一种带叶片强化散热的滚动轴承及其设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于滚动轴承领域，尤其是设及一种带叶片强化散热的滚动轴承及其设计 方法。
【背景技术】
[0002] 滚动轴承作用一种重要的通用机械零件，应用极其广泛。滚动轴承即使在正常工 作情况下也会发热，溫升过高会导致轴承过早疲劳失效、轴承烧坏等，运严重地影响了整个 机械的使用寿命和可靠性。滚动轴承溫升来源的主要原因是:滚子和外圈滚道面、内圈滚道 面之间的滚动摩擦;滚子和内圈挡边、保持架之间的滑动摩擦;润滑剂的揽拌阻力等。
[0003] 现有的轴承散热技术主要有:采用冷却油、水套等冷却传动轴，再通过传动轴降低 轴承内圈溫度;采用半导体制冷技术冷却静止的轴承外圈;在传动轴上安装散热叶片，对轴 承风冷等。由于轴承是标准件，现有的轴承散热技术不对轴承本身进行设计和改进，但专口 定制的轴承也有一定的应用范围，因此可对轴承进行设计修改，从而提升轴承自身的散热 性能。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种带叶片强化散热的滚动轴承及其设 计方法，在不影响支撑传动轴的前提下，通过在轴承上设计叶片，加强空气对流，强化轴承 散热，提升轴承自身的散热性能。
[0005] 本发明是通过W下技术手段实现上述技术目的的。
[0006] -种带叶片强化散热的滚动轴承设计方法，包括如下步骤：
[0007] SI:选取标准轴承，得到标准轴承如下参数:外圈厚度Bi、第一内圈内径化、第一内 圈外径化、额定载荷P;
[000引S2:根据步骤Sl中各个参数确定带叶片强化散热轴承的中圈、叶片、第二内圈的几 何参数:包括中圈的内径Cb、中圈的外径Cb和中圈的厚度b2;第二内圈的内径di和第二内圈 的厚度bi;叶片的高度h、叶片数Z和最小剖面面积Amin;
[0009] S3:根据步骤S2中所述中圈、叶片、第二内圈的几何参数铸造并机加工，多个所述 叶片两端分别连接中圈和第二内圈，之后再与步骤Sl中所述标准轴承的外圈、滚动体和保 持架进行装配后即可得到所述带叶片强化散热的滚动轴承。
[0010] 进一步的，步骤S2中所述中圈的内径Cb与第一内圈内径化之比为0.8-1.2;中圈的 外径Cb与第一内圈外径化相等；中圈的厚度b2与外圈厚度Bi之比为0.8-1.2;第二内圈的内 径di与传动轴直径相同；第二内圈的厚度bi与外圈厚度Bi之比为0.8-1.2;叶片的高度h = (d2-di)/2-bi，且叶片的高度h、中圈的内径Cb和第二内圈的内径di满足0.2卽/(d2-di) < 0.5;叶片数Z > 12;叶片最小剖面面积Amin满足：
[OOW 其中，n-安全系数，C-经验修正系数，[0]-材料的许用应力。
[001^ 进一步的，步骤S3中所述中圈、叶片、第二内圈为一体铸造。
[0013] 进一步的，步骤S3中所述叶片的剖面为矩形或圆弧板形或机翼形。
[0014] -种带叶片强化散热的滚动轴承，包括外圈、滚动体和保持架，还包括中圈、多个 叶片和第二内圈，所述中圈位于外圈内侦U，第二内圈位于中圈内侦U，多个所述叶片两端分别 固定于中圈和第二内圈上。
[0015] 进一步的，多个所述叶片均匀布置于中圈和第二内圈之间。
[0016] 进一步的，多个叶片与滚动轴承中屯、夹角为30°。
[0017] 本发明的有益效果：
[0018] 本发明所述的带叶片强化散热的轴承设计方法，依据标准轴承的几何参数，设计 出第二内圈、中圈、叶片的几何参数，使得叶片布置于第二内圈和中圈之间，随后与标准轴 承的外圈、滚动体和保持架装配后获得带叶片强化散热的滚动轴承。利用传动轴带动叶片 旋转，加强空气对流，强化轴承散热。通过加装了叶片后，对叶片进行校核，防止叶轮运行所 承受的应力大于屈服应力，从而保证轴承的可靠性。
【附图说明】
[0019] 图1为标准轴承的剖视图。
[0020] 图2为本发明所述带叶片强化散热轴承的剖视图。
[0021 ]图3为本发明所述带叶片强化散热轴承的正视图。
[0022] 图4为本发明所述带叶片强化散热轴承的=维示意图。
[0023] 附图标记说明如下：
[0024] 1-中圈，2-叶片，3-第二内圈，4-第一内圈，5-外圈。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图W及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并 不限于此。
[0026] -种带叶片强化散热的滚动轴承设计方法，包括如下步骤：
[0027] SI:选取标准轴承，如图1所示，得到标准轴承如下参数:外圈5厚度Bi、第一内圈4 内径Di、第一内圈4外径〇2、额定载荷P;
[0028] S2:根据步骤Sl中各个参数确定带叶片强化散热轴承的中圈1、叶片2、第二内圈3 的几何参数，如图2和图3所示，中圈1的内径Cb与第一内圈4内径化之比为0.8-1.2;中圈1的 外径Cb与第一内圈4外径化相等；中圈1的厚度b2与外圈5厚度Bi之比为0.8-1.2;第二内圈3 的厚度bi与外圈5厚度Bi之比为0.8-1.2;第二内圈3的内径山与传动轴直径相同；叶片2的高 度h=(d2-di)/2-bi，且叶片2的高度h与中圈1的内径Cb和第二内圈3的内径di差值(cb-di)之 比满足0.2 < h/(d2-山）<0.5;叶片数Z > 12;叶片最小剖面面积Amin满足：
[0029] 其中，n-安全系数，C-经验修正系数，[0]-材料的许用应力；
[0030] S3:根据步骤S2中所述中圈1、叶片2、第二内圈3的几何参数一体化铸造并机加工， 使多个叶片2两端分别连接中圈1和第二内圈3,且均布在其中；如图4所示，之后再与步骤Sl 中所述标准轴承的外圈5、滚动体和保持架进行装配后即可得到所述带叶片强化散热的滚 动轴承。
[0031] 例如：一台累的传动轴的直径70mm，选取标准轴承61944,外圈5厚度Bi为15mm、第 一内圈4内径化为220mm、第一内圈4外径化为250mm、额定载荷P为P135KN，第一内圈4内径化 大于传动轴直径，故可用来设计带叶片强化散热轴承。
[00创 Sl:第二内圈3内径di与传动轴相等，山=70mm;第二内圈3厚度bi与所选取的标准 轴承的外圈5厚度Bi之比为l，bi = 15mm;中圈1的内径Cb与第一内圈4内径化之比为l，d2 = 220mm;中圈1的外径d3与所选取的标准轴承的第一内圈4外径化相等，d3 = 250mm;中圈1的厚 度b2与所选取的标准轴承的外圈5厚度Bi之比为l，b2 = 15mm;
[0033] S2:叶片2联接中圈I和第二内圈3,并均布在中圈I和第二内圈3之间，叶片2高度h 与中圈1内径Cb和第二内圈3内径山差值(d2-di) /2 = 75mm之比0.8，h = 60mm;叶片2剖面采用 矩形截面;根据张玉成等《通风机设计与选型》，叶片2与传动轴轴向夹角为30°，叶片2厚度 设计为4mm;叶片数Z = 12;叶片2最小剖面面积Amin为175mm2，满足强度要求：
[0035] n = 2，c = l(可根据埃斯曼等所著《滚动轴承设计与应用手册》等相关设计手册查 取），P-所选取标准轴承的额定载荷，[0]-材料的许用应力200Mpa。
[0036] S3:根据步骤S1、S2中所述的中圈1、叶片2、第二内圈3的几何参数，进行一体化铸 造并机加工，并与所选标准轴承的外圈5、滚动体、保持架等进行装配，即可得到带叶片强化 散热的轴承。
[0037] 将所得到的带叶片强化散热的轴承在Cfx中进行数值模拟，其散热量显著上升，强 化散热效果明显。
[0038] 所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不 背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换 或变型均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种带叶片强化散热的滚动轴承设计方法，其特征在于，包括如下步骤： SI:选取标准轴承，得到标准轴承如下参数:外圈（5)厚度Bi、第一内圈（4)内径化、第一 内圈（4)外径化、额定载荷P; S2:根据步骤Sl中各个参数确定带叶片强化散热轴承的中圈（1)、叶片（2)、第二内圈 (3)的几何参数:包括中圈（1)的内径cb、中圈（1)的外径Cb和中圈（1)的厚度b2;第二内圈（3) 的内径山和第二内圈(3)的厚度bi;叶片(2)的高度h、叶片数Z和最小剖面面积Amin; S3:根据步骤S2中所述中圈（1)、叶片(2)、第二内圈（3)的几何参数铸造并机加工，多个 所述叶片(2)两端分别连接中圈（1)和第二内圈（3)，之后再与步骤Sl中所述标准轴承的外 圈（5)、滚动体和保持架进行装配后即可得到所述带叶片强化散热的滚动轴承。2. 根据权利要求1所述的一种带叶片强化散热的滚动轴承设计方法，其特征在于，步骤 S2中所述中圈（1)的内径Cb与第一内圈（4)内径化之比为0.8-1.2;中圈（1)的外径Cb与第一 内圈（4)外径化相等；中圈（1)的厚度b2与外圈（5)厚度Bi之比为0.8-1.2;第二内圈（3)的内 径山与传动轴直径相同；第二内圈（3)的厚度bi与外圈（5)厚度Bi之比为0.8-1.2;叶片(2)的 高度h=(d2-di)/2-bi，且叶片（2)的高度h、中圈（1)的内径Cb和第二内圈（3)的内径di满足 0.2卽/(cb-di) <0.5;叶片数。12;叶片最小剖面面积Amin满足：其中，n-安全系数，C-经验修正系数，[O]-材料的许用应力。3. 根据权利要求2所述的一种带叶片强化散热的滚动轴承设计方法，其特征在于，步骤 S3中所述中圈（1)、叶片(2)、第二内圈（3)为一体铸造。4. 根据权利要求1所述的一种带叶片强化散热的滚动轴承设计方法，其特征在于，步骤 S3中所述叶片(2)的剖面为矩形或圆弧板形或机翼形。5. -种带叶片强化散热的滚动轴承，包括外圈（5)、滚动体和保持架，其特征在于，还包 括中圈（1)、多个叶片(2)和第二内圈（3)，所述中圈（1)位于外圈（5)内侦U，第二内圈（3)位于 中圈（1)内侦U，多个所述叶片(2)两端分别固定于中圈（1)和第二内圈（3)上。6. 根据权利要求5所述的一种带叶片强化散热的滚动轴承，其特征在于，多个所述叶片 (2)均匀布置于中圈（1)和第二内圈（3)之间。7. 根据权利要求6所述的一种带叶片强化散热的滚动轴承设计方法，其特征在于，多个 叶片(2)与滚动轴承中屯、夹角为30°。
【专利摘要】本发明提供了一种带叶片强化散热的滚动轴承及其设计方法，包括选取标准轴承，得到标准轴承参数；由此确定带叶片强化散热轴承的中圈、叶片、第二内圈的几何参数：包括中圈的内径d2、外径d3和厚度b2；叶片的高度h、叶片数Z和最小剖面面积Amin；第二内圈的内径d1和厚度b1；根据中圈、叶片、第二内圈的几何参数一体铸造并机加工，使多个叶片两端分别连接中圈和第二内圈，之后再与标准轴承的外圈、滚动体和保持架进行装配后即可得到所述带叶片强化散热的滚动轴承。本发明在不影响支撑强度的前提下，通过在轴承上设置叶片，加强空气对流，强化轴承散热。
【IPC分类】F16C33/58, F16C37/00, F16C19/06
【公开号】CN105587760
【申请号】CN201610027176
【发明人】顾延东, 袁寿其, 裴吉, 王文杰, 黄茜, 张霞
【申请人】江苏大学
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2016年1月15日