CN106321643A - 滚子轴承以及变速器集成 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种滚子轴承以及变速器集成，该滚子轴承包括设有外滚道的外圈、设有内滚道的内圈以及置于所述外滚道和所述内滚道构成的滚道内的多个滚动体，所述滚动体为圆柱滚子或滚针，所述滚子轴承具有轴向第一端和轴向第二端，沿从所述轴向第一端到所述轴向第二端的方向，所述滚道的径向尺寸与所述滚动体的径向尺寸的差值越来越大。本申请滚子轴承和应用该滚子轴承的变速器集成可使得轴向第一端与轴向第二端处的应力趋向于接近，避免在负载大的一端出现应力集中，提高产品使用寿命。

Description

滚子轴承以及变速器集成
技术领域
本申请涉及变速器***，尤其是一种用于变速器***的滚子轴承以及变速器集成。
背景技术
基于汽车工业的轻量化和紧凑化设计需求，集成的轴承设计也是未来产品的技术发展趋势。
在变速器***中，套设在支撑轴上的轴承是与变速器壳体是采用可旋转固定的方式紧密配合的，变速器在运行时，会产生较高的运行温度(80℃～120℃)，而变速器壳体一般采用铝材制成，在这种环境下，变速器壳体产生较大的膨胀变形，从而影响轴承与变速器壳体的配合。现有的一种解决方法是，利用螺钉实现轴承与法兰的紧密配合，进而比较容易地实现轴承与变速器壳体之间的组装。
虽然以上方法解决了轴承的安装问题，但轴承的滚动体和滚道之间在运行过程中会出现较为严重的磨损，导致变速器性能受到影响，轴承寿命缩短。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种滚子轴承以及变速器集成，以解决滚子轴承磨损严重的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种滚子轴承，该滚子轴承包括设有外滚道的外圈、设有内滚道的内圈以及置于所述外滚道和所述内滚道构成的滚道内的多个滚动体，所述滚动体为圆柱滚子或滚针，所述滚子轴承具有轴向第一端和轴向第二端，沿从所述轴向第一端到所述轴向第二端的方向，所述滚道的径向尺寸与所述滚动体的径向尺寸的差值越来越大。
进一步地，所述外滚道和内滚道的母线为直线。
可选地，所述内滚道的母线与所述滚子轴承的旋转轴线平行，所述外滚道的母线与所述滚子轴承的旋转轴线之间具有第一夹角。
可选地，所述外滚道的母线与所述滚子轴承的旋转轴线平行，所述内滚道的母线与所述滚子轴承的旋转轴线之间具有第一夹角。
可选地，所述外滚道的母线、所述内滚道的母线均与所述滚子轴承的旋转轴线存在夹角，所述外滚道的母线与所述内滚道的母线之间具有第一夹角。
可选地，所述第一夹角为3.7毫弧度-4.3毫弧度。
优选地，所述第一夹角为4毫弧度。
可选地，所述滚动体在靠近所述轴向第二端的端缘具有倒角。
可替代地，所述外圈具有一体成型的径向上凸伸的法兰。
较佳地，所述滚子轴承具有用于区别所述轴向第一端和所述轴向第二端的标示或结构。
为了解决上述技术问题，本申请还提供了一种变速器集成，该变速器集成包括支撑轴、依次套设在支撑轴上的第一齿轮系、滚子轴承、第二齿轮系，所述滚子轴承具有如前所述的结构，所述第一齿轮系在所述滚子轴承的轴向第一端侧，所述第二齿轮系在所述滚子轴承的轴向第二端侧，所述第一齿轮系的扭矩小于所述第二齿轮系的扭矩。
可选地，所述变速器集成还包括变速器壳体，所述滚子轴承藉由分体或一体的法兰可旋转地固定在所述变速器壳体上。
与现有技术相比，本申请滚子轴承沿从所述轴向第一端到所述轴向第二端的方向，所述滚道的径向尺寸与所述滚动体的径向尺寸的差值越来越大，这使得当本申请滚子轴承被应用于变速器集成这样的单侧扭矩较大的应用环境中时，滚动体基于内滚道和/或外滚道的修型出现沿滚道的偏置，从而在保证滚动体与滚道的最大长度上的线接触的同时，使得轴向第一端与轴向第二端处的应力趋向于接近，避免在负载大的一端出现应力集中，提高了轴承的使用寿命。
附图说明
图1为变速器集成的整体结构示意图；
图2为本申请滚子轴承实施例一的立体分解示意图；
图3为本申请滚子轴承实施例一的剖面示意图；
图4为图3中外圈的剖面示意图；
图5为本申请滚子轴承实施例二的内圈的剖面示意图；
图6为本申请滚子轴承实施例三的滚动体的剖面示意图；
图7为法兰和外圈一体的剖面示意图，其中内径显示锥角；
图8至10为滚子轴承的滚道的应力曲线图，横坐标表示滚道与滚动体接触的位置，单位为毫米(mm),其中横坐标原点位置为滚子轴承轴向长度的中点，纵坐标为滚动体与滚道的接触应力，单位为兆帕(Mpa)。
具体实施方式
本申请涉及滚子轴承以及采用该滚子轴承的变速器集成，当滚子轴承应用于变速器集成中时，如图1所示，一般地，变速器集成1包括支撑轴10、依次套设在支撑轴10上的第一齿轮系20、滚子轴承30、第二齿轮系40，无论该滚子轴承30在轴向长度的长短，在本申请中，所述滚子轴承30具有位于纸面左侧的轴向第一端和位于纸面右侧的轴向第二端。在下文的其他实施例中，滚子轴承的轴向第一端同样位于纸面左侧，而轴向第二端位于纸面右侧。在变速器集成1中，第一齿轮系20在所述滚子轴承30的轴向第一端侧，第二齿轮系40在所述滚子轴承30的轴向第二端侧，第一齿轮系20的扭矩小于第二齿轮系40的扭矩。
为了便于说明，以下先结合图示对本申请滚子轴承的各种实施例进行详细说明，可以理解的是，本申请技术方案并不限于图示方案。
实施例一
本申请滚子轴承100实施例一如图2、3所示，该滚子轴承100包括设有外滚道111的外圈110、设有内滚道121的内圈120、置于所述外滚道111和所述内滚道121构成的滚道内的多个滚动体130以及保持滚动体130的保持架140，所述滚动体130可以为圆柱滚子或滚针，一般地，圆柱滚子和滚针在尺寸比例上有所区别，圆柱滚子的长度与直径之比小于或等于3，而滚针的长度与直径之比大于3。具体地，该实施例一中，滚动体为圆柱滚子。
需要说明的是，本申请所说的滚道是指滚子轴承100在运行过程中，滚动体130与内圈120、外圈110接触的点的集合，内滚道即滚动体130与内圈120接触的点的集合，外滚道即滚动体130与外圈110接触的点的集合。
外滚道111和内滚道121形成滚动体130的滚道，本申请中，沿从所述轴向第一端到所述轴向第二端的方向，即沿纸面从左到右的方向，所述滚道的径向尺寸与所述滚动体130的径向尺寸的差值越来越大，也就是说，滚动体130与所述滚道之间在轴向第二端的径向间隙比滚动体130与所述滚道之间在轴向第一端的径向间隙更大。
具体地在该实施例一中，所述外滚道111和内滚道121的母线为直线，所述轴向第一端的滚道径向尺寸小于所述轴向第二端的滚道径向尺寸。具体地，在该实施例中，所述内滚道21的母线与所述滚子轴承100的旋转轴线X平行，如图4所示，所述外滚道111的母线与所述滚子轴承的旋转轴线X之间具有夹角α，另外，外圈110的外表面的母线为直线，且外圈110的外径尺寸在轴向第一端和轴向第二端相同。
该夹角α的取值范围为3.7毫弧度-4.3毫弧度(mrad)，较佳地，采用4毫弧度(等于0゜13′45″)，最终，所述外滚道111在轴向第一端的内径尺寸小于其在轴向第二端的内径尺寸。
图2还示意出了套设在滚子轴承100的外圈110外，用于将滚子轴承100与变速器壳体结合的法兰盘150，该法兰盘150包括用于将滚子轴承100固定的通孔151。
实施例二
本申请滚子轴承实施例二中，如图5所示，与实施例一相同地，外滚道和内圈220的内滚道221的母线为直线，沿从所述轴向第一端到所述轴向第二端的方向，所述滚道的径向尺寸与所述滚动体的径向尺寸的差值越来越大。与实施例一相比，不同之处在于，所述外滚道的母线与所述滚子轴承的旋转轴线X平行，所述内滚道221的母线与所述滚子轴承的旋转轴线X之间具有夹角β。
该夹角β的取值范围为3.7毫弧度-4.3毫弧度(mrad)，较佳地，采用4毫弧度，最终，如图5所示，所述内滚道221在轴向第一端的外径尺寸大于其在轴向第二端的外径尺寸。
实施例三
本申请滚子轴承实施例三中，内圈、外圈均与实施例一相同，外滚道和内滚道的母线为直线，沿从所述轴向第一端到所述轴向第二端的方向，所述滚道的径向尺寸与所述滚动体的径向尺寸的差值越来越大。与实施例一相比，不同之处在于，作为滚动体330的圆柱滚子在靠近轴向第二端的端缘处设置倒角，当然，也可以在轴向第一端和轴向第二端均设置倒角，如图6所示。
实施例四
本申请滚子轴承实施例四中，内圈及滚动体均与实施例一相同且，外滚道和内滚道的母线为直线，沿从所述轴向第一端到所述轴向第二端的方向，所述滚道的径向尺寸与所述滚动体的径向尺寸的差值越来越大，与实施例一相比，不同之处在于，如图7所示，所述滚子轴承的外圈410具有一体式成型的在径向上向外凸伸的法兰412。
该实施例四中的滚子轴承不需要额外的法兰即可实现与变速器壳体的连接，可以避免因滚子轴承与法兰组装精度的累计公差(accumulatedtolerance)导致的滚动体与滚道之间的错位或倾斜，甚至过早失效，提高了滚子轴承在变速器集成中的使用寿命。
在实施例一中，滚子轴承100的外滚道111的母线与滚子轴承100的旋转轴线X存在夹角，可变换地，内滚道121的母线也可同时与滚子轴承100的旋转轴线X存在夹角，即外滚道111的母线、所述内滚道121的母线均与所述滚子轴承100的旋转轴线X存在夹角，最终在外滚道111的母线与所述内滚道121的母线之间产生夹角γ。
该夹角γ的取值范围为3.7毫弧度-4.3毫弧度(mrad)，较佳地，采用4毫弧度，最终，滚道径向尺寸在轴向第一端处较小，而在轴向第二端处较大。
前述实施例及其变形中，外滚道和内滚道的母线都是直线，可变换地，外滚道和内滚道的母线也可以是基本上呈直线的一个弧段或几个弧段，只要沿从所述轴向第一端到所述轴向第二端的方向，滚道的径向尺寸与滚动体的径向尺寸的差值越来越大，即可实现本申请目的。需要重申的是，本申请中的滚道是指与滚动体接触的点的集合。
本申请还提供了一种应用上述滚子轴承的变速器集成，该变速器集成包括支撑轴、依次套设在支撑轴上的第一齿轮系、滚子轴承、第二齿轮系该变速器集成中的滚子轴承可以采用上述任一实施例的滚子轴承的技术方案，也可以基于上述技术构思有其他多种变形。所述滚子轴承具有轴向第一端和轴向第二端，沿从所述轴向第一端到所述轴向第二端的方向，所述滚道的径向尺寸与所述滚动体的径向尺寸的差值越来越大，且所述第一齿轮系在所述滚子轴承的轴向第一端侧，所述第二齿轮系在所述滚子轴承的轴向第二端侧，所述第一齿轮系的扭矩小于所述第二齿轮系的扭矩。
也就是说，在本申请变速器集成中，滚子轴承的安装有特定的方向要求，即较小扭矩的轴向第一端的滚道径向尺寸小于较大扭矩的轴向第二端的滚道径向尺寸。
因为本申请滚子轴承的轴向第一端和轴向第二端的差异不大，比如当内外滚道的母线为直线时，设置的夹角较小，在产品外观上，较难识别出哪一端滚道径向尺寸较大，哪一端滚道径向尺寸较小，为了避免在轴承组装和变速器集成组装时出现反装或误装，所述滚子轴承具有用于区别所述轴向第一端和所述轴向第二端的标示或结构，具体可以在在内圈或外圈的端面处予以标示，可理解地，标示的必要性以会出现反装或误装为前提，比如，如果外圈经过修型而导致轴向两端的内径尺寸不同，则需要在外圈上予以标示，如果内圈经过修型而导致轴向两端的外径尺寸不同，则需要在内圈上予以标示。该标示方法可以采用贴标签的方式，也可以采用机械挤压或涂色的方式。另外，当外圈上一体成型有法兰时，该法兰的非轴对称设置也可以作为一种标示予以区别。
当滚子轴承应用在图1所示的变速器集成中时，对于滚子轴承而言，出现了由于轴向两端扭矩不同带来的偏载问题，使得滚子轴承中的滚动体在扭矩较大的轴向第二端处的应力大于扭矩较小的轴向第一端，现有技术中，由于滚子轴承的内外滚道的母线均与旋转轴线平行，轴向第二端处较大的应力无法得到释放，进而滚动体在轴向第二端处相对于轴向第一端出现了类似于点接触的边缘应力集中，导致轴向第二端处滚动体与内滚道之间的过大磨损。相较于现有技术，本申请的上述各实施例及替换实施例中，沿从轴向第一端到轴向第二端的方向，滚道的径向尺寸与滚动体的径向尺寸的差值越来越大，这使得滚动体在在轴向第二端处具有相对于轴向第一端处较大的滚道空间。当本申请滚子轴承被应用于变速器集成这样的单侧扭矩较大的应用环境中时，即滚子轴承轴向第一端处的扭矩小于轴向第二端处的扭矩，轴向两侧的负载不均衡而导致的偏载的应用环境中时，滚动体基于内滚道和/或外滚道的修型出现沿滚道的偏置，其滚动相对于旋转轴线出现基于滚道修型的微小夹角，在轴向第二端处的较大应力得到释放，从而在保证滚动体与滚道的最大长度上的线接触的同时，使得轴向第一端与轴向第二端处的应力趋向于接近，避免在负载大的一端出现应力集中，提高了轴承的使用寿命。即使外滚道和/或内滚道的母线为一个或多个弧段构成，只要沿从所述轴向第一端到所述轴向第二端的方向，所述滚道的径向尺寸与所述滚动体的径向尺寸的差值越来越大，则基于上述相同的原理同样可以避免在负载大的一端出现应力集中。
为了证明本申请技术方案的技术效果，申请人进行了一组对比试验，相同条件下，在采用现有技术方案时，即滚子轴承的内外滚道的母线均与旋转轴线平行，如图8所示，滚道与滚动体之间的应力沿轴向第一端到轴向第二端逐渐增大，应力集中表现明显，并在靠近轴向第二端处达到最大值，轴向第二端的应力最大值为3878MPa，当采用如图4所示的的滚子轴承外圈且α为4毫弧度时，如图9所示，虽然轴向第一端处的应力有所增加，但轴向第二端的应力显著下降，最大值降低为3268MPa，整体应力分布趋势趋向于平缓，但实验也表明上述滚道的修型不易过大，如图10所示，当图4所示的增加α角增加到5毫弧度时，边缘应力将出现在轴向第一端侧，且不同于原来的应力分布。
在实施例四中，滚动体330在靠近轴向第二端的端缘处设置倒角，相对于滚动体未设置倒角的技术方案，可以避免因应力最大的第二端的端缘处滚动体330与滚道的接触而产生的磨损，对于进一步提升滚子轴承的寿命起到积极的作用。
需要说明的是，本申请中的夹角设计是相对较小，为了在各图中清晰地显示本申请相对于现有技术的改变，特意采用夸大方式予以表现。
需要说明的是，为了实现本申请发明目的，本申请滚子轴承不限于单列滚子轴承，也可以是双列或多列滚子轴承。另外，本申请对滚子轴承中的内圈和外圈的挡边设计也没有限定，既可以单独设置内圈挡边(如图3所示)或单独设置外圈挡边，也可以同时设置内圈和外圈挡边。本申请对滚子轴承是否满装，以及是否采用滚动体保持架、采用何种保持架以及是否采用密封件，采用何种密封件均不作限定。可理解地，对于相同轴向长度的滚子轴承而言，挡边越窄，滚动体的长度相对越大，滚子轴承的径向承载能力也越强。
虽然本发明仅就某些示范性实施方式进行描述，这些描述应该仅作为示例而不构成限制。在所附权利要求书记载的范围内，在不脱离本发明精神和范围情况下，各种变化均是可能的。

Claims (12)

1.一种滚子轴承，该滚子轴承包括设有外滚道的外圈、设有内滚道的内圈以及置于所述外滚道和所述内滚道构成的滚道内的多个滚动体，所述滚动体为圆柱滚子或滚针，所述滚子轴承具有轴向第一端和轴向第二端，其特征在于：
沿从所述轴向第一端到所述轴向第二端的方向，所述滚道的径向尺寸与所述滚动体的径向尺寸的差值越来越大。
2.如权利要求1所述的滚子轴承，其特征在于，所述外滚道和内滚道的母线为直线，或者，所述外滚道和/或内滚道的母线为一个或几个弧段。
3.如权利要求2所述的滚子轴承，其特征在于，所述内滚道的母线与所述滚子轴承的旋转轴线平行，所述外滚道的母线与所述滚子轴承的旋转轴线之间具有第一夹角。
4.如权利要求2所述的滚子轴承，其特征在于，所述外滚道的母线与所述滚子轴承的旋转轴线平行，所述内滚道的母线与所述滚子轴承的旋转轴线之间具有第一夹角。
5.如权利要求2所述的滚子轴承，其特征在于，所述外滚道的母线、所述内滚道的母线均与所述滚子轴承的旋转轴线存在夹角，所述外滚道的母线与所述内滚道的母线之间具有第一夹角。
6.如权利要求3至5中任一项所述的滚子轴承，其特征在于，所述第一夹角为3.7毫弧度-4.3毫弧度。
7.如权利要求3至5中任一项所述的滚子轴承，其特征在于，所述第一夹角为4毫弧度。
8.如权利要求1至5中任一项所述的滚子轴承，其特征在于：所述滚动体在靠近所述轴向第二端的端缘具有倒角。
9.如权利要求1至5中任一项所述的滚子轴承，其特征在于：所述外圈具有一体成型的径向上凸伸的法兰。
10.如权利要求1至5中任一项所述的滚子轴承，其特征在于：所述滚子轴承具有用于区别所述轴向第一端和所述轴向第二端的标示或结构。
11.一种变速器集成，该变速器集成包括支撑轴、依次套设在支撑轴上的第一齿轮系、滚子轴承、第二齿轮系，其特征在于：所述滚子轴承为权利要求1至8、10中任一项所述的滚子轴承，所述第一齿轮系在所述滚子轴承的轴向第一端侧，所述第二齿轮系在所述滚子轴承的轴向第二端侧，所述第一齿轮系的扭矩小于所述第二齿轮系的扭矩。
12.如权利要求11所述的变速器集成，其特征在于：所述变速器集成还包括变速器壳体，所述滚子轴承藉由分体或一体的法兰可旋转地固定在所述变速器壳体上。
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