[发明专利]深沟球轴承及其应用

说明书

一种深沟球轴承(10)，包含内圈(1)、外圈(2)和设置在内、外圈之间的多个滚动体(3)。所述滚动体(3)的直径D_W≤0.5H₁，直至0.35H₁以下。其中，H₁为轴承在厚度意义上的径向尺寸，在数值上等于轴承外径(D)与内径(d)之间差值的一半。通过采用数量充足但尺寸较小的滚动体，深沟球轴承能获得加强的轴向和径向刚性，不仅有利于减少轴承配合面的蠕变和磨损，避免轴承的早期失效，而且提升设备的旋转精度，避免由于轴承刚性不足所引发的振动、噪音等问题，充分满足旋转设备对轴承性能的全面需求。

技术领域

本发明涉及一种深沟球轴承，尤其是在电机中使用的深沟球轴承。

背景技术

深沟球轴承在设计上一般采用尽可能大的滚动体(俗称“钢球”)，这是因为材料的疲劳寿命与其承受的负荷应力呈现负相关的关系。在相同负载的条件下，滚动体的直径越大，滚动体与滚道之间的接触面积就越大，两者之间的接触应力(压强)就越小，材料的疲劳寿命就越长。以疲劳寿命为标准是本领域的传统设计理念。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种深沟球轴承，包含内圈、外圈和设置在内、外圈之间的多个滚动体。所述滚动体的直径D_W≤0.5H₁，直至0.35H₁以下。其中，H₁为轴承在厚度意义上的径向尺寸，在数值上等于轴承外径与内径之间差值的一半。

尽管传统涉及理念以疲劳寿命为标准，然而，轴承的实际寿命往往还取决于更多方面的其他因素。以高速电机应用为例，深沟球轴承主要处于中、轻载荷和中、高转速的运转常态，承受的负荷应力远未达到材料的强度极限。在这种情况下，以应力最小化为前提的设计理念会造成轴承的承载能力冗余度过大，但在诸如刚性、稳定性、转速、发热、振动噪音等其他方面的性能则往往无法满足需要。实际上，这些其他方面的因素在更多的情况下是造成系统故障或者轴承失效的主要原因。

以刚性为例，一方面，滚动体尺寸的最大化压缩了轴承内、外圈的径向厚度，导致单薄的壁厚刚性不足；另一方面，受轴承几何尺寸的限制，在装配工艺中能够装入轴承中的尺寸较大的滚动体的数量要少于尺寸较小的滚动体的数量，导致滚动体之间的圆周间距增大，难以实现对轴承圈的密集支撑。上述两方面的因素均可能导致轴承的刚性(尤其是轴向刚度)不足，进而造成以下典型问题。

刚性不足会加剧滚动体与轴承滾道的接触负荷所引起的轴承圈的动态变形，以致增加内圈与转轴之间以及外圈与轴承座之间发生蠕变的风险，进而引起配合表面(轴承内圈内径面和转轴的外径面以及轴承外圈外径面和轴承座内孔面)之间的磨损增加。一方面，磨损碎屑会对轴承的密封和润滑构成严重的威胁，是造成轴承提前失效的重要原因；另一方面，蠕变易造成部件之间的配合松弛和应力失调，导致外圈和轴承座之间产生相对滑动，容易引发系统性故障。

通过采用数量充足但尺寸较小的滚动体，深沟球轴承能够获得加强的轴向和径向刚性，不仅有利于减少轴承配合面的蠕变和磨损，避免轴承的早期失效，而且提升设备的旋转精度，避免由于轴承刚性不足所引发的振动、噪音等问题，充分满足旋转设备对轴承性能的全面需求。

在上述结构的基础上，所述轴承外圈在对应外圈滾道最深位置处的径向厚度(即外圈的最小厚度)H₂≥0.25H₁，直至0.28H₁以上。其中，H₁为轴承在厚度意义上的径向尺寸，在数值上等于轴承外径与内径之间差值的一半。

由于转轴与轴承内圈之间一般处于紧配合，故能够在足够程度上“补偿”轴承内圈的刚性不足。因此，增大外圈的径向厚度能够在更显著意义上增强轴承的刚性，减少滚动体与外圈滚道之间接触负荷所引起的轴承外圈和轴承座的动态变形，进一步减少配合面发生蠕变和磨损的风险。

以下结合附图详细描述本发明的各种具体实施方式和有益技术效果。

附图说明