CN202579646U - 一种带宽凸型挡边的圆锥滚子轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带宽凸型挡边的圆锥滚子轴承，包括轴承内圈、滚子、保持架、轴承外圈，所述的轴承内圈与轴承外圈间设有一圈滚子，在该滚子的轴向上设有保持架，且该保持架位于轴承内圈与轴承外圈间；所述的轴承内圈内设有大挡边与油沟，该油沟的开口角度为35°；该轴承内圈内的大挡边与滚子的球基面接触位置为在油沟起外延33%挡边面处，并以滑动方式作相对运动；所述的大挡边在与滚子的球基面接触端设计成为宽型锥面；本实用新型的所述结构对降低滚子球基面与内圈大挡边之间的滑动摩擦、改善实际挡边润滑环境，提高圆锥滚子轴承寿命有着非常明显功效。

Description

一种带宽凸型挡边的圆锥滚子轴承

技术领域

本实用新型涉及一种圆锥滚子轴承，尤其涉及一种带宽凸型挡边的圆锥滚子轴承。 

背景技术

圆锥滚子轴承由内圈、外圈、滚子、保持架等四部分组成，可承受较大的径向和轴向联合载荷，也可承受纯轴向载荷；滚子的球基面与内圈大挡边之间一般采用球面与锥面接触，并以滑动方式作相对运动。 

目前，轴承行业中圆锥轴承的挡边轮廓形状普遍采用直线型。挡边的轮廓形状、挡边的有效宽度与挡边工作时的受力、润滑、摩擦、发热等状况密切相关，也就是说，挡边有效宽度及形状的合理设计，对轴承的寿命十分有益。但圆锥滚子轴承在实际设计生产应用中，经常会遇到以下问题： 

1、内圈大挡边与滚子球基面接触点位置设计 

滚子球基面与大挡边接触副设计成点接触是不产生过大摩擦与热量的有效方法，而接触点的位置确定了接触质量。事实上，由于挡边与滚子球基面接触位置的设计制造误差，易出现该接触点不在大挡边面上（掉入油沟或在大挡边外），形成球基面与挡边内/外延线接触。导致轴承不能承载，并在运转时瞬间产生挤压并失效。这就要求设计时充分考虑挡边有效宽度。 

另外，该接触点的位置还直接影响了挡边的抗弯能力和刚性，例如当接触点位置靠近挡边里口则会增大挡边承受的弯矩。 

2、摩擦力矩问题 

轴承在设计或制造过程中产生的偏差，使滚子球基面与挡边的接触点在挡边有效宽度上下游离，而当接触在挡边面外缘时易出现轴承摩擦力矩过大的现象，导致温升提高过快，严重影响润滑油、脂的性能。另外由过大的摩擦力矩引起的滚子偏斜，直接导致轴承滚子-滚道接触应力集中问题。这就要求滚子球基面与挡边的凸型设计必须合理。 

3、润滑情况以及油膜厚度计算问题 

滚子球基面与内圈大挡边间的点接触，有利于形成油膜。由于滚子-挡边载荷比滚子-滚道小得多，在挡边-滚子球基面的油膜厚度通常比滚子-滚道油膜厚度大。但在恶劣条件下，如滚子偏斜等情况下，滚子-挡边会产生擦伤和细微焊接现象。经分析，这与油粘度、载荷类型以及挡边与滚子球基面供油不足、挡边有效宽度有关，需要对油膜厚度进行计算分析。 

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述存在的不足，而提供一种对降低滚子球基面与内圈大挡边之间的滑动摩擦、改善实际挡边润滑环境，提高圆锥滚子轴承寿命有着非常明显功效的带宽凸型挡边的圆锥滚子轴承。 

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，它包括轴承内圈、滚子、保持架、轴承外圈，所述的轴承内圈与轴承外圈间设有一圈滚子，在该滚子的轴向上设有保持架，且该保持架位于轴承内圈与轴承外圈间；所述的轴承内圈内设有大挡边，该大挡边与滚子的球基面紧密接触，并以滑动方式作相对运动。 

作为优选，所述的大挡边在与滚子的球基面接触端设计成为宽型锥面，该宽型锥面的有效宽度为L，即大挡边的宽度为有效宽度L基础上增加0.5～1.0mm。 

作为优选，所述的大挡边分为有效区与过渡区，其有效区占有效宽度的2/3，即2/3L；其过渡区占有效宽度的1/3，即1/3L；该有效区的直线度形状为圆弧凸形，数值范围为0～0.003mm。 

作为优选，所述的轴承内圈设有油沟，该油沟的开口角度为35°；该轴承内圈内的大挡边与滚子的球基面接触位置为在油沟起外延33%挡边面处。 

本实用新型的有益效果为：本圆锥滚子轴承辅以大挡边外径、油沟厚度设计，优化了球基面与档边的接触位置，使得档边与滚子球基面摩擦力矩减小，降低了轴承温升以及振动等产生的不利因素；此外，接触位置的优化计算，使得档边的抗弯能力也得到提升；另外，这种宽凸型档边容易形成油膜，改善了档边与滚子球基面之间的摩擦、润滑环境，降低了轴承的温升提高过快的状况。 

附图说明

图1是圆锥滚子轴承总成结构示意图。 

图2是本实用新型滚子球基面与大挡边接触结构示意图。 

图3是本实用新型圆锥滚子轴承的轴承内圈结构示意图。 

图4是本实用新型大挡边轮廓结构示意图。 

图5是本实用新型轴承内圈大挡边的油沟结构示意图。 

图6是本实用新型大挡边与滚子的球基面作用点结构示意图。 

图7是本实用新型轴衬内圈的大挡边面供油分析结构示意图。 

附图中的标号分别为：1、轴承内圈，2、滚子，3、保持架，4、轴承外圈，11、大挡边，12、油沟，13、宽型锥面，21、球基面，111、有效区，112、过渡区。 

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做详细的介绍：如附图1、2、3所示，本实用新型包括轴承内圈1、滚子2、保持架3、轴承外圈4，所述的轴承内圈1与轴承外圈4间设有一圈滚子2，在该滚子2的轴向上设有保持架3，且该保持架3位于轴承内圈1与轴承外圈4间；所述的轴承内圈1内设有大挡边11，该大挡边11与滚子2的球基面21紧密接触，并以滑动方式作相对运动。所述的轴承内圈1设有油沟12，该油沟12的开口角度为35°；该轴承内圈1内的大挡边11与滚子2的球基面21接触位置为在油沟12起外延33%挡边面处。 

如附图4所示，所述的大挡边11在与滚子2的球基面21接触端设计成为宽型锥面13，该宽型锥面13的有效宽度为L，即大挡边11的宽度为有效宽度L基础上增加0.5～1.0mm。所述的大挡边11分为有效区111与过渡区112，其有效区111占有效宽度的2/3，即2/3L；其过渡区112占有效宽度的1/3，即1/3L；该有效区111的直线度形状为圆弧凸形，数值范围为0～0.003mm。实验表明，这种类型的宽凸型档边结构，能够有效地对解决或者减少以上各种问题造成的不利影响。 

本实用新型为确保大挡边11和宽型锥面13形成有效区111、过渡区112两部分，采取了以下措施方法： 

1、设计大挡边11外径时，在有效宽度L基础上增加0.5～1.0mm； 

2、增加大挡边油沟12厚度的设计控制要求,引入挡边厚度H设计尺寸（如图5所示）。 

当车加工采用成形车刀时，按图5所示对油沟厚度控制后，油沟座标尺寸m、m1、m2、m3自动形成，且分散性能较好得控制在一个有效范围，从而确保了挡边面有效宽度。 

3、确保轴承大挡边11与滚子球基面21的接触位置在油沟12起外延33%挡边面处。 

以轴承轴线为横轴x，油沟中心垂直于横轴的直线纵轴y，交点为原点。那么，接触位置设计采用下面式子： 

x=tsinλ 

$y=\frac{1}{2}{d}_i+\cos \mathrm{\λ}---\left(1\right)$

其中： 

上式中，可以对角度参数以及滚子球面半径优化调整，确保接触点位置在大油沟起外延33%挡边面处。 

4、摩擦力矩的减小。 

摩擦力矩的公式计算可利用以下公式： 

式中：M——滚子球基面和挡边间滑动摩擦力矩 

μ——滚子端面与挡边间的滑动磨擦系数； 

e_f——滚子与挡边的接触负荷作用点至挡边底部的距离； 

——圆锥滚子的半锥角； 

F_a——轴承受的轴向负荷。 

确定了大挡边11与滚子球基面21的接触位置（大油沟起外延33%挡边面处），由公式(2)和图6可知，当滚子与挡边的接触负荷作用点至挡边底部的距离e_f减小，能有效降低滚子球基面21和大挡边11之间的滑动磨擦所产生的轴承摩擦力矩，从而温升的增加幅度也会减小；另外，接触点位置的变低，挡边反座力产生的力矩也会减小，增强了挡边的抗弯能力。总之，这些因素都有利于轴承使用寿命的提高。 

5、油膜厚度的计算 

该实用宽凸型结构能有效控制滚子旋转过程中产生偏斜，保证保持架正确引导滚子旋转，从而进一步减缓滚子2和保持架3之间、滚子2与大挡边11之间的摩擦。在高速运转的滚动轴承中，前一滚动体刚滚过套圈某一位置，当润滑剂尚未补充到这个位置时，后一滚动体又滚到该位置，即供油不足。从圆锥滚子轴承结构分析，供油量的大小与过渡区边缘至接触中心的无量纲距离n有关，本实用宽凸型结构涉及的内圈大挡边与滚子球基面工作区域即为典型，挡边面的有效宽度大小及一致性、挡边面形状反映n值的大小变化，如图7所示。 

当n较大时，油膜厚度基本不变，而当n减小至某一临界值m*时，油膜厚度开始减小。对油膜厚度的计算完成以后，就可以对临界值n*用公式(3)计算： 

$n^{*}=1+3.34{[{\left(\frac{\mathrm{Rx}}{b}\right)}^2\·H_{\min }]}^{0.56}---\left(3\right)$

式中：n^*——润滑油入口边缘至接触中心无量纲距离 

Rx——当量曲率半径 

b——接触椭圆短半轴 

H_min——无量纲最小油膜厚度 

本实用宽凸型结构中的过渡区就是为了在接触处形成具有承载能力的润滑油膜而设计。以上分析需通过数值分析方法完成，分析结果表明，挡边与滚子球基面接触位置润滑良好。 实验结果显示，轴承没有出现温升提高过快的现象，振动、噪声也合乎标准。良好的润滑，提高了抗过热运转和咬蚀磨损的可靠性，有效提升轴承使用寿命；这对获得实际全膜弹流润滑具有实际指导意义。 

除上述实施例外，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。 

Claims (4)

1.一种带宽凸型挡边的圆锥滚子轴承，包括轴承内圈（1）、滚子（2）、保持架（3）、轴承外圈（4），其特征在于：所述的轴承内圈（1）与轴承外圈（4）间设有一圈滚子（2），在该滚子（2）的轴向上设有保持架（3），且该保持架（3）位于轴承内圈（1）与轴承外圈（4）间；所述的轴承内圈（1）内设有大挡边（11），该大挡边（11）与滚子（2）的球基面（21）紧密接触，并以滑动方式作相对运动。

2.根据权利要求1所述的带宽凸型挡边的圆锥滚子轴承，其特征在于：所述的大挡边（11）在与滚子（2）的球基面（21）接触端设计成为宽型锥面（13），该宽型锥面（13）的有效宽度为L，即大挡边（11）的宽度为有效宽度L基础上增加0.5～1.0mm。

3.根据权利要求2所述的带宽凸型挡边的圆锥滚子轴承，其特征在于：所述的大挡边（11）分为有效区（111）与过渡区（112），其有效区（111）占有效宽度的2/3，即2/3L；其过渡区（112）占有效宽度的1/3，即1/3L；该有效区（111）的直线度形状为圆弧凸形，数值范围为0～0.003mm。

4.根据权利要求1或2所述的带宽凸型挡边的圆锥滚子轴承，其特征在于：所述的轴承内圈（1）设有油沟（12），该油沟（12）的开口角度为35°；该轴承内圈（1）内的大挡边（11）与滚子（2）的球基面（21）接触位置为在油沟（12）起外延33%挡边面处。 

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