CN112648292B - 保持架、滚动轴承、燃气轮机以及滚动轴承的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种保持架、滚动轴承、燃气轮机以及滚动轴承的制造方法。其中所述保持架包括用于容置滚动体的兜孔，所述兜孔在周向具有第一侧壁以及第二侧壁，所述第一侧壁与第二侧壁之间提供用于容置滚动体的容置空间，所述第一侧壁在所述保持架的旋转方向位于所述第二侧壁之前，其中，所述保持架还包括：挡件，设置于所述第一侧壁，具有弧形面，所述弧形面用于与滚动体保持线接触；弹性件，设置于所述第二侧壁，所述弹性件用于对滚动体施加使其朝所述保持架的旋转方向运动的弹性力。上述保持架、滚动轴承、燃气轮机以及泄油方法具有性能可靠、使用寿命长等优点。

Description

保持架、滚动轴承、燃气轮机以及滚动轴承的制造方法

技术领域

本发明涉及一种保持架、滚动轴承、燃气轮机以及滚动轴承的制造方法。

背景技术

现代航空发动机正朝着大推重比、低油耗、高可靠性、高耐久性等方向发展。随着航空发动机性能不断提高，推重比和转子转速不断增加，对轴承性能要求也越来越高。轴承作为航空发动机的关键零件，同时又是航空发动机的薄弱环节，其性能好坏将直接影响航空发动机的可靠性与寿命。随着航空科学技术的进步和发展，对轴承的结构设计、润滑方法和摩擦学理论等都提出了更高的要求。目前，由于发动机转速和主轴直径的增大，势必引起轴承DN值增加。对于滚动体轴承，在高DN值条件下，处于兜孔内的滚动体自旋速度增加，此时滚动体与保持架的摩擦加剧，摩擦生热增加。另一方面，高速旋转下的滚动体轴承也可能会产生沿其自身轴线的振动，从而带动保持架处于不稳定运转工况，保持架的不稳定运转轻则导致滚动体轴承振动加剧和稳定性变差，重则导致轴承咬死并进一步导致航空发动机受损的严重后果。

航空发动机滚动体轴承实际运转时，对于内圈引导的轴承而言，首先由轴承内圈带动滚动体旋转，而保持架通过内圈挡边与保持架引导面之间产生的作用力带动。位于保持架兜孔内的滚动体与保持架边缘触碰并发生滑动摩擦。由于航空发动机高压转轴上的轴承工作转速较高，其滚动体与保持架滑动摩擦所产生的热量也较大。因此，可以发现，航空发动机滚动体轴承滚动体与保持架之间的摩擦磨损情况较为严重，保持架壁面局部磨损后，滚动体与保持架壁面接触方式将从线接触摩擦转变为面接触摩擦，从而容易造成轴承的失效，甚至引起航空发动机的正常工作。

综上所述，目前现有的航空发动机滚动体轴承主要存在以下f点不足

1、轴承保持架内的滚动体与保持架摩擦磨损情况较为严重，尤其在长时间的碰磨作用下，保持架壁面出现磨损状况，进一步加剧滚动体与保持架的摩擦磨损，进而影响到轴承的稳定运行，容易引起轴承过度磨损甚至导致轴承失效，或是由于摩擦引起的轴承温升较高；

2、由于滚动体在兜孔中与保持架存在间隙，这部分间隙导致滚动体运转时会发生轻微偏转，这部分偏转将可能使得保持架无法稳定运转，继而影响到轴承运行安全。

因此，本领域需要一种保持架、滚动轴承、燃气轮机、滚动轴承的制造方法以及滚动体的保持方法，可以使得滚动体与保持架之间稳定运转，提高滚动轴承、以及燃气轮机的可靠性。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种保持架。

本发明的另一目的在于提供一种滚动轴承。

本发明的另一目的在于提供一种燃气轮机。

本发明的另一目的在于提供一种滚动轴承的制造方法。

本发明的另一目的在于提供一种滚动体的保持方法。

根据本发明一方面的一种保持架，用于滚动轴承，所述保持架包括用于容置滚动体的兜孔，所述兜孔在周向具有第一侧壁以及第二侧壁，所述第一侧壁与第二侧壁之间提供用于容置滚动体的容置空间，所述第一侧壁在所述保持架的旋转方向位于所述第二侧壁之前，其中，所述保持架还包括：挡件，设置于所述第一侧壁，具有弧形面，所述弧形面用于与滚动体保持线接触；弹性件，设置于所述第二侧壁，所述弹性体用于对滚动体施加使其朝所述保持架的旋转方向运动的弹性力。

在所述保持架的一个或多个实施例中，所述弹性件包括第一弹性件以及第二弹性件，所述第一弹性件相对于所述第二弹性件更接近于所述第二侧壁的径向宽度的中点。

在所述保持架的一个或多个实施例中，所述保持架具有多个第二弹性件，所述多个第二弹性件包括两第二弹性件分别于所述第一弹性件的径向内外两侧等径向间距设置。

在所述保持架的一个或多个实施例中，所述两第二弹性件的弹性力方向分别为设置于所述第一弹性件的径向外侧的第二弹性件的弹性力方向为与切向呈径向向外方向的5-10°夹角，设置于所述第一弹性件的径向内侧的第二弹性件的弹性力方向为与切向呈径向向内方向的5-10°夹角。

在所述保持架的一个或多个实施例中，所述弹性件具有施力面以及弹性元件，所述施力面的一侧用于与滚动体直接接触，另一侧连接所述弹性元件；所述第二侧壁开设有第二凹槽，所述弹性件安装于所述凹槽，所述施力面凸出所述第二凹槽的开口。

在所述保持架的一个或多个实施例中，所述挡件包括在所述保持架的轴向间隔的第一挡件以及第二挡件。

在所述保持架的一个或多个实施例中，所述挡件具有弧形面以及刚性的支撑柱，所述弧形面的一侧用于与滚动体直接接触，另一侧连接所述支撑柱；所述第一侧壁开设有第一凹槽，所述支撑柱安装于所述凹槽，所述弧形面凸出所述第一凹槽的开口。

在所述保持架的一个或多个实施例中，第一挡件与第二挡件的轴线分别与其靠近的所述兜孔的轴向端点的距离为四分之一的兜孔的轴向宽度。

在所述保持架的一个或多个实施例中，所述弧形面的当量曲率半径等于与其线接触的滚动体的当量曲率半径。

根据本发明另一方面的一种滚动轴承，包括：内圈，外圈，滚动体以及以上任意一项所述的保持架。

根据本发明另一方面的一种燃气轮机，包括轴以及所述的滚动轴承。

根据本发明另一方面的一种滚动轴承的制造方法，其制造所述的滚动轴承。

根据本发明另一方面的一种滚动轴承的滚动体的保持方法，包括：

滚动体与保持架侧壁接触时，使滚动体在保持架旋转方向的前侧与保持架持续地线接触；

滚动体与保持架周向窜动或偏转时，使滚动体在保持架旋转方向的后侧受到弹性力作用而复位。

本发明的进步效果包括：兜孔的第一侧壁设有与滚动体保持线接触的挡件，可以有效减小滚动体与保持架壁面的实际接触面积，从而减少两者之间的摩擦磨损，以此提高轴承性能；另一方面，兜孔的第二侧壁设有弹性件，可以有效缓解滚动体在兜孔内不稳定的晃动以及周向窜动。该装置不仅可以减小滚动体与保持架之间的摩擦损失，而且能够兜孔内的滚动体更加稳定运行，从而增加轴承使用寿命，使得燃气轮机稳定可靠运行。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，需要注意的是，这些附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制，其中：

图1为根据一个或多个实施例的滚动轴承的保持架安装滚动体的结构示意图；

图2为根据一个或多个实施例的滚动轴承的保持架的结构示意图；

图3为根据一个或多个实施例的保持架的局部剖视结构放大示意图；

图4为根据图3的挡件的俯视角度示意图；

图5为根据图3的弹性件的放大示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

另外，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此也不能理解为对本发明保护范围的限制。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

下述实施例的滚动轴承，燃气轮机以航空发动机为例，滚动轴承包括内圈、外圈、滚动体以及保持架，滚动体以圆柱体滚子为例。

需要注意的是，下述实施例的轴向、周向以及径向均以保持架的轴向、周向以及径向为参照。

如图1以及图2所示，滚动轴承的保持架1的兜孔101容置滚动体2。参考图3，在一实施例中，兜孔101在周向具有第一侧壁1011以及第二侧壁1012，第一侧壁1011与第二侧壁1012之间提供用于容置滚动体2的容置空间100，第一侧壁1011在保持架1的旋转方向位于第二侧壁1012之前，例如图3的保持架1的旋转方向为逆时针方向，故第一侧壁1011位于第二侧壁1012沿逆时针方向旋转一角度的周向位置。保持架1还包括有挡件3以及弹性件4。挡件3设置于第一侧壁1011，具有弧形面300，弧形面300用于与滚动体2保持线接触。弹性件4设置于第二侧壁1012，用于对滚动体2施加使其朝保持架1的旋转方向运动的弹性力。如此设置的有益效果在于，在兜孔101在保持架1的旋转方向前端的第一侧壁1011上设置挡件3，可以有效减小滚动体2与保持架1壁面的实际接触面积，从而减少两者之间的摩擦磨损，以此提高轴承性能；在兜孔101旋转方向后端的第二侧壁1012设有弹性件，可防止滚动体2的偏斜与周向移动。其原理在于，发明人在实践中发现，若无挡件3以及弹性件4，在轴承运转时，虽然可以通过对侧壁的设计使得最开始滚动体2与保持架1的侧壁的摩擦形式为圆柱与平面之间的线接触摩擦，在轴承长时间运行后，当滚动体2与保持架1的接触壁面出现轻微磨损时，滚动体2与侧壁的接触面积也随之越来越大，甚至出现面接触摩擦现象，因而进一步加剧了滚动体2与壁面的磨损，最后会出现兜孔101在保持架1的旋转方向前端的侧壁1011过度磨损，因此通过在第一侧壁1011设置具有弧形面300的挡件3，将圆柱滚子的圆柱与平面的接触摩擦改变为圆柱滚子与弧形面300之间的线接触摩擦，进而有效改善它们之间的摩擦磨损情况。弧形面300的轴线位于弧形远离兜孔的一侧，其可以由耐磨材料制成，例如硬质合金等金属耐磨材料、高分子量聚乙烯、陶瓷等非金耐磨材料等等，以进一步提高挡件3的使用寿命。另一方面，滚子2一方面围绕轴向为中心作公转运动，另一方面在兜孔101内围绕自身轴线作自转运动，滚子也会发生偏转与周向窜动，弹性件4与挡件3协同配合，可有效缓解滚子在兜孔101内部的沿周向窜动现象。设置挡件以及弹性件增加了滚动轴承的可靠性，避免了航空发动机的滚动轴承长时间运行出现故障的问题，提高了航空发动机整体的可靠性。

参考图2至图4，在一实施例中，挡件3包括在保持架1的轴向间隔的第一挡件301以及第二挡件304。在一实施例中，参考图4，以第一挡件301为例，挡件的具体结构可以是，第一挡件301具有第一弧形面302以及刚性的第一支撑柱303，第一弧形面302的靠近兜孔的一侧用于与滚动体2直接接触，另一侧连接第一支撑柱303。同理，第二挡件304也具有第二弧形面305以及第二支撑柱306。如此设置的有益效果包括，满足轴承高速运转时，保证有足够的刚度与强度来应对滚子的冲击力。具体地，支撑柱可以是圆柱，其直径为2-3mm。挡件3的具体安装位置可以是位于第一侧壁1011开设的第一凹槽102，支撑柱安装于第一凹槽102，弧形面300凸出第一凹槽102的开口。如此设置的有益效果包括，如图4所示，弧形面300其的顶点略高于第一侧壁1011的表面，高出距离为Sc，如此可以减小滚动体2与保持架1的兜孔101壁面之间间隙，从而缓解滚动体2在兜孔101内不稳定晃动。第一凹槽102的具体结构也不以图2至图4所示的矩形槽结构为限，也可以是凹槽的侧壁为弧形面，底壁为平面的弧形槽，等等结构，槽深可以是1.5-2mm。继续参考图4，挡件3在第一凹槽102的具***置的可以是第一挡件301与第二挡件304的轴线分别与其靠近的兜孔101的轴向端点的距离d1、d2为四分之一的兜孔101的轴向宽度W_L。如此可以更为稳定地与滚动体2接触，保证足够刚度应对滚动体对其的冲击。

参考图3、图4，在一实施例中，弧形面300的具体结构可以是，弧形面300的当量曲率半径等于与其线接触的滚动体2的当量曲率半径，例如若滚动体为圆柱体，则其各处规则一致，那么与弧形面衔接处的区域的曲率半径即是圆柱体本身的底面半径，可以理解到，上述相等并非绝对相等，只要两者尽可能接近即可。如此设置的有益效果在于，通过相等的当量曲率半径的设计，使得在发生轻微磨损后，可以尽可能减少滚子2与保持架1的接触面积，增加了滚动轴承的可靠性，避免航空发动机的滚动轴承长时间运行出现故障。

参考图5，在一实施例中，弹性件4可以包括第一弹性件401以及第二弹性件407、408，第一弹性件401相对于第二弹性件407、408更接近于第二侧壁1012的径向宽度W_R的中点，例如第一弹性件401可以设置于第二侧壁1012的径向宽度的中点。如此设置的有益效果在于，将第一弹性件401设置在靠近中点的位置，在滚动体2发生周向窜动时施加弹性力而使其复位，使其防止滚动体2的周向窜动，将第二弹性件407、408设置于其侧部，可以防止滚动体2由于与兜孔101存在间隙导致的滚动体2运行时发生轻微偏转。第一弹性件、第二弹性件的具体形式可以是如图3以及图5所示的一个第一弹性件401，两个第二弹性件407、408分别第一弹性件401的径向内外两侧等径向间距设置，但不以此为限，例如第一弹性件也可以是很多个弹性件。进一步地，等径向间距设置的两第二弹性件407、408的弹性力方向分别为设置于第一弹性件401的径向外侧的第二弹性件408的弹性力方向为与切向呈径向向外方向的夹角a，a＝5-10°，设置于第一弹性件401的径向内侧407的第二弹性件的弹性力方向为与切向呈径向向内方向的夹角b，b＝5-10°。根据在实践中发现的滚动体2的偏转的范围，第二弹性件的弹性力方向与切向稍微倾斜地设置，进一步加强了其防止滚动体2偏转的作用。

参考图5，在一实施例中，弹性件4的具体结构可以是，弹性件4具有施力面以及弹性元件，施力面的一侧用于与滚动体直接接触，另一侧连接所述弹性元件。例如第一弹性件401具体第一施力面409以及第一弹性元件402，弹性元件可以是弹簧。第二弹性件407、408分别具有第二施力面403、405以及第二弹性元件404、406。第二侧壁1012开设有第二凹槽，弹性件安装于所述凹槽，施力面凸出所述第二凹槽的开口。第二凹槽可以是多个的，例如第一弹性件安装于凹槽103，第二弹性件407、408安装于凹槽104、105，第一施力面409凸出于凹槽103，凸出量为S_R1，第二施力面403、405分别凸出于凹槽104、105，施力面凸出第二凹槽可以进一步优化防止周向窜动以及滚动体偏转的效果。施力面的具体结构可以是图5所示的，第一施力面409为平板面，第二施力面403、405为斜面，以实现等径向间距设置的两第二弹性件407、408的弹性力方向分别为设置于第一弹性件401的径向外侧的第二弹性件408的弹性力方向为与切向呈径向向外方向的夹角a，a＝5-10°，设置于第一弹性件401的径向内侧407的第二弹性件的弹性力方向为与切向呈径向向内方向的夹角b，b＝5-10°的设置。优选地，第二弹性件407、408的位置可以是其轴线分别距离与其靠近的兜孔101的径向端点的距离为五分之一的兜孔101的径向宽度W_R。安装第一弹性件401的凹槽103的深度D1为安装第二弹性件407、408的凹槽104、105的深度D2的三至四倍，以实现防止周向窜动以及防止滚动体偏转的基础上使得弹性件的布置更为紧凑，但不以此为限。

制造滚动轴承，可以在保持架1开设第一凹槽以及第二凹槽，安装挡件3以及弹性件4，安装好后将保持架1与内圈、外圈以及滚动体进行装配。

从以上介绍可知，滚动轴承的滚动体的保持方法包括：滚动体与保持架侧壁接触时，使滚动体在保持架旋转方向的前侧与保持架持续地线接触；

滚动体与保持架周向窜动或偏转时，使滚动体在保持架旋转方向的后侧受到朝向弹性力作用。

例如上述实施例介绍的，设置具有弧形面300的挡件3于保持架1的旋转方向的前端的第一侧壁1011，使滚动体2在保持架1的旋转方向的前侧与弧形面300持续线接触；

设置弹性件4于保持架1的旋转方向的后端的第二侧壁1012，滚动体2与保持架1发生周向窜动或偏转时，弹性件4使滚动体2在保持架1的旋转方向的后侧受到弹性力作用而复位。

综上所述，采用以上实施例的保持架以及滚动轴承的优点包括，兜孔的第一侧壁设有与滚动体保持线接触的挡件，可以有效减小滚动体与保持架壁面的实际接触面积，从而减少两者之间的摩擦磨损，以此提高轴承性能；另一方面，兜孔的第二侧壁设有弹性件，可以有效缓解滚动体在兜孔内不稳定的晃动以及周向窜动。该装置不仅可以减小滚动体与保持架之间的摩擦损失，而且能够兜孔内的滚动体更加稳定运行，从而增加轴承使用寿命，使得燃气轮机稳定可靠运行。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种保持架，用于滚动轴承，所述保持架包括用于容置滚动体的兜孔，其特征在于，所述兜孔在周向具有第一侧壁以及第二侧壁，所述第一侧壁与第二侧壁之间提供用于容置滚动体的容置空间，所述第一侧壁在所述保持架的旋转方向位于所述第二侧壁之前，其中，所述保持架还包括：

挡件，设置于所述第一侧壁，具有弧形面，所述弧形面用于与滚动体保持线接触；

弹性件，设置于所述第二侧壁，所述弹性件用于对滚动体施加使其朝所述保持架的旋转方向运动的弹性力，所述弹性件包括第一弹性件以及第二弹性件，所述第一弹性件相对于所述第二弹性件更接近于所述第二侧壁的径向宽度的中点。

2.如权利要求1所述的保持架，其特征在于，所述保持架具有多个第二弹性件，所述多个第二弹性件包括两第二弹性件分别于所述第一弹性件的径向内外两侧等径向间距设置。

3.如权利要求2所述的保持架，其特征在于，所述两第二弹性件的弹性力方向分别为设置于所述第一弹性件的径向外侧的第二弹性件的弹性力方向为与切向呈径向向外方向的5-10°夹角，设置于所述第一弹性件的径向内侧的第二弹性件的弹性力方向为与切向呈径向向内方向的5-10°夹角。

4.如权利要求1所述的保持架，其特征在于，所述弹性件具有施力面以及弹性元件，所述施力面的一侧用于与滚动体直接接触，另一侧连接所述弹性元件；所述第二侧壁开设有第二凹槽，所述弹性件安装于所述凹槽，所述施力面凸出所述第二凹槽的开口。

5.如权利要求1所述的保持架，其特征在于，所述挡件包括在所述保持架的轴向间隔的第一挡件以及第二挡件。

6.如权利要求5所述的保持架，其特征在于，所述挡件具有弧形面以及刚性的支撑柱，所述弧形面的一侧用于与滚动体直接接触，另一侧连接所述支撑柱；所述第一侧壁开设有第一凹槽，所述支撑柱安装于所述凹槽，所述弧形面凸出所述第一凹槽的开口。

7.如权利要求6所述的保持架，其特征在于，第一挡件与第二挡件的轴线分别与其靠近的所述兜孔的轴向端点的距离为四分之一的兜孔的轴向宽度。

8.如权利要求1所述的保持架，其特征在于，所述弧形面的当量曲率半径等于与其线接触的滚动体的当量曲率半径。

9.一种滚动轴承，包括：

内圈，

外圈，

滚动体；其特征在于，还包括：

如权利要求1-8任意一项所述的保持架。

10.一种燃气轮机，其特征在于，包括轴以及权利要求9所述的滚动轴承。

11.一种滚动轴承的制造方法，其特征在于，包括制造如权利要求9所述的滚动轴承。

Images