[發明專利]一種圓錐滾子軸承的修形方法及滾子軸承

有效

• 申請號: 201810475193.4
• 申請日: 2018-05-17
• 公開（公告）號: CN110502765B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 邱明;牛振華;張瑞;龐曉旭;杜輝;李迎春
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 韓天寶

本發明涉及軸承應用技術領域，特別是一種圓錐滾子軸承的修形方法及滾子軸承，該滾子軸承通過一種修形方法修形后得到，該修形方法利用對數曲線對以滾子與滾道接觸點為原點的沿接觸線長度方向延伸設定長度的部分進行修形，利用二次多項式曲線對延伸設定長度之外的剩余部分進行修形，再通過物理仿真對滾子軸承進行仿真計算確定二次多項式方程的最佳參數，根據最佳參數對應的修形曲線方程對軸承進行修形，實現對圓錐滾子軸承的修形，防止軸承偏載時端部接觸應力過于集中，解決了現有對數修形的圓錐滾子軸承在嚴重偏載情況下出現一端接觸應力集中導致軸承使用壽命受限的問題。

技術領域

本發明涉及軸承應用技術領域，特別是一種圓錐滾子軸承的修形方法及滾子軸承。

背景技術

修形滾子軸承正在很多重要領域取代傳統的直母線滾子軸承，傳統的直母線滾子軸承的滾動體與滾道間的早期接觸疲勞點蝕常常發生在滾子或滾道上靠近滾子端部的區域，這是因為直母線滾子軸承在受載后滾動體兩端存在邊界應力集中，即“邊緣效應”。研究表明軸承的壽命與應力的7次方成反比，“邊緣效應”的產生使軸承的疲勞壽命大大降低，為了克服這種“邊緣效應”，人們進行了大量的理論分析和實驗研究。早在十九世紀30年代末Lundberg就提出了母線修形的基本理論，直至二十世紀60年代SKF軸承公司進一步發展了滾子軸承的修形技術，通過使用特殊的滾子外廓曲面可以避免或降低滾動體和內外圈接觸引起的邊緣應力集中。

目前，工程中采用的修形曲線主要有：圓弧曲線、直線加圓弧(滾子母線中部為直線，兩端是圓弧)和對數曲線。有中國專利公告號為了CN103810354B的專利文獻公開了一種圓柱滾子軸承對數修形曲線的優化設計方法，首先將對數修形曲線方程簡化變形，針對簡化變形的對數修形曲線方程進行處理，使優化設計轉化為對簡化變形的對數修形曲線方程式中一個參數的優化問題，得到最佳修形曲線，然而通過對數曲線對圓錐滾子軸承進行修形，雖然中部比較平緩，但是端部曲率增長較大，對于這樣的圓錐滾子軸承在嚴重偏載情況下還是會出現一端接觸應力集中現象，因此，單純的對數修形無法完全解決圓錐滾子軸承的應力集中而問題，導致軸承的承載能力和使用壽命受限。

發明內容

本發明的目的是提供一種圓錐滾子軸承的修形方法及滾子軸承，用以解決現有對數修形的圓錐滾子軸承在嚴重偏載情況下出現一端接觸應力集中導致軸承使用壽命受限的問題。

為了實現對圓錐滾子軸承的修形，防止軸承偏載時端部接觸應力過于集中，解決現有對數修形的圓錐滾子軸承在嚴重偏載情況下出現一端接觸應力集中導致軸承使用壽命受限的問題，本發明提供一種圓錐滾子軸承的修形方法，利用對數曲線對以滾子與滾道接觸點為原點的沿接觸線長度方向延伸設定長度的部分進行修形，利用二次多項式曲線對延伸設定長度之外的剩余部分進行修形。

進一步地，對數曲線和二次多項式曲線疊加的修形曲線方程為：

其中，x是以滾子與滾道接觸點為原點沿接觸線長度方向的坐標值，y是橫坐標值x所對應的徑向坐標值，L_we為滾子接觸有效長度，L′_we為對數修形有效長度即所述設定長度，r為滾子倒角半徑，P為接觸全載荷，γ₁和γ₂分別為接觸元件1和接觸元件2的泊松比，E₁和E₂分別為接觸元件1和接觸元件2的彈性模量，a、b、c分別為二次多項式方程的參數。

進一步地，根據對數曲線方程與二次多項式方程在偏載應力突變坐標點(x₀,y₀)的曲線斜率和曲線數值相同，得到二次多項式方程的參數關系如下：

其中，

進一步地，將修形曲線的優化設計問題轉化為修形曲線方程式中多個參數的優化，通過物理仿真得到二次多項式參數與接觸應力分布規律曲線的變化關系，經過比對得到與被修形元件對應的最佳參數，該最佳參數對應的修形曲線即為最佳修形曲線。