铁路货车轮毂轴承单元的制作方法

本实用新型涉及轴承技术领域，具体涉及一种铁路货车轮毂轴承单元。

背景技术：

353130B为我国现有25t轴重的货车轮毂轴承，技术原型来自于SKF为中国定制的CTBU150，该专利基本额定动载荷为968kN，基本额定静载荷为1800kN。该轴承的主参数为：滚子有效直径＝22.224mm；滚子总长＝49.95；外圈滚道锥角＝10°；内圈滚道锥角＝8.08°；单列滚子粒数＝23。现有的这种轴承发生内、外圈及滚动体的剥落，密封故障，保持架故障，辗皮及热变色这些故障，分别占轴承故障率的66.29％，9.15％，8.26％，5.58％和3.79％，且上述这5大故障率之和就占轴承总故障率的93.07％。

由于轴承的轴颈尺寸和承载鞍难以更改设计，因此要提高疲劳失效以减少故障率的最主要手段就是通过改变轴承内部结构来提高其基本额定动载荷Cr。因此需要设计一款通过改变轴承内部结构来有效提高轴承的基本额定动载荷、轴向承载能力以及减少挡边与滚子的接触力的轴承。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对以上不足之处，提供了一种铁路货车轮毂轴承单元，该铁路货车轮毂轴承单元基于公称接触角为10度的改进型353130H轴承，通过优化轴承内部的结构，改变圆锥滚子的基本参数以及外圈滚道面的锥角，以提升该轴承的基本额定动载荷、额定静载荷，延长轴承的额定寿命。

本实用新型解决技术问题所采用的方案是：一种铁路货车轮毂轴承单元，包括设置有锥形的外圈滚道面的轴承外圈、设置有锥形的内圈滚道面的轴承内圈、置于外圈滚道面与内圈滚道面组成的滚道内的若干个圆锥滚子、设置于滚道内的用于隔开圆锥滚子的保持架以及设置于轴承内圈和轴承外圈的径向间隙内的密封件，其特征在于：所述圆锥滚子的有效直径为25.745mm，所述圆锥滚子的总长为57.03mm，所述外圈滚道面的锥角为10°，所述内圈滚道面的锥角为7.83°。

为了提高轴承的径向和轴向复合承载载荷；所述轴承外圈为整体式结构，轴承外圈的外圈滚道面为两个，所述轴承内圈包括独立分开的两个轴承内圈单体，两个轴承内圈单体上设置有分别与轴承外圈的外圈滚道面组成滚道的内圈滚道面，每个滚道内的圆锥滚子的数量为23个。

进一步的，所述两个轴承内圈单体之间设置有用于保持两个轴承内圈单体间距的隔圈。

为了良好的对轴承进行密封；所述密封件包括固定在轴承外圈上的外骨架、固定在轴承内圈上的内骨架和设置在内骨架和外骨架之间的密封橡胶，所述内骨架包括固定套接在轴承内圈外周的内骨架内圈、环设在内骨架内圈外周的内骨架外圈、固定连接于内骨架内圈外端和内骨架外圈外端之间的环形外板以及固定连接在内骨架内圈内端并径向向外延伸的环形内板；环形内板、内骨架内圈、环形外板以及内骨架外圈包围形成一个半封闭的内腔，内骨架外圈内端与环形内板内端之间设置有由外部通入内腔的开口；

所述外骨架包括与轴承外圈固定连接且平行于内骨架外圈的外骨架外圈、经开口伸入悬置在内腔内且平行于内骨架外圈的外骨架内圈以及固定连接于外骨架内圈与外骨架外圈之间的环形连接板，所述环形连接板与内骨架外圈的内端面间隙配合以阻止外部污物进入轴承内；所述密封橡胶直接成型固定于外骨架内圈上并内置于内骨架的内腔中，密封橡胶包括密封本体以及由密封本体延伸出的多个唇部，多个唇部与内骨架内腔各个壁面形成迷宫间隙，所述迷宫间隙内设置有润滑脂以形成润滑脂密封圈。

为了定位安装密封件，防止转动过程中密封件移动；所述外骨架外圈上设置有由外骨架外圈径向向外凸出的凸起，轴承外圈的内侧设置有用于与凸起限位配合的凹口。

为了有效防止外部污物进入轴承内且设置多个凹部形成迷宫间隙以保证密封效果；所述多个唇部包括由密封本体延伸出的位于内骨架外圈与外骨架内圈之间的第一唇部、位于外骨架内圈与环形内板内端面之间的第二唇部以及贴近环形内板内壁的第三唇部；所述第一唇部上设置有用于与内骨架外圈内壁面形成迷宫密封的第一凹部，第三唇部上设置有用于与环形内板内壁面形成迷宫密封的第二凹部。

为了防止内部的润滑脂外泄且设置多个凹部或凹槽形成迷宫间隙以保证密封效果；所述多个唇部包括由密封本体延伸出的位于内骨架外圈与环形外板形成的拐角处的第一翼片、位于内骨架内圈与环形外板形成的拐角处的第二翼片以及贴近内骨架内圈内壁的第四唇部，所述第四唇部与第三唇部间设置有与内骨架内圈与环形内板形成的拐角间隙配合的弯折唇部；所述第一唇部与第一翼片之间设置有用于形成迷宫密封的第一凹槽，第二翼片与第四唇部之间设置有用于形成迷宫密封的第二凹槽，第四唇部上设置有用于与环形内板形成迷宫密封的第三凹部，所述第一翼片与第二翼片之间设置有用于容置润滑脂的第三凹槽。

较之现有技术而言，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型通过优化轴承内部的结构，使其基本额定动载荷提高了24.69％，额定静载荷提高了29.6％，额定寿命提升108％，对比现有产品，更具有优越性；

(2)本实用新型为双列圆锥滚子轴承设计，轴承体积小，能承载更大的径向和轴向复合载荷，两个轴承内圈单体之间设置隔圈保证了两个轴承内圈单体的游隙；

(3)本实用新型的密封件采用非接触式设计，通过填充润滑脂将内骨架与密封橡胶隔离开以有效降低发热量，防止轴承高速应用时产生的磨损和较大发热量造成的轴承密封早期失效及热切轴，并且密封橡胶多迷宫的设计，能有效阻断润滑脂外泄和外部异物进入到轴承，具体为凸起密封唇与环形内板的端面密封配合防止异物进入，第一翼片和第二翼片的设置防止润滑脂外泄，多个凹部和凹槽的设置以形成迷宫间隙也能有效防止异物进入和润滑脂外泄；

(4)本实用新型密封件的内骨架和外骨架均经过多次折叠，整体扭转刚度更强，有利于货车偏载和高速转弯时迷宫间隙的保持。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步说明：

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1中A的局部放大图；

图3是密封件的结构示意图。

图中：

1-轴承内圈；11-轴承内圈单体；2-圆锥滚子；3-轴承外圈；4-保持架；5-密封件；51-密封橡胶；511-第一唇部；5111-第一凹部；512-第一翼片；5121-第一凹槽；5122-第三凹槽；513-第二翼片；5131-第二凹槽；514-第四唇部；5141-第二凹部；515-弯折唇部；516-第三唇部；5161-第三凹部；517-第二唇部；52-内骨架；521-内骨架外圈；522-内腔；523-环形外板；524-开口；525-内骨架内圈；526-环形内板；53-外骨架；531-外骨架内圈；532-环形连接板；533-外骨架外圈；5331-凸起；6-隔圈。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型内容进行详细说明：

如图1～3所示，本实施例提供一种铁路货车轮毂轴承单元，包括设置有锥形的外圈滚道面的轴承外圈3、设置有锥形的内圈滚道面的轴承内圈1、置于外圈滚道面与内圈滚道面组成的滚道内的若干个圆锥滚子2、设置于滚道内的用于隔开圆锥滚子2的保持架4以及设置于轴承内圈1和轴承外圈3的径向间隙内的密封件5，所述圆锥滚子的有效直径为25.745mm，所述圆锥滚子的总长为57.03mm，所述外圈滚道面的锥角为10°，所述内圈滚道面的锥角为7.83°。

在本实施例中，为了提高轴承的径向和轴向复合承载载荷；所述轴承外圈3为整体式结构，轴承外圈3的外圈滚道面为两个，所述轴承内圈1包括独立分开的两个轴承内圈单体11，两个轴承内圈单体11上设置有分别与轴承外圈3的外圈滚道面组成滚道的内圈滚道面，每个滚道内的圆锥滚子2的数量为23个。

在本实施例中，所述两个轴承内圈单体11之间设置有用于保持两个轴承内圈单体11间距的隔圈6。

在本实施例中，为了良好的对轴承进行密封；所述密封件5包括固定在轴承外圈3上的外骨架53、固定在轴承内圈1上的内骨架52和设置在内骨架52和外骨架53之间的密封橡胶51，所述内骨架52包括固定套接在轴承内圈1外周的内骨架内圈525、环设在内骨架内圈525外周的内骨架外圈521、固定连接于内骨架内圈525外端和内骨架外圈521外端之间的环形外板523以及固定连接在内骨架内圈525内端并径向向外延伸的环形内板526；环形内板526、内骨架内圈525、环形外板523以及内骨架外圈521包围形成一个半封闭的内腔522，内骨架外圈521内端与环形内板526内端之间设置有由外部通入内腔522的开口524；

所述外骨架53包括与轴承外圈3固定连接且平行于内骨架外圈521的外骨架外圈533、经开口524伸入悬置在内腔522内且平行于内骨架外圈521的外骨架内圈531以及固定连接于外骨架内圈531与外骨架外圈533之间的环形连接板532，所述环形连接板532与内骨架外圈521的内端面间隙配合以阻止外部污物进入轴承内；所述密封橡胶51直接成型固定于外骨架内圈531上并内置于内骨架52的内腔522中，密封橡胶51包括密封本体以及由密封本体延伸出的多个唇部，多个唇部与内骨架52内腔522各个壁面形成迷宫间隙，所述迷宫间隙内设置有润滑脂以形成润滑脂密封圈。

在本实施例中，为了定位安装密封件5，防止转动过程中密封件5移动；所述外骨架外圈533上设置有由外骨架外圈533径向向外凸出的凸起5331，轴承外圈3的内侧设置有用于与凸起5331限位配合的凹口。

在本实施例中，为了有效防止外部污物进入轴承内且设置多个凹部形成迷宫间隙以保证密封效果；所述多个唇部包括由密封本体延伸出的位于内骨架外圈521与外骨架内圈531之间的第一唇部511、位于外骨架内圈531与环形内板526内端面之间的第二唇部517以及贴近环形内板526内壁的第三唇部516；所述第一唇部511上设置有用于与内骨架外圈521内壁面形成迷宫密封的第一凹部5111，第三唇部516上设置有用于与环形内板526内壁面形成迷宫密封的第二凹部5161。

在本实施例中，为了防止内部的润滑脂外泄且设置多个凹部或凹槽形成迷宫间隙以保证密封效果；所述多个唇部包括由密封本体延伸出的位于内骨架外圈521与环形外板523形成的拐角处的第一翼片512、位于内骨架内圈525与环形外板523形成的拐角处的第二翼片513以及贴近内骨架内圈525内壁的第四唇部514，所述第四唇部514与第三唇部516间设置有与内骨架内圈525与环形内板526形成的拐角间隙配合的弯折唇部515；所述第一唇部511与第一翼片512之间设置有用于形成迷宫密封的第一凹槽5121，第二翼片513与第四唇部514之间设置有用于形成迷宫密封的第二凹槽5131，第四唇部514上设置有用于与环形内板526形成迷宫密封的第三凹部5141，所述第一翼片512与第二翼片513之间设置有用于容置润滑脂的第三凹槽5122。

在本实施例中，依据轴承的主参数可以计算轴承的额定动负荷和静负荷：

额定动负荷：

Cr＝1.732*fc*[Lwe*cosα^(7/9)*Z^(3/4)*Dwe^(29/27)]＝1.732*fc*[55.1100*cos(0.1745)]^(7/9)*23^(3/4)*24.669^(29/27)＝1207KN，

其中fc查表得fc＝86.4103736992661；

额定静负荷：

Cor＝2*44*(1-Dwe*cosα/Dwe.cosα_Dpw)*Z*Lwe*Dwe*cosα＝2*44*(1-0.1201)*23*55.110*24.669*cos(0.1745)＝2383KN；

计算得到的Cr:1207KN和C0r:2383KN，比目前353130B的Cr:968KN和C0r:1800KN高出很多，基本额定动载荷提升了24.69％，额定静载荷提升了32.38％，额定寿命提升108％，非常显著的延长了轴承的寿命，且由于工况相同、外滚道锥角都是10°，对比老产品有着突出的进步。

在本实施例中，内骨架52盒式的设计使得硫化橡胶未暴露在空气中，新增的迷宫结构能有效防止外部异物和液体的侵入、内部润滑脂的外泄；该密封圈由内骨架52、外骨架53和密封橡胶51组成，其中外骨架53与轴承外圈3端面止口配合，一般处于相对静止，内骨架52压装在轴承内圈1大端面的外径面上，与轴承内圈1和轴一起旋转，密封橡胶51直接硫化在外骨架53上，同时内骨架52包络密封橡胶51，使得密封橡胶51不再直接暴露在空气中；内骨架52与密封橡胶51之间有一个迷宫，因此外部异物和水分难以进入，内骨架52内部与密封橡胶51形成另一个迷宫，因此异常温升较高情况下，润滑脂不易外泄，比现有专利设计更加可靠；折叠后的外骨架53整体扭转刚性更大，确保了密封橡胶51与内骨架52密封结构的间隙在实际使用中发生较大偏载和倾覆时的厚度一致性，保证了迷宫复杂工况下的密封效果。

在本实施例中，密封件压装在轴承外圈3与轴承内圈1形成的径向间隙内，外骨架53的凸起5331与轴承外圈3定位接触安装，内骨架内圈525与轴承内圈1紧密接触，密封橡胶51与内骨架52间形成迷宫间隙并且充满润滑脂以保证密封效果；上部的异物因第一唇部511与环形连接板532以及内骨架外圈521的间隙内的润滑脂的阻挡，无法进入轴承内，下部的异物因第二唇部517与环形内板526的间隙内的润滑脂的阻挡，无法进入轴承内，保证了密封圈阻挡异物的效果；同时，内骨架52内部的润滑脂因第一翼片512和第二翼片513的设置不易外泄，配合各个凹部以及凹槽的设置而形成的迷宫间隙，进一步保证了该密封圈的密封效果，润滑脂的设置将密封橡胶51与内骨架52隔离开，减少了两者之间的摩擦，从而保证了密封件较小的发热量，使轴承的寿命更长。

上列较佳实施例，对本实用新型的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。