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CN111279089A - 滚动轴承 - Google Patents

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Abstract

一种滚动轴承，其中负载有滚动元件，该滚动轴承配备有分隔滚动元件的保持架，其中至少一个凹槽位于轴承座圈上，滚动元件在该轴承座圈上行进，其特征在于，凹槽(4)的边缘以相对于滚动元件(3)的运动方向呈4.5°至80°的角度α布置，并且在保持架(7)中，用于滚动元件的孔被制成斜的，使得连接保持架中心(7)与用于滚动元件(3)的孔的中心的直线和滚动元件(3)在该元件与保持架(7)的接触点处的切线之间的夹角β具有β值＞arctgμ，其中μ是滚动元件材料(3)与保持架材料(7)配合的滑动摩擦系数。

Description

滚动轴承
技术领域
本发明涉及一种滚动轴承，其中，具有滚珠形式的滚动元件在两个轴承座圈之间移动。
背景技术
用作机器零件中的结构部件的滚动轴承是已知的。滚动轴承的设计是多样化的，然而，在每种情况下，它们均包含在两个轴承座圈之间移动的滚动元件。滚动轴承的附加部件可以包括：使滚动元件保持恒定距离的分离器(保持架)、密封元件等。
滚动轴承提供轴的旋转运动并维持其旋转轴的恒定位置，而且它们传递载荷，因此，滚动轴承的特征应在于运动阻力低、操作稳定、操作可靠和耐磨或耐久性高。为了获得最低的由于摩擦引起的可能能量损失以及减小由配合部件的振动所引起的噪音，将与滚动元件配合的结构部件的轴承座圈打磨，然后进行超精加工。然而，滚动元件尺寸的微小差异引起了重要的问题。批量生产的滚动元件根据它们的尺寸进行分类，但是实际上不可能实现滚动元件的绝对尺寸均匀性。例如，将直径相差最大2μm的滚珠插入到滚珠轴承中。在这样组装的轴承中，其例如以1000rpm的速率旋转，在座圈上移动的各滚珠在1分钟的操作期间可以覆盖相差甚至20mm的距离。轴承的滚动元件的不均等载荷导致滚动元件所覆盖的距离的进一步差异。在仅传递横向载荷的滚动轴承中，不传递任何载荷的滚动元件是移动的，这使得覆盖的距离相等。在负载所有滚动元件的轴承中，由于滚动元件相对于轴承座圈旋转，因此由滚动元件所覆盖的距离是均等的。为了产生旋转，滚珠作用在保持架或相邻滚珠上的力必须增加到超过滑动摩擦力的值。轴承的负载越高，滑动摩擦力就越高。在这种情况下，用于滚动轴承润滑的润滑脂是确保正确配合的必要因素。缺乏适当的润滑是轴承磨损的主要因素。仅传递横向载荷的滚动轴承——其具有由低摩擦系数材料制成的保持架——可以在没有润滑脂的情况下运行。
国际专利申请第WO2011105919号的说明公开了一种轴承，其由两个配备有轴承座圈的环组成，负载的滚动元件在该轴承座圈上行进，其中至少一个横向于滚动元件的运动方向定位的凹槽或凹部位于轴承座圈中的一个上。横向凹槽或凹部允许滚动元件与轴承座圈中的一个暂时脱离配合，并且由于滚动元件的不同直径和轴承的滚动元件的不等载荷而在保持架力或相邻滚动元件力的影响下移动。由于使用根据本发明的具有横向未填充的凹槽或凹部的轴承而导致在滚动元件和座圈之间没有滑动，这使得能够在没有润滑脂的情况下操作轴承。
在下列专利说明中也提出了具有在轴承座圈中的凹槽、特别是横向凹槽，或者具有在轴承座圈中的缺口或凹部的轴承：EP375938、US20080285903、US1334027、JPH07197937。
发明内容
根据本发明的滚动轴承，其中负载有滚动元件，该滚动轴承配备有分隔滚动元件的保持架，其中至少一个凹槽位于轴承座圈上，滚动元件在该轴承座圈上行进，其特征在于，该凹槽的边缘以相对于滚动元件的运动方向呈4.5°至80°的角度α布置。在保持架中，用于滚动元件的孔被制成斜的，使得连接保持架中心与用于滚动元件的孔的中心直线和滚动元件在该元件与保持架的接触点处的切线之间的夹角β具有β值＞arctgμ，其中μ是滚动元件材料与保持架材料配合的滑动摩擦系数。
对于沿一个特定方向旋转的轴承，在孔中滚动元件与保持架的接触表面上的锥度是平行的，而对于沿两个方向旋转的轴承，锥度是收敛的(convergent)。
优选地，这样布置凹槽，使得滚动元件将朝向轴承座圈的较大直径处移动。
优选地，轴承座圈中的一个具有球冠的扇形形状，该球冠的半径基于轴承的轴线。
在根据本发明的轴承中，相对于滚动元件在轴承座圈中的一个上的运动倾斜布置的凹槽允许滚动元件暂时脱离座圈，并且由于凹槽的锥度而向轴承座圈的较大或较小直径处移动。由于这一事实，降低了在离开凹槽时轴承座圈施加到滚动元件上的力。缺乏由轴承座圈施加到滚动元件上的力提供了消除滚动元件和保持架之间的力的可能性，该力由滚动元件所覆盖的距离不同而引起。优选地，朝向轴承座圈的较大直径发生移位，这有助于留出用于滚动元件的凹槽。于是，轴承的耐久性增加了约20％。
与横向凹槽相比，凹槽的偏斜布置显著降低了由轴承座圈施加在滚动元件上的力。具有横向凹槽的轴承的运动阻力转矩大约是具有斜凹槽轴承的两倍。
继而，在滚动元件和具有用于滚动元件的孔的锥形表面的保持架之间产生的力，导致由保持架施加到引导该保持架的轴承的环上的力减小，这显著降低了轴承的运动阻力转矩。对于旋转的内环，保持架速度比内环速度慢。与轴承的内座圈接触，使分隔滚动元件的保持架加速并挤压滚动元件。然后，滚动元件与保持架孔的后部接触。取决于由保持架施加到滚动元件上的力的作用方向与滚动元件在该滚动元件和保持架的接触点处的切线之间的夹角，力的分布对于轴承的操作可以是有利的或不利的。出现两个力：第一个力是使保持架从内环移开，第二个力是保持架和滚动元件之间的滑动摩擦力，该力将保持架压向内环。如果使保持架离开内环的力大于滚动元件和保持架之间的摩擦力，则力的分布有利于轴承的操作。当满足下述条件时出现这样的情况：β＞arctgμ，其中μ是滚动元件材料和保持架材料配合的滑动摩擦系数，β是连接保持架中心与用于滚动元件保持架孔的中心直线和滚动元件在该元件与保持架或保持架锥形面的接触点处的切线之间的夹角。
根据本发明的轴承的运动阻力转矩比具有横向凹槽和涂润滑脂的轴承低四至十倍。根据本发明的轴承提供了一种在没有润滑脂情况下操作的可能性，同时保持了与用油、液体润滑剂或润滑脂润滑的轴承相当的耐久性。使用两个根据本发明的滚动轴承的轴承装置已连续运行超过2万小时，并且它们在50N的纵向载荷下已进行了2,500百万转。目前，已知的无润滑轴承在纵向力载荷下的耐久性仅为几百万转，而用Pb、MoS2型润滑脂润滑的轴承在纵向载荷大于50N时的耐久性不超过60百万转。
根据本发明的构造方案在普通滚珠轴承、锥形滚珠轴承、磁滚珠轴承、四点滚珠轴承、用于承载纵向力和横向力的主轴的滚珠轴承中具有显著的效果。
附图说明
本发明的主题在附图中示出，其中：
图1示出了具有保持架的普通滚珠轴承的横截面；
图2a和图2b示出了凹槽在相对于滚动元件在轴承座圈上的运动方向的左右方向上的实施方案的横截面；
图3a和图3b示出了滚动元件朝向较大直径的移位；
图4a、图4b、图5a、图5b、图6、图7a和图7b示出了保持架片段和由保持架施加到滚动元件上的力；以及
图8示出了在具有右凹槽的两个轴承上的轴承布置的示例。
具体实施方式
图1所示的根据本发明的轴承的实施例是单列滚珠轴承。该轴承由外环1、内环2、滚珠形式的滚动元件3和保持架7组成。滚动元件在外轴承座圈5和内轴承座圈6上滚动。在内轴承座圈6中形成斜的凹槽4。凹槽4相对于滚动元件3的运动偏斜地布置，并且该运动在图2a和图2b中用箭头标记。当进入凹槽4区域时，滚动元件3暂时与座圈5和6脱开，并且由于凹槽4的锥度而朝向更大直径的轴承座圈移动，从直径d1向直径d2移动，如图3A和图3B所示。这样允许在滚动元件3离开凹槽4时平缓地开始与座圈5和座圈6的配合。
如图4a至7b所示，滚动元件3在保持架7中放置在偏斜形成的孔中，并且连接保持架7的中心O1与用于滚动元件3的孔的中心O2的直线O1O2和滚动元件3在该滚动元件与保持架7的接触点处的切线之间的锥形倾斜角β具有β值＞arctgμ，其中μ是滚动元件材料3与保持架7配合的摩擦系数。
如图4a所示，在以转速nr旋转的内环2上引导保持架7时，在保持架7和滚动元件3之间的接触点处，出现向上提升保持架7的力Fu＝Fs sinβ。该力的目的是减少保持架7对引导保持架7的轴承环的撞击。该力必须大于力Ft＝Fnμ，即以旋转速度Nb旋转的滚动元件3和保持架7之间在这些元件的接触点处的摩擦力，其中Fn＝Fs cosβ；Fs是由保持架7施加到滚动元件3上的力；μ是保持架7的材料与滚动元件3的材料配合的滑动摩擦系数。由这些方程式得到β＞arctgμ的条件。在保持架7由聚醚醚酮(PEEK)制成并且滚动元件由100Cr6钢制成的情况下，这些材料之间的滑动摩擦系数达到μ＝0.4。然后，根据β＞arctgμ的公式，保持架的锥形倾斜角应为β＞22°。
图4b示出了当保持架7的瞬时角速度比滚动元件3的角速度快时力的分布。
图5a和图5b示出了在轴承的内环2沿两个方向旋转的情况下保持架7和滚动元件3之间力的分布。
图6示出了在外环1上引导保持架7的情况下保持架7和滚动元件3之间力的分布，其中内环2以转速nr旋转。
图7a和图7b示出了在外环1上引导保持架7的情况下保持架7和滚动元件3之间力的分布，其中内环2以转速nr沿两个方向旋转。
在图8中，示出了在具有右凹槽4的两个轴承上的轴承布置的示例。凹槽4相对于在轴承座圈上运动的滚动元件3的方向，使得在通过凹槽4时在滚动元件3和座圈之间产生更优选的力分布。为了获得轴承的预载荷，使用了弹簧8。

Claims (5)

1.一种滚动轴承，其中负载有滚动元件，该滚动轴承装备有分隔滚动元件的保持架，其中至少一个凹槽位于轴承座圈上，滚动元件在该轴承座圈上行进，其特征在于，凹槽(4)的边缘以相对于滚动元件(3)的运动方向呈4.5°至80°的角度α布置，并且在保持架(7)中，用于滚动元件的孔被制成斜的，使得连接保持架中心(7)与用于滚动元件(3)的孔的中心的直线和滚动元件(3)在该元件与保持架(7)的接触点处的切线之间的夹角β具有β值＞arctgμ，其中μ是滚动元件材料(3)与保持架材料(7)配合的滑动摩擦系数。
2.根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述凹槽(4)被这样布置，使得滚动元件将朝向轴承座圈的较大直径处移动。
3.根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，对于沿一个方向旋转的轴承，在所述孔中滚动元件(3)与保持架(7)的接触表面上的锥度是平行的。
4.根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，对于沿两个方向旋转的轴承，在所述孔中滚动元件(3)与保持架(7)的接触表面上的锥度是收敛的。
5.根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，轴承的轴承座圈(5、6)之一具有球冠扇形形状，其半径基于轴承轴线。
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