角接触自对准圆环滚动元件轴承的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种滚动元件轴承。更具体地，本发明涉及一种角接触自对准圆环滚子轴承，包括内圈、外圈和由设置在内圈和外圈之间的中间结构处的滚子构成的一组滚动元件。本发明还涉及一种方法，用于确定角接触自对准圆环滚动元件轴承的结构构件的尺寸参数，并涉及一种制造角接触自对准圆环滚动元件轴承的方法。
【背景技术】
[0002]在典型的应用中，滚动轴承装置可设置为调节未对准，轴的挠曲和轴的热膨胀。为了应付未对准和轴的挠曲，设计工程师以往使用一种自对准轴承装置，包括两个自对准的球轴承或两个球面滚子轴承。然而，轴的热膨胀是一个复杂的问题，并且轴承中的一个常被设置为“定位”轴承，而另一个设置为“非定位”轴承。例如，定位轴承可固定在外壳中的轴上，而非定位轴承可设置为能够在壳体内的它的底座上轴向移动。然而，涉及非定位轴承的壳体的位置变动的运动通常产生相当大量的摩擦，然后使轴承系统振动，产生轴向力，并且升温，所有这些都可显著减少轴承的使用寿命。
[0003]对于各种应用，公知的解决方案包括利用圆环滚动元件轴承，它是一种自对准径向轴承，具有独立于外圈移动的内圈，可实现如由于温度变化造成的轴或结构的热伸长和收缩，而不产生内部轴向载荷。此外，由于环形滚子轴承的内圈和外圈可以干涉配合安装，可避免与外圈不牢固有关的问题，如摩擦腐蚀和环的变形。
[0004]然而，对于涉及推力载荷的应用，设计工程师必须限制较高的轴向负荷、未对准和轴的挠曲。已知的解决方案和设计规则使轴承装置具有较低的设计自由度，价格昂贵，而且尺寸过大。
【发明内容】
[0005]考虑到现有技术的上述和其它缺点，本发明的总的目的是提供一种角接触自对准圆环滚动元件轴承，一种用于确定角接触自对准圆环滚动元件轴承的结构构件的尺寸参数的改善的方法，一种用于制造角接触自对准圆环滚动元件轴承的改善的方法。
[0006]独立权利要求中的主题满足这些和其他目的。本发明的优选实施例呈现在从属权利要求中。
[0007]根据其第一方面，本发明涉及一种角接触自对准圆环滚动元件轴承，包括内圈、夕卜圈和由设置在内圈和外圈之间的中间结构处的滚子构成的一组滚动元件，其中每个滚子具有弯曲的滚道接触表面，设置为与内圈的弯曲的内滚道和外圈的弯曲的外滚道承载接触，每个滚子和内滚道和/或外滚道之间的接触角相对于轴承轴线倾斜，并且其中每个滚子设置为在运行期间，相对于内外圈在加载区域其轴向方向上自定位。
[0008]本发明是基于发明人的以下认识:轴承系统在涉及高轴向载荷的应用中，未对准和轴的挠曲可通过提供一种角接触自对准圆环滚子轴承而显著改善，该轴承设计为其重点允许滚子的自定位，也被称为皂效应(soapeffect)。这允许更紧凑和高效的轴承解决方案。更详细地说，该方法允许轴承更紧凑，这反过来又允许降低轴承系统的载荷能力和尺寸造成的尺寸过大。从而，更紧凑的轴承解决方案，需要更少的材料和制造资源，例如时间、材料、运输等，可用于实现用于涉及例如高轴向载荷、未对准和轴的挠曲的特定应用的类似或更好表现的轴承。
[0009]根据一个实施例，当设计角接触自对准圆环滚子轴承时，涉及非倾斜圆环滚动元件轴承的常规设计规则可省略。换句话说，只有轴向自定位标准，也被称为皂效应标准，用于确定最佳的轴承设计。
[0010]此外，对于各种应用，根据本发明实施例的角接触自对准圆环滚子轴承，允许例如更安全、更优化的设计，延长了轴承的使用寿命，延长维护周期，降低运行温度，降低振动和噪音水平，提高机器的吞吐量，相同的吞吐量采用更轻或更简单的机器，提高了产品质量/减少废料等。
[0011]根据一个示例性实施例，角接触自对准圆环轴承为大轴承。大滚动轴承为，例如具有500mm以上的外径的轴承。
[0012]根据一个示例性实施例，每个滚子设置为基于轴承变化的运行状态，相对于内外圈在其轴向方向上自定位。例如，在涉及轴承的结构构件未对准的运行状态改变期间，载荷改变，例如进入和离开加载/卸载区，或环变形，位移或扭转等。通过滚子的轴向自定位，取得自平衡，导致对称的应力分布，并避免在典型运行条件下不利的滚边缘载荷。
[0013]根据一个示例性实施例，每个滚子的弯曲的滚道接触表面的曲率和内外滚道的曲率适于允许滚子在滚子的轴向方向上自定位。
[0014]根据各种示例性实施例，每个滚子具有滚子横向半径7 W和滚子长度7 IW，并且每个滚子的滚子横向半径和滚子长度之间的比值，小于12，或小于10，或小于8.5，或小于6，或小于4。滚子横向半径和滚子长度之间的比率以皂效应能力为特征，即在运行状态改变期间，滚子在其轴向方向上自定位的能力。其可基于滚子-滚道摩擦确定。更详细地说，滚子横向半径7 rw'与滚子长度7 I?比以滚子的滚道接触表面的倾斜角和滚道靠近滚子轴向端部的斜率为特征。斜率和基于摩擦的角之间的关系通过滚子的轴向滑动影响自定位，以避免不利的滚子边缘载荷和应力。
[0015]根据一个示例性实施例，外滚道包括横向滚道半径和圆周滚道半径。更详细地，横向滚道半径可以限定为在滚子的横向滚动方向上外滚道的半径。此外，圆周滚道半径可以限定为在滚子的滚动方向上，在滚子和外滚道之间的接触点处外滚道的半径。
[0016]此外，根据示例性的实施例，横向滚道半径为圆周滚道半径的1.65到1.0倍，或为圆周滚道半径的1.62到1.02倍。由此，得以实现比率提供设计规则允许更紧凑和有效的轴承，具有减少的总尺寸，无论就轴承的承载能力和外部尺寸来说。此外，横向和圆周滚道半径之间的这种比率状态是有利的，允许轴承的正偏移横向半径设计，其中横向滚道半径大于圆周滚道半径。换句话说，轴承滚道的曲率的圆环几何形状设置为使得外圈横向滚道半径中心点延伸超出轴承的中心轴线。
[0017]根据又一个示例性实施例，横向滚道半径小于圆周滚道半径的1.0倍，或小于圆周滚道半径的1.02倍。这种横向和圆周滚道半径之间的比率状态允许轴承的负偏移横向半径设计，其中，横向滚道半径小于圆周滚道半径。换句话说，轴承滚道的曲率的圆环几何形状设置为使得外圈横向滚道半径中心点不会到达轴承的中心轴线。根据进一步的实施例，横向滚道半径小于圆周滚道半径的1.0倍，但不小于或等于滚子长度'Iw'的50%或不小于或等于滚子长度7 IV的60%。
[0018]根据一个示例性实施例，接触角是在10度到45度之间，或在15度到35度之间。接触角可以定义为产生的载荷经由滚子元件从一个滚道传输到另一个滚道所沿线的角度，典型地沿着滚子的轴向中心部分，相对于轴承中心轴线的法线方向。接触角是使轴承具有足够高的轴向承载容量的关键。
[0019]根据包括轴承的实施例的各种装置，轴承可以设置为具有正的内部工作间隙、负的内部工作间隙或者没有内部工作间隙。例如，根据应用的优选设计，滚动元件可相对于内外圈滚道无轴向游隙，或者滚动元件可相对于内外圈滚道在径向和轴向方向上设置有合适的游隙。轴承可选地设置有负的工作间隙，即预载，例如以提高轴承装置的刚度或者提高运行精度。例如，可以由弹簧或通过涉及液压装置的解决方式来提供应用预载。
[0020]根据其进一步的方面，本发明涉及一种用于确定应用的角接触自对准圆环滚动元件轴承的结构构件的尺寸参数的方法，轴承具有由设置在内圈和外圈之间的滚子构成的滚动元件。该方法包括接收代表与应用相关的所需承载特征的第一输入。此外，该方法包括基于第一输入确定:
[0021]-角接触自对准圆环滚动元件轴承的接触角，-代表滚子的横向半径7的第一尺寸参数，以及-代表滚子长度^ Iw^的第二尺寸参数，其中第一和第二尺寸参数基于滚子横向半径和滚子长度之间的比率来确定。
[0022]确定尺寸参数的方法及其实施例有利地允许确定轴承具有如关于本发明的第一方面所述的相同的有益效果和益处。更具体地，用于涉及高轴向载荷、未对准和轴挠曲应用的改进轴承，可以通过确定角接触自对准圆环滚子轴承的结构构