專利名稱：一種抗高速軸向沖擊的軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于高速渦輪轉(zhuǎn)子平衡技術(shù)領(lǐng)域，特別是內(nèi)圈端面承受高速軸向沖擊載荷的滾動(dòng)軸承。
背景技術(shù)：
標(biāo)準(zhǔn)圓錐軸承內(nèi)圈孔徑恒定，軸承內(nèi)圈和芯軸一般采用過(guò)盈配合，從而使軸承內(nèi)圈承受預(yù)應(yīng)力(包括軸向預(yù)應(yīng)力、徑向預(yù)應(yīng)力和周向預(yù)應(yīng)力)，各向預(yù)緊力隨著過(guò)盈量的增大而增大。當(dāng)軸承高速旋轉(zhuǎn)，如果內(nèi)圈端面承受軸向沖擊載荷時(shí)，該沖擊載荷將加速由預(yù)緊作用(周向預(yù)應(yīng)力)導(dǎo)致的周向裂紋萌生和裂紋擴(kuò)展，影響軸承精度，并最終導(dǎo)致軸承內(nèi)圈開裂，軸承壽命下降，可靠性降低，維修成本增加。對(duì)現(xiàn)有技術(shù)專利檢索發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)公開的授權(quán)專利中，有一些相關(guān)技術(shù)，如實(shí)用新型專利CN88210217和200420018617. 8公開了兩種抗沖擊軸承結(jié)構(gòu)。在CN88210217公開的結(jié)構(gòu)中，通過(guò)改變油溝形狀實(shí)現(xiàn)在受沖擊情況下自動(dòng)微調(diào)心功能；在200420018617. 8公開的結(jié)構(gòu)中，通過(guò)采取將止推圈和承載圈用外套連接一體，承載圈上采用螺旋油溝，實(shí)現(xiàn)承受載荷的目的。但兩者都沒(méi)有涉及由過(guò)盈配合產(chǎn)生的周向預(yù)緊力在軸向沖擊載荷作用下軸承內(nèi)圈端面疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種抗高速軸向沖擊的軸承，其可以承受高速軸向沖擊載荷。一種抗高速軸向沖擊的軸承，包括軸承外圈、滾動(dòng)體、保持架和軸承內(nèi)圈，其中，保持架和滾動(dòng)體套在軸承內(nèi)圈的外側(cè)，軸承外圈又套在滾動(dòng)體的外側(cè)，其特征在于，所述的軸承內(nèi)圈內(nèi)圈孔徑呈階梯形，S卩，直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔徑為Dl，軸承另一端內(nèi)圈孔徑為D2，其滿足Dl >D2。所述的直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔徑D1，軸承內(nèi)圈長(zhǎng)H，直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔長(zhǎng)a，滿足1/5H ^a^ 2/3H,軸承另一端內(nèi)圈孔徑D2，滿足 0. 2mm ( D1-D2 ( 1. 2mm。所述的直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔徑D1，軸承另一端內(nèi)圈孔徑D2， 滿足 0. 3mm ( D1-D2 ( 0. 6mm。所述的直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔徑D1，軸承長(zhǎng)H，直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔長(zhǎng)a，滿足2mm彡a彡5mm，軸承另一端內(nèi)圈孔徑D2，滿足 0. 2mm ( D1-D2 ( 1. 2mm。所述的直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔長(zhǎng)a，滿足2mm彡a彡5mm, 直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔徑D1，軸承另一端內(nèi)圈孔徑D2，滿足 0. 3mm ( D1-D2 ( 0. 6mm。所述的直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔長(zhǎng)a為3. 5mm。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)由于承受沖擊載荷端面附近內(nèi)圈與芯軸的配合采用間隙配合，降低了裝配預(yù)緊力，從而改善了在軸向沖擊條件下軸承內(nèi)孔端面的受力狀況，減緩了其疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展?fàn)顩r，能夠保障軸承的精度，提高軸承的使用壽命。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1-軸承外圈、2-滾動(dòng)體、3-保持架、4-軸承內(nèi)圈；圖2是軸承內(nèi)圈4和芯軸5配合的幾何模型；圖3是傳統(tǒng)軸承內(nèi)圈和芯軸在三種過(guò)盈配合工況下，接觸面應(yīng)力分布圖；圖4是階梯長(zhǎng)度a為2mm階梯軸承內(nèi)圈和芯軸在三種過(guò)盈配合工況下，接觸面應(yīng)力分布圖；圖5是階梯長(zhǎng)度a為3. 5mm階梯軸承內(nèi)圈和芯軸在三種過(guò)盈配合工況下，接觸面應(yīng)力分布圖；圖6是階梯長(zhǎng)度a為5mm階梯軸承內(nèi)圈和芯軸在三種過(guò)盈配合工況下，接觸面應(yīng)力分布圖；圖7是不同階梯長(zhǎng)度軸承和芯軸在工況1配合下，軸承內(nèi)圈下端應(yīng)力分布圖；圖8是不同階梯長(zhǎng)度軸承和芯軸在工況1配合下，軸承內(nèi)接觸區(qū)域應(yīng)力分布圖。
具體實(shí)施方式一種抗高速軸向沖擊的軸承，包括軸承外圈1、滾動(dòng)體2、保持架3和軸承內(nèi)圈4，其中，保持架3和滾動(dòng)體2套在軸承內(nèi)圈4的外側(cè)，軸承外圈1又套在滾動(dòng)體2的外側(cè)，其特征在于，所述的軸承內(nèi)圈4內(nèi)圈孔徑呈階梯形，即，直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔徑為D1，軸承另一端內(nèi)圈孔徑為D2，其滿足Dl > D2。所述的直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔徑Dl，軸承內(nèi)圈4長(zhǎng)H，直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔長(zhǎng)a，滿足1/5H ^a^ 2/3H,軸承另一端內(nèi)圈孔徑D2，滿足 0. 2mm ( D1-D2 ( 1. 2mm。所述的直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔徑D1，軸承另一端內(nèi)圈孔徑D2， 滿足 0. 3mm ( D1-D2 ( 0. 6mm。所述的直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔徑D1，軸承長(zhǎng)H，直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔長(zhǎng)a，滿足2mm彡a彡5mm，軸承另一端內(nèi)圈孔徑D2，滿足 0. 2mm ( D1-D2 ( 1. 2mm。所述的直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔長(zhǎng)a，滿足2mm彡a彡5mm, 直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔徑D1，軸承另一端內(nèi)圈孔徑D2，滿足 0. 3mm ( D1-D2 ( 0. 6mm。所述的直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔長(zhǎng)a為3. 5mm。實(shí)施例參見圖2所示這種階梯內(nèi)圈軸承的內(nèi)圈4與芯軸5配合，孔徑為Dl端的軸承內(nèi)孔與芯軸采用間隙配合，從而降低預(yù)緊力，當(dāng)承受軸向沖擊載荷時(shí)，軸承內(nèi)圈端面不易產(chǎn)生裂紋。以下實(shí)例是芯軸分別與標(biāo)準(zhǔn)(傳統(tǒng))軸承和階梯孔軸承相配合時(shí)接觸部位應(yīng)力分
4布狀態(tài)的仿真計(jì)算。通過(guò)分析軸承內(nèi)圈與芯軸配合面應(yīng)力分布，從而可以推算軸承內(nèi)孔在軸向沖擊載荷條件下的壽命。已知條件1)幾何尺寸芯軸直徑2)材料軸承鋼目標(biāo)計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)軸承和階梯軸承在三種工況(過(guò)盈量最大0. 006mm、過(guò)盈量為中值0.003mm、過(guò)盈量最小0.001mm)下，軸承內(nèi)圈承受軸向沖擊載荷端面的預(yù)緊力。其中階梯軸承(D1-D2) = 0. 3mm,階梯長(zhǎng)度分別為 a = 2mm, a = 3. 5mm, a = 5mm。內(nèi)圈與芯軸由過(guò)盈配合引起的預(yù)應(yīng)力計(jì)算具體如下(1)建立幾何模型由于芯軸和軸承內(nèi)圈相配合的兩個(gè)實(shí)體都為軸對(duì)稱實(shí)體，過(guò)盈條件也對(duì)稱，因此可以簡(jiǎn)化為2D模型。在Abaqus中建立的2D接觸模型如圖2所示。模型包括軸承內(nèi)圈4 和芯軸5。(2)建立有限元模型基于Abaqus，對(duì)幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，施加材料屬性，建立的有限元模型如圖3 所示。其中，材料軸承鋼的彈性模量E = 2. 07X IO11Pa,泊松比為0. 27，密度為7900kg/m3。(3)施加邊界條件芯軸5約束沿Y軸的移動(dòng)和繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)對(duì)芯軸5施加沿X軸位移量，仿真心軸和軸承內(nèi)圈過(guò)盈量。軸承內(nèi)圈約束沿X向和Y向的位移。(4)計(jì)算兩種軸承在三種過(guò)盈工況下的預(yù)應(yīng)力分布a.標(biāo)準(zhǔn)軸承計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軸承和芯軸在三種過(guò)盈配合工況下，內(nèi)圈和芯軸配合區(qū)域由于預(yù)緊力產(chǎn)生的接觸應(yīng)力，如圖4所示。b.階梯軸承計(jì)算階梯軸承和芯軸在三種過(guò)盈配合工況下，內(nèi)圈和芯軸配合區(qū)域由于預(yù)緊力產(chǎn)生的接觸應(yīng)力如圖5、圖6、圖7所示。不同階梯長(zhǎng)度軸承和芯軸在工況1配合下，軸承內(nèi)圈下端應(yīng)力分布圖，如圖8所示。(5)結(jié)果分析根據(jù)圖4所示，標(biāo)準(zhǔn)軸承在三種過(guò)盈配合工況下，內(nèi)圈和芯軸配合面由預(yù)緊力引起的預(yù)應(yīng)力，在遠(yuǎn)離承受載荷端面部應(yīng)力變化幅度較小，而靠近承受載荷端面附近應(yīng)力變化幅度很大，從而當(dāng)承受軸向沖擊時(shí)，能夠造成端面裂紋萌生與裂紋擴(kuò)展。根據(jù)圖5、圖6、圖7所示，不同階梯長(zhǎng)度的階梯軸承在三種過(guò)盈配合工況下，內(nèi)圈和芯軸配合面由預(yù)緊力引起的周向拉應(yīng)力變化趨勢(shì)相同，在遠(yuǎn)離承受載荷端面部分變化幅度較小，數(shù)值和標(biāo)準(zhǔn)軸承相差無(wú)幾，而在靠近承受載荷端面附近變化幅度較大，和標(biāo)準(zhǔn)軸承模擬結(jié)果相比，預(yù)應(yīng)力下降迅速，從而能夠減緩或避免在高速軸向沖擊條件下的端面裂紋萌生與裂紋擴(kuò)展。根據(jù)圖8所示，長(zhǎng)度a在0 5mm范圍內(nèi)，隨著長(zhǎng)度a變大，軸承內(nèi)圈下端的應(yīng)力和變形量會(huì)相應(yīng)的減小，階梯長(zhǎng)度a在3. 5 5mm之間，變形量沒(méi)有0 3. 5mm之間那么明顯，對(duì)接觸應(yīng)力平均值影響不大，但在大小孔過(guò)渡區(qū)內(nèi)，最大接觸應(yīng)力會(huì)隨著長(zhǎng)度a的變大而相應(yīng)減?。粚?duì)軸承內(nèi)圈上端的平均應(yīng)力影響不大，長(zhǎng)度a越大，軸承內(nèi)圈上端的應(yīng)力波動(dòng)范圍相應(yīng)減小。因此階梯長(zhǎng)度適宜范圍在3. 5 5mm之間。 由以上計(jì)算分析可見軸承內(nèi)圈在采取了階梯結(jié)構(gòu)之后，與芯軸過(guò)盈配合產(chǎn)生的預(yù)緊力在承受軸向載荷端面大幅降低，對(duì)減緩或避免軸承內(nèi)圈的疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展速度效果明顯?？梢赃m用于其他工況。
權(quán)利要求1.一種抗高速軸向沖擊的軸承，包括軸承外圈(1)、滾動(dòng)體( 、保持架C3)和軸承內(nèi)圈 G)，其中，保持架C3)和滾動(dòng)體( 套在軸承內(nèi)圈(4)的外側(cè)，軸承外圈(1)又套在滾動(dòng)體 (2)的外側(cè)，其特征在于，所述的軸承內(nèi)圈內(nèi)圈孔徑呈階梯形，即，直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔徑為D1，軸承另一端內(nèi)圈孔徑為D2，其滿足Dl >D2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗高速軸向沖擊的軸承，其特征在于，所述的直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔徑D1，軸承內(nèi)圈(4)長(zhǎng)H，直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔長(zhǎng)a，滿足1/5HS 2/3H，軸承另一端內(nèi)圈孔徑D2，滿足 0. 2mm ( D1-D2 ( 1. 2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種抗高速軸向沖擊的軸承，其特征在于，所述的直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔徑D1，軸承另一端內(nèi)圈孔徑D2，滿足 0. 3mm ( D1-D2 ( 0. 6mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗高速軸向沖擊的軸承，其特征在于，所述的直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔徑Dl，軸承長(zhǎng)H，直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔長(zhǎng)a，滿足2mm< 5mm，軸承另一端內(nèi)圈孔徑D2，滿足0. 2mm ^ D1-D2 ^ 1.2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗高速軸向沖擊的軸承，其特征在于，所述的直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔長(zhǎng)a，滿足2mm < a < 5mm，直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔徑Dl，軸承另一端內(nèi)圈孔徑D2，滿足0. 3mm ^ D1-D2 ^ 0. 6_。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種抗高速軸向沖擊的軸承，其特征在于，所述的直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔長(zhǎng)a為3. 5mm。
專利摘要一種抗高速軸向沖擊的軸承，涉及一種用于高速渦輪轉(zhuǎn)子平衡技術(shù)領(lǐng)域，特別是內(nèi)圈端面承受高速軸向沖擊載荷的滾動(dòng)軸承。其包括軸承外圈(1)、滾動(dòng)體(2)、保持架(3)、軸承內(nèi)圈(4)，其中，保持架(3)和滾動(dòng)體(2)套在軸承內(nèi)圈(4)的外側(cè)，軸承外圈(1)又套在滾動(dòng)體(2)的外側(cè)，其特征在于，所述的軸承內(nèi)圈(4)內(nèi)圈孔徑呈階梯形，即，直接承受軸向沖擊載荷的軸承端部?jī)?nèi)圈孔徑為D1，其軸承端部?jī)?nèi)圈孔長(zhǎng)為a，軸承另一端內(nèi)圈孔徑為D2，其滿足D1＞D2。本實(shí)用新型降低了裝配預(yù)緊力，從而改善了在軸向沖擊條件下軸承內(nèi)孔端面的受力狀況，減緩了其疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展?fàn)顩r，能夠保障軸承的精度，提高軸承的使用壽命。
文檔編號(hào)F16C19/36GK202100607SQ20092015875
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月17日
發(fā)明者帥榮標(biāo), 張代義, 張雪萍, 李振 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司第六三五四研究所