边高度的1/3，并与外挡边所成角度小于60°。
所示的滚动体的端面为球基面，与圆锥面的内圈外挡边接触，通过设计合适的球基面半径和内圈大挡边倾斜角使接触点在轻载荷下位于轴承内圈大挡边的中下部，即大挡边长度的1/3～1/2处，降低接触点的位置，可减少接触点的线速度，从而减少摩擦发热。
所示的斜挡边位于外挡边外侧，并与滚动体端面形成一个V形的储油槽，有利于润滑脂的储存和流入滑动摩擦副，改善滑动摩擦副的润滑条件，减小滑动摩擦力，从而降低内圈挡边和滚子端部之间的温升可能性，保证轴承运转温度在可控范围内，提高轴承的极限转速和改善润滑脂工作环境，延长轴承使用寿命。
进一步地，外圈上还设有通气栓，以便于对轴承内进行注入油脂和通气。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高速列车用轴箱轴承，包括内侧壁上设有两列外滚道的外圈，置于所述外圈内且外侧壁上设有内滚道的两个内圈，置于所述外滚道和所述内滚道之间的两列滚动体，置于所述外圈与所述内圈之间用于保持所述滚动体的保持架，以及设置在轴承两端的用于对轴承进行密封的密封装置，其特征在于：还包括分别置于轴承两端外侧的第一密封座和第二密封座，所述密封装置包括外骨架、内嵌骨架、密封圈以及内油封；
所述外骨架包括外骨架固定部、外骨架连接部以及外骨架支撑部，所述外骨架固定部与所述外圈的内径固定连接，所述外骨架连接部设置在所述外骨架固定部上且沿平行于轴承的轴线方向向外侧延伸，所述外骨架支撑部设置在所述外骨架连接部上且沿垂直于轴承的轴线方向设置；
所述内嵌骨架包括内嵌骨架固定部、内嵌骨架连接部以及内嵌骨架密封部，所述内嵌骨架固定部与所述外骨架连接部的内径侧固定连接，所述内嵌骨架连接部设置在所述内嵌骨架固定部上且向所述内圈一侧延伸，所述内嵌骨架密封部设置在所述内嵌骨架连接部上且沿平行于轴承轴向的方向向内侧延伸，所述内嵌骨架密封部的内径与内圈的外侧壁之间形成第一密封间隙；
所述内油封包括内油封固定部、内油封连接部以及内油封密封部，所述内油封固定部与所述第一密封座或所述第二密封座的外壁固定连接，所述内油封连接部设置在所述内油封固定部上且沿垂直于轴承的轴线方向向外侧延伸，所述内油封密封部设置在所述内油封连接部上且沿平行于轴承的轴线方向向内侧延伸；
所述密封圈固定在所述外骨架支撑部上，所述密封圈包括主密封唇、第一副密封唇、第二副密封唇以及密封齿部，所述主密封唇与第一副密封唇之间形成内油封密封部容纳部，所述内油封密封部置于所述内油封密封部容纳部中，所述第一副密封唇和所述第二密封唇置于由所述内油封固定部、内油封连接部以及内油封密封部形成的副密封唇容纳部，所述密封齿部与所述内油封固定部的外壁相对设置，所述密封齿部上设有多个密封齿，所述密封圈与所述内油封形成第二密封间隙。
2.根据权利要求1所述的高速列车用轴箱轴承，其特征在于：所述的内嵌骨架的轴向截面形状呈“C”型或“S”型。
3.根据权利要求1或2所述的高速列车用轴箱轴承，其特征在于：所述内圈与所述第二密封座之间设置有铜隔圈。
4.根据权利要求3所述的高速列车用轴箱轴承，其特征在于：所述第二密封座朝向所述内圈的一侧设有向内圈方向凸出的环状的铜隔圈安装凸起，所述铜隔圈包括铜隔圈外固定部、铜隔圈接触部以及铜隔圈内固定部，所述铜隔圈外固定部与所述铜隔圈安装凸起的外壁过盈配合，所述铜隔圈接触部两个侧面分别与所述内圈的端部与所述铜隔圈安装凸起的端部接触，所述铜隔圈内固定部与所述铜隔圈安装凸起的内壁间隙配合。
5.根据权利要求4所述的高速列车用轴箱轴承，其特征在于：所述滚动体的端面为球基面，所述内圈的外挡边与所述滚动体的端面的接触点位于内圈的外挡边靠近内圈内径一侧的1/3～1/2位置处。
6.根据权利要求5所述的高速列车用轴箱轴承，其特征在于：所述内圈上还设有斜挡边，所述斜挡边设置在所述外挡边的外侧且所述斜挡边与所述滚动体的端面形成储油槽。
7.根据权利要求6所述的高速列车用轴箱轴承，其特征在于：所述的斜挡边的高度小于所述外挡边高度的1/3，并与外挡边所成角度小于60°。
8.根据权利要求1所述的高速列车用轴箱轴承，其特征在于：所述外圈上还设有通气栓。
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