[发明专利]一种球面滚子的端部圆弧修形方法

说明书

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。

技术领域

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弧修形的方法。

背景技术

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。

而作为滚动轴承中的一大类型，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，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

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。

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：

Q＝2.38Fr/Zcosα

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，α为调心滚子接触角；

步骤二，计算最大修形量δ：

δ＝3.85×10^-5×Q^0.9/L_w^0.8

式中，L_w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)L_w

m值为0～0.3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：