CN113302413B - 用于经改善的轴承跳动的滚子排列 - Google Patents

用于经改善的轴承跳动的滚子排列 Download PDF

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Abstract

一种轴承包括围绕轴承的三百六十度周向范围间隔开的多个滚动元件(26)。非一的奇数数量的高点围绕轴承的周向范围尽可能几乎均匀地定位，高点由具有最大直径的滚动元件所定位于的位置限定。非一的奇数数量的低点围绕轴承的周向范围尽可能几乎均匀地定位，低点由具有最小直径的滚动元件所定位于的位置限定。高点的非一的奇数数量与低点的非一的奇数数量相同，并且每个低点尽可能几乎均匀地定位于两个邻近的高点之间。

Description

用于经改善的轴承跳动的滚子排列
相关申请
本申请请求保护于2019年4月23日提交的美国临时专利申请No. 62/837,419的权益，该临时专利申请的全部内容在此通过引用并入本文。
背景技术
本发明涉及滚动元件轴承，并且更具体地涉及交叉滚子精密轴承。
机械工具和其它精密应用典型地要求具有精密的跳动特性的轴承，以便满足低的误差运动和跳动。为了实现所要求的误差运动和跳动，往往有必要收缩所有的轴承构件上的尺寸公差。这样最大限度地减小公差是昂贵的。
发明内容
本发明通过排列如所示出的那样的滚子来实现具有经减少的组件误差运动和跳动的轴承。即使在滚子中存在一些尺寸变化的情况下，也通过该创造性排列使跳动最大限度地减小。
在一个方面，本发明提供一种轴承，该轴承包括围绕轴承的三百六十度周向范围间隔开的多个滚动元件。非一的奇数数量的高点围绕轴承的周向范围尽可能几乎均匀地定位，所述高点由具有最大直径的滚动元件所定位于的位置限定。非一的奇数数量的低点围绕轴承的周向范围尽可能几乎均匀地定位，所述低点由具有最小直径的滚动元件所定位于的位置限定。高点的非一的奇数数量与低点的非一的奇数数量相同，并且每个低点尽可能几乎均匀地定位于两个邻近的高点之间。多个滚动元件中的定位于高点与低点之间的滚动元件在从高点到低点的方向上在直径上减小。
在另一方面，本发明提供一种将多个滚动元件围绕轴承的三百六十度周向范围排列的方法。该方法包括：建立围绕轴承尽可能几乎均匀地间隔开的非一的奇数数量的高点，所述高点由具有最大直径的滚动元件所定位于的位置限定；建立围绕轴承尽可能几乎均匀地间隔开的相同的非一的奇数数量的低点，其中，每个低点在邻近的高点之间尽可能均匀地间隔开，所述低点由具有最小直径的滚动元件所定位于的位置限定；以及将剩余的滚子在高点与低点之间排列，使得滚动元件在从高点朝向低点的方向上在直径上减小。
在另一方面，本发明提供一种交叉滚子轴承，该种交叉滚子轴承包括围绕轴承的三百六十度周向范围间隔开的多个圆锥滚子。邻近的圆锥滚子交叉，使得所述邻近的圆锥滚子的相应的轴线大体上彼此正交。提供了多个间隔件，所述多个间隔件中的一个间隔件定位于每个邻近的圆锥滚子之间。非一的奇数数量的高点围绕轴承的周向范围尽可能几乎均匀地定位，所述高点由具有最大直径的圆锥滚子所定位于的位置限定。至少一个低点尽可能几乎均匀地定位于两个邻近的高点之间，所述低点由具有最小直径的圆锥滚子所定位于的位置限定。多个圆锥滚子中的定位于高点与低点之间的圆锥滚子在从高点到低点的方向上在直径上减小。
在又一方面，本发明提供一种轴承，该轴承包括围绕轴承的三百六十度周向范围间隔开的多个滚动元件。多于两个的偶数数量的高点围绕轴承的周向范围尽可能几乎均匀地定位，所述高点由具有最大直径的滚动元件所定位于的位置限定。多于两个的偶数数量的低点围绕轴承的周向范围尽可能几乎均匀地定位，所述低点由具有最小直径的滚动元件所定位于的位置限定。高点的数量与低点的数量相同，并且每个低点尽可能几乎均匀地定位于两个邻近的高点之间。多个滚动元件中的定位于高点与低点之间的滚动元件在从高点到低点的方向上在直径上减小。
本发明的其它方面将通过考虑详细描述和附图而变得清晰。
附图说明
图1是体现本发明的交叉滚子精密轴承的透视图，该交叉滚子精密轴承被示出成经局部地分解。
图2是图1的经装配的轴承的局部截面图。
图3是图1的轴承的滚子排列的示意性图示。
图4是示出图1的轴承的滚子排列的局部装配图，其中，内环和外环的部分被移除。
图5是体现本发明的备选滚子排列布置的示意性图示。
图6是体现本发明的两列球面滚子轴承的透视图。
具体实施方式
在详细地解释本发明的任何实施例之前，要理解的是，本发明在其应用中不限于在下列描述中阐明或在下列附图中示出的构造的细节和构件的布置。本发明能够用于其它实施例，并且能够以各种方式和利用其它滚子元件轴承类型来实践或实行。
图1和图2示出根据本发明的滚动元件轴承10。所示出的轴承10是在精密机械工具中使用的类型的交叉滚子轴承。一个示例是可从俄亥俄州北坎顿市的Timken公司买到的Timken的TXRDO型轴承。这样的轴承10被要求具有低装配跳动，以便在旋转机械工具的情况下实现高精度。当然，本发明还可应用于其它类型的轴承。
所示出的轴承10包括第一内环和第二内环14、18以及外环22。环14、18以及22限定相应的滚道，滚动元件(例如，圆锥滚子)26在所述相应的滚道上滚动。如所示出的那样，邻近的滚子26交叉，这意味着它们的旋转轴线大体上彼此正交。邻近的滚子26还由间隔件30彼此分开，所述间隔件30可为聚合物(例如，尼龙)部件。这些交叉滚子轴承不包括保持架，而是相反利用截然不同并且独立的间隔件30。每个滚子26进一步包括突出部34，该突出部34定位于小直径端部上，以将滚子26抵靠外环22偏压。突出部34也是聚合物部件。
用于轴承10的滚子26被成批制造。尽管努力实现滚子(诸如，外径)的尺寸均一性，制造差异还是不可避免地导致一些在滚子之间的不一致性或差异。本发明认识到在滚子尺寸上的该差异，并且将其引入到针对轴承10的设计及装配过程中。
示例性轴承10可包括三十四个滚子26。交叉滚子轴承典型地具有偶数数量的滚子。三十四个滚子26中的每个一旦被制造，就针对一个或多个关键尺寸来测量它。例如，对于所示出的圆锥滚子26，可测量在滚子26的大端处的直径或每个滚子26的最大直径。测量在滚子的较小端处的直径以及在沿滚子的长度的中点处的直径(即，平均直径)也是常见的。通常所理解的是，无论在何处测量直径，尺寸变化都将在滚子之间一致，使得可使用三个位置中的任何一个以用于利用本发明的方法的测量。无论使用哪种测量(例如，大端、小端、中点)，具有最大直径的滚子可被赋予1的尺寸因子。取决于最大测量直径以下的增量差异，(由于制造差异)具有较小直径的滚子可被赋予小于一的尺寸因子。因此，具有其次的最大直径的滚子可被赋予0.9的尺寸因子，然后，具有其次的最大直径的滚子可被赋予0.8的尺寸因子，等等。当然，各种其它分类命名法可为替代的(例如，n、n-1、n-2……等等)。
一旦所有滚子26得到测量和分类，就可确定滚子26在轴承10内的排列。在所示出的实施例中，该排列所基于的是围绕轴承10的360度提供大于一(例如，3、5、7等等)的奇数数量的高点或最大直径/最大可用直径滚子位置。通过具有非一的奇数数量的这些高点，最大限度地减小轴承10的环之间的摇摆或角对准误差。参考图3的示意性图示，建立三个高点，并且那三个高点围绕轴承10尽可能几乎均等地定位(例如，分开大约120度)。如果滚子的数量不是三的倍数，则不可能分开正好120度，所以，实际角将稍微偏离，但考虑到所使用的具体的轴承10、滚子26以及间隔件30，该实际角将尽可能为几乎120度。例如，任何两个高点之间的间隔可在从110度到130度的范围内变动。类似地，如果轴承包括五个高点，则邻近的高点应当尽可能为几乎72度，并且可在从62度到82度的范围内变动。如在本文中和在所附权利要求书中所使用的那样，“尽可能几乎均匀地”或类似短语旨在顾及由于在轴承中所使用的滚子的具体数量、间隔件30，和/或可能在将在轴承中使用的成批滚子内出现的在滚子尺寸测定上的差异而不同于完全相等的间隔的角定位。将利用以下示例来对此进一步进行阐明和解释。
滚子26循序地定位于环14、18、22中，使得如果存在具有1的尺寸因子的三个滚子，则那三个滚子定位成彼此分开尽可能几乎120度。具有最小尺寸因子的三个(或更多个)滚子也定位成彼此分开尽可能几乎120度，由此建立三个低点或最小直径/最小可用直径滚子位置。这三个低点在从由最大滚子建立的高点起的尽可能几乎60度的角偏移处。图3示意性地示出最大直径滚子和最小直径滚子的该种放置，用以实现三个高点和三个低点。
然后，在定位于最大滚子中的一个与邻近的最小滚子之间的情况下，剩余的滚子26循序地定位于最大滚子与最小滚子之间，从而在尺寸上从最大减小到最小。图3中的外线38形象地描绘了此。
以下的表1描绘一个示例性序列，其中，基于平均滚子直径确定滚子位置。
表1
。
三十四个滚子被划分成六个尺寸因子：1(最大)、0.9、0.8、0.7、0.6以及0.5(最小)。注意在该成批的三十四个滚子中是怎样存在六个尺寸因子为1的滚子的。这些是六个最大滚子。因此，这些最大滚子中的两个被赋予滚子编号1和34，并且被成对地定位成彼此相邻，其中，三对最大滚子以尽可能几乎120度的方式彼此间隔开(参见滚子编号1、34；12、13；和23、24以及它们相关联的角位置)。注意到滚子1与滚子12之间的间隔是116.47度，滚子12与滚子24之间的间隔是127.06度，并且滚子24与滚子1之间的间隔是116.47度。因此可看到的是，考虑到滚子数量、它们相应的尺寸变化以及间隔件30，限定三个高点中的每个的成对的滚子是怎样大体上彼此分开大约120度并且围绕轴承的圆周尽可能均匀地间隔开的。在实施该创造性排列时，轴承设计领域中的普通技术人员将能够基于滚子数量和在进行测量之后所确定的尺寸因子分类而针对任何特定轴承来确定高点和低点的适当的“尽可能几乎均匀”的间隔。与基于限定每个高点的一个滚子的位置来确定定位相反，另一个可能的方法将为将每个高点的中心(限定每个高点的两个或三个滚子之间的中点)定位成尽可能分开接近120度。
在高点由成对的滚子限定的情况下，因为邻近的滚子交叉(即，它们的轴线大体上彼此正交)，所以成对的高点滚子在交替的座圈上坐置。利用该布置，减少了径向跳动和轴向跳动两者。因此，在有可能使用成对的邻近的滚子来建立高点的情况下，可在交叉滚子轴承上实现经改善的跳动减少。
还注意到在该成批的三十四个滚子中是怎样存在四个尺寸因子为0.5的滚子的。这些是四个最小滚子。滚子编号6和7被成对地定位成彼此邻近，而两个剩余的最小滚子被赋予滚子编号18和29，并且以尽可能几乎120度的方式间隔开。这些最小滚子与最接近的最大滚子以尽可能几乎60度的方式间隔开。同样，如以上所描述的那样，基于滚子数量、尺寸变化等等的相同考虑因素也适用。
被赋予尺寸因子0.9、0.8、0.7以及0.6的剩余的滚子如在该表中所阐明的那样定位成从最大滚子到最小滚子在尺寸上减小。图4示出经装配的轴承10的部分，其中示出了滚子编号1-4。同样，由于偶数数量的滚子，并且由于针对任何成批滚子的尺寸因子的具体划分，最大滚子与邻近的最小滚子之间的滚子的数量将不一定相同。
为了最高的精密度，并且如图1和图2中所示出的那样，在例行的组装过程中并且在轴承的操作中，所有滚子都处于对于轴承座圈的预载。较大的滚子具有比较小的滚子略微更高的预载，但所有滚子都持续地与内滚道和外滚道接触。所描述的排列中的滚子尺寸的逐渐过渡提供更均一的接触压力，其中，邻近的滚子提高轴承组件的动态稳定性。
本发明因此包括如下的方法：(1)建立围绕轴承尽可能几乎均匀地间隔开的非一的奇数数量的高点或节点；(2)建立围绕轴承尽可能几乎均匀地间隔开的相同的奇数数量的低点或节点，其中，每个低点在邻近的高点之间尽可能均匀地间隔开；以及(3)将剩余的滚子在高点与低点之间排列，以便在从高点朝向低点的方向上增量地变得更小。
就提供处于分解状态的轴承10以供在现场且/或由最终用户组装而言，滚子26可被清楚地编号，并且可将该经分解的轴承与用于将滚子按适当的序列安装的说明封装在一起，以确保实现轴承10的经最大限度地减小的装配跳动。例如，如在表1中所列出的滚子的情况下那样，将被按编号顺序安装的滚子26可被循序地编号。备选地，如果在测量滚子时对滚子进行编号，则可提供每个滚子编号应当在轴承中位于何处的图表或列表。
因为滚子排列将由为每个轴承提供的具体的成批滚子决定，本发明还构思了在滚子排列中的其它变型。例如，在一些实施例中，可以以在以上所阐明的相同方式建立非一的奇数数量的高点。然而，有可能的是，最小直径滚子的数量不与高点的数量匹配，并且因此，真正的最低点的数量可在技术上为一个、两个或小于并与高点的数量不同的其他一些数量。
例如，在一个实施例中，在测量将在轴承中使用的成批滚子时，可仅存在为最小直径滚子的单个滚子。在该情况下，该最小直径滚子可在两个邻近的高点之间尽可能均匀地间隔开。虽然该单个最小滚子在技术上将在轴承上限定单个低点，但将使用以上所描述的用于将剩余的滚子进行排列的相同概念。如果存在三个高点，其中，表示低点的单个最小滚子在两个邻近的高点之间尽可能均匀地间隔开，则其次的最小直径滚子将在两个不同的邻近的高点之间尽可能均匀地间隔开，并且其次的最小直径滚子中的另一个可在前两个不同的邻近的高点之间尽可能均匀地间隔开。参考图3，在该示例中，由最小单个滚子限定的低点可为被标记成小#1的滚子。被标记成小#2和小#3的滚子可为比最小直径滚子略微更大的滚子，但仍然是其次的最小直径滚子，使得滚子排列遵循在以上所描述的与基于表1的示例相同的模式。即，在如图3中所示出的那样间隔开的三个高点的情况下，滚子按在图3中所示意性地表示的大到小到大的重复序列排列。
在成批滚子中仅存在单个最大直径滚子的情况下，可发生相同情形。在该情况下，虽然在技术上将仅存在单个最高点，但其次的最大滚子将用于建立所期望总数量的高点。因此，应当理解的是，用语高点不但可包括如由最大直径滚子所确定的轴承上的最高点，而且还可包括使用其次最大直径的滚子的位置，因为没有足以建立所期望数量的高点的在成批滚子中可用的最大直径滚子。类似地，应当理解的是，用语低点不但可包括如由最小直径滚子所确定的轴承上的最低点，而且还可包括使用其次最小直径的滚子的位置，因为没有足以建立所期望数量的低点的在成批滚子中可用的最小直径滚子。
轴承设计领域中的技术人员因此将理解的是，对于每批滚子，也许不可能具有所期望数量的完全相同的高点或所期望数量的完全相同的低点，以实现完全地匹配的数量的高点和低点。然而，如下的发明构思是已被发现用以减少装配跳动的发明构思：建立围绕轴承尽可能均匀地间隔开的非一的奇数数量的高点，并且将剩余的滚子在那些高点之间排列，以使最小滚子作为低点在高点之间尽可能均匀地间隔开，其中，剩余的滚子从高点到那些低点在尺寸上减小。
此外，如在本文中和在所附权利要求书中所使用的那样，在谈及定位于邻近的高点与低点之间的滚子时，短语“在从高点到低点的方向上在直径上减小”构思了如下的情形：其中，高点与低点之间的两个邻近的滚子可具有相同直径。在此情况下，对于序列中的每个滚子(即，从一个滚子到下一个)，可能不存在在直径上的减小。然而，从高点到邻近的低点的趋势为在直径上的减小，其中，没有介于中间的在直径上的增加。
理想地，高点和低点定位成距离彼此大约180度。非一的奇数的序列是最佳的，但如果被适当地排列成彼此分开，其中高点围绕360度圆周均匀地分布，并且低点均匀地定位于它们之间，则即使使用多于两个高点的偶数序列(例如，4，6、8等等)也将在减少误差运动和跳动上提供一些益处。图5示意性地示出一个这样的布置，该布置具有四个高点和四个低点。在图5中所示出的布置的情况下，发明构思包括：建立围绕轴承尽可能均匀地间隔开的多于两个的偶数数量的高点；以及将剩余的滚子在那些高点之间排列，以使最小滚子作为低点在高点之间尽可能均匀地间隔开，其中，剩余的滚子从高点到那些低点在尺寸上减小。
已针对交叉滚子轴承示出了将滚子围绕圆周进行排列。其它轴承类型也可得益于这种类型的排列。例如，如果诸如TS(Taper Single，单列圆锥)轴承的单列轴承需要经改善的跳动特性，则滚子可以以类似方式排列。这还可适用于其它轴承类型，诸如，球轴承、角接触球轴承、球面轴承以及圆柱滚子轴承。以类似方式排列的其它轴承组合可具有经改善的跳动。这些将包括圆锥交叉滚子轴承、圆柱交叉滚子轴承、四点球轴承、圆锥双外座圈轴承、圆锥双内座圈轴承以及深沟球轴承。在这些类型的轴承中，每个轴承列具有如先前所陈述的那样排列的滚子。
如果多列(例如，两列)轴承布置需要经减少的跳动，则围绕每列的滚子可如以上所描述那样地排列，并且如图6中所示出的那样，可由保持架42固持以保持一列的高点和低点与邻近的一列或多列中的高点和低点对准。
本发明的各种特征在所附的权利要求书中阐明。

Claims (20)

1.一种轴承，包括：
多个滚动元件，其围绕所述轴承的三百六十度周向范围间隔开；
(A)非一的奇数数量的高点，其围绕所述轴承的周向范围尽可能几乎均匀地定位，所述高点由具有最大直径的滚动元件所定位于的位置限定；
非一的奇数数量的低点，其围绕所述轴承的周向范围尽可能几乎均匀地定位，所述低点由具有最小直径的滚动元件所定位于的位置限定；
其中，高点的非一的奇数数量与低点的非一的奇数数量相同；或者，
(B)多于两个的偶数数量的高点，其围绕所述轴承的周向范围尽可能几乎均匀地定位，所述高点由具有最大直径的滚动元件所定位于的位置限定；
多于两个的偶数数量的低点，其围绕所述轴承的周向范围尽可能几乎均匀地定位，所述低点由具有最小直径的滚动元件所定位于的位置限定；
其中，高点的偶数数量与低点的偶数数量相同；
其中，每个低点尽可能几乎均匀地定位于两个邻近的高点之间；
其中，所述多个滚动元件中的定位于高点与低点之间的滚动元件在从所述高点到所述低点的方向上在直径上减小；以及
其中，所述轴承是具有使一列滚动元件的所述高点和低点与邻近列的滚动元件中的所述高点和低点对准的保持架的多列轴承组件。
2.根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，高点和低点的非一的奇数数量是三。
3.根据权利要求2所述的轴承，其特征在于，取决于所述轴承中的滚动元件的总数量，每个高点与邻近的高点间隔开尽可能接近120度。
4.根据权利要求3所述的轴承，其特征在于，取决于所述轴承中的滚动元件的总数量，每个低点与邻近的高点间隔开尽可能接近60度。
5.根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述高点全部由具有相同直径的滚动元件限定，所述相同直径是所述轴承中的滚动元件的最大测量直径。
6.根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述低点全部由具有相同直径的滚动元件限定，所述相同直径是所述轴承中的滚动元件的最小测量直径。
7.根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述高点由具有不同直径的滚动元件限定。
8.根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述低点由具有不同直径的滚动元件限定。
9.根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述轴承是球轴承、角接触球轴承、球面轴承、圆柱滚子轴承、四点球轴承、圆锥双外座圈轴承、圆锥双内座圈轴承以及深沟球轴承中的一种。
10.根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述滚动元件处于预载，使得所有滚动元件都与所述轴承的内滚道和外滚道接触。
11.根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，高点和低点的多于两个的偶数数量是四。
12.一种交叉滚子轴承，包括：
多个滚子，其围绕所述轴承的三百六十度周向范围间隔开，邻近的滚子交叉，使得所述邻近的滚子的相应的轴线大体上彼此正交；
多个间隔件，所述多个间隔件中的一个间隔件定位于每个邻近的滚子之间；
(A)非一的奇数数量的高点，其围绕所述轴承的周向范围尽可能几乎均匀地定位，所述高点由具有最大直径的滚子所定位于的位置限定；
非一的奇数数量的低点，其围绕所述轴承的周向范围尽可能几乎均匀地定位，所述低点由具有最小直径的滚子所定位于的位置限定；
其中，高点的非一的奇数数量与低点的非一的奇数数量相同；或者，
(B)多于两个的偶数数量的高点，其围绕所述轴承的周向范围尽可能几乎均匀地定位，所述高点由具有最大直径的滚子所定位于的位置限定；
多于两个的偶数数量的低点，其围绕所述轴承的周向范围尽可能几乎均匀地定位，所述低点由具有最小直径的滚子所定位于的位置限定；
其中，高点的偶数数量与低点的偶数数量相同；
其中，每个低点尽可能几乎均匀地定位于两个邻近的高点之间；
其中，所述多个滚子中的定位于高点与低点之间的滚子在从所述高点到所述低点的方向上在直径上减小；以及
其中，每个高点由在所述交叉滚子轴承的交替的座圈上坐置的成对的滚子限定。
13.根据权利要求12所述的交叉滚子轴承，其特征在于，在所述轴承中不存在保持架。
14.根据权利要求12所述的交叉滚子轴承，其特征在于，所述轴承包括两个内环和一个外环。
15.根据权利要求14所述的交叉滚子轴承，其特征在于，每个滚子包括将所述滚子朝向所述外环偏压的邻近较小直径端部的突出部。
16.根据权利要求12所述的交叉滚子轴承，其特征在于，高点和低点的非一的奇数数量是三。
17.根据权利要求12所述的交叉滚子轴承，其特征在于，高点和低点的非一的奇数数量是五。
18.根据权利要求12所述的交叉滚子轴承，其特征在于，所述滚子处于预载，使得所有滚子都与所述轴承的内滚道和外滚道接触。
19.根据权利要求12所述的交叉滚子轴承，其特征在于，所述滚子是圆锥滚子或圆柱滚子。
20.根据权利要求12所述的交叉滚子轴承，其特征在于，高点和低点的多于两个的偶数数量是四。
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