[发明专利]新型圆锥滚子轴承以及应用该轴承的新型轴系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型圆锥滚子轴承以及利用该轴承作为非定位端配置轴承的新型轴系统。

背景技术

圆锥滚子轴承因能同时承受轴向负荷和径向负荷(统称为“复合负荷”)而在机械领域中得到广泛的应用。其工作原理是，如图1a所示，顶点重合的两个圆锥体能够彼此无滑动地在对方表面上纯滚动。理论计算证明，在顶点重合的条件下，两个圆锥体在滚道宽度方向上各点的切向速度完全一致，因而彼此之间不会产生相对滑动(differentialskidding)。在实践中，圆锥滚子轴承的内圈滚道(innerraceways)、外圈滚道(outerraceways)和圆锥滚子(taperedrollerelements)实际采用的均是圆台(截头的圆锥体)设计。因此，在图1b所示圆锥滚子轴承的截面图中，全部滚动体(包含圆锥滚子和内、外圈滚道)都能以纯滚动的方式工作的前提条件是它们的圆锥顶点(apices)重合在轴承轴线(axisofbearing)的同一点上，并且外圈圆锥角α、内圈圆锥角β和滚子圆锥角θ三者在数量关系上满足：θ＝α–β。当上述条件不满足时，圆锥滚子将在内、外滚道之间处于“滚动+滑动”的复杂运动状态，

从图1b可以看出，圆锥滚子轴承实际承受轴向负荷的构件是形成在内圈一侧、面对滚子大端端面的引导挡边(guiderib)。当单列使用时，圆锥滚子轴承只能承受来自一侧的轴向负荷；当成对使用时，双列布置的圆锥滚子轴承能够承受来自双向的轴向负荷。典型情况下，双列圆锥滚子轴承(double-rowtaperedrollerbearings)可采用背靠背式(back-to-back)和面对面式(face-to-face)两种布置方式。在背靠背的布置方式中，如图2a所示，双列圆锥滚子以小端端面彼此相对，用于承载轴向负荷的引导挡边r_a和r_b分别位于彼此抵靠的双列内圈的轴向两侧。在面对面的布置方式中，如图2b所示，双列圆锥滚子以大端端面彼此相对，用于承载轴向负荷的引导挡边r_a和r_b位于双列内圈彼此抵靠的轴向内侧。图2c显示的是双列圆锥滚子轴承彼此抵靠的内圈进一步融合为一体，形成为具有一体内圈结构的双列面对面布置的圆锥滚子轴承。在图2c所示的情形中，双列面对面布置的圆锥滚子轴承的引导挡边r_a和r_b彼此融合，在一体内圈上形成中挡边m，能够承载来自任一方向或者双向的轴向负荷。

众所周知，圆锥滚子轴承的一个显著特点是，通过内、外圈的轴向调节，可以同时消除轴承内部的轴向游隙和径向游隙，并进一步使滚动构件之间产生一定程度的接触形变(俗称“预紧”)。图2a～2c展示的是通过设置适当尺寸的内隔圈(innerspacer)或者外隔圈(outerspacer)来调整双列内圈或者双列外圈之间的轴向间距，从而实现轴承预紧的典型方式。

然而，从图3所示的预期寿命与内部游隙之间的关系图中可以看出，仅在一个较小的负游隙区间p(以下称为“最佳游隙区间”)内，滚动轴承才能够达到最佳的预期寿命；在除此以外的其他大部分游隙区间内，轴承的预期寿命均会显著降低。尤其是当内部游隙从最佳游隙区间p进一步左移(减小)时，轴承的内部应力会急剧增加，导致温升陡增，寿命剧减，甚至会出现卡死现象。圆锥滚子轴承的上述特点使其在应用到齿轮箱等设备的轴系统中时，不得不与圆柱滚子轴承等允许内、外圈在轴向上互动的轴承匹配使用，用以避免轴向卡死等不利局面的出现。然而，圆柱滚子轴承虽然允许内、外圈在轴向上相互调节，但在实践中其径向预紧往往难以精确实现。这是因为圆柱滚子轴承的径向预紧对于与之配套的轴承转轴、轴承座和壳体孔等相关部件的加工精度要求非常高，因而在实践中往往出于成本考虑而不予采用。因此，现实期待既允许内、外圈做轴向调整、又能以经济、便捷的方式实现径向预紧的新型轴承的诞生。

发明内容

本发明提供一种新型圆锥滚子轴承，不仅能够像圆柱滚子轴承那样在一定的轴向范围内做不对中调整，而且还能以类似于传统圆锥滚子轴承的预紧方式实现预紧。