对于改良载荷能力的双排锥形滚子推力轴承 |
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申请号 | CN201480003160.X | 申请日 | 2014-06-24 | 公开(公告)号 | CN104797831A | 公开(公告)日 | 2015-07-22 |
申请人 | 铁姆肯公司; | 发明人 | X.艾; T.L.贝克; J.R.约尔蒂; S.P.约翰逊; | ||||
摘要 | 一种双排推 力 轴承 组件(10),其包括具有内锥形 滚道 和外锥形滚道(12、13)的 底板 (11)、具有平滚道(15)的顶板和安装在相应的内 保持架 和外保持架(18、19)上的同样形成的各组内滚子和外滚子(16、17)。当轴承完全组装好时,所述内滚子和外滚子的 顶点 指向在所述轴承的轴线(X)上的同一点(A)。相对于滚子的尺寸和形状确定各个关系,以便于在占据与单排 推力轴承 组件(BA)同样的空间封装时轴承组件的 载荷 承载能力最大化,单排推力轴承组件仅能够 支撑 较少的载荷。 | ||||||
权利要求 | 1.一种双排推力轴承组件,其包括: |
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说明书全文 | 对于改良载荷能力的双排锥形滚子推力轴承[0001] 相关申请的交叉引用本申请要求于2013年6月26日提交的题为“Double Row Tapered Roller Thrust Bearing for Improved Loading Capacity”的申请号为61/839,451的美国临时专利申请的权益,其整体上通过引用并入此文中。 技术领域[0002] 本公开涉及双排推力轴承;以及更确切地指具有载荷能力增加而没有伴随的轴承尺寸增加的双排锥形滚子推力轴承。 背景技术[0003] 在机械系统中对于功率密度增加的需求通常需要滚动元件轴承来支撑增加的载荷,同时占据同样的空间(在一些情况下,甚至占据更小的空间)。例如,在油气行业中,在顶部驱动组件上的推力载荷已经增加了20%;而且与此同时,对于支撑轴承的封装尺寸保持不变。如此做使能避免驱动系统的重新设计。由于这种和相似的情形,轴承制造者现在对于满足此新需求面临挑战,其需要研发具有改良载荷承载能力同时仍装配在与具有较小载荷承载能力的先前轴承一样的空间内的新轴承。 [0004] 推力滚子轴承比其相似的球轴承具有更大的轴向载荷承载能力。此外,锥形滚子推力轴承通常比圆柱状推力轴承更受偏爱,这是因为在滚子本体(即滚动元件)和其滚道接触之间大致是纯滚动运动。此纯滚动运动来自于如图1所示的所谓的“顶点上”设计。在顶点上设计中,滚动元件(滚子)R的直径朝向单排推力滚动轴承组件BA的顶点A逐渐缩小。随着滚子R和其滚道W之间的接触区域移动越接近轴承的轴线X,这引起有效的接触半径减小。这反过来对于轴承载荷承载能力具有负面影响。本公开是针对克服单排推力锥形滚子轴承的此缺陷的新型设计。先前已经有试图增加双排推力轴承组件的载荷承载能力。例如,见日本专利公开2007270968A,其利用针形滚子和锥形滚子两者。 发明内容 [0005] 本公开针对双排推力轴承组件,其与仅能够支撑较小载荷的单排推力轴承组件占据相同的空间封装。该组件包括具有内锥形滚道和外锥形滚道的底板、具有平滚道的顶板和一组同样成形的内滚子和一组同样成形的外滚子。该组件可进一步包括来分开形成该组内滚子的滚子的内保持架和来分开形成该组外滚子的滚子的外保持架。当该轴承完全组装好时,各个内滚子和外滚子的顶点指向该轴承的轴线上的同一点。 [0006] 使用相对于多个滚子的尺寸和形状的各个关系来最大化轴承组件的载荷承载能力。 [0007] 与单排推力轴承组件的载荷承载能力相比,虽然双排推力轴承组件与单排推力轴承组件占据相同的封装,但是根据本公开制造的轴承组件具有增加的载荷承载能力。 [0008] 结果是,为了支撑轴承组件所经受的更大的载荷不需要将其制造得更大。 [0010] 图1是现有技术的单排推力轴承组件的截面图。 [0011] 图2是本公开的双排推力轴承组件的分解的透视图。 [0012] 图3是双排推力轴承组件的横截面视图。 [0013] 图4是组件的内保持架的透视图。 [0014] 图5是组件的外保持架的透视图。 [0015] 图6是与图3类似并且显示使用来最大化双排推力轴承组件的载荷承载能力的各个参数的横截面视图。 具体实施方式[0016] 下列详细描述以示例的方式且并不以限制性的方式说明本发明。此说明使本领域技术人员能清楚地制造和使用本发明,并且描述了本发明的若干实施例、改装、变型、替代和使用,包括目前被认为是实施本发明的最佳模式。额外地,应该理解到本发明在其应用中不被限于下列说明中所阐述的或者附图中所呈现的部件的构造和布置细节。本发明能够具有其它实施例,且能够以各种方式实践或实施。而且,将会理解到此文中所使用的措词和术语是为了说明的目的,且不应该被视为限制性的。 [0017] 参照图2和图3,双排锥形滚子推力轴承的实施例通常以10标示。轴承10包括分别具有内锥形滚道12和外锥形滚道13的底板11、具有平滚道15的顶板14、一组同样成形的内滚子或滚动元件16和一组同样成形的外滚子或滚动元件17。内滚子组和外滚子组同心地布置在组件10中。内滚子16通过环形内保持架18(见图4)被分隔开,且布置在内滚道12上。外滚子17通过环形外保持架19(见图5)被分隔开,且布置在外滚道13上。 [0018] 内滚子和外滚子16、17是每个滚子均具有锥形本体的锥形滚子。每个滚子的大端部在直径上大于其小端部,每个滚子的外端部分别是球形的外端部16s、17s(见图3)。底板11包括内肋20和外肋21。如图2中所示,内肋20具有锥形面20f,每个内滚子16的球形滚子端部位于该锥形面20f上。如图2中所示,外肋21具有锥形肋面21f,每个外滚子17的球形滚子端部位于该锥形肋面21f上。内滚子16和外滚子17两者均具有中心孔(分别地16h和17h,见图3)用于分别接纳从相应的内保持架和外保持架18、19延伸的圆柱状销 23和25。 [0019] 如图4中所示,内保持架18具有座圈22,其带有从座圈的外表面22o径向向外延伸的多个销轴23。每个销轴23与内滚子16在滚子的小的内端部处相匹配。如图5中所示,外保持架19具有座圈24,其带有从座圈的内表面24i径向向内延伸的多个销轴25。每个销轴5与外滚子17在滚子的大端部处相匹配。 [0020] 如图6中所示的,当轴承10完全组装好时,内滚子16和外滚子17的顶点大致指向轴承的轴线X上的同一点A。 [0021] 参照图6的右半边,为了最大化轴承10的载荷承载能力,推荐下列关系:(1) 其中 是内滚子16的大端部处的滚子直径, 是外滚子17的大端部处 的滚子直径, 是对于外滚子的半锥角,以及 是对于内滚子的半锥角(见图6)。如本领域技术人员将领会到的,对于内滚子16的滚子直径不小于对于外滚子17的滚子直径。接下来,滚子的长径比能够定义为滚子的有效长度除以其较大端部的直径。因此,内滚子和外滚子的长径比被表述为: 其中 、 是对于相应内滚子和外滚子的有效滚子长度。出于几何和载荷能力考虑,对于外滚子17的滚子长径比 的选择是根据下列关系: (2) 对于外滚子的长径比 还相对于内滚子的长径比 、对于内滚子16的滚子数量 和对于外滚子17的滚子数量 进行选择;使得满足下列不等式: (3) 其中 对于内滚子的滚子数量 小于对于外滚子的数量 。为了最大化双排锥形滚子推力轴承10的载荷承载能力,需要最大化下列函数F: (4) 出于实践考虑,推荐下列几何关系: (5) (6) (7) 其中 、 、 和 都是自变量,其值能够从具有相似的空间封装的相对应的单排推力锥形滚子轴承(未示出)得到; 、 、 和 是从变量,其值被确定使得方程(4)中的F被最大化且满足方程(5)-(7)中所阐述的关系。 [0022] 在实践中,F的最大化能够通过最大化方程(4)中的第一项且与此同时最小化此方程中的第二项来迭代地实施。前者产生 ,以及后者与方程(6)一起产生 。然后使用方程(5)-(7)获得其它参数( 、 、 )。 [0023] 本领域技术人员将理解到使用与产生双排轴承10所使用的相同设计形式和下列类似设计和分析技术能够构造多排(三或四排)锥形滚子推力轴承。 [0024] 本领域技术人员将理解到轴承10能够是完全互补的轴承,在此情况下,不需要保持架。此外,滚子可具有涂层来最小化可能的滚子至滚子接触期间的摩擦。 |