CN1807910A - 工程对数圆柱滚子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程对数圆柱滚子。圆柱滚子支承面的母线形状为由中部向两侧均为一条对称的对数曲线组成，对数曲线母线中部微微凸起，向两侧缓慢减小，对数曲线母线的两端与两倒角圆弧光滑连接。本发明消除圆柱滚子接触中的边缘效应，使接触压力沿轴线方向均匀分布，提高滚子接触副的承载能力和刚性；使得圆柱滚子端部能够形成润滑油膜，使滚动时摩擦和磨损减小；良好的润滑性能使圆柱滚子滚动时的振动和噪声降低，提高运转的平稳性；使圆柱滚子对偏斜的承受能力提高，装入轴承后轴承对恶劣工作环境的适应性得到提高；本发明同样适用于滚针。本发明不仅适用于轴承行业，而且也适用于任何承受重载荷的其它线接触机械零件。

Description

工程对数圆柱滚子

技术领域

本发明涉及滚动轴承的零件，具体涉及一种工程对数圆柱滚子。

背景技术

圆柱滚子轴承和滚针轴承中，圆柱滚子和滚针支承面的技术方案一般采用圆柱表面，母线为直线，两端带倒角。载荷作用下，边缘效应的作用使滚子两端产生严重的应力集中，与轴承滚道之间不能形成润滑油膜，尖锐的应力峰作用和金属间的直接接触使材料磨损和疲劳剥落。存在安装误差或相关零件变形时，滚子与轴承滚道之间出现偏斜，应力集中更加严重。其存在的问题是：承受载荷的能力低，摩擦和磨损严重，振动大，噪声高，使用寿命和可靠性低。为了消除这些缺点，曾经出现圆弧凸度和修正线凸度两种技术方案。圆弧凸度方案使圆柱滚子的线接触特性变成点接触，滚子中部发生应力集中，两侧材料不能均衡使用。修正线凸度方案同样不能完全解决局部应力集中问题。理论研究和工程实践均证明对轴承性能的改进作用十分局限。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种工程对数圆柱滚子，它克服了现有技术的不足。

本发明采用的技术方案是：圆柱滚子支承面的母线形状为由中部向两侧均为一条对称的对数曲线组成，对数曲线在母线中部凸起，向两侧减小，对数曲线母线的两端与两倒角圆弧光滑连接。

所述的对数曲线为：

$y=R-K\ln \frac{1}{(1-{\left(\frac{x}{l}\right)}^2)}---\left|x\right|\≤l_0$

式中，x：沿圆柱滚子轴线的坐标，y：沿圆柱滚子径向的坐标，R：圆柱滚子的半径，K：与圆柱滚子的几何特性、材料特性和设计载荷有关的系数，l：圆柱滚子有效长度的的一半，等于圆柱滚子长度的一半减去一个倒角的尺寸，l₀：滚子设计长度的一半，且

$l_0=l{(1-0.30325\frac{b}{l})}^{0.5}$

式中，b：Hertz接触半宽度。

本发明具有的有益的效果是：

1.消除圆柱滚子接触中的边缘效应，也即端部的应力集中，使接触压力沿轴线方向均匀分布，提高滚子接触副的承载能力和刚性，装入轴承后使轴承的接触疲劳寿命和可靠性得到提高；

2.使得圆柱滚子端部能够形成润滑油膜，也即包括端部在内滚子接触副表面之间能被完整的润滑油膜分隔开，使滚动时摩擦和磨损减小，装入轴承后使轴承的发热减少，能耗降低，精度保持性提高；

3.良好的润滑性能使圆柱滚子滚动时的振动和噪声降低，也即消除金属材料直接接触引起的杂音和震动，提高运转的平稳性，装入轴承后轴承的运转性能稳定，减小对周围环境的干扰和污染；

4.使圆柱滚子对偏斜的承受能力提高，也即安装或变形使圆柱滚子相对于接触体偏斜时依然能保持较高的承载能力，装入轴承后轴承对恶劣工作环境的适应性得到提高。

本发明同样适用于滚针。本发明的圆柱滚子和滚针主要应用于各类承受重载荷的圆柱滚子轴承和滚针轴承，如金属轧机的轧辊轴承，铁路车辆的轴箱轴承，汽车轮毂轴承，造纸机轴承，矿山和重型机械轴承等。其它承受重载荷的线接触机械零件，如齿轮，轧机中的轧辊等也同样可以参照应用本技术方案。

附图说明

图1是本发明工程对数圆柱滚子的示意图和坐标系；

图2是本发明工程对数圆柱滚子支承面对数母线的放大示意图；

图3是工程对数圆柱滚子的接触压力分布。

图中：1、圆柱滚子，2、母线，R、圆柱滚子的半径，l、圆柱滚子的半有效长度，r、倒角圆弧半径。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，本发明的圆柱滚子1支承面的母线2形状为由中部向两侧均为一条对称的对数曲线组成，对数曲线在母线2中部微微凸起，向两侧缓慢减小，对数曲线母线的两端与两倒角圆弧光滑连接。

所述的对数曲线为：

$y=R-K\ln \frac{1}{(1-{\left(\frac{x}{l}\right)}^2)}---\left|x\right|\≤l_0$

式中，x：沿圆柱滚子轴线的坐标，y：沿圆柱滚子径向的坐标，R：圆柱滚子的半径，K：与圆柱滚子的几何特性、材料特性和设计载荷有关的系数，l：圆柱滚子有效长度的的一半，等于圆柱滚子长度的一半减去一个倒角的尺寸，l₀：滚子设计长度的一半，且

$l_0=l{(1-0.30325\frac{b}{l})}^{0.5}$

式中，b：Hertz接触半宽度。

设计载荷作用时，滚子全长接触，接触压力沿轴线均匀分布，如图3所示。

通过机械加工得到的工程对数圆柱滚子的制造精度用形状误差和对称度误差来评定。

形状误差：

$\mathrm{err}1=\sqrt{\frac{\underset{i=-n}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-{\stackrel{\‾}{y}}_0)}^2}{(2n+1)}}$

对称度误差：

$\mathrm{err}2=|\sqrt{\frac{\underset{i=-n}{\overset{0}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-{\stackrel{\‾}{y}}_0)}^2}{n+1}}-\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-{\stackrel{\‾}{y}}_0)}^2}{n+1}}|$

式中，y_i：圆柱滚子半径的测量值，y_i：圆柱滚子半径的设计值，(2n+1)：长度2l₀上等步长采样的样本数。

本发明不仅适用于圆柱滚子轴承中的圆柱滚子，同时也适用于滚针轴承中的滚针，其它承受重载荷的线接触机械零件，如齿轮，轧机中的轧辊等也同样可以参照应用本技术方案。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1、一种工程对数圆柱滚子，其特征在于：圆柱滚子(1)支承面的母线(2)形状为由中部向两侧均为一条对称的对数曲线组成，对数曲线母线(2)中部凸起，向两侧减小，对数曲线母线的两端与两倒角圆弧光滑连接。

2、根据权利要求1所述的一种工程对数圆柱滚子，其特征在于所述的对数

$y=R-K\ln \frac{1}{(1-{\left(\frac{x}{l}\right)}^2)}$ |x|≤l₀

曲线为：

式中，x：沿圆柱滚子轴线的坐标，y：沿圆柱滚子径向的坐标，R：圆柱滚子的半径，K：与圆柱滚子的几何特性、材料特性和设计载荷有关的系数，l：圆柱滚子有效长度的的一半，等于圆柱滚子长度的一半减去一个倒角的尺寸，l₀：滚子设计长度的一半，且

式中，b：Hertz接触半宽度。

$l_0=l{(1-0.30325\frac{b}{l})}^{0.5}$

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