CN106402162A - 非圆滚道滚动轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非圆滚道滚动轴承。轴承外圈内表面和轴承内圈外表面的滚道为非圆滚道，滚动体被保持架均匀间隔隔开，在轴承外圈和轴承内圈之间的非圆滚道中滚动；轴承外圈和轴承内圈非圆滚道的截面形状是正态曲线、抛物线、悬链线、蚌线、椭圆弧、箕舌线其中的一种或者是上述不同曲线的组合；轴承外圈滚道中间处的曲率半径比轴承内圈滚道中间处的曲率半径大。本发明能减小滚道的曲率半径，减小轴承的轴向游隙，减少轴承的振动；并且能增大滚道与滚子的综合曲率半径，使得内外圈滚道与滚动体接触应力变小，轴承承载能力增大，轴承的接触疲劳寿命变长。

Description

非圆滚道滚动轴承

技术领域

本发明涉及一种滚动轴承，尤其是涉及一种非圆滚道滚动轴承。

背景技术

在滚动轴承中，滚动体与轴承内、外圈的滚道相接触。在传统的滚动轴承设计中，通常将其滚道截面形状设计成圆形，滚道半径与滚子直径之比在0.53～0.54之间，这种圆形滚道截面的曲率半径较大，使得轴承的轴向游隙较大，增加了轴承的振动与噪声。此外还使得圆形滚道轴承滚动体与滚道的综合曲率半径较小，导致滚动体与内外圈滚道之间的接触应力过大，轴承的承载能力变小、使用寿命变短。

发明内容

为了解决背景技术中一般滚动轴承圆滚道曲率半径较大、轴承的轴向游隙大、轴承振动大、滚动体与滚道间接触应力大、轴承接触疲劳寿命短的问题，本发明的目的在于提供一种能够减小滚道的曲率半径、减小轴承轴向游隙、减少轴承振动、减小滚动体与滚道之间的接触应力、提高轴承承载能力和接触疲劳寿命的非圆滚道滚动轴承。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括轴承外圈、轴承内圈以及安装在轴承外圈和轴承内圈之间的滚动体、保持架和润滑剂，所述的轴承外圈内表面和轴承内圈外表面的滚道为非圆滚道，滚动体被保持架均匀间隔隔开，在轴承外圈和轴承内圈之间的非圆滚道中滚动。

所述非圆滚道的截面形状是正态曲线、抛物线、悬链线、蚌线、椭圆弧、箕舌线其中的一种。

所述的轴承外圈和轴承内圈非圆滚道的截面形状是正态曲线、抛物线、悬链线、蚌线、椭圆弧、箕舌线其中的一种或者是上述不同曲线的组合。

所述的轴承外圈滚道中间处的曲率半径(即曲线上对称中心点处的滚道曲率半径)比轴承内圈滚道中间处的曲率半径大。

所述的轴承外圈滚道中间处的曲率半径与滚动体的直径之比为0.52～0.53。

所述的轴承内圈滚道中间处的曲率半径与滚动体直径之比为0.515～0.52。

所述的轴承外圈和轴承内圈各自的非圆滚道在沿轴承的轴向方向上均以轴承中心两侧对称。

本发明通过对滚道截面形状进行恰当非圆曲线设计，可以减小滚道的曲率半径，减小轴承的轴向游隙，减少轴承振动；同时增加了滚动体与滚道的综合曲率半径，降低了两者之间的接触应力，从而提高滚动轴承的承载能力和使用寿命。具体可详见以下两个零件之间接触的正应力σ_H的计算公式。

式中：F—作用于接触面上的总压力；B—初始接触线长度；μ₁和μ₂—分别为零件1和零件2材料的泊松比；E₁和E₂—分别为零件1和零件2材料的弹性模量。ρ₁和ρ₂—分别为第一个零件和第二个零件初始接触处的曲率半径。

通常，令称为综合曲率，而称为综合曲率半径，其中正号用于外接触，负号用于内接触。本发明中滚子与内外圈滚道接触状况均为内接触。

以上公式是弹性力学给出的两个零件相互接触时接触应力的计算公式。由以上公式可以看出相互接触的两个零件之间的接触应力和两个零件在初始接触线处的综合曲率半径有关。综合曲率半径越大，接触应力就越小。本发明的滚动体直径保持不变，因为是内接触，减小与滚动体接触处的轴承内圈和外圈曲率半径，会使得综合曲率半径增大，提高了综合曲率半径，因此能减小接触应力，提高提高滚动轴承的承载能力和使用寿命。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明将内外圈轴承滚道截面形状分别设计成曲率半径较小的正态分布曲线、抛物线、悬链线、蚌线、椭圆弧、箕舌线。减小内外圈轴承滚道的曲率半径，从而减小了轴承的轴向游隙、振动与噪声。

2、本发明将内外圈轴承滚道截面形状分别设计成曲率半径较小的正态分布曲线、抛物线、悬链线、蚌线、椭圆弧、摆线、箕舌线。可以使得滚动体与内外圈轴承滚道相接触的综合曲率半径增大，从而使滚动体与内外圈滚道之间的接触应力减少，提高轴承的承载能力和疲劳寿命。

3、所述的非圆滚道截面形状分别设计成曲率半径较小的正态分布曲线、抛物线、悬链线、蚌线、椭圆弧、箕舌线。这些曲线很容易通过曲线方程表示，便于滚道制作。

总而言之，本发明减小了滚道的曲率半径，减小了轴承的轴向游隙、振动与噪声，同时也增加了滚动体与滚道的综合曲率半径，降低了两者之间的接触应力，从而提高滚动轴承的承载能力和使用寿命。

附图说明

图1是非圆滚道轴承的结构示意图。

图2是正态曲线图。

图3是正态曲线滚道滚动轴承的剖视图。

图4是抛物线曲线图。

图5是抛物线滚道滚动轴承的剖视图。

图6是悬链线曲线图。

图7是悬链线滚道滚动轴承的剖视图。

图8是蚌线曲线图。

图9是蚌线滚道滚动轴承的剖视图。

图10是椭圆曲线图。

图11是椭圆滚道滚动轴承的剖视图。

图12是箕舌线曲线图。

图13是箕舌线滚道滚动轴承的剖视图。

其中：1、轴承内圈，2、保持架，3、滚动体，4、轴承外圈。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明包括轴承外圈4、轴承内圈1以及安装在轴承外圈4和轴承内圈1之间的滚动体3、保持架2和润滑剂，轴承外圈4内表面和轴承内圈1外表面的滚道为非圆滚道，滚动体3被保持架2均匀间隔隔开，在轴承外圈4和轴承内圈1之间的非圆滚道中滚动。

轴承外圈4和轴承内圈1非圆滚道的截面形状是正态曲线、抛物线、悬链线、蚌线、椭圆弧、箕舌线其中的一种或者是上述不同曲线的组合。

本发明的工作原理是：

经研究发现，在一般的滚动轴承当中，轴承内外圈的滚道截面形状被设计成圆形，滚道曲率半径与滚子直径之比在0.53～0.54之间，这种结构设计会使得轴承内外圈滚道的曲率半径较大，容易导致轴承振动。此外，滚动体与滚道相接触的综合曲率半径过小，容易使得滚动体与滚道之间的接触应力变大、轴承工作寿命变短。

为了延长轴承寿命和降低摩擦力矩，本发明将滚道的截面形状设计成非圆形状，这些非圆滚道能够减小轴承的轴向游隙，减少轴承振动。此外，滚道与滚动体接触的综合曲率半径增大，使得滚道与滚动体之间接触应力减小，提高轴承的工作寿命。

本发明的实施例如下：

如图3所示，是一种将内外圈滚道形状设计成正态曲线的非圆滚道滚动轴承。其内外圈滚道的正态曲线方程为由于轴承滚道曲线在轴承的轴线方向上对称，所以图2所示的正态曲线的顶点是滚道截面的对称中心点。在此处的曲率半径可由曲率半径公式计算得来。令μ＝0，得到其曲率半径计算公式为给定滚子直径D为10mm，则由权利5中说明的滚道曲率半径与滚动体直径之比，可得轴承外圈滚道曲率为ρ₁＝(0.52～0.53)*10，又由曲率半径计算公式有结合两式可求得外圈滚道曲线方程参数σ＝1.275～1.28。将其带入外圈滚道正态曲线方程即可求得外圈曲线方程。同理由内圈滚道曲率半径为ρ₂＝(0.515～0.52)*10可得内圈滚道曲线参数σ＝1.271～1.275，将其带入内圈正态曲线方程可以得到内圈滚道曲线参数方程。此外由综合曲率半径计算公式可外圈滚道与滚子的综合曲率半径ρ_1Σ＝88.33～130，同理可以计算得出内圈滚道与滚子的综合曲率半径ρ_2Σ＝130～171.7。在本实例滚子直径为10mm的情况下，一般的圆形滚道轴承滚道与滚子的综合曲率半径ρ₁'_Σ＝67.5～88.3，比本发明中的滚子与滚道之间的综合曲率半径小。所以本发明中的轴承可以减小轴承振动以及滚道与滚子之间的接触应力，提高轴承工作寿命。另外本发明减小了滚道半径，使得轴承振动减少。

其中μ表示正态随机变量均值，σ表示正态随机变量方差。

如图5所示，是一种将内外圈滚道形状设计成抛物线的非圆滚道滚动轴承。其内外圈滚道的抛物线方程为y＝at²。由于轴承滚道曲线在轴承的轴线方向上对称，所以图4所示的抛物线的顶点是轴承滚道截面的对称中心。在此处的曲率半径可由曲率半径公式计算得来。算得其曲率半径根据权利5中说明的滚道曲率半径与滚动体直径之比，给定滚动体直径为10mm，可确定外圈滚道曲率半径ρ₃＝(0.52～0.53)*10mm，又由曲率半径计算公式有结合两式可求得外圈滚道曲线方程参数a₁＝0.094～0.096，即确定了滚道外圈截面曲线方程。同理可以得到内圈滚道曲线方程参数a₂＝0.096～0.097，即确定了滚道内圈截面曲线方程。在本实例滚子直径为10mm的情况下，一般的圆形滚道轴承滚道与滚子的综合曲率半径ρ₃'_Σ＝67.5～88.3，比本发明中的滚子与滚道之间的综合曲率半径小。所以本发明中的轴承可以减小轴承振动以及滚道与滚子之间的接触应力，提高轴承工作寿命，另外本发明减小了滚道半径，使得轴承振动减少。

如图7所示，是一种将内外圈滚道形状设计成悬链线的非圆滚道滚动轴承。其内外圈滚道的悬链线方程为由于轴承滚道曲线在轴承的轴线方向上对称轴承宽度方向上对称，所以轴承截面滚道中心是图6悬链线的顶点。在此处的曲率半径可由曲率半径公式计算得来。算得其曲率半径根据权利5中说明的滚道曲率半径与滚动体直径之比，根据权利5中说明的滚道曲率半径与滚动体直径之比，给定滚动体直径为10mm，可确定外圈滚道曲率半径ρ₄＝(0.52～0.53)*10mm，又由曲率半径计算公式有结合两式可求得外圈滚道曲线方程参数b₁＝0.1887～0.1923，即确定了滚道外圈截面曲线方程。同理可以得到内圈滚道曲线方程参数b₂＝0.1923～0.1942，即确定了滚道内圈截面曲线方程。在本实例滚子直径为10mm的情况下，一般的圆形滚道轴承滚道与滚子的综合曲率半径ρ₄'_Σ＝67.5～88.3，比本发明中的滚子与滚道之间的综合曲率半径小。所以本发明中的轴承可以减小轴承振动以及滚道与滚子之间的接触应力，提高轴承工作寿命。另外本发明减小了滚道半径，使得轴承振动减少。

如图9所示，是一种将内外圈滚道形状设计成蚌线的非圆滚道滚动轴承。其内外圈滚道的蚌线方程为(x-c)²(x²+y²)＝d²x²。由于轴承滚道曲线在轴承的轴线方向上对称轴承宽度方向上对称，所以轴承截面滚道中心是图8蚌线的顶点。在此处的曲率半径可由曲率半径公式计算得来。算得其曲率半径ρ＝|cd|。根据权利5中说明的滚道曲率半径与滚动体直径之比，给定滚动体直径为10mm，可确定外圈滚道曲率半径ρ₅＝(0.52～0.53)*10mm，又由曲率半径计算公式有ρ＝|cd|，令d＝1，可求得外圈滚道曲线方程参数c₁＝5.2～5.3，即确定了滚道外圈截面曲线方程。同理可以得到内圈滚道曲线方程参数c₂＝5.15～5.2，即确定了滚道内圈截面曲线方程。在本实例滚子直径为10mm的情况下，一般的圆形滚道轴承滚道与滚子的综合曲率半径ρ₅'_Σ＝67.5～88.3，比本发明中的滚子与滚道之间的综合曲率半径小。所以本发明中的轴承可以减小轴承振动以及滚道与滚子之间的接触应力，提高轴承工作寿命。另外本发明减小了滚道半径，使得轴承振动减少。

如图11所示，是一种将内外圈滚道形状设计成椭圆的非圆滚道滚动轴承。其内外圈滚道的椭圆方程为由于轴承滚道曲线在轴承的轴线方向上对称轴承宽度方向上对称，所以轴承截面滚道中心是图10椭圆曲线的顶点。在此处的曲率半径可由曲率半径公式计算得来。算得其曲率半径根据权利5中说明的滚道曲率半径与滚动体直径之比，给定滚动体直径为10mm，可确定外圈滚道曲率半径ρ₆＝(0.52～0.53)*10mm，又由曲率半径计算公式有令e＝1，可求得外圈滚道曲线方程参数f₁＝0.1887～0.1923，即确定了滚道外圈截面曲线方程。同理可以得到内圈滚道曲线方程参数f₂＝0.1923～0.1942，即确定了滚道内圈截面曲线方程。在本实例滚子直径为10mm的情况下，一般的圆形滚道轴承滚道与滚子的综合曲率半径ρ₆'_Σ＝67.5～88.3，比本发明中的滚子与滚道之间的综合曲率半径小。所以本发明中的轴承可以减小轴承振动以及滚道与滚子之间的接触应力，提高轴承工作寿命。另外本发明减小了滚道半径，使得轴承振动减少。

如图13所示，是一种将内外圈滚道形状设计成箕舌线的非圆滚道滚动轴承。其内外圈滚道的箕舌线方程为由于轴承滚道曲线在轴承的轴线方向上对称轴承宽度方向上对称，所以轴承截面滚道中心是图12箕舌线的顶点。在此处的曲率半径可由曲率半径公式计算得来。算得其曲率半径ρ＝16g²。根据权利5中说明的滚道曲率半径与滚动体直径之比，给定滚动体直径为10mm，可确定外圈滚道曲率半径ρ₇＝(0.52～0.53)*10mm，又由曲率半径计算公式有ρ＝16g²，结合两式可求得外圈滚道曲线方程参数g₁＝0.570～0.576，即确定了滚道外圈截面曲线方程。同理可以得到内圈滚道曲线方程参数g₂＝0.567～0.570，即确定了滚道内圈截面曲线方程。在本实例滚子直径为10mm的情况下，一般的圆形滚道轴承滚道与滚子的综合曲率半径ρ₇'_Σ＝67.5～88.3，比本发明中的滚子与滚道之间的综合曲率半径小。所以本发明中的轴承可以减小轴承振动以及滚道与滚子之间的接触应力，提高轴承工作寿命。另外本发明减小了滚道半径，使得轴承振动减少。

由以上实施例可见，本发明通过轴承内曲线的改进减小了轴承的轴向游隙、振动与噪声，能减小接触应力，提高提高滚动轴承的承载能力和使用寿命。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种非圆滚道滚动轴承，包括轴承外圈(4)、轴承内圈(1)以及安装在轴承外圈(4)和轴承内圈(1)之间的滚动体(3)、保持架(2)和润滑剂，其特征在于：所述的轴承外圈(4)内表面和轴承内圈(1)外表面的滚道为非圆滚道，滚动体(3)被保持架(2)均匀间隔隔开，在轴承外圈(4)和轴承内圈(1)之间的非圆滚道中滚动。

2.根据权利要求1所述的一种非圆滚道滚动轴承，其特征在于：所述非圆滚道的截面形状是正态曲线、抛物线、悬链线、蚌线、椭圆弧、箕舌线其中的一种。

3.根据权利要求2所述的一种非圆滚道滚动轴承，其特征在于：所述的轴承外圈(4)和轴承内圈(1)非圆滚道的截面形状是正态曲线、抛物线、悬链线、蚌线、椭圆弧、箕舌线其中的一种或者是上述不同曲线的组合。

4.根据权利要求2所述的一种非圆滚道滚动轴承，其特征在于：所述的轴承外圈(4)滚道中间处的曲率半径比轴承内圈(1)滚道中间处的曲率半径大。

5.根据权利要求4所述的一种非圆滚道滚动轴承，其特征在于：所述的轴承外圈(4)滚道中间处的曲率半径与滚动体(3)的直径之比为0.52～0.53，所述的轴承内圈(1)滚道中间处的曲率半径与滚动体(3)直径之比为0.515～0.52。

6.根据权利要求1所述的一种非圆滚道滚动轴承，其特征在于：所述的轴承外圈(4)和轴承内圈(1)各自的非圆滚道在沿轴承的轴向方向上均以轴承中心两侧对称。

7.根据权利要求1所述的一种非圆滚道滚动轴承，其特征在于：所述非圆滚道的截面形状两端到滚动体(3)球心形成的圆周角为120度。

8.根据权利要求2-4任一所述的一种非圆滚道滚动轴承，其特征在于：

所述的正态曲线为：

$y=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}\exp (-\frac{{(x-\mathrm{\μ})}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2})$

上式中，x表示轴承轴向方向，y表示轴承径向方向，μ表示正态分布随机变量的均值，σ表示正态分布随机变量的方差；

所述的抛物线为：

y＝ax²

上式中，x表示轴承轴向方向，y表示轴承径向方向，a为常数；

所述的悬链线为：

$y=\frac{b}{2}(e^{\frac{x}{b}}+e^{\frac{-x}{b}})$

上式中，x表示轴承轴向方向，y表示轴承径向方向，b为常数；

所述的蚌线为：

(x-c)²(x²+y²)＝d²x²

上式中，x表示轴承轴向方向，y表示轴承径向方向，c，d为常数；

所述的椭圆弧为：

$\frac{x^2}{e^2}+\frac{y^2}{f^2}=1$

上式中，x表示轴承轴向方向，y表示轴承径向方向，e，f分别为椭圆的长半轴和短半轴；

所述的箕舌线为：

$y=\frac{8g^2}{x^2+4g^2}$

上式中，x表示轴承轴向方向，y表示轴承径向方向，g为常数。