CN110821959A - 一种用于处理滚子轴承外圈滚道的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其包括：处理室，其内部用于放置滚子轴承外圈，滚子轴承外圈的内表面为滚道；反弹部件，其具有位于处理室内且朝向滚道的反弹面，反弹面与滚道之间具有振动空间；至少一个振动球体，其放置于振动空间内；振动装置，其具有朝向振动空间设置的振子，振动球体能在振子的驱动下振动并与滚道和反弹面碰撞。本发明能提高滚子轴承外圈滚道的表面硬度和机械性能，降低滚道表面材料剥落的发生几率，延长轴承的工作寿命。

Description

一种用于处理滚子轴承外圈滚道的装置

技术领域

本发明涉及金属结构表面处理装置，尤其是一种用于处理滚子轴承外圈滚道的装置。

背景技术

滚子轴承是滚动轴承的一种，滚子轴承在现代机械工程系统当中有着广泛应用，它通过在轴承的内外两个套圈的滚道中放置滚动体来承受外加载荷，并依赖这些主要部件之间的滚动接触来固定和支撑旋转工件。轴承属于高精度的工业产品，它的精度、性能、寿命和可靠性对机械设备整体的精度、性能、寿命和可靠性起着决定性的作用，相当大的一部分机械设备失效是由于轴承失效而引起的。磨损和疲劳是轴承的两大常见失效形式，滚子轴承的失效通常以材料剥落的形式发生在滚道和滚动体的表面。

轴承的服役行为主要取决于表面硬化层，表面硬化是轴承疲劳强度和寿命的主要来源，接触疲劳寿命与表面硬度直接相关。

表面机械研磨处理(Surface Mechanical Attrition Treatment,SMAT)是一种能在金属材料的表面和次表面形成纳米晶结构的有效手段，在使用该方法进行表面处理之后，金属材料的表面硬度和其他一些机械性能都能获得很好的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其利用表面机械研磨处理技术处理滚子轴承外圈滚道，以提高滚子轴承外圈滚道的表面硬度和机械性能，降低滚道表面材料剥落的发生几率。

为达到上述目的，本发明提出一种用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其包括：处理室，其内部用于放置滚子轴承外圈，所述滚子轴承外圈的内表面为滚道；反弹部件，其具有位于所述处理室内且朝向所述滚道的反弹面，所述反弹面与所述滚道之间具有振动空间；至少一个振动球体，其放置于所述振动空间内；振动装置，其具有朝向所述振动空间设置的振子，所述振动球体能在所述振子的驱动下振动并与所述滚道和所述反弹面碰撞。

如上所述的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其中，所述振子位于所述滚子轴承外圈和所述反弹部件下方，并位于所述振动空间底部，所述振子与所述滚道底端之间的垂直距离不小于所述振动球体的半径。

如上所述的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其中，所述处理室包括：底部部件，其具有环状的第一侧壁、以及连接在所述第一侧壁内侧且用于支撑所述滚子轴承外圈的环形凸台；顶部部件，其具有环状的第二侧壁，所述第二侧壁连接在所述第一侧壁上方，所述第二侧壁环绕在所述反弹部件外侧并与所述反弹部件接触，所述滚子轴承外圈的上端和下端分别顶抵所述第二侧壁和所述环形凸台。

如上所述的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其中，所述环形凸台的高度不小于所述振动球体的半径。

如上所述的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其中，所述底部部件的第一侧壁上对称开设有两个T型槽，所述顶部部件的第二侧壁由两个对接框对接形成，两个所述对接框的侧壁下方分别连接有一个T型键，通过将两所述T型键分别滑入两所述T型槽内，将两所述对接框分别与所述第一侧壁连接。

如上所述的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其中，所述用于处理滚子轴承外圈滚道的装置还包括平台，所述处理室固定在所述平台上方，所述平台具有与所述振动空间连通的开口，所述反弹部件位于所述开口上方，所述振子伸入所述开口内。

如上所述的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其中，所述反弹部件呈柱状轴对称结构，所述反弹部件具有一段或多段锥形或圆环形外壁构成所述反弹面。

如上所述的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其中，所述反弹部件伸入所述滚子轴承外圈内，所述振子位于所述滚子轴承外圈和所述反弹部件下方，且所述振子位于所述滚子轴承外圈内侧，所述振子与所述反弹部件相间隔，所述振子与所述处理室相间隔。

如上所述的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其中，所述滚子轴承外圈、所述反弹部件和所述振子同轴设置。

如上所述的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其中，所述滚子轴承外圈为圆锥滚子轴承外圈。

本发明的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置的特点和优点是：

1、本发明的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，利用表面机械研磨处理技术，采用振动球体对滚子轴承外圈滚道产生碰撞冲击，从而提高滚子轴承外圈滚道的表面硬度和机械性能，降低滚道表面材料剥落的发生几率，延长轴承的工作寿命；

2、本发明的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，通过设置反弹部件能强制改变振动球体的运动路径，使振动球体能够撞击到滚子轴承外圈滚道，采用反弹部件对振动球体进行反弹，还能增强振动球体的碰撞效果，使振动球体更有力的冲击滚子轴承外圈滚道；

3、本发明的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，结构紧凑，操作过程简单，使用时只需要一次装夹，无需对滚子轴承外圈进行旋转或翻转操作，能实现处理过程全自动化控制。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置立体结构示意图；

图2是本发明的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置的部分剖视图；

图3是本发明中处理室的分解示意图；

图4是一种典型的滚子轴承外圈的示意图。

主要元件标号说明：

1处理室

11底部部件 111第一侧壁 112环形凸台

113T型槽

12顶部部件 121第二侧壁 1211对接框

122T型键

13紧定螺钉

2反弹部件

21反弹面

3振动球体

4振子

5振动空间

6平台

7固定装置 71角钢 72螺钉

8连接柄

10滚子轴承外圈

101滚道 102外表面

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，形容词性或副词性修饰语“水平”和“竖直”、“上方”和“下方”的使用也仅是为了便于多组术语之间的相对参考，且并非描述对经修饰术语的任何特定的方向限制。

如图1、图2所示，本发明提供一种用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其包括处理室1、反弹部件2、至少一个振动球体3和振动装置，处理室1的内部用于放置滚子轴承外圈10，滚子轴承外圈10的内表面为滚道101，在对滚子轴承外圈10的滚道101进行处理时，滚子轴承外圈10被完全地放置在处理室1内；

反弹部件2具有位于处理室1内且朝向滚子轴承外圈10的滚道101的反弹面21，反弹面21与滚道101之间具有振动空间5；

振动球体3放置于振动空间5内，振动球体3的表面光滑，振动球体3可以采用不同的材质制作，例如碳化钨球、不锈钢球或陶瓷材质的球，振动球体3可以采用不同的直径尺寸，例如直径为3mm；

振动装置具有朝向振动空间5设置的振子4。振子4、反弹面21和滚道101共同围成振动空间5，在振动装置启动前，振动球体3放置于振子4上，振动装置启动后，振动球体3能在振子的驱动下快速振动(运动)，并不断地与滚道101和反弹面21碰撞，从而产生对滚子轴承外圈10的滚道101的冲击。

本发明利用表面机械研磨处理技术，采用振动球体3对滚子轴承外圈10的滚道101产生碰撞冲击，这些反复的不同方向的碰撞，能使滚子轴承外圈滚道材料的晶粒尺寸得到细化，在滚子轴承外圈滚道材料中形成微观组织的梯度分布，从而提高滚子轴承外圈滚道的表面硬度和机械性能，尤其能使滚子轴承外圈滚道的表面硬度得到显著提高，降低滚道表面材料剥落的发生几率，延长轴承的工作寿命；同时，这些反复的不同方向的碰撞，还使得滚子轴承外圈滚道上形成大量塑形变形，在滚子轴承外圈滚道上引入残余压应力，残余压应力的存在可以有效延长滚子轴承外圈滚道的疲劳寿命；

另外，通过设置反弹部件2能强制改变振动球体3的运动路径，使振动球体3能够撞击到滚子轴承外圈10的滚道101，采用反弹部件2对振动球体3进行反弹，还能增强振动球体3的碰撞效果，使振动球体3更有力的冲击滚子轴承外圈滚道。

如图4所示，例如，上述的滚子轴承外圈10为圆锥滚子轴承外圈，其具有圆柱形状的外表面102和圆锥形状的内表面(即滚道101)，外表面102和内表面同轴，在轴承工作过程中，滚子轴承外圈10的滚道101与轴承滚子发生接触。例如滚子轴承外圈10的材料为AISI52100。

如图2所示，进一步，振动装置的振子4位于滚子轴承外圈10和反弹部件2的下方，并位于振动空间5的底部，振子4与滚道101底端之间的垂直距离不小于振动球体3的半径。由于振动球体3与滚道101接触时的几何极限是球体的半径高度，或者说，当滚道101底端与振动球体3底端平齐时，滚道101底部低于振动球体3半径的区域无法与振动球体3发生接触，造成滚道101表面处理不均匀，鉴于此，将振子4与滚道101底端之间的距离设置为不小于振动球体3的半径，以保证滚道101的所有区域都能与振动球体3发生接触，从而保证轴承外套圈滚道在处理过程中获得均匀的处理效果。

如图2所示，进一步，反弹部件2伸入滚子轴承外圈10内，振子4位于滚子轴承外圈10和反弹部件2下方，且振子4位于滚子轴承外圈10内侧，振子4与反弹部件2之间具有间距(即不发生接触)，振子4与处理室1之间具有间距(即不发生接触)。通过将振子4设置为与处理室1和反弹部件2均不接触，能防止振子4的振动受阻。例如振子4与反弹部件2之间的间距大于0.2mm且小于1mm。

如图2所示，具体是，反弹部件2的朝向滚子轴承外圈10的外壁面为反弹面21，振动空间5是位于滚子轴承外圈10与反弹部件2之间的环形空间。

进一步，滚子轴承外圈10、反弹部件2和振子4同轴设置，以提供给滚子轴承外圈滚道均匀性的冲击。

进一步，振动装置为超声发生器，能为振动球体3提供超声振动。振子4的工作频率可以是20kHz，也可以是其它一些超声发生器能够支持的频率。

如图1、图2所示，在一个具体实施例中，处理室1包括底部部件11和顶部部件12，底部部件11具有环状的第一侧壁111、以及连接在第一侧壁111的底部内侧且用于支撑滚子轴承外圈10的环形凸台112，也就是滚子轴承外圈10位于第一侧壁111内侧，并放置在环形凸台112上，滚子轴承外圈10的外表面102面向第一侧壁111，滚子轴承外圈10的内表面(即滚道101)背向第一侧壁111，例如第一侧壁111的内壁面呈圆环形，第一侧壁111的内壁面与环形凸台112同轴设置，第一侧壁111的内径比滚子轴承外圈10的外径大0.5mm～1mm，既能放入滚子轴承外圈10，又能在一定程度上对滚子轴承外圈10定位，例如第一侧壁111的外壁面呈方形，即底部部件11的外形呈方框形，例如振子4、反弹面21、滚道101和底部部件11共同围成振动空间5；

顶部部件12具有环状的第二侧壁121，第二侧壁121连接在第一侧壁111上方，第二侧壁121环绕在反弹部件2外侧并与反弹部件2接触，滚子轴承外圈10的上端(较小端面)和下端(较大端面)分别顶抵第二侧壁121和环形凸台112，从而将滚子轴承外圈10定位，通过设置顶部部件12，便于向振动空间5内添加振动球体3，增强实用性。

如图2所示，进一步，环形凸台112的高度不小于振动球体3的半径，采用环形凸台112将滚子轴承外圈10垫高，以使滚子轴承外圈滚道的所有区域都能与振动球体3发生接触，从而保证轴承外套圈滚道在处理过程中获得均匀的处理效果。

如图2、图3所示，进一步，底部部件11的第一侧壁111上对称开设有两个T型槽113，顶部部件12的第二侧壁121由两个对接框1211对接形成，两个对接框1211分别具有半圆环形的内壁面，两个对接框1211的侧壁下方分别连接有一个T型键122，通过将两个T型键122分别滑入两个T型槽113内，将两个对接框1211分别与底部部件11的第一侧壁111连接。T型键122和T型槽113的配合有效地限定了顶部部件12在竖直方向上的位置(即轴向位置)，而反弹部件2则通过与顶部部件12的第二侧壁121的内壁面接触，有效地限定了顶部部件12在水平方向上的位置。

如图3所示，具体是，如图3所示，第一侧壁111呈方框形，两个T型槽113设于第一侧壁111的相对两侧，安装时，将两个对接框1211的T型键122从两个T型槽113的侧向分别水平滑入T型槽113内，从而将两个对接框1211分别与底部部件11连接在一起，然后再采用紧定螺钉13将两个对接框1211的两端分别连接，从而将两个对接框1211也连接在一起。

在如图1所示的实施例中，用于处理滚子轴承外圈滚道的装置还包括平台6，平台6呈平板状，处理室1固定在平台6上方，平台6具有与振动空间5连通的开口，反弹部件2位于开口正上方，振动装置的振子4伸入开口内，以朝向振动空间5。振子4可以在垂直于平台6的方向上移动。

具体是，处理室1与平台6之间通过固定装置7连接固定，固定装置7包括角钢71和螺钉72，角钢71的两边分别贴靠处理室1的外侧面和平台6的顶面，并分别通过螺钉72与处理室1的外侧面和平台6的顶面连接。但本发明并不以此为限，例如固定装置7还可以是其它能将处理室1与平台6固定连接的结构。

如图2所示，在一个可行的技术方案中，反弹部件2呈柱状轴对称结构，反弹部件2具有一段或多段依次连接的锥形或圆环形外壁构成反弹面21，锥形外壁相对于反弹部件2的中心轴具有一定倾斜角度。

但本发明并不以此为限，反弹面21还可以是其它形状。

进一步，反弹部件2的高度可调节。例如，反弹部件2上方连接高度调节装置(图未示出)，高度调节装置与反弹部件2之间通过连接柄8连接，通过高度调节装置调节反弹部件2在竖直方向上的位置。

进一步，反弹部件2与滚子轴承外圈10的顶端之间具有一个狭窄的环状开口，该开口与振动空间5连通，振动球体3可以从这个开口被放置到振动空间5内，在放入振动球体3后，安装顶部部件12将该开口封堵。

如图2所示，使用本发明的装置对滚子轴承外圈10进行处理时，先将处理室1的底部部件11固定在平台6上，再将滚子轴承外圈10放入底部部件11内，并使滚子轴承外圈10的较大端面贴合环形凸台112的上表面，然后将反弹部件2与连接柄8连接并插入滚子轴承外圈10内部，通过高度调节装置调节反弹部件2在竖直方向的位置，具体调节方法是先使反弹部件2的下端面接触到振动装置的振子4的上表面，之后再略微调高反弹部件2，从而使反弹部件2与振子4保持不接触的状态，将反弹部件2调节到位后，将顶部部件12与底部部件11连接。

本发明的装置利用表面机械研磨处理技术来改善工件表面性能及引入残余压应力，本发明尤其适用于滚子轴承外圈滚道的表面处理，是一种能够直接处理轴承产品的装置。本发明通过提高轴承表面性能，能够有效地减少轴承早期疲劳失效，通过在轴承中引入残余压应力，能够抑制疲劳源的形成，并延缓裂纹的生成和扩展。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (10)

1.一种用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其特征在于，所述用于处理滚子轴承外圈滚道的装置包括：

处理室，其内部用于放置滚子轴承外圈，所述滚子轴承外圈的内表面为滚道；

反弹部件，其具有位于所述处理室内且朝向所述滚道的反弹面，所述反弹面与所述滚道之间具有振动空间；

至少一个振动球体，其放置于所述振动空间内；

振动装置，其具有朝向所述振动空间设置的振子，所述振动球体能在所述振子的驱动下振动并与所述滚道和所述反弹面碰撞。

2.如权利要求1所述的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其特征在于，所述振子位于所述滚子轴承外圈和所述反弹部件下方，并位于所述振动空间底部，所述振子与所述滚道底端之间的垂直距离不小于所述振动球体的半径。

3.如权利要求1所述的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其特征在于，所述处理室包括：

底部部件，其具有环状的第一侧壁、以及连接在所述第一侧壁内侧且用于支撑所述滚子轴承外圈的环形凸台；

顶部部件，其具有环状的第二侧壁，所述第二侧壁连接在所述第一侧壁上方，所述第二侧壁环绕在所述反弹部件外侧并与所述反弹部件接触，所述滚子轴承外圈的上端和下端分别顶抵所述第二侧壁和所述环形凸台。

4.如权利要求3所述的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其特征在于，所述环形凸台的高度不小于所述振动球体的半径。

5.如权利要求3所述的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其特征在于，所述底部部件的第一侧壁上对称开设有两个T型槽，所述顶部部件的第二侧壁由两个对接框对接形成，两个所述对接框的侧壁下方分别连接有一个T型键，通过将两所述T型键分别滑入两所述T型槽内，将两所述对接框分别与所述第一侧壁连接。

6.如权利要求1至5任一项所述的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其特征在于，所述用于处理滚子轴承外圈滚道的装置还包括平台，所述处理室固定在所述平台上方，所述平台具有与所述振动空间连通的开口，所述反弹部件位于所述开口上方，所述振子伸入所述开口内。

7.如权利要求1至5任一项所述的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其特征在于，所述反弹部件呈柱状轴对称结构，所述反弹部件具有一段或多段锥形或圆环形外壁构成所述反弹面。

8.如权利要求1至5任一项所述的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其特征在于，所述反弹部件伸入所述滚子轴承外圈内，所述振子位于所述滚子轴承外圈和所述反弹部件下方，且所述振子位于所述滚子轴承外圈内侧，所述振子与所述反弹部件之间具有间距，所述振子与所述处理室之间具有间距。

9.如权利要求1至5任一项所述的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其特征在于，所述滚子轴承外圈、所述反弹部件和所述振子同轴设置。

10.如权利要求1至5任一项所述的用于处理滚子轴承外圈滚道的装置，其特征在于，所述滚子轴承外圈为圆锥滚子轴承外圈。

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