CN109578443A - 一种用于发动机附件***的皮带轮支撑轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于发动机附件***的皮带轮支撑轴承，包括外圈、内圈以及布置在外圈与内圈之间的滚动体、保持架和密封圈，所述滚动体为两列结构，一列滚动体为若干个沿内圈周向分布的钢球，另一列滚动体为若干个沿内圈周向分布的圆柱滚子；所述保持架包括与钢球相配合的钢球保持架和与圆柱滚子相配合的圆柱滚子保持架；所述密封圈有两个，对称布置在内、外圈、两端分别位于圆柱滚子保持架、钢球保持架的外侧；所述外圈、内圈和密封圈围成的空间内填充有润滑脂。本发明提出一种新的轴承，能够满足紧凑和大载荷条件下皮带轮的设计、安装和使用要求。

Description

一种用于发动机附件***的皮带轮支撑轴承

技术领域

本发明涉及一种用于发动机附件***的皮带轮支撑轴承，属于汽车零部件技术领域。

背景技术

皮带被用于在发动机应用中驱动与发动机相关联的各种附件，例如，空调压缩机、交流发电机、水泵、助力转向泵等，皆为可由皮带驱动***驱动的附件。皮带由张紧器张紧，通过皮带将动力传递给各附件的皮带轮上，各皮带轮之间根据动力要求适当布置了部分惰轮，惰轮的作用是增加各皮带轮的动力传递，但是不对皮带进行张紧作用，皮带通过皮带轮将动力传递给附件。

对于驱动附件，根据附件皮带轮结构，有皮带轮直接由轴承进行支撑，也有皮带轮与轴直接固定联接，然后将轴安装在轴承上。由轴承直接支撑的皮带轮，例如张紧器的皮带轮以及惰轮，皮带轮直接安装在轴承外径上，然后将异形结构的轴承内圈直接固定在机体上，安装结构比较简单；还有一种附件，传递的动力需要根据工况进行变化，例如空调压缩机、调速水泵等，根据发动机运转以及汽车内部运转的需求，有时需要工作，有时不需要工作，在这种情况下，往往在空调压缩机以及水泵的外部增加电磁离合器，通过电磁离合调整压缩机、水泵的工作状态，这种情况下皮带轮安装在轴承外圈上，轴承内圈固定不动，安装在壳体上。

安装在皮带轮上的轴承，一般情况下使用单列球轴承，由于目前发动机的功率越来越大，发动机体积越来越小，因此附件***和皮带轮的尺寸越来越小，而附件***传递的功率增加，因此皮带轮的载荷增加，单列球轴承已不能满足要求，故一般使用双列球轴承，提高轴承的承载能力，满足使用要求。在某些情况下，例如使用在电磁离合器皮带轮内部的球轴承，还要承受一定的轴向载荷，这种情况下皮带轮需要采用双列角接触球轴承进行支撑。但是在某些情况下，由于皮带轮直径过于偏小，载荷过大或者载荷中心偏离轴承中心，由于球轴承结构的原因，轴承内部钢球与沟道表面为点接触，一定载荷下接触点的应力很高，轴承承载能力低，在这种情况下双列球轴承也不能满足寿命要求。

圆柱滚子轴承内部的圆柱滚子与滚道的接触为线接触，一定载荷下接触部位的应力与球轴承相比，应力低很多，因此圆柱滚子轴承的承载能力比球轴承高许多，例如在相同的外形尺寸下，圆柱滚子轴承的额定动载荷比球轴承高35％～55％，相应的圆柱滚子轴承的使用寿命是球轴承的2.5～3.5倍，因此在高载情况下，圆柱滚子轴承的寿命更长，轴承的可靠性更高。圆柱滚子轴承的缺点是承受轴向载荷的能力低或者不能承受轴向载荷，而且轴承密封困难，尺寸有限的状态下不能实现轴承密封。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于发动机附件***的皮带轮支撑轴承，是一种新的轴承，能够满足紧凑和大载荷条件下皮带轮的设计、安装和使用要求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于发动机附件***的皮带轮支撑轴承，包括外圈、内圈以及布置在外圈与内圈之间的滚动体、保持架和密封圈，所述滚动体为两列结构，一列滚动体为若干个沿内圈周向分布的钢球，另一列滚动体为若干个沿内圈周向分布的圆柱滚子；所述保持架包括与钢球相配合的钢球保持架和与圆柱滚子相配合的圆柱滚子保持架；所述密封圈有两个，对称布置在内、外圈、两端分别位于圆柱滚子保持架、钢球保持架的外侧；所述外圈、内圈和密封圈围成的空间内填充有润滑脂。

优选地，所述外圈为圆环柱状结构，外圈的内侧壁上设有两列滚道，分别为供圆柱滚子运动的外圈滚道和供钢球运转的外圈沟道；所述内圈为圆柱形结构，内圈的外侧壁上分别设有与外圈滚道、外圈沟道相配合的内圈滚道、内圈沟道。

优选地，所述外圈滚道和内圈滚道的截面呈直线、凸起的圆弧或凸起的对数曲线形状，所述外圈沟道和内圈沟道的截面为呈尖拱形。

优选地，所述外圈沟道和内圈沟道分别由两条半径、长度相同的圆弧连接组成，外圈沟道左侧圆弧的圆心在钢球球心的右下方，外圈沟道右侧圆弧的圆心在钢球球心的左下方，内圈滚道左侧圆弧的圆心在钢球球心的右上方，内圈滚道右侧圆弧的圆心在钢球球心的左上方。

优选地，所述外圈内侧壁上中间部位靠近圆柱滚子保持架的位置开设有锁止槽，所述圆柱滚子保持架的边缘向外部在圆周方向凸起形成与锁止槽相配合的凸缘。

优选地，所述密封圈为橡胶材质的环形体，其内部的中间部分镶嵌有钢板制成的骨架。

优选地，所述外圈的内侧壁上和内圈的外侧壁上靠近端面的位置分别对称加工有用于嵌装密封圈的外圈密封槽和内圈密封槽。

优选地，所述内圈上紧靠内圈密封槽的内侧设有台阶。

优选地，所述密封圈的外径部分为橡胶，密封圈的内径部分在径向和轴向方向分别设有与内圈密封槽的台阶和凹槽形成轴向和径向接触的凸起的密封唇。

优选地，所述密封唇包括与内圈密封槽侧壁接触的主密封唇，主密封唇外侧延伸出的副密封唇，以及与台阶构成密封环路的第三唇。

与现有的技术相比，本发明的轴承采用双列滚动体的设计方案，即将不同类型轴承集成在一起，使皮带轮的装配简单，使用可靠。两列滚动体分别为圆柱滚子和钢球，圆柱滚子的径向承载能力远远大于钢球的承载能力，能够满足大的皮带载荷，圆柱滚子部分承受大部分的径向载荷，不承受轴向载荷。同时，为了承受电磁离合器吸合过程产生的轴向力，满足电磁离合器吸合的工作要求，钢球的承载形式为四点角接触形式，能够承受较大的轴向载荷，同时可以承受一定的径向载荷，四点接触球轴承的轴向游隙小，电磁离合器吸合过程稳定，因此轴承的设计方案，能够满足大的径向和轴向载荷联合作用，以及电磁离合器的吸合要求。锁止槽的设置保证了即使在较大的轴向载荷作用下，轴承轴向串动很小，能够满足轴承密封的要求，密封设计可靠，能够满足使用要求。密封圈通过外径的过盈配合，嵌入固定在环形的外圈密封槽内，密封圈内径嵌入轴承的内圈密封槽内，密封圈内径在径向和轴向两个方向与密封槽轻微接触，形成轴承密封。由于采用了预填润滑脂的密封结构，在轴承的全寿命周期内，轴承不需要维护和保养，而且在皮带轮直径较小的情况下，由于圆柱滚子的高承载能力，即使轴承尺寸较小，也能够承受比较大的载荷，轴承的寿命长。最终，通过各个部件的配合，满足了紧凑和大载荷条件下皮带轮的设计、安装和使用要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明外圈的示意图；

图3为本发明内圈的示意图；

图4为本发明密封结构的示意图。

图中：1、外圈，2、内圈，3、钢球，4、圆柱滚子，5、钢球保持架，6、圆柱滚子保持架，7、密封圈，8、骨架，9、外圈外径，10、外圈内径，11、外圈滚道，12、外圈沟道，13、外圈密封槽，14、锁止槽，15、内圈外径，16、内圈滚道，17、内圈沟道，18、内圈密封槽，19、钢球与外圈沟道接触点，20、钢球与内圈沟道接触点，21、主密封唇，22、副密封唇，23、第三唇。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施中的技术方案进行清楚，完整的描述，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图4所示，本发明实施例提供的一种用于发动机附件***的皮带轮支撑轴承，包括外圈1、内圈2以及布置在外圈1与内圈2之间的滚动体、保持架和密封圈7，所述滚动体为两列结构，一列滚动体为若干个沿内圈2周向分布的钢球3，另一列滚动体为若干个沿内圈2周向分布的圆柱滚子4；所述保持架包括与钢球3相配合的钢球保持架5和与圆柱滚子4相配合的圆柱滚子保持架6；所述密封圈7有两个，对称布置在内、外圈2、1两端分别位于圆柱滚子保持架6、钢球保持架5的外侧；所述外圈1、内圈2和密封圈7围成的空间内填充有润滑脂。其中，钢球3之间由钢球保持架5分隔开互不接触，圆柱滚子4之间由圆柱滚子保持架6分隔互不接触，各个保持架的目的是防止滚动体运动中互相碰撞和摩擦，产生噪音和磨损。各个保持架使用工程塑料制成，工程塑料与钢球3、圆柱滚子4的摩擦系数低，弹性好，更易于成型和安装，采用耐高温的工程塑料，轴承的耐温也能够满足使用要求。轴承内部填充的润滑脂用于轴承的润滑，钢球保持架5、圆柱滚子保持架6的外侧布置的密封圈7可防止润滑脂泄漏和外部灰尘、污水、泥浆的侵入。

优选地，所述外圈1为圆环柱状结构，外圈1的内侧壁上设有两列滚道，分别为供圆柱滚子4运动的外圈滚道11和供钢球3运转的外圈沟道12；所述内圈2为圆柱形结构，内圈2的外侧壁上分别设有与外圈滚道11、外圈沟道12相配合的内圈滚道16、内圈沟道17。其中，外圈外径用于安装驱动皮带轮。

优选地，所述外圈滚道11和内圈滚道16的截面呈直线、凸起的圆弧或凸起的对数曲线形状，所述外圈沟道12和内圈沟道17的截面为呈尖拱形。圆柱滚子4分别与外圈滚道11和内圈滚道16接触，内、外圈滚道16、11和圆柱滚子4表面素线的基本形状是直线。当然，也可以根据受力的大小和位置，将直线修整为凸起的圆弧形状或者凸起的对数曲线形式，但是凸起量很小，基本在0.01mm左右，如可控制在0.0095-0.015mm之间，因此圆柱滚子4与内、外圈滚道16、11的表面素线直观的形状还是直线。

优选地，所述外圈沟道12和内圈沟道17分别由两条半径、长度相同的圆弧连接组成，外圈沟道12左侧圆弧的圆心在钢球3球心的右下方，外圈沟道12右侧圆弧的圆心在钢球3球心的左下方，内圈滚道17左侧圆弧的圆心在钢球3球心的右上方，内圈滚道17右侧圆弧的圆心在钢球3球心的左上方。外圈沟道12左侧圆弧的右端与外圈沟道12右侧圆弧的左端相交，外圈沟道12左侧圆弧的左端与外圈内径10的左侧相交，外圈沟道12右侧圆弧的右端与外圈内径10的右侧相交，内圈沟道17左侧圆弧的右端与内圈沟道17右侧圆弧的左端相交，内圈沟道12左侧圆弧的左端与内圈外径15的左侧相交，内圈沟道17右侧圆弧的右端与内圈外径15的右侧相交。组成外圈沟道12和内圈沟道17的两条圆弧在钢球3的两侧呈对称分布，钢球3与外圈沟道12的两个钢球与外圈沟道接触点19、钢球3与内圈沟道17的两个钢球与内圈沟道接触点20分别在钢球3的两侧呈对称分布。外圈沟道12和内圈沟道17呈哥特尖拱形，即桃形，在外圈沟道12上尖头向上，在内圈沟道17尖头向下。

考虑到圆柱滚子4由圆柱滚子保持架6分隔，相邻的两个圆柱滚子4之间互不接触，圆柱滚子保持架6的目的是防止圆柱滚子4运动中互相碰撞和摩擦，产生噪音和磨损。而圆柱滚子4在旋转中不可避免会产生轻微的歪斜或者轴向运动，圆柱滚子保持架6在轴向方向会产生往复运动，因此可在外圈1内侧壁上中间部位靠近圆柱滚子保持架6的位置开设有锁止槽14，所述圆柱滚子保持架6的边缘向外部在圆周方向凸起形成与锁止槽14相配合的凸缘。由于圆柱滚子保持架6使用工程塑料制成，弹性好即使变形也能够恢复原来的形状，不产生永久变形，因此圆柱滚子保持架6安装时凸缘变形后嵌入到锁止槽14内，即使圆柱滚子4旋转中歪斜使保持架6产生轴向串动，锁止槽14会限制圆柱滚子保持架6的过大的串动，防止圆柱滚子保持架6从轴承内部对密封圈7产生冲击。锁止槽14在外圈1的中部，与锁止槽布置在外圈1的外圈密封槽13和外圈滚道11相比，可以缩短轴承宽度空间，也可以使圆柱滚子4更接近轴承外圈1的端面，这点在某些使用场合下非常重要。

优选地，所述密封圈7为橡胶材质的环形体，其内部的中间部分镶嵌有钢板制成的骨架8。其中，骨架的增设可提高密封圈7的强度。密封圈7由如下述方式安装：由于密封圈是橡胶材料制成，在其外径部分没有钢板骨架8进行支撑，因此通过挤压方式容易压入轴承外圈1的外圈密封槽13，压入后密封圈外径在径向和轴向方向产生变形，与外圈密封槽13产生紧密的接触，从而将密封圈7固定在外圈密封槽13内，两者之间不产生移动或滑动。

优选地，所述外圈1的内侧壁上和内圈2的外侧壁上靠近端面的位置分别对称加工有用于嵌装密封圈7的外圈密封槽13和内圈密封槽18。

优选地，所述内圈2上紧靠内圈密封槽18的内侧设有台阶。台阶的主要作用是与密封圈7构成新的密封环路，增强对润滑脂的引导作用，在轴承高速旋转时降低润滑脂对密封圈7与内圈密封槽18接触面的压力，防止轴承内部润滑脂的泄漏。

优选地，所述密封圈7的外径部分为橡胶，通过橡胶的弹性变形牢固固定在外圈密封槽13上。密封圈7的内径部分在径向和轴向方向分别设有与内圈密封槽18的台阶和凹槽形成轴向和径向接触的凸起的密封唇，分别与密封槽18的台阶与凹槽形成轴向和径向的轻微的接触，形成迷宫密封的形式。

优选地，所述密封唇包括与内圈密封槽18侧壁接触的主密封唇21，主密封唇21外侧延伸出的副密封唇22，以及与台阶构成密封环路的第三唇23。主密封唇21和副密封唇22共同附着在主橡胶密封圈密封变形臂上，主密封唇21与内圈密封槽18侧壁接触，形成一定的接触量，构成主要的密封；副密封唇22与内圈密封槽18在径向方向与挡边轻微接触，形成副密封；在各个密封唇和密封槽的共同作用下，台阶与密封圈7的第三唇23构成新的密封环路进一步防止了润滑材料的泄漏，增强了密封效果。

使用时，皮带轮中心的的孔通过过盈配合的形式安装在外圈外径9上，安装后通过挡圈或者铆压形式轴向固定防止皮带轮轴向移动，皮带轮由皮带带动旋转，因此轴承外圈1旋转。左、右密封圈7轴承内部填充润滑脂供润滑使用，密封圈7起防尘、防水以及防止润滑脂泄漏的功能。圆柱滚子4在内、外圈滚道16、11上运转，钢球3在内、外圈沟道17、12上运转，钢球3与尖拱状的内、外圈沟道17、12均有两点接触，因此钢球3在运动中与外圈沟道12和内圈沟道17共有四点接触。钢球保持架5、圆柱滚子保持架6将钢球3和圆柱滚子4均匀的分隔，避免了相邻的钢球3或滚子4的接触、碰撞而增大摩擦和产生噪音，引导钢球3和滚子4旋转及改善轴承内部润滑性能。密封圈7通过外径的过盈配合，嵌入固定在环形的外圈密封槽13内，密封圈内径嵌入轴承的内圈密封槽18内，密封圈内径在径向和轴向两个方向与密封槽轻微接触，形成轴承密封。由于采用了预填润滑脂的密封结构，在轴承的全寿命周期内，轴承不需要维护和保养，而且在皮带轮直径较小的情况下，由于圆柱滚子的高承载能力，即使轴承尺寸较小，也能够承受比较大的载荷，轴承的寿命长。

综上所述，本发明的轴承采用双列滚动体的设计方案，即将不同类型轴承集成在一起，使皮带轮的装配简单，使用可靠。两列滚动体分别为圆柱滚子和钢球，圆柱滚子的径向承载能力远远大于钢球的承载能力，能够满足大的皮带载荷，圆柱滚子部分承受大部分的径向载荷，不承受轴向载荷。同时，为了承受电磁离合器吸合过程产生的轴向力，满足电磁离合器吸合的工作要求，钢球的承载形式为四点角接触形式，能够承受较大的轴向载荷，同时可以承受一定的径向载荷，四点接触球轴承的轴向游隙小，电磁离合器吸合过程稳定，因此轴承的设计方案，能够满足大的径向和轴向载荷联合作用，以及电磁离合器的吸合要求。锁止槽的设置保证了即使在较大的轴向载荷作用下，轴承轴向串动很小，能够满足轴承密封的要求，密封设计可靠，能够满足使用要求。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种用于发动机附件***的皮带轮支撑轴承，包括外圈(1)、内圈(2)以及布置在外圈(1)与内圈(2)之间的滚动体、保持架和密封圈(7)，其特征在于，所述滚动体为两列结构，一列滚动体为若干个沿内圈(2)周向分布的钢球(3)，另一列滚动体为若干个沿内圈(2)周向分布的圆柱滚子(4)；所述保持架包括与钢球(3)相配合的钢球保持架(5)和与圆柱滚子(4)相配合的圆柱滚子保持架(6)；所述密封圈(7)有两个，对称布置在内、外圈(2、1)两端分别位于圆柱滚子保持架(6)、钢球保持架(5)的外侧；所述外圈(1)、内圈(2)和密封圈(7)围成的空间内填充有润滑脂。

2.根据权利要求1所述的一种用于发动机附件***的皮带轮支撑轴承，其特征在于，所述外圈(1)为圆环柱状结构，外圈(1)的内侧壁上设有两列滚道，分别为供圆柱滚子(4)运动的外圈滚道(11)和供钢球(3)运转的外圈沟道(12)；所述内圈(2)为圆柱形结构，内圈(2)的外侧壁上分别设有与外圈滚道(11)、外圈沟道(12)相配合的内圈滚道(16)、内圈沟道(17)。

3.根据权利要求2所述的一种用于发动机附件***的皮带轮支撑轴承，其特征在于，所述外圈滚道(11)和内圈滚道(16)的截面呈直线、凸起的圆弧或凸起的对数曲线形状，所述外圈沟道(12)和内圈沟道(17)的截面为呈尖拱形。

4.根据权利要求2所述的一种用于发动机附件***的皮带轮支撑轴承，其特征在于，所述外圈沟道(12)和内圈沟道(17)分别由两条半径、长度相同的圆弧连接组成，外圈沟道(12)左侧圆弧的圆心在钢球(3)球心的右下方，外圈沟道(12)右侧圆弧的圆心在钢球(3)球心的左下方，内圈滚道(17)左侧圆弧的圆心在钢球(3)球心的右上方，内圈滚道(17)右侧圆弧的圆心在钢球(3)球心的左上方。

5.根据权利要求1所述的一种用于发动机附件***的皮带轮支撑轴承，其特征在于，所述外圈(1)内侧壁上中间部位靠近圆柱滚子保持架(6)的位置开设有锁止槽(14)，所述圆柱滚子保持架(6)的边缘向外部在圆周方向凸起形成与锁止槽(14)相配合的凸缘。

6.根据权利要求1或2所述的一种用于发动机附件***的皮带轮支撑轴承，其特征在于，所述密封圈(7)为橡胶材质的环形体，其内部的中间部分镶嵌有钢板制成的骨架(8)。

7.根据权利要求1或2所述的一种用于发动机附件***的皮带轮支撑轴承，其特征在于，所述外圈(1)的内侧壁上和内圈(2)的外侧壁上靠近端面的位置分别对称加工有用于嵌装密封圈(7)的外圈密封槽(13)和内圈密封槽(18)。

8.根据权利要求7所述的一种用于发动机附件***的皮带轮支撑轴承，其特征在于，所述内圈(2)上紧靠内圈密封槽(18)的内侧设有台阶。

9.根据权利要求8所述的一种用于发动机附件***的皮带轮支撑轴承，其特征在于，所述密封圈(7)的外径部分为橡胶，密封圈(7)的内径部分在径向和轴向方向分别设有与内圈密封槽(18)的台阶和凹槽形成轴向和径向接触的凸起的密封唇。

10.根据权利要求9所述的一种用于发动机附件***的皮带轮支撑轴承，其特征在于，所述密封唇包括与内圈密封槽(18)侧壁接触的主密封唇(21)，主密封唇(21)外侧延伸出的副密封唇(22)，以及与台阶构成密封环路的第三唇(23)。