[实用新型]轧机用空心圆柱滚子轴承

说明书

本实用新型主要涉及一种用于轧机上的空心圆柱滚子轴承，属机械制造领域。一般轧机上多用实心圆柱滚子轴承，仅特大型轧机轴承才使用一种空心圆柱滚子轴承，这种已知的大型轧机用空心滚子轴承的目的是使保持架的销轴穿过滚子，将节约出的空间装入尽可能多的滚子，以提高轴承的承载能力。但是这种空心滚子的内径与外径之比(空心度)一般在百分之二十左右，在滚子数量相同的情况下。由于空心滚子的空心度小，轴承寿命与实心滚子相比基本一样。

本实用新型的目的：主要为用于重载的轧机或冶金、矿山等部门承受径向载荷的转轴提供一种有合理的空心度的空心圆柱滚子轴承。以延长轴承的使用寿命和提高轴承的极限转速。

本实用新型是这样实现的：参见附图1到5所示。在正常情况下、轧机轴承损坏原因是由于滚子与轴承滚道接触疲劳而失效。即滚子和滚道表层下一定深度的最大剪应力在一定的循环次数后使材料产生裂纹。在交变应力继续作用下裂纹扩展、最后剥落。上述最大剪应力数值取决于滚子与滚道的最大接触应力。接触应力愈大，距表层下一定深度的剪应力也愈大，产生材料剥落时间愈早，即轴承寿命愈短。实心滚子在某一定的接触应力作用下滚子与滚道由线接触变为有一定宽度的面接触，而对空心滚子除有上述情况外，又由于受压面引起了明显的滚子的弯曲变形，使接触点处並母线曲率半径变大，这样就使接触面积大于前者，使接触应力降低。空心度为百分之五十的空心滚子与相同直径及长度的实心滚子相比，接触面积提高了百分之二十到三十，接触疲劳寿命提高了二到四倍。除此之外，空心滚子增大了滚子的散热面积，增加了轴承内贮存油脂的空间而有利于润滑。空心度为百分之五十的滚子重量约减轻了百分之二十五、离心力减少了百分之三十，提高了轴承的极限转速。由于空心滚子的柔性，可改善多列轴承中由于轧辊轴变形而引起的各列滚道滚子受力不均匀性，并可缓冲冲击负荷。

图1到图5是本实用新型的说明书附图，其中图5是说明空心圆柱滚子在承载情况下滚动一周时的应力分布图。当空心滚子在承载情况下滚动一周时，滚子孔壁上任一点的弯曲应力都经历了从最大拉伸应力值(点1、3)变到拉伸应力逐渐减小，然后逐渐过渡到最大压缩应力值(点2、4)，最后变到最大拉伸应力值循环过程两次。即承受交变应力循环两次。滚子外圆上任一点弯曲应力也由最大拉伸应力值(点6、8)到最大压缩应力值(点5、7)变化两次。然而由于孔壁上比相应外圆上的点的弯曲应力数值上要大百分之五十到六十，因此当空心滚子承载过大，使其弯曲应力超过疲劳极限时，经一定应力循环次数后疲劳裂纹总是首先出现在滚子孔壁上，然后裂纹逐渐扩展直到滚子破裂。这种弯曲疲劳破坏是空心滚子一种失效形式。很明显。如果想要利用空心滚子弯曲变形增加其接触面积以提高接触疲劳寿命的前提是必须保证滚子不易产生弯曲疲劳破坏，本实用新型为此采取如下措施：

1)将滚子空心度限定在一定的范围。随着滚子空心度增加滚子的弯曲变形及孔壁弯曲应力都很快增大。当滚子空心度在百分之四十以下时，其弯曲变形量很小，与实心滚子无多少区别，不能达到提高轴承接触疲劳寿命的目的。面当滚子空心度在百分之六十以上时，空心滚子弯曲疲劳将成为轴承失效的主要形式。因此不能用于重载轴承。

由外圈、内圈、空心滚子和保持架组成的用于轧机的圆柱滚子轴承，其滚子的空心度为0.4到0.59，并且空心滚子与滚道间留有径向游隙，最好游隙为0.1到0.5毫米，这样的空心圆柱滚子轴承承载能力高且寿命长。

2)对于滚子孔壁采用钢球滚压(包括挤压)及喷丸的方法冷作硬化或经特殊的热处理方法后使滚子孔壁表面层产生一定量的压应力，此表面层压应力可以降低孔壁的拉应力水平。提高了滚子弯曲疲劳强度。虽然内孔壁的拉应力水平降低的同时，压应力也会增加同样的数值，但只要不超过材料的强度极限是不会产生问题的在通常情况下，裂纹总是在滚子孔壁上材料及加工上有缺陷的地方或应力集中的地方由于拉应力作用产生。而表面层金属的压应力总是阻止裂纹的产生和扩展，能提高材料的疲劳寿命。

对于每一种空心滚子，按其工作时应力水平选取内孔表面层的预作压应力数值，此压应力取值范围是0～50kg/mm²。

本实用新型仅将空心滚子代替现有轧机轴承中的实心滚子，而内圈、外圈、保持架、轴承游隙、精度等级等都不变。空心与实心滚子的区别仅在于有无滚子中心孔。因此在实施本实用新型时在不改动目前轧机轴承生产设备、工艺装备，而生产工艺基本不改的情况下进行，甚至于可利用现有的多数另件，因此它有显著的经济效益。