CN114278672A - 掘进机刀盘安装结构及轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种掘进机刀盘安装结构及轴承，该掘进机刀盘安装结构包括：刀盘法兰、安装座、轴承外圈、轴承内圈、主推滚子和圆锥滚子，轴承外圈固接于安装座，轴承外圈固接于刀盘法兰；轴承内圈设置于轴承外圈内，轴承内圈的内壁设有内齿，主推滚子和圆锥滚子分别安装于轴承内圈与轴承外圈之间；轴承内圈设有与圆锥滚子配合的第一滚道面，沿安装座指向刀盘法兰的方向，第一滚道面向内倾斜；沿安装座指向刀盘法兰的方向，圆锥滚子的外径缩小。通过本发明，缓解了掘进机主轴承加工和装配的难度较大，整体成本较高的技术问题。

Description

掘进机刀盘安装结构及轴承

技术领域

本发明涉及工程装备的技术领域，尤其涉及一种掘进机刀盘安装结构及轴承。

背景技术

掘进机主轴承作为掘进机核心部件，其性能直接影响掘进机掘进效率与成本，并且工作中几乎不可更换。目前，主轴承为三排圆柱滚子轴承，主推滚子承受轴向力，径向滚子承受径向力，倾覆力矩由三排滚子综合承受。主轴承整体成本较高，并且加工精度和装配精度也难以保证；轴承装配过程比较困难，容易发生形变。

发明内容

本发明的目的是提供一种掘进机刀盘安装结构及轴承，以缓解掘进机主轴承加工和装配的难度较大，整体成本较高的技术问题。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种掘进机刀盘安装结构，包括：刀盘法兰、安装座、轴承外圈、轴承内圈、主推滚子和圆锥滚子，所述轴承外圈固接于所述安装座，所述轴承外圈固接于所述刀盘法兰；

所述轴承内圈设置于所述轴承外圈内，所述轴承内圈的内壁设有内齿，所述主推滚子和所述圆锥滚子分别安装于所述轴承内圈与所述轴承外圈之间；

所述轴承内圈设有与所述圆锥滚子配合的第一滚道面，沿所述安装座指向所述刀盘法兰的方向，所述第一滚道面向内倾斜；

沿所述安装座指向所述刀盘法兰的方向，所述圆锥滚子的外径缩小。

在优选的实施方式中，第一滚道面的锥角记为A，所述圆锥滚子的锥角记为B，满足：10°≤A≤30°，且0.5°≤B≤2°。

在优选的实施方式中，所述轴承内圈设有圆锥凹槽，所述圆锥凹槽构造出所述第一滚道面。

在优选的实施方式中，所述圆锥凹槽的靠近所述安装座的一侧设有第一滚子挡边，所述圆锥凹槽的靠近所述刀盘法兰的一侧设有第二滚子挡边，所述第一滚子挡边和所述第二滚子挡边分别与所述圆锥滚子的端面配合。

在优选的实施方式中，所述轴承外圈包括第一外圈和第二外圈，所述第一外圈和所述第二外圈沿所述安装座指向所述刀盘法兰的方向依次分布，所述主推滚子安装于所述轴承内圈与所述第一外圈之间，所述圆锥滚子安装于所述轴承内圈与所述第二外圈之间。

在优选的实施方式中，所述第二外圈的内孔为圆锥孔，并且所述第二外圈的内孔壁构造为与所述圆锥滚子配合的第二滚道面。

在优选的实施方式中，所述第二外圈的靠近第一外圈的端面设有台阶槽，所述第一外圈的端面设有与所述台阶槽配合的环形止口。

在优选的实施方式中，所述圆锥滚子通过圆锥滚子保持架进行限位；所述圆锥滚子保持架设有多个圆周分布的支柱，所述圆锥滚子设有轴向通孔，所述圆锥滚子套设于所述支柱。

在优选的实施方式中，所述圆锥滚子保持架包括第一垫圈和第二垫圈，所述支柱的一端固接于所述第一垫圈，所述支柱的另一端固接于所述第二垫圈，所述第一垫圈位于所述圆锥滚子的靠近所述安装座的一侧，所述第二垫圈位于所述圆锥滚子的靠近所述刀盘法兰的一侧。

本发明提供一种轴承，包括：轴承外圈、轴承内圈、主推滚子和圆锥滚子，所述轴承内圈设置于所述轴承外圈内，所述轴承内圈的内壁设有内齿，所述主推滚子和所述圆锥滚子分别安装于所述轴承内圈与所述轴承外圈之间；

所述轴承内圈设有与所述圆锥滚子配合的第一滚道面，沿所述轴承的第一轴向，所述第一滚道面向内倾斜；

沿所述轴承的第一轴向，所述圆锥滚子的外径缩小。

本发明的特点及优点是：

该掘进机刀盘安装结构中，刀盘法兰通过轴承外圈、轴承内圈、主推滚子和圆锥滚子安装于安装座，可承受掘进过程中所受轴向力、径向力及倾覆力矩。该安装结构具有一下优点：(1)主推滚子与圆锥滚子相配合，可使结构强度整体加强，增强轴承承载能力，且适用不同地质进行掘进，适用性更强；(2)避免了轴承滚道“空承载”现象，使承载能力增强；(3)与三排圆柱滚子轴承相比，减少了一列滚子，减少了两列滚道的加工量，缩短了主轴承加工时间，提高轴承生产效率，减少加工成本，并减轻了重量；(4)便于安装。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明提供的掘进机刀盘安装结构的局部剖视图；

图2为本发明提供的轴承的局部剖视图；

图3为本发明提供的轴承中的轴承内圈的局部剖视图；

图4为本发明提供的轴承中的第二外圈的局部剖视图；

图5-图6为本发明提供的轴承中的圆锥滚子保持架的结构示意图；

图7为本发明提供的轴承中的圆锥滚子保持架的局部剖视图；

图8为图5所示的圆锥滚子保持架中的第一垫圈的结构示意图；

图9为图5所示的圆锥滚子保持架中的第二垫圈的结构示意图；

图10为图5所示的圆锥滚子保持架中的支柱的结构示意图；

图11为本发明提供的轴承中的圆锥滚子的结构示意图。

附图标号说明：

11、刀盘法兰；12、安装座；13、驱动箱；

20、轴承外圈；

21、第一外圈；231、环形止口；

22、第二外圈；221、第二滚道面；232、台阶槽；

30、轴承内圈；31、内齿；

40、圆锥凹槽；41、第一滚道面；42、第一滚子挡边；43、第二滚子挡边；

50、圆锥滚子；51、轴向通孔；

60、圆锥滚子保持架；61、第一垫圈；62、第二垫圈；63、支柱；

71、主推滚子；72、主推滚子保持架；73、密封圈。

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。

发明人发现掘进机主轴承虽能承受盾构工作中的载荷，但倾覆力矩在软土地层及均一地层中载荷较小，反推的滚子载荷较小，甚至某一时刻可能反推滚子不受载；三排圆柱滚子轴承设置三排圆柱滚子，滚子数量较多，增加了设计难度与成本，6个滚道接触面的加工成本很大。

方案一

本发明提供了一种掘进机刀盘安装结构，如图1-图2和图11所示，该掘进机刀盘安装结构包括：刀盘法兰11、安装座12、轴承外圈20、轴承内圈30、主推滚子71和圆锥滚子50，轴承外圈20固接于安装座12，轴承外圈20固接于刀盘法兰11；轴承内圈30设置于轴承外圈20内，轴承内圈30的内壁设有内齿31，主推滚子71和圆锥滚子50分别安装于轴承内圈30与轴承外圈20之间；轴承内圈30设有与圆锥滚子50配合的第一滚道面41，沿安装座12指向刀盘法兰11的方向，第一滚道面41向内倾斜；沿安装座12指向刀盘法兰11的方向，圆锥滚子50的外径缩小。

该掘进机刀盘安装结构中，刀盘法兰11通过轴承外圈20、轴承内圈30、主推滚子71和圆锥滚子50安装于安装座12，可承受掘进过程中所受轴向力、径向力及倾覆力矩。该安装结构具有一下优点：(1)主推滚子71与圆锥滚子50共同作用，可使结构强度整体加强，增强轴承承载能力，且适用不同地质进行掘进，适用性更强；(2)避免了轴承滚道“空承载”现象，使承载能力增强；(3)与三排圆柱滚子轴承相比，减少了一列滚子，减少了两列滚道的加工量，缩短了主轴承加工时间，提高轴承生产效率，减少加工成本，并减轻了重量；(4)便于安装。

如图3和图11所示，第一滚道面41的锥角记为A，圆锥滚子50的锥角记为B，进一步地，满足：10°≤A≤30°，且0.5°≤B≤2°；优选地，A＝15°，且B＝1°。

在一实施方式中，轴承内圈30设有圆锥凹槽40，如图2和图3所示，圆锥凹槽40构造出与圆锥滚子50配合的第一滚道面41，沿安装座12指向刀盘法兰11的方向，第一滚道面41向内倾斜。第一滚道面41设于轴承内圈30的外表面，轴承内圈30为单滚道，第一滚道面41为斜面凹面式。

如图3所示，圆锥凹槽40的靠近安装座12的一侧设有第一滚子挡边42，圆锥凹槽40的靠近刀盘法兰11的一侧设有第二滚子挡边43，第一滚子挡边42和第二滚子挡边43分别与圆锥滚子50的端面配合，第一滚子挡边42用于承担一小部分由倾覆力矩产生的反向轴向力，第二滚子挡边43用于保证圆锥滚子50位置。进一步地，圆锥滚子50与第一滚子挡边42的配合处设有圆弧倒角，圆锥滚子50与第二滚子挡边43的配合处设有圆弧倒角。轴承内圈30设有若干螺栓孔，用于连接刀盘法兰11。

在一实施方式中，轴承外圈20包括第一外圈21和第二外圈22，如图1和图2所示，第一外圈21和第二外圈22沿安装座12指向刀盘法兰11的方向依次分布，主推滚子71安装于轴承内圈30与第一外圈21之间，圆锥滚子50安装于轴承内圈30与第二外圈22之间。

如图2和图4所示，第二外圈22的内孔为圆锥孔，并且第二外圈22的内孔壁构造为与圆锥滚子50配合的第二滚道面221，圆锥孔贯穿第二外圈22，减小了加工难度，有利于减少加工成本与时间，降低轴承成本。沿安装座12指向刀盘法兰11的方向，第一滚道面41和第二滚道面221均向内倾斜。第二滚道面221的锥角记为E，优选地，10°≤E≤30°。第二外圈22为单滚道，第二滚道面221为无挡边锥面式。

进一步地，第二外圈22的靠近第一外圈21的端面设有台阶槽232，第一外圈21的端面设有与台阶槽232配合的环形止口231，如图2和图4所示，环形止口231安装于台阶槽232中，用于定位，并减小螺栓所受切向力。

在一实施方式中，圆锥滚子50母线为对数修型，采用对数曲线对圆锥滚子50进行修型，避免圆锥滚子50两端存在过大的应力集中，使圆锥滚子50接触应力分布更加均匀，改善受力情况，延长了轴承滚动面有效长度，防止出现应力集中导致的滚子提前失效。

在一实施方式中，圆锥滚子50通过圆锥滚子保持架60进行限位，如图2、图5-图7和图11所示，圆锥滚子保持架60设有多个圆周分布的支柱63，圆锥滚子50设有轴向通孔51。圆锥滚子50套设于支柱63，多个圆锥滚子50在圆锥滚子保持架60上沿圆周方向间隔分布，轴向通孔51与支柱63配合，圆锥滚子50可绕支柱63旋转。

如图5-图10所示，圆锥滚子保持架60包括第一垫圈61和第二垫圈62，支柱63的一端固接于第一垫圈61，支柱63的另一端固接于第二垫圈62，第一垫圈61位于圆锥滚子50的靠近安装座12的一侧，第二垫圈62位于圆锥滚子50的靠近刀盘法兰11的一侧。第一垫圈61的外径大于第二垫圈62的外径。具体地，支柱63的第一端设有螺纹，第一垫圈61设有多个螺纹孔，用于和支柱63的第一端配合；第二垫圈62设有多个光孔，支柱63的第二端固接于该光孔。安装时，支柱63的第一端旋入第一垫圈61的螺纹孔，将空心的圆锥滚子50插入到支柱63上，支柱63的第二端与第二垫圈62焊接。

作为另一种实施方式，圆锥滚子50为实心结构，无轴向通孔51，圆锥滚子保持架60的结构形式为整体结构，将圆锥滚子50的大端与轴承内圈30的第一滚子挡边42配合后装入圆锥滚子保持架60，圆锥滚子保持架60的两端面与圆锥滚子50两端面配合，用于分离及紧固各个圆锥滚子50。

如图1和图2所示，主推滚子71通过主推滚子保持架72进行限位。轴承内圈30上设置有密封圈73。

该刀盘安装结构可以应用于掘进机，安装座12可以为掘进机的驱动箱13。该掘进机刀盘安装结构包括两排滚子，在各种复杂地层中，圆锥滚子50主要承受刀盘及上方水土压力产生的径向力及由倾覆力矩产生的反向轴向力；与三排圆柱滚子轴承相比，避免了轴承滚道“空承载”现象，承载能力增强。圆锥滚子50替代三排圆柱滚子轴承中两列径向和辅推滚子，减少了滚子列数，缩短主轴承加工时间，可以使轴承整体成本相比传统结构降低20％左右；同时圆锥面的结构也可便于定位与安装，安装余量充足。

方案二

本发明提供了一种轴承，该轴承包括：轴承外圈20、轴承内圈30、主推滚子71和圆锥滚子50，轴承内圈30设置于轴承外圈20内，轴承内圈30的内壁设有内齿31，主推滚子71和圆锥滚子50分别安装于轴承内圈30与轴承外圈20之间；沿该轴承的第一轴向，圆锥滚子50的轴线向内倾斜，并且圆锥滚子50的轴线与轴承内圈30的轴线之间的夹角记为A；沿轴承的第一轴向，圆锥滚子50的外径缩小，并且圆锥滚子50的锥角记为B。沿安装座12指向刀盘法兰11的方向平行于该轴承的轴向，该轴承的第一轴向与沿安装座12指向刀盘法兰11的方向为同向。

该轴承具有一下优点：(1)主推滚子71与圆锥滚子50相配合，可使结构强度整体加强，增强轴承承载能力，且适用不同地质进行掘进，适用性更强；(2)避免了轴承滚道“空承载”现象，使承载能力增强；(3)与三排圆柱滚子轴承相比，减少了一列滚子，减少了两列滚道的加工量，缩短了加工时间，提高轴承生产效率，减少加工成本，并减轻了重量；(4)便于安装。

该轴承可应用于掘进机，具体可用作掘进机主轴承。该轴承的功能和有益效果已在方案一中作了介绍，在此不再赘述。该轴承还可用作风电机主轴承，可应用于船舶、吊装机等领域。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种掘进机刀盘安装结构，其特征在于，包括：刀盘法兰、安装座、轴承外圈、轴承内圈、主推滚子和圆锥滚子，所述轴承外圈固接于所述安装座，所述轴承外圈固接于所述刀盘法兰；

所述轴承内圈设置于所述轴承外圈内，所述轴承内圈的内壁设有内齿，所述主推滚子和所述圆锥滚子分别安装于所述轴承内圈与所述轴承外圈之间；

所述轴承内圈设有与所述圆锥滚子配合的第一滚道面，沿所述安装座指向所述刀盘法兰的方向，所述第一滚道面向内倾斜；

沿所述安装座指向所述刀盘法兰的方向，所述圆锥滚子的外径缩小。

2.根据权利要求1所述的掘进机刀盘安装结构，其特征在于，所述第一滚道面的锥角记为A，所述圆锥滚子的锥角记为B，满足：10°≤A≤30°，且0.5°≤B≤2°。

3.根据权利要求1所述的掘进机刀盘安装结构，其特征在于，所述轴承内圈设有圆锥凹槽，所述圆锥凹槽构造出所述第一滚道面。

4.根据权利要求3所述的掘进机刀盘安装结构，其特征在于，所述圆锥凹槽的靠近所述安装座的一侧设有第一滚子挡边，所述圆锥凹槽的靠近所述刀盘法兰的一侧设有第二滚子挡边，所述第一滚子挡边和所述第二滚子挡边分别与所述圆锥滚子的端面配合。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的掘进机刀盘安装结构，其特征在于，所述轴承外圈包括第一外圈和第二外圈，所述第一外圈和所述第二外圈沿所述安装座指向所述刀盘法兰的方向依次分布，所述主推滚子安装于所述轴承内圈与所述第一外圈之间，所述圆锥滚子安装于所述轴承内圈与所述第二外圈之间。

6.根据权利要求5所述的掘进机刀盘安装结构，其特征在于，所述第二外圈的内孔为圆锥孔，并且所述第二外圈的内孔壁构造为与所述圆锥滚子配合的第二滚道面。

7.根据权利要求5所述的掘进机刀盘安装结构，其特征在于，所述第二外圈的靠近第一外圈的端面设有台阶槽，所述第一外圈的端面设有与所述台阶槽配合的环形止口。

8.根据权利要求1所述的掘进机刀盘安装结构，其特征在于，所述圆锥滚子通过圆锥滚子保持架进行限位；

所述圆锥滚子保持架设有多个圆周分布的支柱，所述圆锥滚子设有轴向通孔，所述圆锥滚子套设于所述支柱。

9.根据权利要求8所述的掘进机刀盘安装结构，其特征在于，所述圆锥滚子保持架包括第一垫圈和第二垫圈，所述支柱的一端固接于所述第一垫圈，所述支柱的另一端固接于所述第二垫圈，所述第一垫圈位于所述圆锥滚子的靠近所述安装座的一侧，所述第二垫圈位于所述圆锥滚子的靠近所述刀盘法兰的一侧。

10.一种轴承，其特征在于，包括：轴承外圈、轴承内圈、主推滚子和圆锥滚子，所述轴承内圈设置于所述轴承外圈内，所述轴承内圈的内壁设有内齿，所述主推滚子和所述圆锥滚子分别安装于所述轴承内圈与所述轴承外圈之间；

所述轴承内圈设有与所述圆锥滚子配合的第一滚道面，沿所述轴承的第一轴向，所述第一滚道面向内倾斜；

沿所述轴承的第一轴向，所述圆锥滚子的外径缩小。

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