一种凸度圆柱滚子及其加工装置

技术领域

本发明涉滚子制造技术领域，特别是涉及了一种凸度圆柱滚子及其加工装置。

背景技术

在滚动轴承中圆柱滚子轴承是被广泛使用的一类轴承。现代圆柱滚子轴承从内部结构到使用材料上都进行了较大的改进钢材的改善、制造精度的提高、避免滚子端部应力集中、尤其是应用CAD、有限元分析技术对轴承进行几何与性能的优化设计对保待架结构和材料的研究和改进设计使得圆柱滚子轴承的寿命不断提高。通过挡边润滑理论的研究对加强型圆柱滚子轴承的挡边和滚子端面接触状态进行改进能够提高轴承轴向承载能力。在圆柱滚子轴承中滚子与滚道为线接触或修正线接触径向承载能力及径向刚度都比较高。与其它类型的轴承相比摩擦系数小适合高速运转。内外圆可分离的圆柱滚子轴承便与安装和维护。圆柱滚子轴承一般结构是一个套圈带双挡边另一个套圈无挡边或带一面挡边内外圆可分离。两套圈都带有挡边的圆柱滚子轴承可承受一定的轴向载荷。只有一个套圈带挡边的圆柱滚子轴承内外圆能够轴向相对移动可做自由端支撑使用。

直母线圆柱滚子与滚道接触时，由于滚子端部突变的倒角，在端部附近会产生奇异的接触压力分布，从而形成边缘应力效应，降低了滚子的承载能力和使用寿命，使得滚子滚动运动姿态不够稳定和安静，而滚子采用凸度设计的目的，就是要消除边缘应力效应，使外加载荷沿滚子长度方向尽可能均匀分布，从而提高接触副的接触疲劳寿命，因此亟需一种凸度圆柱滚子，用于解决上述技术问题。

并且在对圆柱滚子制造时，通常是采用外圆磨床的方式对滚子的外圆进行研磨，使滚子的外圆达到需要的母线形状，通过将圆柱形的原料安装在设备中，通过外圆磨床的磨头对滚子的外圆进行研磨，尤其是对于圆柱原料的两端磨削的量较多，例如在针对滚子两端弧形外圆的圆弧弧度为2000mm半径以内的滚子加工时，需要将滚子两端面的弧形外圆以外的部分进行磨削加工，并通过磨头进行加工，在长时间加工后，磨头逐渐发生磨损，并且位于磨头两端损耗较大，无法对滚子精确加工，需要对磨头进行打磨修正，或者更换新的磨头，极大的降低了加工效率，以及增加了生产成本。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种凸度圆柱滚子及其加工装置，对于通用单列圆柱滚子轴承，可采取滚子或(和)滚道带凸度的办法来降低边缘应力，优化设计采用滚子带凸度，得到的降低边缘应力的效果最好。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下所述的技术方案：

一种凸度圆柱滚子，其特征在于，其包括：滚子本体，所述滚子本体的滚子母线为对数母线，其中对数母线修型滚子方程为：

作为本发明提供的所述的一种凸度圆柱滚子的一种优选实施方式，所述滚子本体中

作为本发明提供的所述的一种凸度圆柱滚子的一种优选实施方式，所述滚子本体为轴承钢材质，所述滚子本体端面的凹穴直径ΔP＝0.5D

一种凸度圆柱滚子的加工装置，其特征在于，包括：

安装座，安装在装夹夹具上；

安装框，所述安装框的两端部通过定位转轴与安装座转动连接，所述安装框与定位转轴的端部滑动连接；

所述安装框的中部开设有安装孔，用于安装刀具，且刀具的刀刃朝向安装框的内侧，所述滚子本体安装在所述安装框的内侧。

作为本发明提供的所述的一种凸度圆柱滚子的加工装置的一种优选实施方式，所述定位转轴的端部固定有定位滑块，所述安装框上开设有与定位滑块滑动连接的滑槽，其中一个所述定位转轴的端部固定有拨动杆，所述拨动杆的另一端连接有与安装座转动连接的拨动板。

作为本发明提供的所述的一种凸度圆柱滚子的加工装置的一种优选实施方式，所述拨动板的端部通过锥齿轮组啮合有驱动杆二。

作为本发明提供的所述的一种凸度圆柱滚子的加工装置的一种优选实施方式，位于所述安装框上开设的滑槽的侧壁安装有齿条轨道，所述齿条轨道通过齿轮连接有调节杆，所述调节杆通过锥齿轮组啮合连接有连接杆，所述连接杆的另一端通过锥齿轮组啮合连接有驱动杆一。

作为本发明提供的所述的一种凸度圆柱滚子的加工装置的一种优选实施方式，所述驱动杆一和驱动杆二平行设置，所述驱动杆一和驱动杆二之间安装有驱动电机，所述驱动电机的驱动轴处通过连接块插接有双齿轮组，所述驱动杆一和驱动杆二分别设置有可与双齿轮组的上下端相啮合的驱动齿轮一和驱动齿轮二，所述双齿轮组的顶部安装有齿条一，所述齿条一的一侧啮合连接有控制盘。

作为本发明提供的所述的一种凸度圆柱滚子的加工装置的一种优选实施方式，所述调节杆为两段式结构，且其中一段调节杆上竖直插接有对接杆，另一段调节杆上开设有与对接杆相匹配的插槽，所述调节杆的外侧套接有控制板。

作为本发明提供的所述的一种凸度圆柱滚子的加工装置的一种优选实施方式，所述控制盘的转子通过齿圈两侧啮合有齿条二，且两个齿条二分别与控制板相连接。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

1、本发明提供的一种凸度圆柱滚子，滚子采用凸度设计的目的，就是要消除边缘应力效应，使外加载荷沿滚子长度方向尽可能均匀分布，从而提高接触副的接触疲劳寿命，在圆柱滚子轴承优化设计中推荐采用对数母线修形滚子，由于加工设备的限制，可采用圆弧修正线母线滚子代替，方便进行加工，在圆柱滚子轴承中滚子与滚道为线接触或修正线接触径向承载能力及径向刚度都比较高，与其它类型的轴承相比摩擦系数小适合高速运转。

2、本发明提供的一种凸度圆柱滚子的加工装置，通过将安装座安装在加工中心的刀具安装座上，并将滚子本体置于安装框的中部，且位于安装框上安装的刀具的刀刃与刀具相接触，此时的滚子本体安装在加工中心的主轴上的夹具中，并驱动滚子本体绕着其中心轴进行旋转，通过设置的定位转轴对安装框的端部进行限位，使得安装框的侧边摆动，从而带动刀具对滚子本体的两端的弧形外圆进行车削，对滚子本体的两端外圆进行初步加工；由于滚子本体两端加工研磨量较大，因此能够减少对精加工时磨头的损耗量，减少对磨头的更换和修正，降低生产成本，通过安装框与定位转轴的端部滑动连接，能够调整安装框侧边安装的刀具的刀刃与定位转轴之间的距离，改变切削余量，对滚子本体两端外圆车削出不同的余量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为典型凸度滚子引起的压力分布特征图；

图2为不同凸度滚子母线载荷分布图；

图3为滚子本体主视图；

图4为本发明提供的加工装置整体结构示意图一；

图5为本发明提供的加工装置整体结构示意图二；

图6为本发明提供的加工装置部分结构示意图；

图7为本发明提供的驱动杆一和调节杆结构示意图；

图8为本发明提供的驱动杆二和定位转轴结构示意图；

图9为本发明提供的调节杆和对接杆结构示意图；

图10为本发明提供的控制板和齿条二结构示意图。

图中标记说明如下：

1、滚子本体；2、刀具；3、安装框；4、安装座；5、控制盘；6、定位转轴；7、拨动杆；8、拨动板；9、齿条轨道；10、调节杆；11、驱动杆一；12、驱动电机；13、双齿轮组；14、驱动齿轮一；15、驱动齿轮二；16、连接杆；17、定位滑块；18、齿条一；19、控制板；20、驱动杆二；21、齿条二；22、对接杆。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种凸度圆柱滚子及其加工装置，其应用于滚子制造技术领域。

具体地，请参考图1和图2，一种凸度圆柱滚子，其包括：所述滚子本体1的滚子母线为对数母线，其中对数母线修型滚子方程为：

本发明提供的一种凸度圆柱滚子，滚子采用凸度设计的目的，就是要消除边缘应力效应，使外加载荷沿滚子长度方向尽可能均匀分布，从而提高接触副的接触疲劳寿命，在圆柱滚子轴承优化设计中推荐采用对数母线修形滚子，由于加工设备的限制，可采用圆弧修正线母线滚子代替，方便进行加工，在圆柱滚子轴承中滚子与滚道为线接触或修正线接触径向承载能力及径向刚度都比较高。与其它类型的轴承相比摩擦系数小适合高速运转。

请参考图4-图10，一种凸度圆柱滚子的加工装置，其特征在于，包括：安装座4，安装在装夹夹具上；安装框3，所述安装框3的两端部通过定位转轴6与安装座4转动连接，所述安装框3与定位转轴6的端部滑动连接；所述安装框3的中部开设有安装孔，用于安装刀具2，且刀具2的刀刃朝向安装框3的内侧，所述滚子本体1安装在所述安装框3的内侧。

本发明提供的一种凸度圆柱滚子的加工装置，通过将安装座4安装在加工中心的刀具2安装座4上，并将滚子本体1置于安装框3的中部，且位于安装框3上安装的刀具2的刀刃与刀具2相接触，此时的滚子本体1安装在加工中心的主轴上的夹具中，并驱动滚子本体1绕着其中心轴进行旋转，通过设置的定位转轴6对安装框3的端部进行限位，使得安装框3的侧边摆动，从而带动刀具2对滚子本体1的两端的余料进行进行车削切除，对滚子本体1的两端外圆进行初步加工；

由于滚子本体1两端加工研磨量较大，因此能够减少对精加工时磨头的损耗量，减少对磨头的更换和修正，降低生产成本，通过安装框3与定位转轴6的端部滑动连接，能够调整安装框3侧边安装的刀具2的刀刃与定位转轴6之间的距离，改变切削余量，对滚子本体1两端外圆车削出不同的余量，满足不同的加工需求。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

实施例1

请参考图1和图2，其中

另外，在圆柱滚子轴承优化设计中推荐采用对数母线修型滚子，由于加工设备的限制，可采用圆弧修正线母线滚子代替；其中，圆弧修正线母线修型滚子方程为：对于专用轴承滚子凸度为：

凸度偏小时不足以消除边缘应力集中，凸度偏大时又出现两端不接触，中部应力高两者都不好。最佳凸度不仅要根据实际载荷进行计算还应该通过实验和使用经验来确定。

典型的凸度滚子引起的压力分布特征如附图1所示，图1b为圆弧全凸型滚子，其母线是一段圆弧线。轻载时，接触状态近于点接触.滚子的稳定性较差，容易发生偏斜:当载荷增大时，可以使滚子全长进入接触且不发生边缘应力效应，滚子中部往往有较高的压力峰。因此，全凸型滚子存在接触压力集中。图1c所示圆弧修缘型滚子凸型，滚子母线中部为直线，两端是两段修缘圆弧，在圆弧与直线相交处有明显的几何交点。这种滚子的工作长度也是随载荷变化的，滚了全长进入接触且不发生边缘效应，稳定性比全凸型滚子好。图1d所示为Lundberg对数型圆柱滚子凸型，它来源于瑞典科学家Lundberg的研究结果。早在1937年，Lundberg对线接触条件下的圆柱体表面廓形及接触压力分布进行了深入的理论分析。对常用轴承钢GCr15，k

将滚子轴承中滚子与滚道接触副简化为三维有限长弹性线接触模型，用数值法计算接触表面压力分布，计算结果于附图2所示，图中所示是同一规格的滚子承受相同大小载荷时，其中：1-直母线滚子、2-对数母线滚子、3-圆弧修缘母线滚子、4-全圆弧母线滚子，仅不同凸型，沿滚子长度方向线载荷分布的比较可以看出，Lundberg对数凸型实现了均匀的线载荷分布，圆弧全凸型和圆弧修缘凸型消除了边缘效应，但仍存在应力集中。

因此，在圆柱滚子轴承优化设计中推荐采用对数母线修形滚子，由于加工设备的限制，可采用圆弧修正线母线滚子代替，并如图3所示的滚子本体1的结构。

由于通过传统的磨头对滚子本体1的外圆进行研磨，研磨处需要的母线尺寸，在对滚子本体1两端弧形面加工时，其研磨量较多，因此对磨头的损耗也较大，为了减少高精度加工磨头的损耗，给出了如下实施例：

在本实施例中，请参考图4-图5，一种凸度圆柱滚子的加工装置，包括：安装座4和安装框3，安装座4安装在装夹夹具上，通过将安装座4安装在加工中心的刀具2安装座4上；安装框3的中部开设有安装孔，用于安装刀具2，且刀具2的刀刃朝向安装框3的内侧，滚子本体1安装在安装框的内侧。

值得一提的是，请参考图6-图8，安装框3的两端部通过定位转轴6与安装座4转动连接，安装框3与定位转轴6的端部滑动连接，定位转轴6的端部固定有定位滑块17，安装框3上开设有与定位滑块17滑动连接的滑槽，通过定位转轴6的转动带动定位滑块17进行摆动，从而带动安装框3进行周期性摆动，由于定位滑块17与安装框3上开设的滑槽滑动连接，因此通过定位滑块17带动定位转轴6沿着滑槽移动，能够调整刀具2的刀刃与定位转轴6之间的距离，改变切削余量，对滚子本体1两端的余料进行进行车削切除，满足不同的加工需求。

另外，其中一个定位转轴6的端部固定有拨动杆7，拨动杆7的另一端连接有与安装座4转动连接的拨动板8，拨动板8的端部通过锥齿轮组啮合有驱动杆二20，通过驱动杆二20的周期性转动能够带动拨动板8的一端摆动，由于拨动板8的端部与拨动杆7的端部相连接，能够带动拨动杆7和定位转轴6进行周期性摆动，从而带动刀具2对滚子本体1的两端进行车削，对滚子本体1的两端的余料进行进行车削切除；由于滚子本体1两端加工研磨量较大，因此能够减少对精加工时磨头的损耗量，减少对磨头的更换和修正，降低生产成本。

实施例2

对实施例1提供的一种凸度圆柱滚子的加工装置进一步优化，具体地，如图6和图7所示，位于安装框3上开设的滑槽的侧壁安装有齿条轨道9，齿条轨道9通过齿轮连接有调节杆10，调节杆10通过锥齿轮组啮合连接有连接杆16，连接杆16的另一端通过锥齿轮组啮合连接有驱动杆一11，通过驱动杆一11的转动带动啮合的锥齿轮组转动，从而带动两端的连接杆16转动，当需要调整切削余量时，通过连接杆16的转动带动调节杆10转动，从而通过调节杆10与安装框3上齿条轨道9啮合，从而调整安装框3的位置，便于进行自动调节，通过驱动杆一11的转动能够进行自动控制，方便操作。

值得一提的是，如图6-图8所示，驱动杆一11和驱动杆二20平行设置，驱动杆一11和驱动杆二20之间安装有驱动电机12，驱动电机12的驱动轴处通过连接块插接有双齿轮组13，驱动杆一11和驱动杆二20分别设置有可与双齿轮组13的上下端相啮合的驱动齿轮一14和驱动齿轮二15，双齿轮组13的顶部安装有齿条一18，齿条一18的一侧啮合连接有控制盘5，通过单个驱动电机12带动双齿轮组13转动，通过控制双齿轮组13在驱动齿轮一14和驱动齿轮二15之间移动，并分别与驱动齿轮一14和驱动齿轮二15啮合，能够单独控制驱动杆一11和驱动杆二20移动，方便进行单电机操作控制，并且通过转动控制盘5带动控制盘5上安装的转轴与齿条一18相啮合，从而实现的对双齿轮组13的上下控制，由于驱动电机12的驱动轴处通过连接块插接有双齿轮组13，双齿轮组13在上下移动过程中始终与驱动电机12的驱动轴相联动。

实施例3

对实施例2提供的一种凸度圆柱滚子的加工装置进一步优化，如图8-图10所示，调节杆10为两段式结构，方便在调节杆10转动完成对安装框3控制时，两段调节杆10能够正常错位，安装框3能够正常进行摆动，分段结构的调节杆10一段与安装框3连接，另一段与安装座4连接，且其中一段调节杆10上竖直插接有对接杆22，另一段调节杆10上开设有与对接杆22相匹配的插槽，调节杆10的外侧套接有控制板19，优选得可通过将调节杆10外侧套接与对接杆22相连接的轴套，并且轴套的外侧通过轴承与控制板19相连接，能够通过控制板19控制对接杆22插入到另一段调节杆10上开设的插槽中，实现两者的对接，反之，控制板19移动能够控制对接杆22脱离插槽，能够使得两段调节杆10独立运动。

另外，控制盘5的转子通过齿圈两侧啮合有齿条二21，且两个齿条二21分别与控制板19相连接，通过转动控制盘5带动双齿轮组13向与驱动杆二20相连接的驱动齿轮二15啮合时，此时两个齿条二21会带动控制板19移动，控制两段调节杆10分离独立运动，因此驱动电机12能够通过驱动驱动杆二20带动定位转轴6和安装框3进行周期性摆动，方便通过转动控制盘5实现联动控制。

本发明提供的一种凸度圆柱滚子的加工装置的使用过程如下：通过将安装座4安装在加工中心的刀具2安装座4上，并将滚子本体1置于安装框3的中部，且位于安装框3上安装的刀具2的刀刃与刀具2相接触，此时的滚子本体1安装在加工中心的主轴上的夹具中，并驱动滚子本体1绕着其中心轴进行旋转，通过设置的定位转轴6对安装框3的端部进行限位，使得安装框3的侧边摆动，从而带动刀具2对滚子本体1的两端外圆多余部分进行车削，对滚子本体1的两端外圆进行初步加工，通过安装框3与定位转轴6的端部滑动连接，能够调整安装框3侧边安装的刀具2的刀刃与定位转轴6之间的距离，改变切削余量，对滚子本体1两端外圆车削出不同的余量。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

显然，以上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，附图中给出了本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围。本发明可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。