球面滚子的端部圆弧修形方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010279899.0 (22)申请日 2020.04.10 (71)申请人 洛阳LYC轴承有限公司 地址 471039 河南省洛阳市涧西区建设路 96号 (72)发明人 贾松阳王朋伟丁建强焦阳 范强王金成潘隆刘高杰 (74)专利代理机构 洛阳润诚慧创知识产权代理 事务所(普通合伙) 41153 代理人 杨景章 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) F16C 33/36(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 。

2、一种球面滚子的端部圆弧修形方法 (57)摘要 本发明介绍了一种球面滚子端部圆弧修形 的方法， 该方法利用平面坐标系， 建立球面滚子 母线的表达式， 求解出调心滚子轴承的球面滚子 滚动面上两端部一定长度范围内的修形圆弧球 面半径及修形圆弧半径中心到球面滚子的球面 半径中心之间的中心距， 然后根据求得的半径和 中心距对球面滚子的端部圆弧进行修形， 用以改 善调心滚子轴承内部的应力分布。 该方法公开了 修形圆弧参数的具体算法和加工方法， 修形量适 中， 延长了轴承的使用寿命， 相比线接触的对数 曲线修形滚子， 修形方法加工简单， 更容易实现 精密加工， 应用前景广阔。 权利要求书2页 说明书6页 附。

3、图1页 CN 111475895 A 2020.07.31 CN 111475895 A 1.一种球面滚子端部圆弧修形的方法， 其特征是： 所述的球面滚子其中部的球面半径 为R， 即为球面滚子的母线半径； 在球面滚子的两端部修形圆弧球面， 修形圆弧的半径为R1， R1圆弧的中心位于球面滚子中部端面的垂线上， 距球面半径R的中心距离为b， 以球面滚子 的中心点为坐标原点， 建立坐标系， R1和b的求解步骤为： 步骤一， 计算球面滚子最大载荷Q： Q2.38Fr/Zcos 式中， Fr为轴承所受径向力， 工况未知时取0.2倍轴承额定动载荷Cr， Z为单列滚子个 数， 为调心滚子接触角； 步骤二， 。

4、计算最大修形量 ： 3.8510-5Q0.9/Lw0.8 式中， Lw为球面滚子去除两端倒角后的有效长度； 步骤三， 假设修形段长度占球面滚子有效长度的比值为m， 则球面滚子母线与端部修形 圆弧的交点坐标c为： c(0.5-m)Lw m值为00.3范围内； 步骤四， 根据建立的坐标系， 得出球面滚子母线曲线表达式： 步骤五， 求解球面滚子端部修形的圆弧半径R1： 根据球面滚子母线曲线表达式， 在xc点处， 两圆弧相交， y值相同， 所以存在等式： 在xLw/2点处， 两曲线y值相差 ， 即 为最大修形量， 所以存在等式： 联立以上两个方程可求得R1值， 求得结果为： 其中： a为方程计算过程的。

5、中间系数， 步骤六， 求解修形圆弧半径R1的中心距球面滚子R的中心距离b： 权利要求书 1/2 页 2 CN 111475895 A 2 或。 2.根据权利要求1所述的一种球面滚子端部圆弧修形的方法， 其特征是： 在对调心滚子 轴承的球面滚子加工时， 先将砂轮修整为半径为R的圆弧对球面滚子的全长进行精磨， 然后 将砂轮修整为R1的圆弧对球面滚子端部进行精磨， 修形半径为R1的圆弧， 与球面滚子的母 线平顺相交。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111475895 A 3 一种球面滚子的端部圆弧修形方法 技术领域 0001 本发明属于轴承设计技术领域， 具体涉及一种调心滚子轴承的球面滚子端部圆。

6、弧 修形的方法。 背景技术 0002 在滚动轴承领域， 1882年Hertz接触理论使轴承内部的接触问题引起关注。 基于接 触理论， 人们发现在线接触形式的轴承中， 滚子端部会产生边缘应力集中， 严重影响轴承寿 命。 1939年Lundberg提出对滚子母线进行对数修形可解决该问题， 可显著提高轴承寿命几 倍到几十倍， 修形量为微米级。 但由于加工能力的限制， Lundberg对数曲线在很长一段时间 内难以实现， 之后很多学者提出了不同的修行曲线方程并得到工程应用， 例如全凸圆弧修 形、 修正线型修形等。 截止目前， 线接触的凸度修形理论和工程实践均较为成熟。 0003 而作为滚动轴承中的一大。

7、类型， 调心滚子轴承不同于线接触类型的轴承， 其球面 滚子为半径R的标准球面， 内外滚道也为球面， 且滚道的半径值与球面滚子的半径R值存在 一定关系， 形成密合度。 球形表面和密合度使球面滚子同时具有点接触和线接触的特征而 十分复杂。 传统观点认为球面滚子端部因为密合度存在一定间隙， 在轴承受力后不会形成 边缘应力集中。 而最近公开资料表明在球面滚子端部进行类似线接触形式的修形， 也可提 高调心滚子轴承的寿命。 目前国内调心滚子轴承中球面滚子的修形问题还处于空白， 综合 考虑加工难度、 设计合理性等因素， 本发明公开一种调心滚子轴承的球面滚子端部圆弧修 形的方法， 该方法使得球面滚子加工简单，。

8、 修形量适中， 改善了调心滚子轴承内部的应力分 布， 可延长调心滚子轴承的使用寿命。 发明内容 0004 本发明的目的是提出一种球面滚子端部圆弧修形的方法， 该方法利用平面坐标 系， 建立球面滚子母线的表达式， 确定球面滚子的母线与球面滚子两端部修形圆弧的交点 坐标， 再根据曲线表达式求解出端部修形段圆弧半径及修形段圆弧半径与球面滚子半径的 中心距， 然后对调心轴承球面滚子的端部圆弧进行修形， 用于改善调心滚子轴承内部的应 力分布， 延长轴承的使用寿命。 0005 本发明的目的可采用如下技术方案来实现： 一种球面滚子端部圆弧修形的方法， 所述的球面滚子其中部的球面半径为R， 即为球面滚子的母线。

9、半径； 在球面滚子的两端部修 形圆弧球面， 修形圆弧的半径为R1， R1圆弧的中心位于球面滚子中部端面的垂线上， 距球面 半径R的中心距离为b， 以球面滚子的中心点为坐标原点， 建立坐标系， R1和b的求解步骤为： 0006 步骤一， 计算球面滚子最大载荷Q： 0007 Q2.38Fr/Zcos 0008 式中， Fr为轴承所受径向力， 工况未知时取0.2倍轴承额定动载荷Cr， Z为单列滚子 个数， 为调心滚子接触角； 0009 步骤二， 计算最大修形量 ： 说明书 1/6 页 4 CN 111475895 A 4 0010 3.8510-5Q0.9/Lw0.8 0011 式中， Lw为球面滚。

10、子去除两端倒角后的有效长度； 0012 步骤三， 假设修形段长度占球面滚子有效长度的比值为m， 则球面滚子母线与端部 修形圆弧的交点坐标c为： 0013 c(0.5-m)Lw 0014 m值为00.3范围内； 0015 步骤四， 根据建立的坐标系， 得出球面滚子母线曲线表达式： 0016 0017 步骤五， 求解球面滚子端部修形的圆弧半径R1： 0018 根据球面滚子母线曲线表达式， 在xc点处， 两圆弧相交， y值相同， 所以存在等 式： 0019 0020 在xLw/2点处， 两曲线y值相差 ， 即 为最大修形量， 0021 所以存在等式： 0022 0023 联立以上两个方程可求得R1值。

11、， 求得结果为： 0024 0025 其中： a为方程计算过程的中间系数， 0026 0027 步骤六， 求解修形圆弧半径R1的中心距球面滚子R的中心距离b： 0028 0029或 0030 根据以上步骤， 计算出修形圆弧的参数R1和b， 在加工时， 先将砂轮修整为半径为R 的圆弧对球面滚子的全长进行精磨， 然后将砂轮修整为R1的圆弧对球面滚子端部进行精 磨， 修形一段半径为R1的圆弧， 与球面滚子的母线平顺相交， 完成修形加工， 圆弧磨削修形 显然要比对数曲线加工更容易。 0031 本发明的有益效果是： 该方法首次实现了球面滚子端部的圆弧修形， 修形量适中， 使得修形圆弧部位与球面滚子的圆弧。

12、衔接点平顺， 改善了球面滚子的内部应力分布， 延长 了调心滚子轴承的使用寿命， 且本发明的修形方法加工简单， 应用前景广阔。 说明书 2/6 页 5 CN 111475895 A 5 附图说明 0032 图1为本发明的球面滚子坐标系示意图； 0033 图中： 图中： L球面滚子总长度， Lw球面滚子有效长度， t球面滚子两端倒角， 最大修形量， R球面滚子母线半径， R1修形圆弧半径， c两圆弧交点x坐标。 具体实施方式 0034 以下结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。 0035 如图1所示， 一种球面滚子端部圆弧修形的方法， 所述的球面滚子其中部的球面半 径为R， 即为球面滚。

13、子的母线半径； 在球面滚子的两端部修形一段圆弧球面， 修形圆弧的半 径为R1， R1圆弧的中心O1位于球面滚子中部端面的垂线上， 距球面半径R的中心O距离为b， 以 球面滚子的中心点O为坐标原点， 建立坐标系， 球面滚子端面倒角为t， 球面滚子总长为L， 球 面滚子的有效长度为Lw， 球面滚子的最大修形量为 ， 球面滚子的母线与端部修形圆弧的交 点为c， 0036 从坐标图中得到球面滚子母线的表达式为： 0037 0038 在xc点处， 两圆弧相交， y值相同， 所以存在等式： 0039 0040 在xLw/2点处， 两圆弧y值相差 ， 所以存在等式 0041 0042 联立以上两个方程可求得。

14、R1和b值， 即： 0043 0044 两边平方， 得： 0045 0046 即： 说明书 3/6 页 6 CN 111475895 A 6 0047 0048 其中， 将左侧设为中间系数a， 0049即： 0050故： 0051 两边平方后： 0052 R14-(c2+0.25Lw2)R12+c20.25Lw2R142aR12+a2 0053 最终得： 0054 0055 R1代入曲线方程中任何一个， 即可求出b的值， 所以b值为： 0056 0057或 0058 虽然表示出了修形圆弧的参数R1和b， 但其表达式中R、 Lw为已知数， c、 为未知数。 0059 关于参数c： 0060 参数。

15、c实际上是要设定修形段的x坐标长度， 假设单边修形段长度占球面滚子有效 长度Lw的m倍， 则c为： 0061 c(0.5-m)Lw 0062 显然m取值不应过大， 中部要留有足够的不修形球面部分以保持调心滚子轴承的 调心性能， 这里设定m值范围为00.3， 按照经验取0.15较为合适。 0063 关于参数 ： 0064 参数 是最大修形量， 可以按调心轴承及滚子大小按照经验取值， 本发明参考线接 触Palmgren经验公式， 即此处将球面滚子假设为圆柱滚子进行凸度量的计算， 据实际应用， 该算法的凸度量对球面滚子也是合适的， 公式为： 0065 3.8510-5Q0.9/Lw0.8 0066 。

16、式中Q为滚子最大受力， 轴承中滚子最大受力的经验公式为： 0067 Q4.08Fr/i7/9Zcos 0068 式中， Fr为轴承工作时所受的径向力， 如果不能得到轴承工况， 在进行轴承设计时 该值一般取0.2Cr， Cr为轴承额定动负荷， 轴承设计过程中会得到该值， Z为单列滚子数量， 为接触角， 对于双列调心滚子轴承， 上式中的i取值为2， 则得到方程： 0069 Q2.38Fr/Zcos 说明书 4/6 页 7 CN 111475895 A 7 0070 至此， 对以上方程进行整理即可设计出本发明的球面滚子端面修行圆弧半径R1及 修形圆弧半径R1中心距球面滚子R的中心距离b。 0071 。

17、下面通过某实施例进行说明： 0072 实例： 某风电装备用调心滚子轴承， 接触角 10 35 ， 单列滚子个数Z33， 球面 滚子总长度L138mm， 倒角t2.1mm， 球面滚子的球面半径R541mm， 轴承额定动载荷Cr 12100KN， 0073 步骤一， 计算球面滚子最大载荷Q： 0074 Fr取0.2Cr2420KN， 0075 Q2.38Fr/Zcos 2.382420/33/cos(10 35)177532.787N； 0076 步骤二， 计算最大修形量 ： 0077 球面滚子有效长度LwL-2t133.8mm， 0078 3.8510-5Q0.9/Lw0.80.041mm； 0。

18、079 步骤三， 计算两圆弧的交点坐标c， 假设修形段长度占滚子有效长度的比值为m 0.15， 0080 c(0.5-m)Lw46.83； 0081 步骤四， 求解修形段圆弧半径R1： 0082 中间系数a： 0083 0084 得到： 0085 0086 步骤五， 求解两个球面中心距b： 0087 0088 或 0089 0090 步骤六， 给出球面滚子母线曲线表达式： 0091 0092 在对调心滚子轴承的球面滚子加工时， 先将砂轮修整为半径为541mm的圆弧对球 面滚子全长进行精磨， 然后将砂轮修整为530.862mm的圆弧对球面滚子端部进行精磨， 修形 一段半径为530.862mm的圆弧， 与541mm的圆弧平顺相交， 并对球面滚子的两端面倒角 2.1mm， 最终完成修形加工。 说明书 5/6 页 8 CN 111475895 A 8 0093 本发明首次公开了一种球面滚子端部圆弧修形的方法， 经应用后修形量是合适 的， 且相比较理想的对数曲线修形， 圆弧修形更容易实现精密加工， 在更易实现且应用良好 的情况下， 本发明有广阔的应用前景。 说明书 6/6 页 9 CN 111475895 A 9 图1 说明书附图 1/1 页 10 CN 111475895 A 10 。