專利名稱：疊合式滾動軸承的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種軸承，尤其是一種疊合式滾動軸承。
背景技術：
傳統滾動軸承，是在軸承徑向僅布置一圏滾動體，即使是多列滾動體也 是布置在同一圈同一直徑上的。這樣的滾動軸承，滾動體自轉現象非常嚴重， 使得其磨損加大，不適合高速運行，使用壽命低。滾動軸承在高速運轉時， 滾動體與保持器在高速下獲得很大的離心力，而且，高速導致沖撞作用的頻
率更大，促使了疲勞磨損；同時，高速導致潤滑脂不容易在滾道上保持住， 即使有潤滑劑在位置，但過快的通過頻率導致潤滑油的回油復位程度差，出 現嚴重不一的潤滑不良。也就是旋轉的高速，增加了破壞的力量和破壞力的 作用頻率，同時降低了潤滑防護的能力。其結局之一是高速導致了更快的軸 承磨損破壞。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種適合轉軸的高速 運轉、使用壽命長、工作時降低滾動體自轉速度并減少磨損的疊合式滾動軸 承的設計方向。
按照本發明提供的技術方案，所述疊合式滾動軸承，包括圓環狀的外層 套圈、內層套圈、滾動體以及滾動體保持器，在外層套圈的內表面和內層套 圈的外表面開設有與滾動體配合的承載滾道，內層套圈的內表面構成安裝孔， 所述的滾動體在軸承設置有兩圈或者兩圈以上，相鄰兩圈滾動體之間被自由 套圈隔開，在自由套圈的內、外表面均設有承載滾道，與自由套圈的內、外 表面相接觸的滾動體與該承載滾道的承載面相配合。
兩層或兩層以上的滾動體在軸承的徑向圓周方向上層狀疊加，并通過一 個或若干個自由套圈隔開，處于外層的滾動體設置在處于內層的滾動體的正 上方即自由套圈的內外滾道的溝曲率中心法線是重疊的在同一圓周面上。
通過自由套圈的內、外滾道的溝曲率中心法線在軸向上展開而錯開，使 所述的滾動體在軸承的軸向上間隔設置有兩圈或者若干圈，且每圈滾動體的 中心到軸承軸線的距離依次增大、縮小或者相同。
所述的滾動體為球狀、圓柱狀、圓臺狀、圓錐狀或者針狀，同時在不同
圈上的滾動體為相同或者不相同。
在軸承一側邊的外層套圈的內表面與內層套圈的外表面之間或者在軸承 兩側邊的外層套圈的內表面與內層套圈的外表面之間同時設有一體式的密封 圈，或者在內層套圈的外表面與相鄰自由套圈的內表面之間、外層套圈的內 表面與相鄰自由套圈的外表面之間以及在各相鄰自由套圈之間分別設置分體 式的密封圈。
本發明在工作時適合轉軸的高速運轉，工作時降低滾動體自轉速度，減 少熱量產生，磨損小，有利于潤滑，使用壽命明顯延長。
圖1是本發明實施例1的剖視圖。
圖2是本發明實施例1的主視圖。 圖3是本發明實施例2的剖視圖。
具體實施例方式
如圖所示包括圓環狀的外層套圈1、內層套圈2、滾動體3以及滾動體 保持器，在外層套圈1的內表面和內層套圈2的外表面開設有與滾動體3配 合的承載滾道4，內層套圈2的內表面構成安裝孔7，其特征是所述的滾動 體3在軸承設置有兩圈或者兩圈以上，相鄰兩圈滾動體3之間被自由套圈5 隔開，在自由套圈5的內、外表面均設有承載滾道51，與自由套圈5的內、 外表面相接觸的滾動體3與該承載滾道51的承載面相配合。
兩層或兩層以上的滾動體3在軸承的徑向圓周方向上層狀疊加，并通過 一個或若干個自由套圈5隔開，處于外層的滾動體3設置在處于內層的滾動 體3的正上方即自由套圈5的內外滾道的溝曲率中心法線是重疊的在同一圓 周面上。
通過自由套圈5的內、外滾道的溝曲率中心法線在軸向上展開而錯開， 使所述的滾動體3在軸承的軸向上間隔設置有兩圈或者若干圈，且每圈滾動 體3的中心到軸承軸線的距離依次增大、縮小或者相同。
所述的滾動體3為球狀、圓柱狀、圓臺狀、圓錐狀或者針狀，同時在不 同圈上的滾動體3為相同或者不相同。
在軸承一側邊的外層套圈1的內表面與內層套圈2的外表面之間或者在 軸承兩側邊的外層套圈1的內表面與內層套圈2的外表面之間同時設有一體 式的密封圈6，或者在內層套圈2的外表面與相鄰自由套圈5的內表面之間、 外層套圈1的內表面與相鄰自由套圈5的外表面之間以及在各相鄰自由套圈 5之間分別設置分體式的密封圈6。 實施例1
兩層或兩層以上的滾動體3在軸承的徑向圓周方向上層裝疊加，處于外 層的滾動體3設置在處于內層的滾動體3的正上方，如圖l、 2所示。 實施例2
兩層或兩層以上的滾動體3在軸承的軸向上階梯狀設置，且層狀的滾動 體3的中心到軸承軸線的距離依次增大或者依次縮小，處于外層的滾動體3 設置在處于內層的滾動體3的斜上方，如圖3所示。該滾動體3可以為球狀、 圓柱狀、圓臺狀或者圓錐狀。在軸承兩側側邊的外層套圈1內表面與內層套 圈2外表面之間可以設有密封圈6。
假定軸承是外層套圈1固定、內層套圈2旋轉，其運轉狀況描述如下-內層套圈2在轉軸的帶動下旋轉，其旋轉力帶動內層套圈2的滾動體3 作兩種運動旋， 一是所有滾動體3圍著軸承軸心的公轉，二是滾動體3在相 應的承載滾道4和承載滾道51之間或者兩層自由套圈5的承載滾道51之間 以自己圓心或者球心為中心的自旋轉，可能是在滾道上的滑動和滾動的組合 運動。
滾動體3的運轉，推動內圈保持器圍繞軸承軸心旋轉運動，滾動體3表 面與保持器內面，即有切線上的滑動又可能有法線上的沖撞運動，滾動體3 的運轉，將能量傳遞給4的自由套圈，帶動自由套圈5同樣公轉，同樣，自 由套圈5的旋轉，帶動外圈滾動體3作公轉與自轉，再推動外圈保持器運動， 軸承外層套圈l保持固定。
除了傳統軸承的典型的計算與設計以外，疊合式軸承還需要計算與設計 出自由套圈的速度。此速度關聯到所設計的軸承能否達到疊合式軸承的設計 目的。
雙疊合式的一些簡化的關系數據敘述如下 假設
Rl為軸承內徑
r5為內圈滾動體半徑
Q5為內圈滾動體密度
R5為內圈滾動體公轉半徑
R2為外圈滾動體公轉半徑
R4為自由套圈的公轉中徑
r2為外圈滾動體半徑
Q2為外圈滾動體密度
Y5為內圈滾道接觸角分量系數
Y2為外圈滾道接觸角分量系數
R6為內圈滾道接觸區公轉半徑
R7為自由套圈內滾道接觸區公轉半徑
R8為自由套圈外滾道接觸區公轉半徑
R9，外圈滾道接觸區公轉半徑
Sl為內圈轉速
S2為內圈滾動體公轉轉速，即內圈保持器轉速 S3為自由套圈轉速
S4為外圈滾動體公轉轉速，即外圈保持器轉速 S5為內圈滾動體的理論自轉轉速(接觸區無滑動等) S6為外圈滾動體的理論自轉轉速(接觸區無滑動等) 其中，計算關系包括 1，自由套圈的動作受力平衡的計算
自由套圈5受兩個方向的力的平衡而保持其速度， 一方面是來源于內圈 滾動體3滾動而帶來的牽引力，二是由外圈固定所帶來的阻扯力。進一步分 解可敘述出，力分三類，摩擦力PA，滾動體3甚至保持器與自由套圈5滾道 之間的潤滑劑的流體粘滯力PB簡稱自旋力，自由套圈5表面與其它相對運 動表面之間的空氣或者潤滑油氣的流體粘滯力PC簡稱公旋力。
牽引力P內^F內{PA內+PB內+PC內}
阻扯力P外二F夕卜(PA外+PB外+ PC外)
F代表一種函數關系
平衡時即
P內二P夕卜
F內{PA內+PB內+PC內} =F夕卜(PA外+ PB外+ PC}
關于摩擦力
摩擦力來源于負載的壓力Gl、來源于預緊和熱膨脹的壓力G2、以及來 源于轉速離心力的壓力G3有關，同時與摩擦系數相關 而G3是轉動體的質量和其公轉轉速與半徑的函數， PA內二F {G1內+G2內+G3內，Kl內}
=F {G1內+G2內+F {r5， Q5,R2， S2}， Kl內}
=F {Gl內+G2內+F {r5， Q5,R2， F {SI—S3}}, Kl內}
同樣
PA外二F (Gl夕卜+ G2夕卜+ F {r2， Q2,R2， F {S3)}， Kl夕卜〉
關于自旋力
自旋力主要來源于滾動體與滾道間相對運動時由其中間的潤滑劑所帶來 的流體粘滯力，可能也會來源于滾動體與保持器公轉時與套圈間相對運動由 其伺的潤滑劑等流體所帶來的粘滯力，而流體粘滯力是相對運動速度、流體 實效粘度N、流體體積因子V (膜厚與接觸面積的關系)等的函數。相對運 動速度，主要體現在滾動體的自旋速度，但自旋速度仍然與S1與S3的差距 有關，和與S3與固定外圈的速度差有關。艮口
PB內二F (Sl —S3， Nl內，VI內}，
PB夕卜^F {S3, 夕卜，VI夕卜}
關于公旋力
當轉速很高時，旋轉件帶動旁邊空氣的摩擦構成較強的粘滯力。相對速 度越高，這力越不可忽略。同理，這屬于流體粘滯力，是自由套圈與其它件 (比如保持器、內外套圈、密封件)構成速度差、其間又存在空氣或者空氣 油氣混合氣體等粘性流體而形成的，因此是這速度差、氣體實效粘度、流體 體積因子V (氣體厚與實效接觸面積的關系)等的函數。
PC內-F {Sl， S2， S3, N2內，V2內}，
PC夕卜二F {S3， S4， N2夕卜，V2夕卜〉
本關系式分析的重要意義是，由P內二P外這平衡式分析而理解到一， 當軸承的所有因素固定后，就是自由套圈的轉速，決定了平衡的力；二，當 其它因素變化時，為了力的平衡，自由套圈的速度也會變化。三，真實地設 計各類因素，以使自由套圈的速度保持在目標值內。
2，而自由套圈轉速的變化，也必然帶來相鄰各圈滾動體的公轉與自轉速 度的變化。因此疊合式軸承的設計，除了傳統的設計因素外，更要多考慮自 由套圈的速度的設計，以獲得疊合設計的目的。
易于幫助理解的一個關系式是S5 = S1 (R5 — F{r5，Y5}) / F{r5,Y5}-S3 (R5+F{r5,Y5}) /F{r5，Y5}，此式的意義是，自由套圈的速度，會降低滾動 體的自旋速度；當自由套圈的速度接近于內圈轉速時，內圈滾動體的自旋速 度就趨向于零，由運動造成的磨損也趨近于零。
以下敘述一下，疊加式軸承可能實現的優點中的一種，即高速用途。
而本發明，在同等的內套圈旋轉速度下，軸承的滾動體3的自旋轉速只 有同等單圈軸承的一部分，即減小了自由套圈5跟轉所彌補的一部分。當自 由套圈5的速度S3是內層套圈2的速度一半，自旋轉速也接近是相應的單 圈式軸承的一半，此時內圈的滾動體3的旋轉所造成的磨損因素也隨之降低; 而當自由套圈5的速度S3接近內圈的速度時，自旋轉速也接近于零，也即 理論上看，此時內圈滾動體3的磨損接近于零。當然，對于雙疊加式軸承， S3不可能接近于S1，因為S3過大，外圈的滾動體3的轉速隨著增大，失去 了疊加的必要。適當平衡地處理S3，當逐漸增加自由套圈5即滾動體3的圈 數的數量，即多層疊加，可以使各相鄰兩套圈的速度趨向于接近，各圈滾動 體3的自旋速度趨近于零，磨損也趨近于零了。得到更高使用速度的軸承或 高使用速度下更長壽命的軸承。當外層套圈1、內層套圈2、滾動體3以及保 持器的強度經受得住高速時，理論上可以無限地延長軸承的磨損壽命。
本發明的多圈疊加設計思路，增加了軸承的外徑，二圈或者更多圈的疊 加，有可能在外徑設計上不合適實現，因次本發明增加一項設計內容即錯層 式疊加設計。可以在不增加或者基本不增加外圈直徑尺寸的情況下，通過增 加軸向厚度，在軸向布置一圈至多圈自由套圈和相應滾動體以達到任意疊合 目的。
滾動體3在同一圈內必須是形狀、大小相同，但在不同圈內的滾動體3 的形狀、大小以及材質可以相同，也可以不同。
權利要求
1、一種疊合式滾動軸承，包括圓環狀的外層套圈(1)、內層套圈(2)、滾動體(3)以及滾動體保持器，在外層套圈(1)的內表面和內層套圈(2)的外表面開設有與滾動體(3)配合的承載滾道(4)，內層套圈(2)的內表面構成安裝孔(7)，其特征是所述的滾動體(3)在軸承設置有兩圈或者兩圈以上，相鄰兩圈滾動體(3)之間被自由套圈(5)隔開，在自由套圈(5)的內、外表面均設有承載滾道(51)，與自由套圈(5)的內、外表面相接觸的滾動體(3)與該承載滾道(51)的承載面相配合。
2、 根據權利要求1所述的疊合式滾動軸承，其特征是兩層或兩層以上 的滾動體(3)在軸承的徑向圓周方向上層狀疊加，并通過一個或若干個自由 套圈(5)隔開，處于外層的滾動體(3)設置在處于內層的滾動體3的正上 方即自由套圈(5)的內外滾道的溝曲率中心法線是重疊的在同一圓周面上。
3、 根據權利要求1所述的疊合式滾動軸承，其特征是通過自由套圈(5) 的內、外滾道的溝曲率中心法線在軸向上展開而錯開，使所述的滾動體(3) 在軸承的軸向上間隔設置有兩圈或者若干圈，且每圈滾動體(3)的中心到軸 承軸線的距離依次增大、縮小或者相同。
4、 根據權利要求l、 2或3所述的疊合式滾動軸承，其特征是所述的 滾動體(3)為球狀、圓柱狀、圓臺狀、圓錐狀或者針狀，同時在不同圈上的 滾動體(3)為相同或者不相同。
5、 根據權利要求1所述的疊合式滾動軸承，其特征是在軸承一側邊的 外層套圈(1)的內表面與內層套圈(2)的外表面之間或者在軸承兩側邊的 外層套圈(1)的內表面與內層套圈(2)的外表面之間同時設有一體式的密 封圈(6)，或者在內層套圈(2)的外表面與相鄰自由套圈(5)的內表面之 間、外層套圈(1)的內表面與相鄰自由套圈(5)的外表面之間以及在各相 鄰自由套圈(5)之間分別設置分體式的密封圈(6)。
全文摘要
本發明涉及一種軸承，尤其是一種疊合式滾動軸承，按照本發明提供的技術方案，所述疊合式滾動軸承，包括圓環狀的外層套圈、內層套圈、滾動體以及滾動體保持器，在外層套圈的內表面和內層套圈的外表面開設有與滾動體配合的承載滾道，內層套圈的內表面構成安裝孔，所述的滾動體在軸承設置有兩圈或者兩圈以上，相鄰兩圈滾動體之間被自由套圈隔開，在自由套圈的內、外表面均設有承載滾道，與自由套圈的內、外表面相接觸的滾動體與該承載滾道的承載面相配合。本發明在工作時適合轉軸的高速運轉，工作時降低滾動體自轉速度，磨損小，使用壽命明顯延長。
文檔編號F16C19/50GK101169156SQ20071019040
公開日2008年4月30日 申請日期2007年11月27日 優先權日2007年11月27日
發明者周東海 申請人:周東海