CN114738377A - 一种高承载球轴承、设计成型方法及其加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械结构，具体是一种高承载球轴承、设计成型方法及其加工设备,高承载球轴承包括外钢圈和内钢圈，外钢圈的内侧和内钢圈的外侧分别设置有外滚道和内滚道，钢球与内滚道和外滚道线接触；内外滚道和钢球之间设计有适当间隙避免轴承因温升，过盈装配卡死。通过将内外圈滚道的沟曲率半径系数设计为0.5使得滚道截面的半径与钢球半径相同，实现钢球和滚道线接触，使得钢球和内外滚道的接触面积大大增加，同样载荷条件下，钢球和滚道承受的压强大大减小，提高轴承的径向及轴向的承载能力，抗冲击能力和接触疲劳寿命。将滚道截面的半径加工公差设计成正公差，保证滚道的截面的半径略比钢球的半径偏大，避免轴承钢球悬空于滚道的情况发生。

Description

一种高承载球轴承、设计成型方法及其加工设备

技术领域

本发明涉及一种机械结构，具体是一种高承载球轴承、设计成型方法及其加工设备。

背景技术

发动机，变速箱等重载高冲击载荷工况下运行的工程机械，球轴承是重要的高速运动支撑部件，通常转速达每分钟5000转左右；同时还要承受很高的载荷，尤其是振动冲击载荷。

目前国内外厂家的球轴承结构设计都是使钢球的半径比内外圈滚道的沟曲率半径小，使得滚道与钢球的接触方式为点接触，钢球与内、外圈滚道的接触面积很小，以此满足轴承的高转速要求，但是也导致沟道接触面承受压强很大；轴承内孔与轴通常是过盈配合装配，内圈滚道表面承受向外扩的张力，加上轴承内圈滚道与钢球接触部集中承受很高的交变压力，就会逐渐发生疲劳剥落损坏，导致整套轴承失效。

通常由于空间结构受到限制，难以使用线接触式重载滚子类轴承来提高承载能力，而普通点接触式球轴承的实际承载寿命离散性很大，导致普通球类滚动轴承用于工程机械工况的故障率较高，难以满足要求。欲提高轴承的承载能力，现有的技术均是从轴承钢材出发，选用更好的材料，更好的热处理设备来提高轴承钢的接触疲劳强度，使成本大幅度增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高承载球轴承、设计成型方法及其加工设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高承载球轴承，包括外钢圈和内钢圈，内钢圈和外钢圈之间沿滚道圆周均匀设置有多个钢球；

外钢圈的内侧和内钢圈的外侧分别设置有外滚道和内滚道，滚动钢球设置在内滚道和外滚道之间，钢球与内滚道和外滚道为线接触；

外滚道和内滚道的曲率半径系数为0.5，且二者的截面半径与钢球半径相同；内外滚道和钢球之间设计有适当间隙避免轴承因发热，过盈装配卡死；

内滚道，外滚道的边缘均加工有去应力圆倒角；

外钢圈端面与内侧相交处，内钢圈的端面与外侧相交处均加工有过度圆倒角，防止装配时划伤钢球表面。

一种高承载球轴承的设计成型方法，包括如下步骤：

步骤一，外钢圈与内钢圈毛坯核验，核验轴承钢毛坯材质及表面的缺陷，并测量毛坯的内外径；

步骤二，设计计算，根据测得的毛坯内外径计算毛坯车削次数及加工余量，单次车削的进给量；

步骤三，车削，将毛坯装于数控车床上，按步骤二中的设计计算结果对毛坯进行车加工；

包括外钢圈和内钢圈的内、外侧面、滚道、端面车削加工，以及外钢圈内侧面的外滚道和内钢圈的外侧面的内滚道车削；

步骤四，淬火回火处理，对钢圈进行马氏体淬火，再进行常规回火，最后进行表面去除氧化皮处理；

步骤五，磨削加工，对钢圈进行双端面磨平，之后对外圈外径及滚道、内圈滚道及内孔面粗磨，精磨后再对滚道进行超精研磨；

步骤六，装配，将钢球，保持架装配于内钢圈和外钢圈之间。

一种用于上述高承载球轴承的钢圈滚道及内侧面精磨加工的设备，包括底架和可沿底架长度方向水平正向和反向交替活动的活动加工台；

在底架的上方设置有料箱，料箱的内腔呈空心圆柱状；在活动加工台长度方向的一端上方设置有水平设置的推板，内腔底部沿底架的长度方向开设有贯通料箱的穿口，穿口的宽度与内腔的直径相等；

其中，推板朝向料箱的一端上部为倾斜状，推板正对穿口；活动加工台靠近推板的一段上设置有凹道，活动加工台上还开设有贯通活动加工台的排屑口，排屑口与凹道呈半圆状的一端同心；

活动加工台和底架之间还设置有夹持机构；夹持机构在活动加工台反向活动至接近其反向活动的行程端点时，夹持机构对处于凹道端部的钢圈夹紧并与排屑口同心；

底架远离料箱的一端上方设置有精磨结构，精磨结构与夹持机构配合，精磨结构在夹持机构将钢圈完全夹紧时向下活动并靠近钢圈中心；

底架上还设置有送出结构，送出结构与活动加工台配合，送出结构用于在活动加工台正向活动的过程中，将凹道上完全松懈后的钢圈顺着凹道从活动加工台上送出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过将滚道的曲率半径设计为0.5且截面的半径与钢球半径相同，实现钢球和滚道线接触，使得钢球和内外滚道的接触面积大大增加，同样载荷条件下，承受的压强大大减小，提高轴承的承载能力，抗冲击能力和接触疲劳寿命提高。

将滚道的加工公差设计成正公差，保证滚道的加工公差略微比钢球的半径偏正，达到钢球与滚道浮动轻接触的效果，避免轴承卡死的情况发生。

另外，在滚道的边缘设计了去应力圆弧倒角，降低了钢球和滚道边缘的接触应力。

此外，在内钢圈的端面外侧边缘和外钢圈的端面内侧边缘分别加工了圆倒角，有效防止钢球装入时被划伤。

附图说明

图1为本发明高承载球轴承的结构示意图；

图2为本发明高承载球轴承中内钢圈、外钢圈、以及保持架的分体结构示意图；

图3为本发明高承载球轴承的正视图；

图4为图3的A-A向剖视图；

图5为现有球轴承的剖视图；

图6为本发明高承载球轴承加工设备的结构示意图；

图7为本发明加工设备另一方位的结构示意图；

图8为本发明加工设备再一方位的结构示意图；

图9为本发明加工设备中将底架和活动加工台分体后的结构示意图；

图10为本发明加工设备中夹持臂、弧形卡爪及活动加工台的结构示意图；

图11为本发明加工设备中活动加工台和凹道及排屑口的结构示意图；

图12为本发明加工设备中将夹持机构局部分解后的示意图；

图13为本发明加工设备中将闭合滑道从夹持臂一端拆分的结构示意图；

图14为本发明加工设备中将一组转轴从硅胶阻尼套和Z型架上拆除后的示意图；

图15为本发明加工设备中将调节结构从夹持轮上拆解后的示意图；

图16为图15另一方位的结构示意图；

图17为本发明加工设备中精磨结构和送出结构与底架的连接结构图；

图18为在图17的基础上将止挡件从侧杆上拆离时的结构示意图；

图中：101、外钢圈；102、内钢圈；103、保持架；104、钢球；105、外圆倒角；106、内圆倒角；107、外滚道；108、内滚道；109、外应力圆倒角；110、内应力圆倒角；

201、底架；202、活动加工台；203、动力缸；204、伸缩杆；205、滑套；206、导杆；207、推板；208、料箱；209、穿口；210、凹道；211、排屑口；212、行程开关；213、计时器；214、翼板；215、夹持轮；216、转轴；217、凸柱；218、调节螺柱；219、调节槽；220、滑槽；221、闭合滑道；222、夹持臂；223、弧形卡爪；224、卡套；225、固定架；226、升降开关；227、第二伸缩装置；228、固定梁架；229、升降梁架；230、精磨电机；231、侧杆；232、止挡件；233、限位块。

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。

请参阅图1～图5，作为本发明的一种实施例，所述高承载球轴承，包括外钢圈101和内钢圈102，所述内钢圈102和外钢圈101之间沿圆周均匀设置有多个钢球104；

所述外钢圈101的内侧和内钢圈102的外侧分别设置有外滚道107和内滚道108，所述滚动钢球104设置在内滚道108和外滚道107之间，钢球104与内滚道108和外滚道107线接触；

所述外滚道107和内滚道108的曲率半径系数为0.5，且二者的截面半径与钢球104相同；

注意的是，所述外滚道107和内滚道108的加工公差为正公差，以保证钢球104与内滚道108及外滚道107的密接程度等于1或接近1，即钢球104与内外滚道的密合度等于或近似等于1，从而实现滚道与钢球104线接触。

具体来说，外滚道107和内滚道108的截面所呈弧形的沟道的半径加工公差设计成曲率半径系数的下限为0.5，上限为0.51，保证滚道的截面半径等于钢球的半径或微大于钢球半径，在实际批量生产控制中，能有效避免轴承钢球悬空于滚道的情况发生，同时，又保证了钢球和滚道是线接触或无限接近于线接触。

请参阅图5，目前现有的球轴承设计中，内外滚道的曲率半径系数普遍在0.515～0.580之间，使得钢球104和滚道的配合为点接触；

请参阅图4，本发明中将内外滚道的曲率半径设计为0.5，且滚道截面的半径与钢球104半径相同，使得钢球104和滚道的配合为线接触，更利于受力分散，同时，线接触相较于点接触而言，受力面积更大，在同等材料强度下，钢球104和内外钢圈的滚道承受的压强降低，抗冲击承载能力和接触疲劳寿命显著提升。

另外，保证外滚道107和内滚道108的加工公差使钢球104和滚道为间隙配合，防止因整个轴承在重载，或过盈装配，或运转发热等情况下导致间隙过小卡死损坏。

所述外滚道107的边缘加工有外去应力圆倒角109，内滚道108的边缘加工有内去应力圆倒角110，内应力圆倒角110和外应力圆倒角109共同构成去应力圆弧倒角，使得钢球104与滚道接触应力更加均匀，尤其是浮动轻接触的钢球104与滚道边缘的接触应力更加均匀，有效降低过高的滚道边缘与钢球104之间产生过高的接触应力，对钢球104的使用寿命造成影响。

所述外钢圈101的端面内侧边缘和内钢圈102的端面内侧边缘分别加工有外圆倒角105和内圆倒角106；通过设置的外圆倒角105和内圆倒角106可有效防止在将钢球104装配于外钢圈101和内钢圈102中时，尖锐的滚道端面边缘划伤钢球104，导致钢球104异常疲劳损坏。

本发明中，通过将滚道的曲率半径系数设计为0.5且截面的半径与钢球104半径相同，实现钢球104和滚道线接触，使得钢球104和内外滚道的接触面积大大增加，同样载荷条件下，承受的压强大大减小，提高轴承的承载能力，抗冲击能力和接触疲劳寿命提高。

将滚道的直径设计成与钢球装配后有留有适当的间隙，避免轴承因过盈装配或者运转发热导致的卡死的情况发生。

另外，在滚道的边缘设计了去应力圆弧倒角，降低了钢球104和内外圈滚道边缘的接触应力。

此外，在内钢圈102的端面外侧边缘和外钢圈101的端面内侧边缘分别加工了圆倒角，有效防止钢球104装入时被划伤。

多个钢球104设置在保持架103上，所述保持架103上沿圆周等距设置有多个直径比钢球略大的球状兜孔，所述钢球104滚动时浮动卡合于兜孔中。

保持架103为两片对称的保持架相对贴合并冲铆固定，以方便将钢球104置入到球壳状兜孔中。

一种高承载球轴承的设计成型方法，包括如下步骤：

步骤一，外钢圈与内钢圈毛坯核验，核验轴承钢毛坯表面的缺陷，包括磕碰、锈蚀、裂纹、黑皮、凹坑、毛刺等，并测量毛坯的内外径；

其中，毛坯经过球化退火处理；

金相组织要求为：球化组织符合第一级别中的第2～4级，网状碳化物符合第四级别中的第1～2.5级；脱碳层深度小于等于单边加工余量的2/3。

步骤二，设计计算，根据测得的毛坯内外径计算车削次数及加工余量，单次车削的吃刀量及进给量；

步骤三，车削，将毛坯装于数控车床上，安装步骤二中的设计计算结果对毛坯进行车加工；

包括外钢圈和内钢圈的内外侧面车削，以及外钢圈内侧面的外滚道和内钢圈的外侧面的内滚道车削；

其中，外钢圈和内钢圈的内外径公差为0/+0.05mm，圆柱度误差为0.03mm，垂直度误差为0.03mm，滚道公差为0/-0.05mm，平行度误差为0.03mm；

步骤四，淬火回火处理，对钢圈进行马氏体淬火，再进行常规回火，变形量控制在0.1mm以内，最后进行表面去除氧化皮处理；优选为表面窜光处理去除氧化皮。

其中，淬火采用网带炉处理，淬火温度为850°；

经表面处理后的钢圈圆度公差为-0.1/+0.1mm，硬度为HRC60～65，硬度差为HRC1，金相组织为马氏体第二级别中的2～4级；

步骤五，磨削加工，采用型号为M7650型的双面磨床，对钢圈进行双面磨平；

采用型号为MT1083A型的磨床对滚道、钢圈内侧面粗磨，粗磨后再对滚道及钢圈内侧面进行精磨；精磨后再对滚道进行超精研磨。

用型号为Y9025C型圆度仪进行抽检棱圆，不允许出现3、5、7棱，必要时磨三刀；

保证冷却液充足，防止烧伤，不允许有磨伤，或紊乱的磨削花纹；修整砂轮时金刚笔需冷却；精磨所用砂轮为渗硫处理的磨削轮。

步骤六，装配，将钢球，保持架装配于内钢圈和外钢圈之间。

特别说明的是，所述钢圈在粗磨后经二次回火后再精磨，以消除应力对其使用寿命的影响，钢球和内外钢圈均为锻造后先球化退火，车加工后再淬火。

一种高承载球轴承的加工设备，用于在钢圈经粗磨后对滚道及钢圈内侧面精磨，请参阅图6～18，包括底架201和可沿所述底架201长度方向水平正向和反向交替活动的活动加工台202；

在所述底架201的上方通过支架设置有料箱208，所述料箱208上部敞口，下部封闭，料箱208的内腔呈空心圆柱状，用于堆叠多个待精磨加工的钢圈；

料箱208的内腔的直径大于单个钢圈的外径，而小于单个钢圈外径的1.5倍，如此设置的目的在于保证钢圈能够逐层叠于内腔中，且单层最多只能容纳一个钢圈；

另外，由于内腔的直径大于单个钢圈的外径，而小于单个钢圈外径的1.2倍，故直径在此范围内的钢圈均能逐层堆叠于料箱208的内腔中，且单层只叠放一个钢圈，适用的范围相对较广。

在所述活动加工台202长度方向的一端上方通过立架设置有水平设置的推板207，所述内腔底部沿底架201的长度方向开设有贯通所述料箱208的穿口209，所述穿口209的宽度与内腔的直径相等；

其中，所述推板207朝向所述料箱208的一端上部为倾斜状，推板207正对所述穿口209。

当活动加工台202活动至其正向活动的行程端点时，推板207上部呈倾斜状的一端穿过穿口209并与料箱208的一侧外壁齐平。

在活动加工台202带动推板207向料箱208靠近时，推板207呈倾斜状的一端不断向穿口209靠近；当推板207的端部穿入到穿口209中时，带动内腔中最底层的一个钢圈从内腔底部水平推出；在推板207的端部完全穿过穿口209时，活动加工台202到达其正向活动的行程端点，此时由于推板207上部呈倾斜状的一端与料箱208的一侧外壁齐平，故内腔中最底层的钢圈从料箱208上落入到活动加工台202上。

穿口209的高度与内腔所适用堆叠的最大规格的钢圈高度(厚度)相同。

例如，内腔的直径为12cm，则内腔中可堆叠的钢圈直径范围为10～12cm，直径为10cm的钢圈高度(厚度)为2.5cm，直径为12cm的钢圈高度(厚度)为3cm；则穿口209的高度应为3cm；

由于内腔的直径为12cm,故当将直径范围为10～12cm的钢圈放入到内腔中时，内腔中的钢圈会逐一堆叠，同一高度处只会存在一个钢圈，且钢圈不会出现倾斜。

当内腔中堆叠的钢圈直径为5cm时，通过推板207穿过穿口209带动钢圈从内腔底部的穿口209中水平推出并落入到活动加工台202上。

详细来说，由于穿口209的高度为3cm，而钢圈的高度(厚度)范围为2.5～3cm，故推板207单次只能从穿口209中推出一个钢圈；

当内腔中堆叠的钢圈高度(厚度)低于穿口209的高度时，例如钢圈高度(厚度)为2.6cm，则在推板207的端部推动内腔最底层的钢圈时，由于推板207的端部呈倾斜状，故最底层的钢圈上部堆叠的钢圈会在内腔的内壁和推板207端部的倾斜部作用下向上抬升，从而保证推板207穿过穿口209时，高度(厚度)范围在2.5～3cm范围内的钢圈只会从穿口209单个推出。

请参阅图10和图11，所述活动加工台202靠近推板207的一段上设置有凹道210，活动加工台202带动推板207穿过穿口209时，可将内腔最底层的钢圈从内腔底层推出，并落入到凹道210呈半圆状的一端；在所述活动加工台202上还开设有贯通所述活动加工台202的排屑口211，所述排屑口211与所述凹道210呈半圆状的一端同心；

推板207将钢圈从内腔底层推出后落入到活动加工台202上的凹道210中，并处于凹道210呈半圆状的一端，钢圈的圆心靠近排屑口211的圆心；此时，钢圈的圆心相较于排屑口211的圆心更加靠近推板207，即钢圈和排屑口211之间在活动加工台202的长度方向上存在一定间距。

注意的是，凹道210的宽度稍大于内腔的直径，例如内腔直径为12cm，则凹道210的宽度可为14cm，以保证在钢圈从穿口209中推出并掉至活动加工台202上时会完全落入到凹道210中。

排屑口211的直径略小于内腔中所适堆叠的最小规格的钢圈直径；例如内腔直径为12cm，则其内堆叠的钢圈直径范围在10～12cm，即内腔中所适堆叠的最小规格的钢圈直径为10cm，而排屑口211的直径略小于10cm，如此设置的目的在于确保钢圈不会从排屑口211处漏出。

活动加工台202和底架201之间还设置有夹持机构；所述夹持机构在所述活动加工台202反向活动至接近其反向活动的行程端点时，夹持机构对处于凹道210端部的钢圈夹紧并与排屑口211同心。

相反地，在活动加工台202正向活动时，夹持机构会向将钢圈松懈，带钢圈完全松懈后，钢圈处于凹道210中。

所述底架201远离料箱208的一端上方设置有精磨结构，所述精磨结构与所述夹持机构配合，所述精磨结构在所述夹持机构将钢圈完全夹紧时向下活动并靠近钢圈中心，以对滚道及钢圈内侧面精磨。

精磨时产生的切削碎屑通过排屑口211从凹道210上排出。

所述底架201上还设置有送出结构，所述送出结构与所述活动加工台202配合，所述送出结构用于在活动加工台202正向活动的过程中，将凹道210上完全松懈后的钢圈顺着凹道210从活动加工台202上送出。

本发明中设置的推板207和穿口209以及料箱208配合，使得在活动加工台202正向活动时能够将料箱208中堆叠的钢圈逐一从内腔底部推出；再利用夹持机构实现活动加工台202反向活动时将落入到活动加工台202上的凹道210中的钢圈夹紧，配合精磨结构对钢圈上的滚道及内侧面精磨；最后在精磨完成后活动加工台202再次正向活动时，借助送出结构与凹道210配合将凹道210中精磨后的钢圈从活动加工台202上送出，达到上料、夹紧、精磨、送料于一体的功能，且各部分之间相互协同配合，大大提高了钢圈精磨的效率，在产业应用上节省了大量人力成本，增加企业效益。

作为本发明进一步的方案，请参阅图6、图8、以及图9，所述底架201和活动加工台202之间设置有第一伸缩装置，所述第一伸缩装置沿所述底架201和活动加工台202的长度方向设置；

第一伸缩装置远离推板207的一端与底架201连接，另一端与活动加工台202连接。

第一伸缩装置包括第一动力缸203和连接动力缸203伸缩端的伸缩杆204，动力缸203远离推板207的一端与底架201连接，伸缩杆204靠近推板207的一端与活动加工台202连接。

动力缸203包括但不限于气动缸、液压缸、电动螺纹缸等。

通过动力缸203带动伸缩杆204顺着底架201和活动加工台202的长度方向伸缩从而驱动活动加工台202沿底架201的长度方向水平正向和反向交替活动。

活动加工台202上设置有滑套205，滑套205与水平设置在底架201上的导杆206滑动配合，且导杆206沿底架201的长度方向设置。

通过第一伸缩装置可带动活动加工台202顺着底架201的长度方向水平正向和反向活动，利用滑套205和导杆206配合实现底架201对活动加工台202的支撑。

底架201上安装有两组感应结构，分别为第一感应结构和第二感应结构，两组感应结构均与第一伸缩装置通讯；

第一感应结构安装在导杆206靠近动力缸203的一端，第二感应结构安装在导杆206远离动力缸203的一端；

感应结构包括设置在底架201上的计时器213和连接计时器213的行程开关212，行程开关212与滑套205配合，且两组感应结构中的行程开关212相对设置。

在第一伸缩装置带动活动加工台202正向活动至其行程端点时，滑套205滑动至导杆206靠近动力缸203的一端，且滑套205触发第一感应结构中的行程开关212，第一感应结构中的行程开关212向第一感应结构中的计时器213发送计时指令，同时还向动力缸203发送收缩停止指令；

当第一感应结构中的计时器213计时时长达到预设时间值t₁后，再反馈至第一感应结构中的行程开关212，此时行程开关212向动力缸203发送伸长启动指令；动力缸203驱动伸缩杆204伸长，以使活动加工台202反向活动。

在活动加工台202反向活动至行程端点时，滑套205滑动至导杆206远离动力缸203的一端，且滑套205触发第二感应结构中的行程开关212，第二感应结构中的行程开关212向第二感应结构中的计时器213发送计时指令，同时还向动力缸203发送伸长停止指令；

当第二感应结构中的计时器213计时时长达到预设时间值t₂后，再反馈至第二感应结构中的行程开关212，此时行程开关212向动力缸203发送收缩启动指令，动力缸203驱动伸缩杆204收缩，以使活动加工台202再次正向活动。

即在活动加工台202正向活动至滑套205触发第一感应结构中的行程开关212时，活动加工台202会在其正向活动的行程端点停顿一段时间，该时间为t₁，以保持活动加工台202静止，使内腔最底层的钢圈能够落入到凹道210中；在活动加工台202反向活动至滑套205触发第二感应结构中的行程开关212时，活动加工台202会在其反向活动的行程端点停顿一段时间，该时间为t₂，以保持活动加工台202再次静止，使得精磨结构能够对静止的滚道及钢圈内侧面精磨。

当然了，t₂显然大于t₁，而t₁和t₂的具体时长，可通过预设的方式进行设定。

作为本发明更进一步的方案，请参阅图6、图7、图8、图9、图10、图12、图13、以及图14，所述夹持机构包括通过固定架225安装在所述底架201上的卡套224、沿所述底架201的宽度方向滑动设置在所述卡套224上的夹持臂222、设置在所述夹持臂222朝向活动加工台202中心处的弧形卡爪223、以及用于连接所述夹持臂222并与所述活动加工台202配合的驱动组件。

所述夹持机构为两组，分别沿活动加工台202的宽度方向设置在活动加工台202的两侧，且两组夹持机构对称设置。

当活动加工台202反向活动至接近第二感应结构时，通过驱动组件带动两组夹持机构中的夹持臂222相互靠拢，在活动加工台202反向活动至其行程端点时触发第二感应结构并静止，此时两侧的夹持臂222将钢圈完全夹紧，且钢圈与排屑口211同心，弧形卡爪223的圆心与钢圈的圆心之间的连线与活动加工台202的宽度平行。

说明的是，采用两侧的弧形卡爪223对钢圈进行夹紧时，夹持受力点为四个，能够有效防止钢圈转动。

此外，在推板207将钢圈从内腔底层推出后落入到活动加工台202上的凹道210中时，钢圈和排屑口211之间在活动加工台202的长度方向上存在一定间距；

而两侧的弧形卡爪223在与钢圈两侧接触后并夹紧的过程中，会使钢圈相对活动加工台202滑动，最终对钢圈进行校准并夹紧，使得钢圈被两侧的弧形卡爪223夹紧于排屑口211的正上方。

作为本发明再进一步的方案，请参阅图9、图10、图12、图13、以及图14，所述驱动组件包括通过硅胶阻尼套转动设置在所述底架201远离料箱208一端侧边上的转轴216、同轴设置在所述转轴216上部的夹持轮215、可调节地设置在所述夹持轮215顶面偏心处的凸柱217、以及设置在所述夹持臂222远离弧形卡爪223一端并与所述凸柱217滑动卡合的闭合滑道221；

所述闭合滑道221垂直于所述夹持臂222，且在转轴216上部和底架201之间还设置有Z型架，Z型架的上部与所述转轴216上部转动配合，下部与底架201固定。

通过设置的Z型架可保持转轴216的运行稳定性，使得转轴216下部与底架201通过硅胶阻尼套转动配合，而上部与Z型架上部转动配合，转轴216的两端受力均衡，不易出现圆周跳动。

所述夹持轮215的外周上设置有一段连续齿牙，夹持轮215外周上连续的齿牙沿圆弧分布，且圆弧的弧度为90°；

所述活动加工台202的两侧各安装有一个翼板214，翼板214朝向夹持轮215的一边上也设置有一段连续齿牙，且与夹持轮215外周上的连续齿牙适配。

当活动加工台202反向活动至接近第二感应结构时，翼板214上的连续齿牙开始与夹持轮215外周上的连续齿牙咬合，并带动夹持轮215转动；在活动加工台202反向活动至其行程端点时，翼板214边缘的连续齿牙末端转动至夹持轮215外周上连续齿牙的末端，即夹持轮215转动了90°；

在此过程中，夹持轮215带动凸柱217转动了90°，凸柱217在闭合滑道221中滑动，并带动闭合滑道221和夹持臂222以及弧形卡爪223顺着卡套224滑动，不断向钢圈靠近并夹持钢圈直至将钢圈完全夹紧。

作为本发明再进一步的方案，请参阅图15和图16，所述凸柱217通过调节结构可调节的设置在所述夹持轮215顶面偏心处；

所述调节结构包括沿所述夹持轮215的径向转动设置在所述夹持轮215中的调节螺柱218、开设于所述夹持轮215顶面并与所述调节螺柱218平行的调节槽219、以及开设于夹持轮215底面并连通所述调节槽219的滑槽220；

显然地，滑槽220也平行于调节螺柱218。

所述凸柱217的底部设置有滑块，所述滑块与调节螺柱218螺纹配合，且滑块滑动设置在滑槽220中，凸柱217穿过调节槽219并凸出于夹持轮215的顶面。调节螺柱218的一端穿出夹持轮215并设置有旋钮，旋钮上设置有刻度线。

内腔中所堆叠的钢圈批次不同导致钢圈的直径不同，例如在生产直径为10cm的钢圈时，内腔中所堆叠的均为10cm直径的钢圈，而过段时间后生产直径为12cm的钢圈时，内腔中所堆叠的均为12cm直径的钢圈。

对于不同批次的钢圈，两侧的弧形卡爪223所夹持的间距也是不同的，例如对于10cm直径的钢圈，两侧的弧形卡爪223将其完全夹紧时，两侧的弧形卡爪223端头之间的间距为6cm；而对于直径12cm的钢圈，完全夹紧时，两侧的弧形卡爪223端头之间的直线间距可能为6.4cm；故在使用该设备之前，需要根据实际生产的钢圈批次调节凸柱217相对夹持轮215的偏心半径。

具体操作如下：

首先通过第一伸缩装置将活动加工台202活动调至其反向活动的行程端点，此时凸柱217、夹持臂222、以及排屑口211的圆心处于同一直线上，且两侧的弧形卡爪223间距最小；然后在排屑口211处放置一个当前待生产批次的钢圈，转动旋钮调节两侧的弧形卡爪223，使两侧的弧形卡爪223将该钢圈完全夹紧；

通过上述操作便可保证该批次的钢圈能够被两侧的弧形卡爪223完全夹持住。此外，请参阅图10、图11、以及图13，在活动加工台202上沿夹持臂222的长度方向上设置有校准刻度线，且夹持臂222的一侧设置有指针，以方便对当前夹持臂222的位置进行校核。

作为本发明再进一步的方案，请参阅图17和图18，所述精磨结构包括竖直设置在底架201一侧边缘的固定梁架228、竖直滑动在所述固定梁架228上部的升降梁架229、安装在所述升降梁架229顶部并正对排屑口211的精磨电机230；所述精磨电机230的输出轴上安装有渗硫100#型磨削轮，且磨削轮的规格与当前待加工的钢圈规格相匹配。

在底架201的侧壁上还安装有与第二感应结构通讯的升降开关226，所述升降梁架229通过第二伸缩装置227与固定梁架228连接，且升降开关226分别与第二伸缩装置227及精磨电机230配合。

在活动加工台202反向活动至其行程端点时触发第二感应结构，使得活动加工台202处于当前位置静止一段时间，此时两侧的夹持臂222将钢圈完全夹紧，第二感应结构向升降开关226发送讯号，使精磨电机230工作带动磨削轮转动，同时第二伸缩装置227带动升降梁架229顺着固定梁架228向下活动，以使精磨电机230及转动的磨削轮不断向被夹紧的钢圈靠近，对钢圈进行精磨；

在磨削轮向下活动至将要和凹道210贴合时，升降开关226再控制第二伸缩装置227驱动升降梁架229向上活动；当第二感应结构静止时间达到t₂后，第一伸缩装置带动活动加工台202正向活动，第二感应结构解除触发状态，并使精磨电机230停止工作。

作为本发明再进一步的方案，请参阅图17和图18，所述送出结构包括设置在所述底架201两侧的侧杆231、转动设置在所述侧杆231上端的止挡件232、以及设置在所述侧杆231靠近料箱208一面上的限位块233；

所述止挡件232下部接近所述活动加工台202的上表面，侧杆231设置在料箱208和排屑口211之间，止挡件233采用轻质的塑料材质所制。

在活动加工台202反向活动的过程中，处于排屑口211附近的钢圈能够带动轻质的止挡件233向靠近弧形卡爪223的方向上扬，以使钢圈越过止挡件233；

而在活动加工台202正向活动的过程中，两侧的弧形卡爪223松懈后的钢圈遇到止挡件233时，由于止挡件233受限位块233的约束并不能向靠近料箱208的方向上扬，故止挡件233会带动精磨后的钢圈顺着凹道210从活动加工台202上滑出，实现自动出料的功能。

本发明中的加工设备的具体工作过程如下：

1、预调试：在使用该设备之前，需要根据待加工的钢圈尺寸对凸柱217的偏心半径进行调节；

通过第一伸缩装置将活动加工台202调节至其反向活动的行程端点处，并关闭第二感应结构；此时凸柱217的圆心、夹持轮215的圆心、以及排屑口211的圆心处于同一直线上，且三者的连线与夹持臂222的中心线重合；两侧的弧形卡爪223处于完全夹紧的工位上；

然后在当前工位上转动旋钮对凸柱217距离夹持轮215的间距调节，使凸柱217靠近夹持轮215的中心，以驱动处于完全夹紧工位上的两个弧形卡爪223相互远离；两侧的旋钮转动角度必须相同，可通过观测两侧的夹持臂222上的指针对应活动加工台202上的校准刻度线位置，使两侧的弧形卡爪223对称；待两侧的弧形卡爪223之间的间距足够容纳当前待加工的钢圈时，向凹道210上靠近排屑口211的一处放置一个钢圈，反向转动两侧的旋钮，使凸柱217远离夹持轮215的中心，即两侧的弧形卡爪223相互靠拢，直至两侧的弧形卡爪223能够将钢圈完全牢固地夹持住。

最后再打开第二感应结构并关闭升降开关226，使设备自然运行，至第一伸缩装置带动活动加工台202正向活动一段距离；当第一伸缩装置带动活动加工台202正向活动一段距离并使钢圈完全从弧形卡爪223上松下后，关闭第一伸缩装置，将钢圈从活动加工台202上取下。

2、启动加工：向内腔中堆叠同批次同规格待加工的钢圈，然后再接通第一伸缩装置，第一伸缩装置带动活动加工台202从预调试阶段中的关闭位置开始正向活动；当推板207具有倾斜状的一端从穿口209靠近止挡件232的一侧穿入到内腔中时，推动内腔中最底层的一个钢圈从穿口209的另一侧水平推出；在推板207的完全贯穿穿口209时，第一感应结构被触发，活动加工台202和推板207在当前位置停留一段时间；钢圈从内腔中脱离，并掉落至活动加工台202上的凹道210中，且钢圈靠近排屑口211，钢圈相较于排屑口211更加靠近推板207。

停留时间达到第一感应结构中的计时器213设定的时间后，第一伸缩装置带动活动加工台202反向活动，使凹道210中的钢圈先越过止挡件232(止挡件232向靠近弧形卡爪223的方向上扬让位)；然后钢圈再不断向两侧的弧形卡爪223靠近；

在钢圈达到两侧的弧形卡爪223之间的位置时，翼板214上的连续齿牙开始与夹持轮215外周上的连续齿牙咬合，并通过凸柱217带动闭合滑道221和夹持臂222向钢圈靠近；当活动加工台202活动至其反向活动的行程端点时，翼板214边缘的连续齿牙带动夹持轮215外周上的一段齿牙转动了90°，翼板214边缘的连续齿牙的末端与夹持轮215外周上的一段齿牙的末端对应，使得夹持轮215和凸柱217转动了90°，两侧的弧形卡爪223之间的间距达到最小值并将钢圈完全夹持住，且定位在与排屑口211同心。

注意的是，在弧形卡爪223刚与钢圈接触时，会使钢圈相对凹道210滑动，在弧形卡爪223完全将钢圈夹持住时，即活动加工台202活动至其反向活动的行程端点时，钢圈刚好被夹持设置在凹道210上与排屑口211同心处。

在活动加工台202活动至其反向活动的行程端点的同时，滑套205触发第二感应结构，使活动加工台202处于当前位置静止一段时间，在此期间内，通过第二感应结构与升降开关226及精磨电机230配合使得精磨电机230在第二伸缩装置227的作用下先跟随升降梁架229顺着固定梁架228下降，并驱使磨削轮转动，对钢圈进行精磨；在磨削轮向下活动至将要和凹道210贴合时，升降开关226再控制第二伸缩装置227驱动升降梁架229向上活动，使得精磨电机230跟随升降梁架229顺着固定梁架228抬升至其初始位置，当精磨电机230抬升至其初始位置时，第二感应结构中的计时器213达到预设时间。

而后第一伸缩装置再次带动活动加工台202正向活动，且在活动加工台202正向活动的过程初期，翼板214上的齿牙与夹持轮215外周上的连续齿牙咬合带动夹持轮215和凸柱217反向转动，使两侧的弧形卡爪223相互远离，使钢圈松懈；当翼板214上的齿牙与夹持轮215外周上的齿牙脱离后，弧形卡爪223保持静止；而处于凹道210中的钢圈跟随活动加工台202向靠近料箱208的一侧活动；

在钢圈活动至与止挡件232贴合时，由于止挡件232受到限位块233的约束，使得止挡件232推动钢圈顺着凹道210从活动加工台202上滑出；

如此周而复始的运作，实现对每一钢圈的逐一精磨。

上述实施例是示范性的，而非限制性的，故在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明的技术方案均囊括在本发明内。

Claims (9)

1.一种高承载球轴承，包括外钢圈（101）和内钢圈（102），所述内钢圈（102）和外钢圈（101）之间沿滚道圆周均匀设置有多个钢球（104），其特征在于，所述外钢圈（101）的内侧和内钢圈（102）的外侧分别设置有外滚道（107）和内滚道（108），所述钢球（104）滚动设置在内滚道（108）和外滚道（107）之间，钢球（104）与内滚道（108）和外滚道（107）线接触；

所述外滚道（107）和内滚道（108）的曲率半径系数为0.5，且二者的截面半径与钢球（104）相同；所述外滚道（107）和内滚道（108）的截面半径加工公差为正公差；

所述外滚道（107）的边缘加工有外去应力圆倒角（109），内滚道（108）的边缘加工有内去应力圆倒角（110）；

所述外钢圈（101）的端面内侧边缘和内钢圈（102）的端面外侧边缘分别加工有外圆倒角（105）和内圆倒角（106）。

2.一种如权利要求1所述的高承载球轴承的设计成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，外钢圈与内钢圈毛坯核验，核验轴承钢毛坯表面的缺陷，并测量毛坯的内外径；

步骤二，设计计算，根据测得的毛坯内外径计算毛坯车削次数及加工余量，单次车削的吃刀量及进给量；

步骤三，车削，将毛坯装于数控车床上，按步骤二中的设计计算结果对毛坯进行车加工；包括外钢圈和内钢圈的端面，内外侧面，滚道车削；

步骤四，淬火回火处理，对钢圈进行马氏体淬火，常规回火，最后进行表面去除氧化皮处理；

步骤五，磨削加工，对钢圈进行双端面磨平，对滚道、钢圈内外侧面，滚道进行粗磨、精磨后再对滚道进行超精研磨；

步骤六，装配，将保持架，钢球铆装于退磁清洗过的内、外钢圈之间。

3.一种应用于如权利要求2所述的设计成型方法的精磨加工设备，其特征在于，包括底架（201）和可沿所述底架（201）长度方向水平正向和反向交替活动的活动加工台（202）；

在所述底架（201）的上方设置有料箱（208），料箱（208）的内腔呈空心圆柱状；在所述活动加工台（202）长度方向的一端上方设置有水平设置的推板（207），所述内腔底部沿底架（201）的长度方向开设有贯通所述料箱（208）的穿口（209），所述穿口（209）的宽度与内腔的直径相等；

所述推板（207）朝向所述料箱（208）的一端上部为倾斜状，推板（207）正对所述穿口（209）；所述活动加工台（202）靠近推板（207）的一段上设置有凹道（210），所述活动加工台（202）上还开设有贯通所述活动加工台（202）的排屑口（211），所述排屑口（211）与所述凹道（210）呈半圆状的一端同心；

活动加工台（202）和底架（201）之间还设置有夹持机构；所述夹持机构在所述活动加工台（202）反向活动至接近其反向活动的行程端点时，夹持机构对处于凹道（210）端部的钢圈夹紧并与排屑口（211）同心；

所述底架（201）远离料箱（208）的一端上方设置有精磨结构，所述精磨结构与所述夹持机构配合，所述精磨结构在所述夹持机构将钢圈完全夹紧时向下活动并靠近钢圈中心；

所述底架（201）上还设置有送出结构，所述送出结构与所述活动加工台（202）配合，所述送出结构用于在活动加工台（202）正向活动的过程中，将凹道（210）上完全松懈后的钢圈顺着凹道（210）从活动加工台（202）上送出。

4.根据权利要求3所述的精磨加工设备，其特征在于，所述底架（201）和活动加工台（202）之间设置有第一伸缩装置，所述第一伸缩装置沿所述底架（201）和活动加工台（202）的长度方向设置；

第一伸缩装置远离推板（207）的一端与底架（201）连接，另一端与活动加工台（202）连接；

活动加工台（202）上设置有滑套（205），滑套（205）与水平设置在底架（201）上的导杆（206）滑动配合，且导杆（206）沿底架（201）的长度方向设置；

底架（201）上安装有两组感应结构，分别为第一感应结构和第二感应结构，两组感应结构均与第一伸缩装置通讯；

第一感应结构安装在导杆（206）靠近动力缸（203）的一端，第二感应结构安装在导杆（206）远离动力缸（203）的一端；

感应结构包括设置在底架（201）上的计时器（213）和连接计时器（213）的行程开关（212），行程开关（212）与滑套（205）配合，且两组感应结构中的行程开关（212）相对设置。

5.根据权利要求4所述的精磨加工设备，其特征在于，所述夹持机构包括通过固定架（225）安装在所述底架（201）上的卡套（224）、沿所述底架（201）的宽度方向滑动设置在所述卡套（224）上的夹持臂（222）、设置在所述夹持臂（222）朝向活动加工台（202）中心处的弧形卡爪（223）、以及用于连接所述夹持臂（222）并与所述活动加工台（202）配合的驱动组件；

所述夹持机构为两组，分别沿活动加工台（202）的宽度方向设置在活动加工台（202）的两侧，且两组夹持机构对称设置。

6.根据权利要求5所述的精磨加工设备，其特征在于，所述驱动组件包括通过硅胶阻尼套转动设置在所述底架（201）远离料箱（208）一端侧边上的转轴（216）、同轴设置在所述转轴（216）上部的夹持轮（215）、可调节地设置在所述夹持轮（215）顶面偏心处的凸柱（217）、以及设置在所述夹持臂（222）远离弧形卡爪（223）一端并与所述凸柱（217）滑动卡合的闭合滑道（221）；

所述闭合滑道（221）垂直于所述夹持臂（222）；所述夹持轮（215）的外周上设置有一段连续齿牙，夹持轮（215）外周上连续的齿牙沿圆弧分布，且圆弧的弧度为90°；

所述活动加工台（202）的两侧各安装有一个翼板（214），翼板（214）朝向夹持轮（215）的一边上也设置有一段连续齿牙，且与夹持轮（215）外周上的连续齿牙适配。

7.根据权利要求6所述的精磨加工设备，其特征在于，所述凸柱（217）通过调节结构可调节的设置在所述夹持轮（215）顶面偏心处；

所述调节结构包括沿所述夹持轮（215）的径向转动设置在所述夹持轮（215）中的调节螺柱（218）、开设于所述夹持轮（215）顶面并与所述调节螺柱（218）平行的调节槽（219）、以及开设于夹持轮（215）底面并连通所述调节槽（219）的滑槽（220）；

所述凸柱（217）的底部设置有滑块，所述滑块与调节螺柱（218）螺纹配合，且滑块滑动设置在滑槽（220）中，凸柱（217）穿过调节槽（219）并凸出于夹持轮（215）的顶面，调节螺柱（218）的一端穿出夹持轮（215）并设置有旋钮。

8.根据权利要求4所述的精磨加工设备，其特征在于，所述精磨结构包括竖直设置在底架（201）一侧边缘的固定梁架（228）、竖直滑动在所述固定梁架（228）上部的升降梁架（229）、安装在所述升降梁架（229）顶部并正对排屑口（211）的精磨电机（230）；

在底架（201）的侧壁上还安装有与第二感应结构通讯的升降开关（226），所述升降梁架（229）通过第二伸缩装置（227）与固定梁架（228）连接，且升降开关（226）分别与第二伸缩装置（227）及精磨电机（230）配合。

9.根据权利要求3所述的精磨加工设备，其特征在于，所述送出结构包括设置在所述底架（201）两侧的侧杆（231）、转动设置在所述侧杆（231）上端的止挡件（232）、以及设置在所述侧杆（231）靠近料箱（208）一面上的限位块（233）；

所述止挡件（232）下部接近所述活动加工台（202）的上表面，侧杆（231）设置在料箱（208）和排屑口（211）之间，止挡件（233）采用轻质的塑料材质所制。

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