CN1865725A - 椭圆滚道的单排球式回转支承及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种椭圆滚道的单排球式回转支承。其主要特点是将单排球式回转支承的滚道型式改为椭圆形，椭圆滚道的长半轴、短半轴参数可以根据钢球曲率半径、滚道与钢球接触点的曲率半径和接触角计算出。椭圆滚道的长半轴、短半轴计算公式如上。该发明回转支承可显著提高工作性能和寿命，回转支承的承载能力可以提高33％。

Description

椭圆滚道的单排球式回转支承及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种具有椭圆滚道的单排球式回转支承及其加工方法。

背景技术

回转支承作为工程机械和建筑机械的重要基础元件，是一切两部分之间需作相对回转、又需要同时承受轴向力、径向力、倾覆力矩的机械所必需的重要传力元件，除为挖掘机、塔吊、汽车吊及各类起重机配套外，还广泛应用于轻工机械、港口机械、冶金机械、医疗机械、工业机器人、隧道掘进机、堆取料机、游艺设备、导弹发射架、雷达天线等。回转支承按其结构型式分为四大类：单排球式，三排柱式，交叉滚柱式，双排球式。滚道中心直径在2米以内的回转支承，首选型式为单排球式，目前单排球式占市场的90％以上。现在通用的单排球式回转支承的滚道型式为桃形即为双圆弧双圆心(见附图1)，R/r＞1，上下滚道对称。滚道淬火硬度、淬硬层深度、滚道曲率半径和接触角是影响桃形滚道回转支承的承载能力和使用寿命的四个重要参数。滚道淬火硬度受钢球表面硬度限制只能为55～60HRC，从这方面提高承载能力作用有限；淬硬层深度只要大于规定值即可，加深淬硬层深度除了会提高淬火成本外，并不能在提高承载能力方面有大的作用；接触角增大会增加滚道边口压溃的可能，也不宜通过增大接触角的方法来提高回转支承的承载能力；滚道曲率半径与钢球半径的比值一般为1.04～1.08，比值越小承载能力越大，但是比值越小滚道形状精度的控制难度越大。在现有的工艺条件下，不能通过减小滚道曲率比的方法来提高回转支承的承载能力。

发明内容

本发明目的是提供一种提高滚道承载能力，进而提高回转支承的工作性能和寿命的椭圆滚道的单排球式回转支承及其加工方法。

本发明椭圆滚道的单排球式回转支承是这样设计的。将单排球式回转支承的滚道型式改为椭圆形，椭圆滚道的长半轴、短半轴参数可以根据钢球曲率半径、滚道与钢球接触点的曲率半径和接触角计算出。椭圆滚道的长半轴、短半轴计算公式如下：

$a=\frac{2r\·{\sin }^2\mathrm{\β}\sqrt{t}}{2-2t\·{\cos }^2\mathrm{\β}}$

$b=\sqrt{\frac{{2r}^2{\sin }^2\mathrm{\β}}{2-2t\·{\cos }^2\mathrm{\β}}}$

上式中：a——椭圆滚道的长半轴；

        b——椭圆滚道的短半轴；

        r——钢球曲率半径；

        t——滚道与钢球接触点的曲率半径R与钢球曲率半径r的比值，R/r；

        β——钢球与滚道的接触角。

参数t、β可凭经验选取，一般曲率比t取值范围为：1.02～1.10，接触角β取值范围为35°～50°。

椭圆滚道的单排球式回转支承的加工：

(1)根据计算所得到的椭圆滚道的长半轴a、短半轴b，采用数控车床对椭圆滚道进行半精加工；

(2)滚道淬火采用中频感应淬火；

(3)应用数控滚道专用磨床对椭圆滚道进行成形磨削。

研究表明，将桃形滚道改成椭圆形，滚道形状精度更易控制，并且由于椭圆滚道是变曲率的滚道，在接触角变化时，接触点的滚道曲率做相应的改变，因此能够改善钢球和滚道的接触应力状态，提高滚道承载能力，进而提高回转支承的工作性能和寿命。采用椭圆滚道后，在滚道淬火硬度、淬硬层深度和接触角相同的情况下，回转支承的承载能力可以提高33％。

附图说明

图1是现有的单排球式回转支承的滚道形状示意图。

图2是本发明单排球式回转支承的椭圆滚道形状示意图。

具体实施方式

从图2可以看出，单排球式回转支承的滚道型式设计为椭圆形。当单排球式回转支承的滚道参数取值为：钢球曲率半径r＝9.922mm、接触点的滚道曲率半径与钢球曲率半径的比值t＝1.04和接触角β＝50°。根据如下公式：

$a=\frac{2r\·{\sin }^2\mathrm{\β}\sqrt{t}}{2-2t\·{\cos }^2\mathrm{\β}}$

$b=\sqrt{\frac{{2r}^2{\sin }^2\mathrm{\β}}{2-2t\·{\cos }^2\mathrm{\β}}}$

求出椭圆滚道的长半轴a＝10.412mm、短半轴b＝10.065mm

按照以上计算得到的尺寸，首先是应用数控车床进行该种椭圆形滚道的半精加工。数控车削的滚道曲面形状规则、表面粗糙度低、滚道边口圆弧倒角半径一致，且与滚道面平滑连接。规则的滚道曲面，使淬硬层深度均匀成为可能，平滑连接的倒角避免了淬火时的“尖角效应”，根除了滚道边口易淬裂的缺陷。数控车削的椭圆滚道曲面，除表面粗糙度外，其余尺寸与磨削后的滚道曲面完全一致，因此滚道的磨削余量很小。

然后应用中频感应加热的方法对半精加工的椭圆滚道进行表面热处理，淬火硬度为55～60HRC，淬硬层深度大于2.8mm。

最后对回火后的椭圆滚道进行成形磨削加工。成形磨削中最重要的是砂轮修整，利用数控滚道专用磨床的三坐标联动装置通过程序控制砂轮的修整成型能达到很好的效果。从原理上避免了对刀和近似修整而产生的误差，滚道形状和原始接触角得到有效保证。数控滚道专用磨床的位置控制精度可以满足磨削加工中的微量进给，提高滚道的加工精度。

Claims (2)

1、一种椭圆滚道的单排球式回转支承，其特征是：该单排球式回转支承的滚道型式设计为椭圆形，椭圆滚道的长半轴、短半轴参数计算公式如下：

$a=\frac{2r\·{\sin }^2\mathrm{\β}\sqrt{t}}{2-2t\·{\cos }^2\mathrm{\β}}$

$b=\sqrt{\frac{{2r}^2{\sin }^2\mathrm{\β}}{2-2t{\·\cos }^2\mathrm{\β}}}$

上式中：a——椭圆滚道的长半轴；

        b——椭圆滚道的短半轴；

        r——钢球曲率半径；

        t——滚道与钢球接触点的曲率半径R与钢球曲率半径r的比值，R/r；

        β——钢球与滚道的接触角。

参数t、β可凭经验选取，一般曲率比t取值范围为：1.02～1.10，接触角β取值范围为35°～50°。

2、根据权利要求1所述的椭圆滚道的单排球式回转支承的加工方法，其加工方法是：

(1)单排球式回转支承滚道的设计计算，椭圆滚道的长半轴a、短半轴b参数计算公式如下：

$a=\frac{2r\·{\sin }^2\mathrm{\β}\sqrt{t}}{2-2t\·{\cos }^2\mathrm{\β}}$

$b=\sqrt{\frac{{2r}^2{\sin }^2\mathrm{\β}}{2-2t{\·\cos }^2\mathrm{\β}}}$

上式中：a——椭圆滚道的长半轴；

        b——椭圆滚道的短半轴；

        r——钢球曲率半径；

        t——滚道与钢球接触点的曲率半径R与钢球曲率半径r的比值，R/r；

        β——钢球与滚道的接触角。

参数t、β可凭经验选取，一般曲率比t取值范围为：1.02～1.10，接触角β取值范围为35°～50°；

(2)根据计算所得到的椭圆滚道的长半轴a、短半轴b，采用数控车床对椭圆滚道进行半精加工；

(3)滚道淬火采用中频感应淬火；

(4)应用数控滚道专用磨床对椭圆滚道进行成形磨削。

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