CN114233748A - 一种角接触调心滚子轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种角接触调心滚子轴承，包括滚子、内圈、保持架和外圈。外滚道为内球面，内球面的球心在外圈的轴线上且偏离外圈的中心点；滚子为单列，其侧面为外凸曲面，以第一圆弧为母线、以滚子的轴线为旋转轴形成外凸曲面；内滚道为内凹曲面，以第二圆弧为母线、以内圈的轴线为旋转轴形成内凹曲面；外滚道的公称接触角为α，内滚道的公称接触角为β，0°＜α＜45°，0°＜β＜45°；内球面半径为SR，第一圆弧半径为R1，第二圆弧半径为R2，0.97SR≤R1＜SR，0.97R2≤R1＜R2。本发明的角接触调心滚子轴承既能够承受轴向与径向的单独载荷以及联合载荷，又能够适应轴承安装孔与轴不对中情况。

Description

一种角接触调心滚子轴承
技术领域
本发明涉及向心滚动轴承技术领域，特别是涉及一种角接触调心滚子轴承。
背景技术
顺应机械行业环保节能的发展要求，轴承必须轻量化设计，即在同样的外形尺寸下承受更大的载荷，或者在同样的载荷下具有更小的尺寸。并且，在多数向心轴承的使用场合，还对轴承提出了以承受径向载荷为主、轴向载荷为辅的联合载荷要求。另外，由于加工设备的能力和精度的限制，轴承安装孔存在不对中情况，要求轴承有一定的调心性能。然而，目前市场上的轴承无法兼顾上述三点。
现有的深沟球轴承、角接触球轴承的滚动体为钢球，无论径向还是轴向的承载能力都偏小，负荷密度低，对于高速轻载的情况非常合适，但是在重载的情况下，尤其在安装空间受限的情况下，它们的承载能力无法满足要求。
圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承虽然承载能力大，但是由于圆锥滚子与滚道的接触是直线，所以圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承对内圈、外圈的相对倾转或者说轴的不对中较为敏感(因为在两端容易造成应力集中，两端应力值远远大于中间应力值)，尤其在细长轴的情况下。因此，在使用圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承的场合，对轴承座孔和轴的精度要求较高。
调心滚子轴承既能承受较大的径向载荷，同时又能有很好的调心功能；但是双列的调心滚子轴承由于接触角都在20°以内，所以都只能承受较小的轴向载荷，并且在单向轴向载荷的情况下容易造成单列滚动体承载，导致轴承提前失效。
单列的调心滚子轴承则称为鼓形滚子轴承，它的接触角为0°，所以主要承受径向载荷，轴向载荷非常小。
因此，如何提供一种可以承受轴向与径向的单独载荷以及联合载荷，并且可以适应轴承安装孔与轴不对中情况的向心滚动轴承，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种角接触调心滚子轴承，既能够承受轴向与径向的单独载荷以及联合载荷，又能够适应轴承安装孔与轴不对中情况。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明公开了一种角接触调心滚子轴承，包括滚子以及同轴安装的内圈、保持架、外圈，所述保持架安装于所述内圈与所述外圈之间，所述保持架上设有多个安装位，所述滚子安装于所述安装位内，所述内圈上设有用于和所述滚子滚动接触的内滚道，所述外圈上设有用于和所述滚子滚动接触的外滚道；
所述外滚道为内球面，所述内球面的球心在所述外圈的轴线上且偏离所述外圈的中心点；所述滚子为单列，所述滚子的侧面为外凸曲面，以第一圆弧为母线、以所述滚子的轴线为旋转轴形成所述外凸曲面；所述内滚道为内凹曲面，以第二圆弧为母线、以所述内圈的轴线为旋转轴形成所述内凹曲面；所述外滚道的公称接触角为α，所述内滚道的公称接触角为β，0°＜α＜45°，0°＜β＜45°；所述内球面的半径为SR，所述第一圆弧的半径为R1，所述第二圆弧的半径为R2，0.97SR≤R1＜SR，0.97R2≤R1＜R2。
优选地，以所述滚子的轴向长度为L，以所述第一圆弧的圆心距所述滚子的轴向第一端的距离为L1，以所述第一圆弧的圆心距所述滚子的轴向第二端的距离为L2，L1＝L2＝L/2；所述滚子与所述外滚道的理论接触点为A点，所述滚子与所述内滚道的理论接触点为B点，所述外滚道在所述A点处的法线经过所述B点，所述内滚道在所述B点处的法线经过所述A点。
可选地，所述内圈在轴向上具有第一端面和第二端面，所述外圈在轴向上具有第三端面和第四端面；所述第一端面与所述第三端面共面，所述第二端面与所述第四端面共面。
可选地，所述内圈在轴向上具有第一端面和第二端面，所述外圈在轴向上具有第三端面和第四端面；所述第一端面与所述第三端面共面，所述第二端面与所述第四端面不共面。
优选地，以所述滚子的轴向长度为L，以所述第一圆弧的圆心距所述滚子的轴向第一端的距离为L1，以所述第一圆弧的圆心距所述滚子的轴向第二端的距离为L2，L1>L/2>L2；β＜α；所述内圈上设有挡边，所述挡边与所述滚子的轴向第二端限位接触，以平衡所述内滚道与所述外滚道对所述滚子施加力的合力。
可选地，所述内圈在轴向上具有第一端面和第二端面，所述外圈在轴向上具有第三端面和第四端面；所述第一端面与所述第三端面共面，所述第二端面与所述第四端面共面。
可选地，所述内圈在轴向上具有第一端面和第二端面，所述外圈在轴向上具有第三端面和第四端面；所述第一端面与所述第三端面共面，所述第二端面与所述第四端面不共面。
可选地，所述滚子的轴向第二端所在面是半径为R3的外球面，所述外球面的球心在所述滚子的轴线上。
优选地，α≤30°，β≤30°。
优选地，SR＝R2。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的角接触调心滚子轴承在使用时，内圈、保持架和滚子组成一个整体结构，该整体结构可绕滚子与外滚道的理论接触点旋转，从而实现调心功能。由于内滚道的公称接触角和外滚道的公称接触角均在0°与45°之间，内滚道和外滚道对滚子施加的力均具有沿该角接触调心滚子轴承轴向和径向的分力，因而该角接触调心滚子轴承能够承受轴向与径向的单独载荷以及联合载荷。由于滚子为单列，并不会出现双列调心滚子轴承在承受单向轴向载荷时因单侧受力而失效的问题。由于内球面的半径SR、第一圆弧的半径R1和第二圆弧的半径R2非常接近，当该角接触调心滚子轴承在承受重载时，由于接触部位的微小形变，滚子与内滚道、外滚道的点接触会转化为线接触，从而提高承载能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实施方式实施例1的第一种示例示意图；
图2为本实施方式实施例1的第二种示例示意图；
图3为本实施方式实施例1的滚子结构示意图；
图4为本实施方式实施例1的内圈结构示意图；
图5为本实施方式实施例2的第一种示例示意图；
图6为本实施方式实施例2的第二种示例示意图；
图7为本实施方式实施例2的滚子结构示意图；
图8为本实施方式实施例2的内圈结构示意图；
图9为本实施方式的外圈结构示意图；
图10为本实施方式的保持架结构示意图；
附图标记说明：100-外圈；110-外滚道；200-内圈；210-内滚道；300-滚子；310-滚子的侧面；320-滚子的端面；400-保持架；Fa-外圈受到的轴向力；Fr-外圈受到的径向力；A-滚子与外滚道的理论接触点；B-滚子与内滚道的理论接触点；C-内圈的轴向长度；D-外圈的轴向长度；α-外滚道的公称接触角；β-内滚道的公称接触角；SR-内球面的半径；R1-第一圆弧的半径；R2-第二圆弧的半径；R3-外球面的半径。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种角接触调心滚子轴承，既能够承受轴向与径向的单独载荷以及联合载荷，又能够适应轴承安装孔与轴不对中情况。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-图10，本实施方式提供一种角接触调心滚子轴承，包括滚子300以及同轴安装的内圈200、保持架400、外圈100。保持架400安装于内圈200与外圈100之间，保持架400上设有多个安装位，滚子300安装于安装位内。内圈200上设有用于和滚子300滚动接触的内滚道210，外圈100上设有用于和滚子300滚动接触的外滚道110。
其中，外滚道110为内球面，内球面的球心在外圈100的轴线上且偏离外圈100的中心点，即该内球面为偏心球面。滚子300为单列，即多个滚子300绕保持架400的轴线围成一圈。滚子的侧面310为外凸曲面，以第一圆弧为母线、以滚子300的轴线为旋转轴形成外凸曲面。内滚道210为内凹曲面，以第二圆弧为母线、以内圈200的轴线为旋转轴形成内凹曲面。外滚道110的公称接触角为α，内滚道210的公称接触角为β，0°＜α＜45°，0°＜β＜45°。内球面的半径为SR，第一圆弧的半径为R1，第二圆弧的半径为R2，0.97SR≤R1＜SR，0.97R2≤R1＜R2。需要说明的是，上述的公称接触角是指，滚道上与滚子300接触点处的法线与轴承径向平面之间的夹角。
该角接触调心滚子轴承在使用时，内圈200、保持架400和滚子300组成一个整体结构，该整体结构可绕滚子300与外滚道110的理论接触点旋转，从而实现调心功能。由于内滚道210的公称接触角和外滚道110的公称接触角均在0°与45°之间，内滚道210和外滚道110对滚子300施加的力均具有沿该角接触调心滚子轴承轴向和径向的分力，因而该角接触调心滚子轴承能够承受轴向与径向的单独载荷以及联合载荷。由于滚子300为单列，并不会出现双列调心滚子轴承在承受单向轴向载荷时因单侧受力而失效的问题。由于内球面的半径SR、第一圆弧的半径R1和第二圆弧的半径R2非常接近，当该角接触调心滚子轴承在承受重载时，由于接触部位的微小形变，滚子300与内滚道210、外滚道110的点接触会转化为线接触，从而提高承载能力。经试验，该角接触调心滚子轴承的承载能力为同外形尺寸的深沟球轴承、角接触球轴承的2倍以上，其疲劳寿命为同外形尺寸的深沟球轴承、角接触球轴承的8倍以上。
在绝大多数情况下，α≤30°，β≤30°。在少数重载的情况下，也可使α及β大于30°。保持架400可以是铜、塑料或其它材质，本领域技术人员可以灵活选择，此处不作限定。内球面的半径SR与第二圆弧的半径R2优选为大小相等。
除了上述技术特征外，下面结合实施例1和实施例2对本实施方式作进一步的说明。在实施例1和实施例2中，滚子300与外滚道110的理论接触点为A点，滚子300与内滚道210的理论接触点为B点。需要说明的是，此处的“理论接触点”是指理想状态下(零件为绝对刚体)应为点接触，但在实际使用时，点接触可能转化为线接触，例如上文提到的重载的情况。
实施例1、
参照图1-图4及图9-图10，作为一种优选的实施例，本实施方式的实施例1提供一种角接触调心滚子轴承。实施例1进一步包括如下技术特征：
以滚子300的轴向长度为L，以第一圆弧的圆心距滚子300的轴向第一端的距离为L1，以第一圆弧的圆心距滚子300的轴向第二端的距离为L2，L1＝L2＝L/2。外滚道110在A点处的法线经过B点，内滚道210在B点处的法线经过A点。即α＝β，内滚道210、外滚道110对滚子300施加的力共线且方向相反，这两个力可以相互抵消(忽略重力)，因此不需要设置额外的限位结构(例如挡边)对滚子300进行限位，滚子300在旋转时其端面不会与上述限位结构发生摩擦。因此，在高速中载或重载、细长轴的情况下，本实施例的角接触调心滚子轴承具有转速更高、振动更小、噪音更低、寿命更长等优点。
参照图1，作为实施例1的第一种可能的示例，内圈200在轴向上具有第一端面和第二端面，外圈100在轴向上具有第三端面和第四端面；第一端面与第三端面共面，第二端面与第四端面共面。即，内圈200的轴向长度C与外圈100的轴向长度D相同。在平稳载荷的情况下，该示例能够替代现有相同外形尺寸的深沟球轴承、角接触球轴承。
参照图2，作为实施例1的第二种可能的示例，内圈200在轴向上具有第一端面和第二端面，外圈100在轴向上具有第三端面和第四端面；第一端面与第三端面共面，第二端面与第四端面不共面。即，内圈200的轴向长度C与外圈100的轴向长度D不同。在平稳载荷的情况下，该示例能够替代现有相同外形尺寸的圆锥滚子轴承。
实施例2、
参照图5-图8及图9-图10，作为又一种优选的实施例，本实施方式的实施例2提供一种角接触调心滚子轴承。实施例2进一步包括如下技术特征：
以滚子300的轴向长度为L，以第一圆弧的圆心距滚子300的轴向第一端的距离为L1，以第一圆弧的圆心距滚子300的轴向第二端的距离为L2，则L1>L/2>L2。β＜α，即内滚道210、外滚道110对滚子300施加的力不共线，两者不能抵消(忽略重力)。内圈200上设有挡边，挡边与滚子300的轴向第二端限位接触，以平衡内滚道210与外滚道110对滚子300施加力的合力。在使用时，滚子300一直与挡边接触并受到挡边对其施加的支持力，因此，滚子300在冲击载荷、非平稳载荷的情况下，仍然可以保持稳定的旋转姿态，不发生扭转。
参照图5，作为实施例2的第一种可能的示例，内圈200在轴向上具有第一端面和第二端面，外圈100在轴向上具有第三端面和第四端面；第一端面与第三端面共面，第二端面与第四端面共面。即，内圈200的轴向长度C与外圈100的轴向长度D相同。在冲击载荷、非平稳载荷的情况下，该示例能够替代现有相同外形尺寸的深沟球轴承、角接触球轴承。
参照图6，作为实施例2的第二种可能的示例，内圈200在轴向上具有第一端面和第二端面，外圈100在轴向上具有第三端面和第四端面；第一端面与第三端面共面，第二端面与第四端面不共面。即，内圈200的轴向长度C与外圈100的轴向长度D不同。在冲击载荷、非平稳载荷的情况下，该示例能够替代现有相同外形尺寸的圆锥滚子轴承。
参照图7，作为实施例2的第三种可能的示例，滚子300的轴向第二端所在面是半径为R3的外球面，以降低滚子300的轴向第二端与挡边之间的摩擦，外球面的球心在滚子300的轴线上。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种角接触调心滚子轴承，包括滚子以及同轴安装的内圈、保持架、外圈，所述保持架安装于所述内圈与所述外圈之间，所述保持架上设有多个安装位，所述滚子安装于所述安装位内，所述内圈上设有用于和所述滚子滚动接触的内滚道，所述外圈上设有用于和所述滚子滚动接触的外滚道，其特征在于：
所述外滚道为内球面，所述内球面的球心在所述外圈的轴线上且偏离所述外圈的中心点；所述滚子为单列，所述滚子的侧面为外凸曲面，以第一圆弧为母线、以所述滚子的轴线为旋转轴形成所述外凸曲面；所述内滚道为内凹曲面，以第二圆弧为母线、以所述内圈的轴线为旋转轴形成所述内凹曲面；所述外滚道的公称接触角为α，所述内滚道的公称接触角为β，0°＜α＜45°，0°＜β＜45°；所述内球面的半径为SR，所述第一圆弧的半径为R1，所述第二圆弧的半径为R2，0.97SR≤R1＜SR，0.97R2≤R1＜R2。
2.根据权利要求1所述的角接触调心滚子轴承，其特征在于，以所述滚子的轴向长度为L，以所述第一圆弧的圆心距所述滚子的轴向第一端的距离为L1，以所述第一圆弧的圆心距所述滚子的轴向第二端的距离为L2，L1＝L2＝L/2；所述滚子与所述外滚道的理论接触点为A点，所述滚子与所述内滚道的理论接触点为B点，所述外滚道在所述A点处的法线经过所述B点，所述内滚道在所述B点处的法线经过所述A点。
3.根据权利要求2所述的角接触调心滚子轴承，其特征在于，所述内圈在轴向上具有第一端面和第二端面，所述外圈在轴向上具有第三端面和第四端面；所述第一端面与所述第三端面共面，所述第二端面与所述第四端面共面。
4.根据权利要求2所述的角接触调心滚子轴承，其特征在于，所述内圈在轴向上具有第一端面和第二端面，所述外圈在轴向上具有第三端面和第四端面；所述第一端面与所述第三端面共面，所述第二端面与所述第四端面不共面。
5.根据权利要求1所述的角接触调心滚子轴承，其特征在于，以所述滚子的轴向长度为L，以所述第一圆弧的圆心距所述滚子的轴向第一端的距离为L1，以所述第一圆弧的圆心距所述滚子的轴向第二端的距离为L2，L1>L/2>L2；β＜α；所述内圈上设有挡边，所述挡边与所述滚子的轴向第二端限位接触，以平衡所述内滚道与所述外滚道对所述滚子施加力的合力。
6.根据权利要求5所述的角接触调心滚子轴承，其特征在于，所述内圈具有第一端面和第二端面，所述外圈具有第三端面和第四端面；所述第一端面与所述第三端面共面，所述第二端面与所述第四端面共面。
7.根据权利要求5所述的角接触调心滚子轴承，其特征在于，所述内圈具有第一端面和第二端面，所述外圈具有第三端面和第四端面；所述第一端面与所述第三端面共面，所述第二端面与所述第四端面不共面。
8.根据权利要求5所述的角接触调心滚子轴承，其特征在于，所述滚子的轴向第二端所在面是半径为R3的外球面，所述外球面的球心在所述滚子的轴线上。
9.根据权利要求1所述的角接触调心滚子轴承，其特征在于，α≤30°，β≤30°。
10.根据权利要求1所述的角接触调心滚子轴承，其特征在于，SR＝R2。
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