CN116324196A - 圆柱滚子轴承 - Google Patents

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Abstract

公开了一种圆柱滚子轴承(1)，所述圆柱滚子轴承(1)至少具有带有滚道的外圈(4)、带有滚道的内圈(2)以及在所述内圈(2)的滚道和所述外圈(4)的滚道处滚动的多个圆柱形滚子元件(6)，其中，所述内圈(2)的滚道至少部分地具有冠状轮廓。

Description

圆柱滚子轴承
技术领域
本发明涉及一种根据专利权利要求1的前序部分所述的圆柱滚子轴承。
背景技术
在重型应用(诸如，连铸机)中，不仅重载荷而且滚子中常有的高热变化都可能在轴承上引起内部推力载荷，最终导致轴承故障。特别地，支撑轴的非定位轴承(non-locating bearings)会受到影响。
对于传统的非定位轴承，在其座部(seat)上选择用于该轴承的配合，以提供轴承圈中的一个(通常是外圈)的轴向运动。这种轴向运动伴随着摩擦，该摩擦在两个轴承中引起轴向载荷。此外，由于在其座部上具有松配合(loose fit)的轴承的运动是“粘滑(stick-slip)”且不平滑的，因此该运动可能产生破坏性的振动。这种松配合对轴承配置的刚度具有负面影响。具有松配合的轴承圈也可能开始蠕动(/蠕变)(creep)，这会磨损座并导致微动腐蚀(fretting corrosion)，如果不加以检查，则可能导致圈对其座部的微动腐蚀。
为了解决这个问题，提出了所谓的圆环滚子轴承(toroidal roller bearings)。圆环滚子轴承是具有相对长、略微冠状(/凸形)(crowned)的滚子的单列滚子轴承，其中，内圈滚道和外圈滚道相应地是凹形和对称的。圆环滚子轴承可以被设计为将球面滚子轴承的自对准能力与像圆柱滚子轴承或滚针轴承那样适应轴向移位的能力相结合的非定位轴承。此外，非定位轴承的两个圈可以在轴向上定位在座(/轴承座)(housing)中和轴上。这意味着可以固定圈，使得它们不会蠕动。通过以过盈配合(的方式)安装它们，还可以增强轴承配置的径向刚度。由于可以在轴向上将圈固定在轴承中，因此避免了座中的轴承座部的内部预载荷和磨损。此外，圆环滚子轴承被设计为适应轴向移位而不引起额外的轴向内力或摩擦。这意味着作用在轴承上的载荷仅由外部的径向力和轴向力确定。因此，与传统的轴承系统相比，包含圆环滚子轴承(例如，作为非定位轴承)的轴承系统具有较低的合成载荷(resultant loads)和较好的载荷分布。这也转化为(/意味着)较低的操作温度、较高的操作粘度、延长的再润滑间隔以及轴承和润滑剂两者的显著较长的使用寿命。
不利的是，由于圈的轴向固定，在使用期间无法拆卸圆环滚子轴承，这已成为近来的主要问题。由于圆环滚子轴承粘附(stuck)到轴，因此在拆卸期间它们必定被破坏。无法重复使用。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种轴承组件，该轴承组件具有与传统的圆环滚子轴承类似的用于重型应用的性质，但是在使用期间可以容易地拆卸和更换。
该目的通过根据权利要求1所述的圆柱滚子轴承来解决。
在下文中，提出了一种圆柱滚子轴承，该圆柱滚子轴承至少具有带有滚道的外圈、带有滚道的内圈以及在内圈的滚道和外圈的滚道处滚动的多个圆柱形滚子元件。为了将拆除轴承的可能性与如上所述的圆环滚子轴承相同的功能优点(例如，角度错位(/角度偏差/角度未对准)(angular misalignment)和轴向移位)相结合，圆柱滚子轴承的内圈滚道不像传统的圆柱滚子轴承那样是平坦的，而是至少部分地具有冠状轮廓(crowned profile)。与圆柱滚子轴承的内圈的冠状化是不利的(因为接触应力将变得太高)的传统观点相反，本发明人惊奇地发现，内圈的冠状轮廓允许控制接触应力，并且允许方便拆卸过程，而总体上不降低轴承性质。
根据优选实施方式，冠状轮廓具有冠状部半径R，其中，25L2/D<R<55L2/D，并且，其中，L是滚子元件的长度，并且D是滚子元件的直径。这允许高的可许可角度错位β，例如，在+/-1°的范围中或者至少在+/-0.5°的范围中。
根据另一优选实施方式，圆柱形滚子元件与内圈的滚道和外圈的滚道线接触(line contact)，其中，圆柱形滚子元件在内圈的滚道处的线接触的轴向延伸量(axialextension)比圆柱形滚子元件在外圈的滚道处的线接触的轴向延伸量小。内圈与滚子元件之间的较短的线接触和冠状轮廓相结合，允许提高的错位性质以及简化的安装和拆卸性质。
根据另一实施方式，内圈的整个滚道具有冠状轮廓。这进一步提高了角度错位性质，并且允许在度的范围中而不是仅在分的范围中的错位。
此外，圆柱滚子轴承可以适于用作非定位轴承。在载荷状况(例如，轴的弯曲，其可能导致轴相对于支撑轴承的角度错位)下或者在高温应用下，滚子元件可以在轴向上移位。于是，冠状轮廓允许滚子元件相对于内圈的的角度错位以及滚子元件相对于内圈的轴向移位，这继而使得即使存在角度/轴向错位(由作用在轴上的重载荷或因高温导致的热扩展(/热膨胀)(thermal extensions)引起的)也支撑轴。
根据另一优选实施方式，冠状轮廓的曲率在滚道的整个轴向长度上可以是恒定的，或者冠状轮廓的曲率可以在滚道的整个轴向长度上变化。因此，圆柱滚子轴承可以针对预期应用进行调适(/调节)和优化。例如，在预期仅高角度错位但没有重载荷的应用中，冠状轮廓可以是恒定的，其中，在预期高角度错位和重载荷两者的应用中，在具有较高曲率的轮廓的两个区域之间具有几乎平坦的区域的变化轮廓可以是有利的。
还进一步有利的是，圆柱形滚子元件具有优选对数轮廓(logarithmic profile)的轮廓。这提高了冠状轮廓的角度错位性质，而不会降低轴承的载荷能力，因为滚子的主要部分保持与圈线接触。
如上所述，冠状轮廓可具有冠状部半径R，其中，25L2/D<R<55L2/D，并且，其中，L是滚子元件的长度，并且D是滚子元件的直径。这允许高的可许可角度错位β(例如，在+/-1°的范围中或者至少在+/-0.5°的范围中)、高的载荷承载能力(因为滚子填充度FG可以大于80％，优选大于87％)以及高的轴向移位(高达(/上至)轴承宽度的25％，优选高达轴承宽度的15％)。
根据另一优选实施方式，滚子元件保持在保持架中，优选适于包含增加量的滚子的保持架。窗式(window-type)保持架通常包括两个侧环，两个侧环通过保持件杆连接。在保持件杆之间形成所谓的将滚子元件容纳在其中的腔格。在高容量保持架中，通常绕着滚子节圆(所有滚子的中点的连接圆)取向(/定向)的保持件杆远离滚子节圆，使得可以将滚子彼此更加靠近地放置，并且可以将更多的滚子包含到轴承中。
根据另一实施方式，保持架是高容量保持架，该高容量保持架是滚子引导的和/或被配置为远低于滚子元件的节圆直径。因此，可以设置高容量保持架，其增加了可以保持在保持架中的滚子元件的数量(填充程度)。滚子元件数量的增加甚至进一步提高了圆柱滚子轴承的载荷承载能力。通过高容量保持架，可以使滚子填充度FG大于80％，优选大于87％。滚子填充度由FG＝D/(P×sin(π/Z)计算，其中，D是滚子元件的直径，P是节圆直径，并且Z是滚子元件的数量。
进一步优选的是，圆柱滚子轴承是几乎完全互补(complement)的圆柱滚子轴承，其中，可选地，滚子元件容纳在保持架中。如上所述，冠状轮廓使得在高的滚子填充度下提高载荷承载能力。大量的滚子提高载荷承载能力，其中，可选的保持架允许进一步提高轴承的速度能力并且允许轴承的可分离安装和拆卸。
根据另一优选实施方式，圆柱形轴承组件的外圈设置有凸缘，凸缘至少配置在外圈的第一轴向端部处，用于在轴向上在第一侧处保持圆柱形滚子元件。优选地，在第二轴向端部处，外圈具有适于容纳保持环的槽，用于在轴向上在第二侧处保持圆柱形滚子元件。
进一步优选的是，内圈至少包括具有冠状轮廓的第一区域和具有平坦轮廓的第二区域，其中，优选地，具有冠状轮廓的区域配置在内圈的轴向端部处，并且具有平坦轮廓的区域配置在具有冠状轮廓的区域之间。这允许提高载荷承载性质，因为在平坦区域中，轴承用作圆柱滚子轴承。圆柱滚子轴承优选适用于支撑重的径向载荷并提供高的速度。同时，提供轴向移位、高刚度、低摩擦以及长使用寿命。
此外，圆柱滚子轴承可以适于用作非定位轴承。有利地，在空载运行状况下，圆柱滚子轴承可以被设计为主要与滚道的具有平坦轮廓的区域线接触。在负载状况下(例如，轴的弯曲，其可能导致轴相对于支撑轴承的角度错位)，滚子元件可以在轴向上移位，并且可以和与平坦轮廓相邻的冠状轮廓接触。冠状轮廓继而允许滚子元件相对于内圈的角度错位，从而使得即使存在角度错位(由作用在轴上的重载荷引起的)也支撑轴。
在从属权利要求以及说明书和附图中限定了进一步优选的实施方式。因此，在不脱离保护范围的情况下，与其他元件组合描述或示出的元件可以单独存在或与其他元件组合存在。
在下文中，参照附图描述了本发明的优选实施方式，其中，附图仅是示例性的，并不旨在限制保护范围。保护范围仅由所附权利要求限定。
附图说明
附图示出了：
图1：根据优选实施方式的圆柱滚子轴承的示意性截面
图2：示出轴向移位的圆柱滚子轴承的示意性截面；以及
图3：示出角度错位的圆柱滚子轴承的示意性截面。
具体实施方式
在下文中，相同或功能相似的元件用相同的附图标记表示。
图1示出了圆柱滚子轴承1的示意性截面，圆柱滚子轴承1具有内圈2和外圈4，在内圈2与外圈4之间配置有多个滚子元件6。
所示实施方式中的滚子元件6是容纳在保持架8中的圆柱形滚子元件。保持架8适于保持滚子元件6并保持滚子元件6之间的恒定距离。如在图1中可以进一步看到的，保持架8是所谓的由滚子元件引导的高容量保持架。保持架杆(未示出)被配置为远低于滚子6的节圆直径P。因此，所示的圆柱滚子轴承1是几乎满隔室(/隔间)(compartment)的轴承。新的设计使得滚子填充度FG大于80％，优选大于87％，其中，FG＝D/(P×sin(π/Z)，其中，D是滚子元件的直径，P是节圆直径(/节距直径)(pitch diameter)，并且Z是滚子元件的数量。其他配置也是可行的。
外圈4在第一轴向侧10处具有凸缘12，并且在第二轴向侧14处具有槽16，保持环18容纳在槽16中。凸缘12和保持环18实现圆柱形滚子元件6的轴向限制。在拆卸期间，可以容易地从外圈4拆卸保持环，这继而允许在使用期间方便且非破坏性地(/无损地)(non-destroying)拆卸整个轴承1。
如在图1中可以进一步看到的，内圈2具有冠状轮廓(crowned profile)，该冠状轮廓具有冠状部(crowning)半径R。在内圈2的整个轴向长度LIR上，冠状部半径R可以是恒定的，或者可以变化。在所示实施方式中，冠状部半径是恒定的，并且可在25L2/D<R<55L2/D的范围中，其中，L是滚子元件的长度，并且D是滚子元件的直径。此冠状部半径R允许角度错位(/角度偏差/角度未对准)(angular misalignment)β高达+/-1°或者至少高达+/-0.5°(参见图3)。
内圈2的冠状轮廓还允许轴向位移s高达轴承宽度的25％，至少高达轴承宽度的15％，轴承宽度由内圈2的轴向长度LIR给出(参见图2)。这是由于以下事实：即使内圈具有冠状轮廓，该轮廓也保持足够平坦，以提供与滚子元件的足够长的线接触(line contact)，并因此在轴向移位期间提供足够的支撑。
另外地或作为另一种选择，内圈2可以具有冠状轮廓，该冠状轮廓仅配置在内圈2的轴向侧22和24处，其中，内圈2的中间部分26可以保持平坦，优选的是几乎平坦。这允许大的载荷能力，因为滚子元件与内圈之间的线接触可以调适(adapted)为最大。
总之，上面提出的圆柱滚子轴承将内圈与外圈和滚子元件分离的可能性与角度错位以及轴向移位的可能性相结合。这是通过提供具有冠状轮廓的内圈来实现的，传统上认为冠状轮廓过度地增加接触应力。然而，对冠状部半径的仔细调适(careful adaption)确保可以避免接触应力，且允许以度(而不是分)为数量级的角度错位。
附图标记
1圆柱滚子轴承
2内圈
4外圈
6圆柱形滚子元件
8保持架
10 外圈的第一轴向侧
12 凸缘
14 外圈的第二轴向侧
16 槽
18 保持环
22 内圈的第一轴向侧
24 内圈的第二轴向侧
26 内圈的中间部分
P 节圆直径
β 错位角度
s 轴向移位
LIR 内圈的长度
L 滚子元件的长度
D 滚子元件的直径

Claims (11)

1.一种圆柱滚子轴承(1)，至少具有带有滚道的外圈(4)、带有滚道的内圈(2)以及在内圈(2)的滚道和外圈(4)的滚道处滚动的多个圆柱形滚子元件(6)，其特征在于，所述内圈(2)的滚道至少部分地具有冠状轮廓。
2.根据权利要求1所述的圆柱滚子轴承(1)，其特征在于，所述冠状轮廓具有冠状部半径R，其中，25L2/D<R<55L2/D，其中，L是所述滚子元件(6)的长度，D是所述滚子元件(6)的直径。
3.根据权利要求1或2所述的圆柱滚子轴承(1)，其特征在于，所述圆柱形滚子元件(6)与所述内圈(2)的滚道和所述外圈(4)的滚道线接触，其中，所述圆柱形滚子元件(6)在所述内圈(2)的滚道处的线接触的轴向延伸量比所述圆柱形滚子元件(6)在所述外圈(4)的滚道处的线接触的轴向延伸量小。
4.根据前述权利要求中任一项所述的圆柱滚子轴承(1)，其特征在于，所述内圈(2)的整个滚道具有冠状轮廓。
5.根据权利要求4所述的圆柱滚子轴承(1)，其特征在于，所述冠状轮廓的曲率(R)在所述滚道的整个轴向长度(LIR)上是恒定的，或者，所述冠状轮廓的曲率(R)在所述滚道的整个轴向长度(LIR)上变化。
6.根据前述权利要求中任一项所述的圆柱滚子轴承(1)，其特征在于，所述滚子元件通过保持架保持。
7.根据权利要求6所述的圆柱滚子轴承(1)，其特征在于，所述保持架是滚子引导的，并且被配置为远低于所述滚子元件的节圆直径。
8.根据前述权利要求中任一项所述的圆柱滚子轴承(1)，其特征在于，所述圆柱形滚子元件(6)具有对数轮廓。
9.根据前述权利要求中任一项所述的圆柱滚子轴承(1)，其特征在于，所述圆柱滚子轴承(1)是几乎完全互补的圆柱滚子轴承(1)，其中，填充度FG大于80％，优选地，所述填充度FG大于87％，其中，FG＝D/(P×sin(π/Z)，其中，D是所述滚子元件的直径，P是所述节圆直径，并且Z是所述滚子元件的数量。
10.根据前述权利要求中任一项所述的圆柱滚子轴承(1)，其特征在于，所述圆柱轴承(1)组件的外圈(4)设置有凸缘(12)，所述凸缘(12)至少配置在所述外圈(4)的第一轴向端部(10)处，用于在轴向上在第一侧处保持所述圆柱形滚子元件(6)，并且优选地，在第二轴向端部(14)处，所述外圈(4)具有适于容纳保持环(18)的槽(16)，所述保持环(18)用于在轴向上在第二侧(14)处保持所述圆柱形滚子元件(6)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的圆柱滚子轴承(1)，其特征在于，所述内圈能够适应高达轴承宽度的25％的轴向移位(s)，优选地，所述内圈能够适应高达轴承宽度的15％的轴向移位(s)。
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