CN103967930B - 高轴向承载能力的圆柱滚子轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及滚动轴承技术领域，特别涉及一种用于载重汽车驱动桥主减速器主锥导向支承的高轴向承载能力的圆柱滚子轴承。一种高轴向承载能力的圆柱滚子轴承，它包括外圈、内圈、夹设于外圈与内圈之间的满装圆柱滚子以及设于内圈和圆柱滚子一侧的平挡圈；它通过提高挡边强度及改变轴承内、外圈与滚子端面接触部位的挡边形状和滚子接触端面形状，改善轴承内、外圈挡边和滚子端面接触区的润滑状况，形成较好的弹性流体动力润滑，从而能够大大提高轴向承载能力，有效防止内圈挡边破裂，降低产品使用的故障率。
Description
技术领域
本发明涉及滚动轴承技术领域，特别涉及一种可用于载重汽车驱动桥主减速器主锥导向支承的高轴向承载能力的圆柱滚子轴承。
背景技术
目前，中、重载汽车驱动桥主减速器主锥导向支承轴承一般都采用圆柱滚子轴承，参见图1-图5所示。这种圆柱滚子轴承在设计理论上主要承受径向载荷，不承受轴向载荷。但在实际使用过程中，受到相关零部件的加工、装配精度难于保证和汽车超载、路况差等因素的影响，圆柱滚子轴承往往要承受较大的轴向载荷，导致轴承内圈挡边破裂，轴承损坏，并致使相关零部件损坏，严重影响车辆行驶安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于载重汽车驱动桥主减速器主锥导向支承的高轴向承载能力的圆柱滚子轴承，它通过改变轴承内、外圈与滚子端面接触部位的挡边形状和滚子接触端面形状，改善轴承内、外圈挡边和滚子端面接触区的润滑状况，形成较好的弹性流体动力润滑，从而能够大大提高轴向承载能力，有效防止内圈挡边破裂，降低产品使用的故障率。
本发明技术方案如下所述：
一种高轴向承载能力的圆柱滚子轴承，它包括外圈、内圈、夹设于外圈与内圈之间的满装圆柱滚子以及设于内圈和圆柱滚子一侧的平挡圈，其特征在于：
在所述圆柱滚子轴承沿轴线剖切的横截面上，外圈和内圈的挡边均呈微凸的挡边弧线，位于该挡边弧线两端点之间的弦线与所述圆柱滚子轴承沿垂直轴线剖切的纵截面之间具有0°15’～0°30’的挡边倾斜角α，且该挡边弧线与该弦线中点具有2～3μm的最大垂直距离(也称凸度量)；
在所述圆柱滚子轴承沿轴线剖切的横截面上，所述圆柱滚子端面与外圈和内圈的挡边接触的接触部位呈球面线，且该圆柱滚子端面的球面线的实际曲率半径为与挡边弧线相切(由于挡边弧线的凸度量非常微小，计算时已将其近似为直线，即等同于弦线)的滚子端面球面线理论计算曲率半径的90％-95％；
所述滚子端面球面线理论计算曲率半径R的计算公式如下：
R＝(Dwe/2-H1)/sinα，
R：滚子端面球面线理论计算曲率半径；
Dwe：圆柱滚子的有效直径；
H1：圆柱滚子端面与挡边的接触点至滚道表面径向距离；
α：挡边倾斜角。
所述圆柱滚子端面的球面线的实际曲率半径优选为与挡边弧线相切的滚子端面球面线理论计算曲率半径R的95％。
此外，为了进一步增大挡边强度，提高轴向承载能力，本发明上述技术方案还进一步改进如下：所述内圈的挡边弧线与内圈的滚道母线之间取消越程槽，改为直接衔接(即内圈的挡边弧线与内圈的滚道母线之间无越程槽)。
所述内圈滚道母线、外圈滚道母线和圆柱滚子母线呈相互匹配的对数曲线凸度形状；
①所述外圈滚道母线的对数曲线凸度形状的凸度量为4～7μm，对数曲线方程为：
y上限＝-2.41ln(1-0.1125×10-3x-16.8×10-3x2+2×10-6x3)；
y下限＝-1.38ln(1-0.1125×10-3x-16.8×10-3x2+2×10-6x3)；
②所述内圈滚道母线的对数曲线凸度形状的凸度量为4～7μm，对数曲线方程为：
y上限＝-2.41ln(1-0.1125×10-3x-16.8×10-3x2+2×10-6x3)；
y下限＝-1.38ln(1-0.1125×10-3x-16.8×10-3x2+2×10-6x3)；
③所述圆柱滚子母线的对数曲线凸度形状的凸度量为5～8μm，对数曲线方程为：
y上限＝-2.31ln(1-0.1125×10-3x-17.22×10-3x2+2×10-6x3)；
y下限＝-1.445ln(1-0.1125×10-3x-17.22×10-3x2+2×10-6x3)。
较之现有技术而言，本发明具有以下优点：
1、本发明的圆柱滚子轴承在其外形尺寸不改变现有技术轴承的情况下，将圆柱滚子轴承内、外圈挡边由原来的直挡边改为带有一定倾斜角度的微凸弧形挡边，并将与之接触的滚子端面改为球面，在所述圆柱滚子轴承沿轴线剖切的横截面上，所述圆柱滚子端面与外圈和内圈的挡边接触的接触部位呈球面线，且该圆柱滚子端面的球面线的实际曲率半径为与挡边弧线相切的滚子端面球面线理论计算曲率半径的90％-95％，从而改善了轴承内、外圈挡边和滚子端面接触区的润滑状况，形成较好的弹性流体动力润滑，能够提高轴向承载能力，有效防止内圈挡边破裂。与现有技术轴承相比，本发明在满足了汽车安装要求的前提下，轴向承载能力提高3倍。
2、本发明的圆柱滚子轴承取消原有的内圈越程槽结构改为无越程槽结构，从而使挡边有效宽度增加21％(如图4和图10对比，挡边有效宽度由图4的3.3mm增加至图10的4.0mm)，增大了挡边强度，提高了轴向承载能力；同时能够消除越程槽处存在的较大应力，防止轴承受外力冲击、碰撞时，使内圈挡边破裂。
3、本发明的圆柱滚子轴承内圈滚道母线、外圈滚道母线及滚子母线由原有的直线改为呈相互匹配的对数曲线凸度形状，从而可消除“边缘应力”，提高轴承疲劳寿命。
4、实验证明，使用本发明的圆柱滚子轴承降低了故障率92.6％，能够有效地满足用户的使用要求。
附图说明
图1是现有技术的圆柱滚子轴承的剖视图；
图2是现有技术的圆柱滚子轴承的外圈零件图；
图3是现有技术的圆柱滚子轴承的内圈零件图；
图4是现有技术的圆柱滚子轴承的内圈挡边局部视图；
图5是现有技术的圆柱滚子轴承的圆柱滚子零件图；
图6是本发明的圆柱滚子轴承的剖视图；
图7是本发明的圆柱滚子轴承的内圈挡边与圆柱滚子端面接触示意图；
图8是本发明的圆柱滚子轴承的外圈零件图；
图9是本发明的圆柱滚子轴承的内圈零件图；
图10是本发明的圆柱滚子轴承的内圈挡边局部视图；
图11是本发明的圆柱滚子轴承的圆柱滚子零件图；
图12是本发明用于计算滚子端面球面线理论计算曲率半径R的示意图。
图中标号说明：
1-外圈、2-内圈、3-圆柱滚子、4-平挡圈；
2-1：外圈和内圈的挡边弧线；
2-2：外圈和内圈的挡边弧线两端点之间的弦线；
3-1：圆柱滚子端面与外圈和内圈的挡边接触的接触部位球面线。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明内容进行详细说明：
实施例1
如图6-图11所示：
为本发明提供的一种高轴向承载能力的圆柱滚子轴承，它包括外圈1、内圈2、夹设于外圈1与内圈2之间的满装圆柱滚子3以及设于内圈2和圆柱滚子3一侧的平挡圈4，其特征在于：
在所述圆柱滚子轴承沿轴线剖切的横截面上，外圈1和内圈2的挡边均呈微凸的挡边弧线2-1，位于该挡边弧线2-1两端点之间的弦线2-2与所述圆柱滚子轴承沿垂直轴线剖切的纵截面之间具有0°15’～0°30’的挡边倾斜角α，且该挡边弧线2-1与该弦线2-2中点具有2～3μm的最大垂直距离(也称凸度量)；
在所述圆柱滚子轴承沿轴线剖切的横截面上，所述圆柱滚子3端面与外圈1和内圈2的挡边接触的接触部位呈球面线，且该圆柱滚子3端面的球面线的实际曲率半径为与挡边弧线2-1相切的滚子端面球面线理论计算曲率半径的90％-95％；优选为95％。即按照常规的设计为928mm，现可参考采用881mm，但本发明并不局限于该尺寸。
参见图12所示，所述滚子端面球面线理论计算曲率半径R的计算公式如下：
R＝(Dwe/2-H1)/sinα，
R：滚子端面球面线理论计算曲率半径；
Dwe：圆柱滚子3的有效直径；
H1：圆柱滚子3端面与挡边的接触点至滚道表面径向距离；
α：挡边倾斜角。
所述内圈2的挡边弧线2-1与内圈2的滚道母线直接衔接，即两者之间无越程槽结构。
所述内圈2滚道母线、外圈1滚道母线和圆柱滚子3母线呈相互匹配的对数曲线凸度形状；
①所述外圈1滚道母线的对数曲线凸度形状的凸度量为4～7μm，对数曲线方程为：
y上限＝-2.41ln(1-0.1125×10-3x-16.8×10-3x2+2×10-6x3)；
y下限＝-1.38ln(1-0.1125×10-3x-16.8×10-3x2+2×10-6x3)；
②所述内圈2滚道母线的对数曲线凸度形状的凸度量为4～7μm，对数曲线方程为：
y上限＝-2.41ln(1-0.1125×10-3x-16.8×10-3x2+2×10-6x3)；
y下限＝-1.38ln(1-0.1125×10-3x-16.8×10-3x2+2×10-6x3)；
③所述圆柱滚子3母线的对数曲线凸度形状的凸度量为5～8μm，对数曲线方程为：
y上限＝-2.31ln(1-0.1125×10-3x-17.22×10-3x2+2×10-6x3)；
y下限＝-1.445ln(1-0.1125×10-3x-17.22×10-3x2+2×10-6x3)。
上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不只仅仅局限于上述实施例，本领域技术人员应该明白，凡是依据上述原理及精神在本发明基础上的改进、替代，都应在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种高轴向承载能力的圆柱滚子轴承，它包括外圈(1)、内圈(2)、夹设于外圈(1)与内圈(2)之间的满装圆柱滚子(3)以及设于内圈(2)和圆柱滚子(3)一侧的平挡圈(4)，其特征在于：
在所述圆柱滚子轴承沿轴线剖切的横截面上，外圈(1)和内圈(2)的挡边均呈微凸的挡边弧线(2-1)，位于该挡边弧线(2-1)两端点之间的弦线(2-2)与所述圆柱滚子轴承沿垂直轴线剖切的纵截面之间具有0°15’～0°30’的挡边倾斜角α，且该挡边弧线(2-1)与该弦线(2-2)中点具有2～3μm的最大垂直距离；
在所述圆柱滚子轴承沿轴线剖切的横截面上，所述圆柱滚子(3)端面与外圈(1)和内圈(2)的挡边接触的接触部位呈球面线，且该圆柱滚子(3)端面的球面线的实际曲率半径为与挡边弧线(2-1)相切的滚子端面球面线理论计算曲率半径的90％-95％；
所述滚子端面球面线理论计算曲率半径R的计算公式如下：
R＝(Dwe/2-H1)/sinα，
R：滚子端面球面线理论计算曲率半径；
Dwe：圆柱滚子(3)的有效直径；
H1：圆柱滚子(3)端面与挡边的接触点至滚道表面径向距离；
α：挡边倾斜角。
2.根据权利要求1所述的高轴向承载能力的圆柱滚子轴承，其特征在于：所述圆柱滚子(3)端面的球面线的实际曲率半径为与挡边弧线(2-1)相切的滚子端面球面线理论计算曲率半径R的95％。
3.根据权利要求1或2所述的高轴向承载能力的圆柱滚子轴承，其特征在于：所述内圈(2)的挡边弧线(2-1)与内圈(2)的滚道母线直接衔接。
4.根据权利要求1或2所述的高轴向承载能力的圆柱滚子轴承，其特征在于：
所述内圈(2)滚道母线、外圈(1)滚道母线和圆柱滚子(3)母线呈相互匹配的对数曲线凸度形状；
①所述外圈(1)滚道母线的对数曲线凸度形状的凸度量为4～7μm，对数曲线方程为：
y上限＝-2.41ln(1-0.1125×10-3x-16.8×10-3x2+2×10-6x3)；
y下限＝-1.38ln(1-0.1125×10-3x-16.8×10-3x2+2×10-6x3)；
②所述内圈(2)滚道母线的对数曲线凸度形状的凸度量为4～7μm，对数曲线方程为：
y上限＝-2.41ln(1-0.1125×10-3x-16.8×10-3x2+2×10-6x3)；
y下限＝-1.38ln(1-0.1125×10-3x-16.8×10-3x2+2×10-6x3)；
③所述圆柱滚子(3)母线的对数曲线凸度形状的凸度量为5～8μm，对数曲线方程为：
y上限＝-2.31ln(1-0.1125×10-3x-17.22×10-3x2+2×10-6x3)；
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