CN108895089B - 用于保持高负载平行度的负载保持架及轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于保持高负载平行度的负载保持架，包括环形的保持架主体以及安装在保持架主体上的预紧件和间隙保持件，多个间隙保持件沿保持架主体的周向排列地布置在保持架主体的内环面或外环面；保持架主体的外周面开设有在保持架主体周向上间隔设置的多个限位孔，每个限位孔的内壁固定有至少一个用于沿周向上弹性推压负载的预紧件。本发明的负载保持架可以保证负载在传动过程中始终保持轴向的高精确的平行度，最大限度地避免设备运行过程中了噪音、震动、损伤等的出现，各轴向设置的负载相对于轴心线处于高精度的轴向平行状态，负载在主动轮与从动轮之间的间隙内可以处于自由状的滚动、滚转传递，极大地延长了轴承的使用寿命。

Description

用于保持高负载平行度的负载保持架及轴承

技术领域

本发明涉及机械传动和传递技术领域，尤其涉及一种用于保持高负载平行度的负载保持架及轴承。

背景技术

在全球机械传动行业中，“低精度轴心线平行负载”应用的结构性现象，是制约行业技术发展的根本性障碍。

这里，所谓的“轴心线平行负载”是指，在传统的机械传动结构如超越离合器、轴承等类似的结构中，在通过主动轮向从动轮传递扭矩，或者主动轮相对于从动轮进行转动的过程中，位于主动轮与从动轮之间、用于传递扭矩或保持主动轮与从动轮之间间隙的负载的轴心线需要与传动轴平行而不出现偏转，这类负载通常以滚轴、楔块等形式出现，理想状态下，在同一个产品中，这些负载的长度方向(轴心线方向)应与主动轮/从动轮的轴向一致，这样才能保证各个负载在主动轮/从动轮传动过程中均参与到力矩传递或传动的作用。

然而，即使主动轮与从动轮的制作精度非常高，二者的径向和轴向尺寸均与负载精确匹配，在实际的机械传动过程中，此类负载会毫无征兆地出现轴向倾斜而不再与传动轴向平行，导致单个负载仅局部受力而出现应力集中，各负载之间的受力也无法一致，导致整个传动结构出现受力不均，表现为局部磨损、变形、压溃等，出现噪音、震动、损伤等，严重缩短了传动结构的使用寿命。

目前市面上也出现了一些用来改善这些负载的轴向平行度的设计，最具代表性的就是在传动结构中设计出负载保持架，目的在于使得各负载的轴向保持一致，然而，由于该保持架并不固定，而是悬于主动轮与从动轮之间，导致保持架本身的位置就不能精确固定，更不谈如何实现负载的精确轴向平行度。此种缺陷尤其是在超越离合器及高速、重载荷轴承等传动基础件中表现尤为明显。

理想状态下，各轴向设置的负载相对于轴心线处于高精度的轴向平行状态，负载在主动轮与从动轮之间的间隙内处于自由状的滚动、滚转传递；然而，当各轴向设置的负载如果无法做到高精度平行，导致其工作时在主动轮和从动轮之间的间隙内的工作状态为强制状态的挤压滚转传递。

如图1所示，为现有的载重汽车的轴承受力示意图，轴承包括内圈A、外圈B、滚柱C和滚柱保持架D，轴承的内圈A安装在固定的中心轴上而不会转动，外圈B顺时针转动，受汽车重力作用，内圈A通过处于下方的滚柱C对外圈B施加一定的压力，而处于上方的滚柱C则不受压力而处于空转状态，由于滚柱保持架D本身的位置并无约束，而滚柱保持架D上用于容纳滚柱C的限位孔尺寸也大于滚柱C，滚柱C在限位孔内并无周向上的实际约束力而导致其两端处于随意摆动的状态，上方处于空转状态的滚柱C在不受压力的情况下随意摆动，当其随外圈B转动过程中进入下方时，由于其并不是与轴承的轴向完全平行，在其转动过程中同时受到内圈A、外圈B挤压力时，则会发生强制状态的挤压滚转传递，当滚柱C进入最下方时受到的挤压力最大。在理想状态下滚柱C与内圈A、外圈B处于线性接触状态，当滚柱C处于偏摆状态时，滚柱C与内圈A的外弧面处于单点(滚柱上靠近中部的接触点)接触状态而受力，滚柱C与外圈B的内弧面处于两点(滚柱上靠近两端的接触点)接触状态而受力，即形成所谓的“强制状态的挤压滚转传递”，一般来说，滚柱C两端的偏摆幅度越大，其两端在有限的径向间隙内所受到的挤压力越大，所产生的噪音、震动、损伤越大，对于轴承的内圈A、外圈B的磨损、损伤也越大。

此种轴承在经过一段时间的使用后，一方面，滚柱长期发生挤压滚转传递导致滚柱变形、严重磨损、压溃等现象发生，另一方面，轴承的内圈和外圈长期受到非正常挤压，必然出现非规则的压痕、压槽等，滚柱的运行间隙进一步增大且呈不规则的间隙，进一步降低滚柱的轴向对准精度，轴承的损坏进程进一步加速，导致现有的轴承寿命普遍缩短，滚柱保持架实际上并未起到明显作用。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种用于保持高负载平行度的负载保持架及轴承，可以保证负载在运行过程中仍然保持高精度的轴向平行度，大幅提升了结构运行稳定性和可靠性，降低了噪音，也极大地延长了轴承的使用寿命。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种用于保持高负载平行度的负载保持架，包括环形的保持架主体以及安装在所述保持架主体上的弹性的预紧件和间隙保持件，所述间隙保持件为多个，沿所述保持架主体的周向排列且可滚动地布置在所述保持架主体的内环面或外环面；所述保持架主体的外周面开设有在所述保持架主体周向上间隔设置的多个限位孔，所述限位孔沿所述保持架主体的轴向延伸，以供滚柱状的负载穿过并容纳，每个所述限位孔的内壁固定有至少一个用于沿周向上弹性推压所述负载的所述预紧件。

作为其中一种实施方式，所述保持架主体的内环面或外环面开设有供所述间隙保持件嵌设的沟槽，所述间隙保持件可滚动地设于所述沟槽内且直径大于所述沟槽深度。

作为其中一种实施方式，所述沟槽呈环形，所述间隙保持件在所述沟槽的周向上紧密排列。

作为其中一种实施方式，所述沟槽至少为两个，两个所述沟槽在所述保持架主体的轴向上间隔设置。

作为其中一种实施方式，所述保持架主体包括两个间隔且正对设置环状的定位环和连接在两个所述定位环之间的多根连接梁，所述沟槽开设在所述定位环的内环面或外环面；相邻的两根所述连接梁之间形成所述限位孔，每根所述连接梁上固定有一个所述预紧件。

作为其中一种实施方式，每个所述限位孔的内壁固定有两个所述预紧件，每个所述限位孔内的两个所述预紧件分别用于在所述保持架主体的轴向上的两个不同部位推压所述负载。

作为其中一种实施方式，所述间隙保持件为滚珠或滚柱。

作为其中一种实施方式，每个所述限位孔包括在所述保持架主体的转动方向上相对的第一内壁和第二内壁，所述预紧件设于每个所述限位孔的所述第一内壁且自由端朝向所述第二内壁延伸。

作为其中一种实施方式，每个所述限位孔的所述第一内壁与所述第二内壁相互平行。

本发明的另一目的在于提供一种轴承，包括内圈、外圈、负载和所述用于保持高负载平行度的负载保持架，所述负载为多个，可滚动地设于所述内圈和所述外圈之间；所述用于保持高负载平行度的负载保持架设于所述内圈和所述外圈之间，所述间隙保持件可滚动地设置在所述保持架主体与所述内圈外环面之间，或所述保持架主体与所述外圈内环面之间；所述负载容纳于所述限位孔内，且在所述预紧件的作用下弹性抵接所述保持架主体。

本发明的负载保持架可以保证负载在传动过程中始终保持轴向的高精确的平行度，最大限度地避免设备运行过程中了噪音、震动、损伤等的出现，各轴向设置的负载相对于轴心线处于高精度的轴向平行状态，负载在主动轮与从动轮之间的间隙内可以处于自由状的滚动、滚转传递，实现了理想状态的受力，极大地延长了轴承的使用寿命。

附图说明

图1为现有技术的重载轴承的使用过程中的受力示意图；

图2为本发明实施例的一种轴承的结构分解示意图；

图3为本发明实施例的一种轴承的结构示意图；

图4为图3的K-K向的剖视图；

图5为图4的M-M向的剖视图；

图6为本发明实施例的一种负载保持架的结构分解示意图；

图7为本发明实施例的另一种轴承的结构分解示意图；

图8为本发明实施例的另一种轴承的结构示意图；

图9为图8的K1-K1向的剖视图；

图10为图9的M1-M1向的剖视图。

具体实施方式

在本发明中，术语“设置”、“设有”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“顺时针”、“逆时针”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的负载保持架具有环形的保持架主体以及安装在该保持架主体上的弹性的预紧件和间隙保持件，间隙保持件、预紧件均为多个，间隙保持件沿保持架主体的周向排列地布置在保持架主体的内环面或外环面，在保持架主体的外周面开设有在保持架主体周向上间隔设置的多个限位孔，限位孔沿保持架主体的轴向延伸，以供滚柱状的负载穿过并容纳，每个限位孔的内壁固定有至少一个预紧件，该预紧件的自由端朝对侧的内壁延伸，用于在负载装配到限位孔内后，沿周向上弹性推压位于限位孔内的负载。预紧件统一自每个限位孔在保持架主体的转动方向上的同一侧内壁朝对侧内壁延伸(如在顺时针方向，自上游朝下游延伸出)。这里，“上游”“下游”是指在转动方向上位于转动路径上的两个相对方位，在转动方向上，从“上游”到“下游”的周向移动方向与转动方向一致。

当负载保持架装配到轴承内后，负载保持架位于轴承上可相对转动的内圈和外圈之间，且负载保持架通过间隙保持件在内圈或外圈背面滚动而与内圈或外圈保证可靠的限位精度，负载保持架不再发生随意窜动的现象。同时，装配于负载保持架内的滚柱负载受到预紧件的弹性预紧力，具体是，位于轴承上方的滚柱负载不受外圈压力且在上游预紧件的弹性预紧力作用下被抵接在限位孔的下游内壁上而不发生滚动或轻微滚动，这些滚柱负载紧贴限位孔的下游内壁而受到周向约束，处于绝对的轴向平行状态；而位于轴承下方的滚柱负载同时受到内圈和外圈的挤压力下发生滚动而与外圈的转动方向一致；当上方的滚柱负载随负载保持架运动至轴承下方时，该滚柱负载同时受到内圈和外圈的挤压力而使预紧件被压缩，该滚柱负载则脱离限位孔的下游内壁、不再受到周向约束而可以发生滚动，由于在该滚柱负载脱离限位孔的下游内壁前处于精确的轴向预紧状态，因此在后续的滚动过程中可以仍保持较高的轴向精度。

参阅图2～5，本实施例中，用于保持高负载平行度的负载保持架30主要包括呈环形的保持架主体31以及安装在保持架主体31上的弹性的预紧件32和间隙保持件33，间隙保持件33为多个，沿保持架主体31的周向排列地布置在保持架主体31的内环面或外环面，保持架主体31安装到轴承内的内圈10和外圈20之间后，可以通过周向排列的间隙保持件33与轴承的内圈或外圈保持高精度的间隙，且不影响保持架主体31的周向转动。这里，可以是滚珠或滚柱。

结合图5和图6所示，具体地，保持架主体31的外周面开设有在保持架主体31周向上间隔设置的多个限位孔312，限位孔312沿保持架主体31的轴向延伸，以供滚柱状的负载40穿过并容纳，每个限位孔312的内壁固定有至少一个用于沿周向上弹性推压负载40的预紧件32。

需要说明的是，限位孔312的宽度(即沿保持架主体31周向的尺寸)略大于负载40的径向尺寸，限位孔312的长度方向与保持架主体31的轴向相同，限位孔312的深度方向即为保持架主体31的径向，每个限位孔312包括在保持架主体31的转动方向上相对的第一内壁和第二内壁，预紧件32设于每个限位孔312的第一内壁且自由端朝向第二内壁延伸，限位孔312的第一内壁与第二内壁相互平行，均与限位孔312的深度方向平行，即垂直于限位孔312的宽度方向，可以使得负载40在限位孔312内受到完全垂直的周向预警力，实现可靠限位，每个限位孔312的第一内壁均位于第二内壁的上游/下游。

优选限位孔312均布在保持架主体31周向上，每个限位孔312内安装有一个负载40，负载40和负载保持架30内的限位孔312的数量一致。每个限位孔312内的负载40同时受到来自预紧件32的至少两个同向的弹性推压力。例如，可以是一个预紧件32同时推压负载40的长度方向上的至少两个不同部位，也可以是每个限位孔312的内壁固定有两个预紧件32，每个限位孔312内的两个预紧件32分别用于在负载40的长度方向上的两个不同部位推压负载40。

保持架主体31的内环面或外环面开设有供间隙保持件33嵌设的沟槽311，间隙保持件33可滚动地设于沟槽311内且直径大于沟槽311深度，使得间隙保持件33部分伸出沟槽311外。这里，沟槽311呈环形，间隙保持件33在沟槽311的周向上紧密排列，该沟槽311至少为两个，两个沟槽311在保持架主体31的轴向上间隔设置，用以保证保持架主体31在转动过程中可以保持轴向平衡，优选两个沟槽311开设在保持架主体31的轴向上的两端，便于限位孔312的开设和间隙保持件33的装配。

作为其中一种实施方式，保持架主体31包括两个间隔且正对设置环状的定位环3a和连接在两个定位环3a之间的多根连接梁3b，沟槽311开设在定位环3a的内环面或外环面；相邻的两根连接梁3b之间形成限位孔312，每根连接梁3b上固定有一个预紧件32。

进一步地，本实施例的预紧件32为弹片，保持架主体31的连接梁3b的外表面上开设有两圈间隔的定位槽P，预紧件32的一端卷绕在连接梁3b表面并嵌设在定位槽P内，预紧件32的自由端朝向限位孔312对侧内壁伸出，如此，限位孔312也可以做得更窄，限位孔312也可以设计得更多，更多的负载40也可以分担更多的挤压力，限位孔312更接近负载40的径向尺寸，也可以更利于提高轴向平行度。在其他实施方式中，预紧件32也可以采用压簧、扭簧等代替。

同时，本发明也提供了一种具有上述负载保持架30的轴承，包括内圈10、外圈20、负载保持架30和负载40，负载40为多个，可滚动地设于内圈10和外圈20之间，负载保持架30设于内圈10和外圈20之间，间隙保持件33可滚动地设置在保持架主体31与内圈10外环面之间，或保持架主体31与外圈20内环面之间；负载40容纳于限位孔312内，且在预紧件32的作用下弹性抵接保持架主体31。

保持架主体31的内环面与外环面之间的距离即保持架主体31的壁厚小于负载40，负载40位于限位孔312内，且在内圈10外表面和外圈20内表面可滚动。

如图2-6所示，为间隙保持件33可滚动地设置在保持架主体31内环面的情形，沟槽311开设在保持架主体31的内环面，间隙保持件33间隔地排列在沟槽311内，内圈10的两端分别设有倒角面10S，当负载保持架30组装到轴承的内圈10上后，间隙保持件33位于倒角面10S与沟槽311之间。当负载保持架30安装到内圈10上后，将负载40安装到各个限位孔312内，使得各个负载40被预紧件32弹性抵接在限位孔312的第二内壁，再将外圈20套设在负载保持架30外，对轴承的轴向进行限位即可完成组装。

作为轴承端面的一种限位方式，轴承还可包括卡圈50、挡圈60，外圈20的一端的内表面开设有供卡圈50卡持的卡持槽200。当外圈20套设在负载保持架30外后，先将挡圈60放入外圈20，再将卡圈50卡入卡持槽200，保持架主体31在轴向上受挡圈60阻挡而实现轴向限位。

下面对轴承受压过程中，负载40的运行状况进行分析，这里，以轴承的内圈10不转，外圈20顺时针转动为例进行说明。需要说明的是，这里的“内圈10不转”指的是相对于外圈20的运动情况，在实际运行过程中，也可以是外圈20不转，内圈10进行转动。

本发明的高精度轴心线保持架特别适用于线状接触负载的重载荷轴承，如图5所示，内圈10受到向下的承载压力，轴承的外圈20对受压面(如地面)施加垂直压力，同时，外圈20顺时针转动。在此过程中，内圈10可以认为是呈现朝向受压面的微偏心状态，位于轴承轴心线X上方的负载40不受内圈10的纵向压力，承载压力主要集中施加在位于轴承轴心线X下方的负载40上，位于轴承轴心线X下方的负载40在内圈10、外圈20的挤压下顺时针同步滚动。位于轴承轴心线X上方的滚柱负载40不受外圈20压力且在顺时针方向的弹性预紧力作用下被抵接在限位孔312的下游内壁(第二内壁)上而不发生滚动或轻微滚动，这些滚柱负载40紧贴限位孔32的下游内壁而受到周向约束，处于绝对的轴向平行状态；当上方的滚柱负载40随负载保持架30运动至轴承轴心线X下方后，该负载40同时受到内圈10和外圈20的挤压力而使预紧件32被压缩，则脱离限位孔32的下游内壁、不再受到周向约束而可以发生滚动，该负载40受到的挤压力逐渐增大而开始在外圈20内表面随外圈20同步滚动，由于在该负载40脱离限位孔32的下游内壁前处于精确的轴向预紧状态，因此在后续的滚动过程中可以仍保持较高的轴向精度，不会发生周向摆动，负载40从轴承轴心线X顺时针运动至最下方的过程中，受到的挤压力逐渐增大，负载40从下方运动至轴承轴心线X另一侧(如图5的左侧)的过程中，受到的挤压力逐渐减小，当负载40运动至轴承轴心线X上方后，挤压力变为0，预紧件32恢复形变而再次将负载40推压至限位孔32的下游内壁而随保持架主体31转动。

如图7-10所示，为间隙保持件33可滚动地设置在保持架主体31外环面的情形，沟槽311’开设在保持架主体31的外环面，间隙保持件33间隔地排列在沟槽311’内，先将外圈20套设在保持架主体31与间隙保持件33外面，再将负载40安装到各个限位孔312内，使得各个负载40被预紧件32弹性抵接在限位孔312的第二内壁，当负载保持架30组装到轴承的外圈20上后，间隙保持件33位于外圈20与沟槽311’之间。当负载保持架30安装到外圈20上后，再将内圈10插设在负载保持架30内，对轴承的轴向进行限位即可完成组装。

与前一种轴承的实施方式不同的是，本实施方式可以在内圈10的一端的外表面开设有供卡圈50卡持的卡持槽100。当内圈10插设在负载保持架30内后，先将挡圈60套设在内圈10上，再将卡圈50卡入卡持槽100，保持架主体31在轴向上受挡圈60阻挡而实现轴向限位。

本发明的负载保持架可以保证负载在传动过程中始终保持轴向的高精确的平行度，最大限度地避免设备运行过程中了噪音、震动、损伤等的出现，各轴向设置的负载相对于轴心线处于高精度的轴向平行状态，负载在主动轮与从动轮之间的间隙内可以处于自由状的滚动、滚转传递，实现了理想状态的受力，极大地延长了轴承的使用寿命。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于保持高负载平行度的负载保持架，其特征在于，包括环形的保持架主体(31)以及安装在所述保持架主体(31)上的弹性的预紧件(32)和间隙保持件(33)，所述间隙保持件(33)为多个，沿所述保持架主体(31)的周向排列且可滚动地布置在所述保持架主体(31)的内环面或外环面；所述保持架主体(31)的外周面开设有在所述保持架主体(31)周向上间隔设置的多个限位孔(312)，所述限位孔(312)沿所述保持架主体(31)的轴向延伸，以供滚柱状的负载(40)穿过并容纳，每个所述限位孔(312)的内壁固定有至少一个用于沿所述保持架主体(31)的周向上弹性推压所述负载(40)的所述预紧件(32)，各所述预紧件(32)沿所述保持架主体(31)的周向上的同一方向推压对应的负载(40)。

2.根据权利要求1所述的用于保持高负载平行度的负载保持架，其特征在于，所述保持架主体(31)的内环面或外环面开设有供所述间隙保持件(33)嵌设的沟槽(311)，所述间隙保持件(33)可滚动地设于所述沟槽(311)内且直径大于所述沟槽(311)深度。

3.根据权利要求2所述的用于保持高负载平行度的负载保持架，其特征在于，所述沟槽(311)呈环形，所述间隙保持件(33)在所述沟槽(311)的周向上紧密排列。

4.根据权利要求3所述的用于保持高负载平行度的负载保持架，其特征在于，所述沟槽(311)至少为两个，两个所述沟槽(311)在所述保持架主体(31)的轴向上间隔设置。

5.根据权利要求4所述的用于保持高负载平行度的负载保持架，其特征在于，所述保持架主体(31)包括两个间隔且正对设置环状的定位环(3a)和连接在两个所述定位环(3a)之间的多根连接梁(3b)，所述沟槽(311)开设在所述定位环(3a)的内环面或外环面；相邻的两根所述连接梁(3b)之间形成所述限位孔(312)，每根所述连接梁(3b)上固定有一个所述预紧件(32)。

6.根据权利要求1所述的用于保持高负载平行度的负载保持架，其特征在于，每个所述限位孔(312)的内壁固定有两个所述预紧件(32)，每个所述限位孔(312)内的两个所述预紧件(32)分别用于在所述保持架主体(31)的轴向上的两个不同部位推压所述负载(40)。

7.根据权利要求1所述的用于保持高负载平行度的负载保持架，其特征在于，所述间隙保持件(33)为滚珠或滚柱。

8.根据权利要求1-7任一所述的用于保持高负载平行度的负载保持架，其特征在于，每个所述限位孔(312)包括在所述保持架主体(31)的转动方向上相对的第一内壁和第二内壁，所述预紧件(32)设于每个所述限位孔(312)的所述第一内壁且自由端朝向所述第二内壁延伸。

9.根据权利要求8所述的用于保持高负载平行度的负载保持架，其特征在于，每个所述限位孔(312)的所述第一内壁与所述第二内壁相互平行。

10.一种轴承，其特征在于，包括内圈(10)、外圈(20)、负载(40)和权利要求1-9任一所述的用于保持高负载平行度的负载保持架，所述负载(40)为多个，可滚动地设于所述内圈(10)和所述外圈(20)之间；所述用于保持高负载平行度的负载保持架设于所述内圈(10)和所述外圈(20)之间，所述间隙保持件(33)可滚动地设置在所述保持架主体(31)与所述内圈(10)外环面之间，或所述保持架主体(31)与所述外圈(20)内环面之间；所述负载(40)容纳于所述限位孔(312)内，且在所述预紧件(32)的作用下弹性抵接所述保持架主体(31)。