CN112377519A - 一种四点角接触转盘轴承滚道边缘修型的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种四点角接触转盘轴承滚道边缘修型的方法，包括如下步骤：步骤1、获取转盘轴承的钢球和滚道的有关结构参数，包括滚道曲率半径、钢球直径、轴承间隙、初始接触角、钢球的许用应力、钢球的弹性模量、钢球的泊松比、滚道的许用应力、滚道的弹性模量、滚道的泊松比；步骤2、选取滚道间隙、接触角和最大弹性变形c作为修型轮廓的主要参数；步骤3、在滚道边缘末端确定修型轮廓曲线；步骤4、根据所选参数和圆弧曲线，在滚道边缘末端采用圆弧曲线过渡修型。本发明减小了滚道边缘处的应力集中现象，使得钢球和滚道的接触区域应力均匀分布，避免了接触应力过高引起的轴承早期失效，提高了轴承的运行稳定性和可靠性。

Description

一种四点角接触转盘轴承滚道边缘修型的方法
技术领域
本发明涉及轴承技术领域，尤其涉及一种四点角接触转盘轴承滚道边缘修型的方法。
背景技术
转盘轴承是大型回转机械的核心部件，其通常能够承受多种载荷的联合作用，具有转动灵巧、承载能力强、运行稳定等特点，现已广泛地应用于大型工程机械、娱乐设施、军事装备、海洋平台等大型回转装备上。
由于转盘轴承承受较高的工作载荷，且大多数情况下受偏载的作用，轴承的内圈和外圈发生相对位移，引起钢球和滚道间的实际接触角增大，从而使钢球和滚道接触区域的面积减小，导致滚道边缘接触区域的局部应力过高，从而降低了滚道边缘的强度，极大地影响了转盘轴承的承载能力和使用寿命。
因此，通过对轴承滚道边缘进行修型，使得在同等载荷作用下钢球和滚道间的应力均匀分布，降低最大接触应力值，减小滚道边缘接触区域局部应力过高的现象，这对于提高转盘轴承的承载能力和使用寿命具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供了一种四点角接触转盘轴承滚道边缘修型的方法，使钢球和滚道之间接触情况良好，以减小滚道边缘区域应力过高的现象，提高轴承的运行稳定性和可靠性，延长轴承的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种四点角接触转盘轴承滚道边缘修型的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、获取转盘轴承的钢球和滚道的有关结构参数，包括滚道曲率半径R、钢球直径Dw、轴承间隙Pr、初始接触角α、钢球的许用应力p1、钢球的弹性模量E1、钢球的泊松比v1、滚道的许用应力p2、滚道的弹性模量E2、滚道的泊松比v2；步骤2、选取滚道间隙、接触角和最大弹性变形c作为修型轮廓的主要参数；步骤3、在滚道边缘末端确定修型轮廓曲线；步骤4、根据所选参数和圆弧曲线，在滚道边缘末端过渡圆弧12过渡修型，留下一处保留的未进行修型的滚道原始轮廓曲线15。
作为优选，所述步骤1中，所述滚道曲率半径R、钢球直径Dw、轴承间隙Pr、初始接触角α、钢球的许用应力p1、钢球的弹性模量E1、钢球的泊松比v1、滚道的许用应力p2、滚道的弹性模量E2、滚道的泊松比v2为标准参数。
作为优选，所述步骤2中，所述最大弹性变形量c，c为：
Figure BDA0002778803360000021
其中,p为滚道的许用应力，a为赫兹接触系数，E’为等效弹性模量，Q为最大接触载荷，ρ为钢球和滚道的曲率半径比。
作为优选，考虑载荷作用后，轴承内圈和外圈会发生相对位移，钢球和滚道的实际接触位置会发生变化，所述步骤2中，所述接触角参数由下式确定：
α*＝arccos[(1-Pr/L)cosα]
其中，α*为轴承的实际承载角，α为轴承初始接触角，Pr为轴承间隙，L为滚道中心到钢球中心的距离。
作为优选，所述步骤3中还包括，修型轮廓曲线分成两段，一段是在夹角α*～α*+x1处，为修型轮廓曲线段1，一段是在夹角α*+x1～α*+x2处，为修型轮廓曲线段2，其中，x1＝x2；
当在夹角α*～α*+x1处时，滚道边缘轮廓半径可由以下方程确定：
Figure BDA0002778803360000022
Figure BDA0002778803360000023
其中，d为滚道直径，x滚道轮廓的角坐标，l为滚道边缘的弧长，E’为等效弹性模量，ρ为钢球和滚道的曲率半径比；
当在夹角α*+x1～α*+x2处时，滚道边缘轮廓半径可由以下方程确定：
Figure BDA0002778803360000024
其中，Rx1是修型轮廓曲线段1的最大滚道轮廓半径。
作为优选，在所述步骤4中，在滚道的最大接触角变化范围处进行轮廓修型，使修型轮廓曲线1(14)和修型轮廓曲线2(13)具有不同的曲率半径，通过改变滚道边缘区域的轮廓曲率半径来改变滚道轮廓的形状，从而达到滚道边缘修型的目的。
本发明减小了滚道边缘处的应力集中现象，使得钢球和滚道的接触区域应力均匀分布，避免了接触应力过高引起的轴承早期失效，提高了轴承的运行稳定性和可靠性。
附图说明
图1为转盘轴承整体结构；
图2为理想状态下钢球与滚道的结构示意图；
图3为载荷作用下滚道和钢球的实际接触状态；
图4为滚道边缘处的修型轮廓；
图中：Dw为钢球直径；R为滚道曲率半径；α为初始接触角；Pr为轴承间隙；α*为轴承实际接触角；x1为修型轮廓曲线的的夹角；x2为修型轮廓曲线段的夹角；l为修型轮廓曲线总长；c为滚道边缘末端过渡圆弧的半径；1、外圈螺栓孔；2、外圈上滚道；3、外圈下滚道；4、外圈；5、密封圈一；6、内圈下滚道；7、内圈上滚道；8、内圈螺栓孔；9、内圈；10、密封圈二；11、滚动钢球；12、滚道边缘末端过渡圆弧；13、修型轮廓曲线段2；14、修型轮廓曲线段1；15、保留的未进行修型的滚道原始轮廓曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2-4所示，一种四点角接触转盘轴承滚道边缘修型的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、获取转盘去轴承的钢球和滚道的有关结构参数，包括滚道曲率半径R、钢球直径Dw、轴承间隙Pr、初始接触角α、钢球的许用应力p1、钢球的弹性模量E1、钢球的泊松比v1、滚道的许用应力p2、滚道的弹性模量E2、滚道的泊松比v2；步骤2、选取滚道间隙、接触角和最大弹性变形c作为修型轮廓的主要参数；步骤3、在滚道边缘末端确定修型轮廓曲线；步骤4、根据所选参数和圆弧曲线，在滚道边缘末端过渡圆弧(12)过渡修型，留下一处保留的未进行修型的滚道原始轮廓曲线(15)。
作为一种可能的实施方式，所述步骤1中，所述滚道曲率半径R、钢球直径Dw、轴承间隙Pr、初始接触角α、钢球的许用应力p1、钢球的弹性模量E1、钢球的泊松比v1、滚道的许用应力p2、滚道的弹性模量E2、滚道的泊松比v2。(对以上参数进行说明或列出数值或符号；)
作为一种可能的实施方式，，所述步骤2中，所述最大弹性变形量c，c为：
Figure BDA0002778803360000041
其中,p为滚道的许用应力，a为赫兹接触系数，E’为等效弹性模量，Q为最大接触载荷，ρ为钢球和滚道的曲率半径比。
作为一种可能的实施方式，考虑载荷作用后，轴承内圈和外圈会发生相对位移，钢球和滚道的实际接触位置会发生变化，所述步骤2中，所述接触角参数由下式确定：
α*＝arccos[(1-Pr/L)cosα]
其中，α*为轴承的实际承载角，α为轴承初始接触角，Pr为轴承间隙，L为滚道中心到钢球中心的距离。
作为一种可能的实施方式，所述步骤3中还包括，修型轮廓曲线分成两段，一段是在夹角α*～α*+x1处，为修型轮廓曲线段1，一段是在夹角α*+x1～α*+x2处，为修型轮廓曲线段2，其中，x1＝x2；
当在夹角α*～α*+x1处时，滚道边缘轮廓半径可由以下方程确定：
Figure BDA0002778803360000042
Figure BDA0002778803360000043
其中，d为滚道直径，x滚道轮廓的角坐标，l为滚道边缘的弧长，E’为等效弹性模量，ρ为钢球和滚道的曲率半径比；
当在夹角α*+x1～α*+x2处时，滚道边缘轮廓半径可由以下方程确定：
Figure BDA0002778803360000051
其中，Rx1是修型轮廓曲线段1的最大滚道轮廓半径。
作为一种可能的实施方式，在所述步骤4中，在滚道的最大接触角变化范围处进行轮廓修型，使修型轮廓曲线114和修型轮廓曲线213具有不同的曲率半径，通过改变滚道边缘区域的轮廓曲率半径来改变滚道轮廓的形状，从而达到滚道边缘修型的目的。
如图1所示，本发明所述的一种四点角接触转盘轴承滚道边缘修型的方法适用于一种四点角接触转盘轴承，其特征在于，包括轴承内圈9、轴承外圈4、滚动钢球(11)、密封圈一5和密封圈二10；所述轴承内圈9上留有内圈螺栓孔8，所述轴承内圈9通过连接螺栓安装在法兰结构上；所述轴承外圈4留有外圈螺栓孔1，通过安装螺栓与回转部件连接，所述轴承内圈9和轴承外圈4组合形成可容纳滚动钢球的滚道，滚道由四部分组成，内置有滚动钢球和保持架，并通过密封圈一5和密封圈二10密封。外圈上滚道2、外圈下滚道3、内圈下滚道6和内圈上滚道7共同形成一个完整的桃形滚道，所述的一种四点角接触转盘轴承滚道边缘修型的方法适用在该桃形滚道边缘处，从而进行修型。
本发明使钢球和滚道之间接触情况良好，以减小滚道边缘区域应力过高的现象，提高轴承的运行稳定性和可靠性，延长轴承的使用寿命；同时减小了滚道边缘处的应力集中现象，使得钢球和滚道的接触区域应力均匀分布，避免了接触应力过高引起的轴承早期失效，提高了轴承的运行稳定性和可靠性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种四点角接触转盘轴承滚道边缘修型的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、获取转盘轴承的钢球和滚道的有关结构参数，包括滚道曲率半径R、钢球直径Dw、轴承间隙Pr、初始接触角α、钢球的许用应力p1、钢球的弹性模量E1、钢球的泊松比v1、滚道的许用应力p2、滚道的弹性模量E2、滚道的泊松比v2；步骤2、选取滚道间隙、接触角和最大弹性变形c作为修型轮廓的主要参数；步骤3、在滚道边缘末端确定修型轮廓曲线；步骤4、根据所选参数和圆弧曲线，在滚道边缘末端过渡圆弧(12)过渡修型，留下一处保留的未进行修型的滚道原始轮廓曲线(15)。
2.根据权利要求1所述的一种四点角接触转盘轴承滚道边缘修型的方法，其特征在于，所述步骤1中，所述滚道曲率半径R、钢球直径Dw、轴承间隙Pr、初始接触角α、钢球的许用应力p1、钢球的弹性模量E1、钢球的泊松比v1、滚道的许用应力p2、滚道的弹性模量E2、滚道的泊松比v2为标准参数。
3.根据权利要求1所述的一种四点角接触转盘轴承滚道边缘修型的方法，其特征在于，所述步骤2中，所述最大弹性变形量c，由下式确定：
Figure FDA0002778803350000011
其中,p为滚道的许用应力，a为赫兹接触系数，E’为等效弹性模量，Q为最大接触载荷，ρ为钢球和滚道的曲率半径比。
4.根据权利要求1所述的一种四点角接触转盘轴承滚道边缘修型的方法，其特征在于，考虑载荷作用后，轴承内圈和外圈会发生相对位移，钢球和滚道的实际接触位置会发生变化，所述步骤2中，所述接触角参数由下式确定：
α*＝arccos[(1-Pr/L)cosα]
其中，α*为轴承的实际承载角，α为轴承初始接触角，Pr为轴承间隙，L为滚道中心到钢球中心的距离。
5.根据权利要求1所述的一种四点角接触转盘轴承滚道边缘修型的方法，其特征在于，所述步骤3中还包括，修型轮廓曲线分成两段，一段是在夹角α*～α*+x1处，为修型轮廓曲线段1，一段是在夹角α*+x1～α*+x2处，为修型轮廓曲线段2，其中，x1＝x2；
当在夹角α*～α*+x1处时，滚道边缘轮廓半径可由以下方程确定：
Figure FDA0002778803350000021
Figure FDA0002778803350000022
其中，d为滚道直径，x滚道轮廓的角坐标，l为滚道边缘的弧长，E’为等效弹性模量，ρ为钢球和滚道的曲率半径比；
当在夹角α*+x1～α*+x2处时，滚道边缘轮廓半径可由以下方程确定：
Figure FDA0002778803350000023
其中，Rx1是修型轮廓曲线段1的最大滚道轮廓半径。
6.根据权利要求1所述的一种四点角接触转盘轴承滚道边缘修型的方法，其特征在于，在所述步骤4中，在滚道的最大接触角变化范围处进行轮廓修型，修型轮廓曲线1(14)和修型轮廓曲线2(13)具有不同的曲率半径，通过改变滚道边缘区域的轮廓曲率半径来改变滚道轮廓的形状，从而达到滚道边缘修型的目的。
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