一种弧面滚子球托结构

技术领域：

本发明属于机械设备制造技术领域，具体涉及一种基于滚动轴承滚道的弧面滚子球托结构，能够模拟滚动轴承中滚动体与滚动轨道之间的润滑状况。

背景技术：

滚动轴承是机械装备的关键基础零部件，能够将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失，一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成，内圈与轴配合并与轴一起旋转，外圈与轴承座配合，起支撑作用，滚动体借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命，保持架能使滚动体均匀分布，引导滚动体旋转起润滑作用，支承转动的轴及轴上零件，并保持轴的正常工作位置和旋转精度。其润滑特性影响着装备整机运行可靠性，传统的球-盘接触方式常用来等效模拟滚动轴承滚动体与内外圈的接触，并在理论和实验上分析其润滑特性。球-盘接触方式以玻璃盘或玻璃环替代轴承内外圈，以钢球替代滚动体，辅以激光器、显微镜、CCD捕捉到光干涉图像，通过实时的光干涉图像和DIIM技术处理图像得到润滑接触区的油膜厚度，进而定量分析接触区内的润滑状态。球-盘试油膜测量装置中钢球的支撑与加载往往是由球托实现的，如图1所示，常见的球托结构有双V形轴承结构及4-滚动轴承结构，可以保障钢球的转动，如图2和图3所示。

但是，球-盘接触方式忽略了轴承滚道弧面对润滑剂流动分布的影响，且钢球支撑方式刻意回避了钢球与球托的滚道接触，导致难以复现真实轴承中滚动体与内外圈之间的接触几何特性，然而，滚动轴承运行的大部分工况处于乏油润滑状态下，润滑剂向滚道的回填会对润滑状态产生明显影响，而滚道接触弧面是决定润滑剂回填的重要因素之一，传统球-盘接触方式无法满足这方面的测试要求。因此，针对球-盘接触方式的测量局限性，基于滚动轴承的滚动体与其内外圈几何接触特征，研发设计一种带有曲率的弧面滚子球托，在复现轴承真实接触的基础上，观察由该接触几何特征引起的润滑剂回填现象，具有重要的意义。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种弧面滚子球托结构，复现滚动轴承滚动体与内外圈的几何接触特征，观察润滑剂的回填特性及其对润滑状态的影响。

为了实现上述目的，本发明涉及的弧面滚子球托结构的主体结构包括底座、压块、主轴、滚动轴承、压紧螺母和弧面滚子；底座与压块之间设置有两个互相平行的主轴，主轴上套设有滚动轴承4和压紧螺母，滚动轴承的外侧套设有弧面滚子。

本发明涉及的底座与压块螺栓式连接；主轴的材质为45号钢；压紧螺母为M14*1.5。

本发明涉及的压紧螺母只对滚动轴承的内圈进行压紧，不对弧面滚子进行压紧，不影响弧面滚子的转动，弧面滚子的定位依靠与滚动轴承的过渡配合。

本发明与现有技术相比，主要由支架、弧面滚子和压块组成，能够模拟滚动轴承中滚动体与滚动轨道之间的润滑状况，改变弧面滚子的数量和曲率半径能够模拟实际轴承滚珠与轨道之间的几何尺寸效应，探究轴承运动状态下滚动体与轴承内外圈接触附近油池的分布形态及其对润滑状态的影响，通过试验和观察，证明球托可用于模拟和分析轴承滚动体与滚道间的润滑剂流动分布；其结构简单，原理科学可靠，能够准确快速获取滚动轴承滚动体与内外圈接触曲率对油池分布、润滑剂回填和润滑状态的影响。

附图说明：

图1为本发明背景技术涉及的球-盘试油膜测量装置的主体结构示意图。

图2为本发明背景技术涉及的双V形轴承结构图。

图3为本发明背景技术涉及的4-滚动轴承结构图。

图4为本发明的主体结构原理示意图。

图5为本发明的主体结构后视图。

图6为本发明的主体结构俯视图。

图7为本发明的主体结构3D示意图。

图8为本发明涉及的弧面滚子的主体结构原理示意图。

图9为本发明实施例2涉及的不同数量弧面滚子的球托示意图。

图10为本发明实施例2涉及的不同数量的弧面滚子的球托油润滑的试验结果示意图。

图11为本发明实施例2涉及的不同曲率的弧面滚子的球托油润滑的试验结果示意图，其中，(a)为单弧面滚子的球托,(b)为双弧面滚子的球托。

图12为本发明实施例2涉及的不同数量的弧面滚子的球托脂润滑的试验结果示意图。

图13为本发明实施例2涉及的不同曲率的弧面滚子的球托脂润滑的试验结果示意图。

具体实施方法：

下面结合附图并结合具体实施方法对本发明做进一步的说明。

实施例1：

本实施例涉及的弧面滚子球托结构的主体结构如图4-图8所示，包括底座1、压块2、主轴3、滚动轴承4、压紧螺母5和弧面滚子6；U形结构的底座1与压块2之间设置有两个互相平行的主轴3，底座1与压块2螺栓式连接，主轴3上套设有滚动轴承4和压紧螺母5，滚动轴承4的外侧套设有弧面滚子6，压紧螺母5只对滚动轴承4的内圈进行压紧，不对弧面滚子6进行压紧。

实施例2：

本实施例为了定量对比弧面滚子6对润滑状态的影响，将弧面滚子6与传统的V形轴承滚子配合，依据使用的弧面滚子6的数量，分别组成如图9所示的双V形滚子球托、单弧面滚子球托和双弧面滚子球托；为了观察曲率对润滑状态的影响，制作曲率半径r分别为13mm、14mm和15mm的弧面滚子球托，球-盘(球-环)试油膜测量装置中钢球的半径r为12.7mm。

一、油润滑条件下不同数量弧面滚子对润滑剂回填的影响：

用不同数量的弧面滚子球托支撑钢球，将10μl的PAO10基础油滴在钢球上，施以设定载荷和设定速度将润滑油均匀的布在玻璃盘、钢球及弧面滚子6上，然后施加30N的载荷，采集该试验条件下不同速度的油膜光干涉图像，结果如图10所示，有弧面滚子6的球托整体上的润滑状态更好；且油池分布不同，这主要是受到弧面滚子6的球托油池回流的影响，体现了钢球上润滑剂回填的作用。

二、油润滑条件下不同曲率弧面滚子6对润滑剂回填的影响：

采用不同曲率的弧面滚子6的球托，同样供给10μl的PAO10基础油，试验载荷为30N，得到如图11所示的1个弧面滚子6的球托和2个弧面滚子6的球托的试验结果，均为曲率半径越小，润滑效果越好，总体相差并不大；且2个弧面滚子6的球托曲率之间的差别比1个弧面滚子6的球托要明显。

三、脂润滑条件下不同数量弧面滚子6对润滑剂回填的影响：

采用不同数量的弧面滚子6的球托，将0.5g润滑脂均匀布在玻璃盘上，固定卷吸速度设定为64mm/s，载荷30N，采集到如图12所示的30N条件下油膜干涉随时间的变化图，显示弧面滚子6的数量越多，脂润滑的有效润滑时间越长。

四、脂润滑条件下不同曲率弧面滚子6对润滑剂回填的影响：

采用不同曲率的弧面滚子6的球托，将0.5g润滑脂均匀布在玻璃盘上，固定卷吸速度设定为64mm/s，载荷30N，采集到如图13所示的结果，显示曲率半径越小，有效润滑时间越久，且不同曲率之间有明显差别。