CN102954108B - 满滚子自锁轴承的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种满滚子自锁轴承的加工方法，包括：根据轴承胚的尺寸计算一最大允许圆周直径；测量选定的滚子的滚子直径；根据所述滚子直径计算一滚子间圆周总间隙以及一外圈滚道直径；根据所述外圈滚道直径、所述滚子直径和所述滚子间圆周总间隙来确定一内圈滚道直径；以及依照所述外圈滚道直径和所述内圈滚道直径在所述轴承胚中机械加工出一滚道。本发明的满滚子自锁轴承的加工方法可以提供更高的加工效率并能显著地降低加工成本。

Description

满滚子自锁轴承的加工方法

技术领域

本发明涉及一种满滚子自锁轴承的加工方法。

背景技术

轴承(bearing)是在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的部件。也可以说，当其它机件在轴上彼此产生相对运动时，用来降低动力传递过程中的摩擦系数和保持轴中心位置固定的机件。轴承的作用来讲应该是支撑，即字面解释用来承轴的，但这只是其作用的一部分，支撑其实质就是能够承担径向载荷。也可以理解为它是用来固定轴的。就是固定轴使其只能实现转动，而控制其轴向和径向的移动。电机没有轴承的后果就是根本不能工作。因为轴可能向任何方向运动，而电机工作时要求轴只能作转动。

发明内容

最新地，满滚子自锁轴承正逐渐成为轴承界的新宠。为了提高满滚子自锁轴承的加工效率，本发明的发明人开发了一种新型的满滚子自锁轴承的加工方法。具体地，本发明提供了一种满滚子自锁轴承的加工方法，包括：

根据轴承胚的尺寸计算一最大允许圆周直径；

测量选定的滚子的滚子直径；

根据所述滚子直径计算一滚子间圆周总间隙以及一外圈滚道直径；

根据所述外圈滚道直径、所述滚子直径和所述滚子间圆周总间隙来确定一内圈滚道直径；以及

依照所述外圈滚道直径和所述内圈滚道直径在所述轴承胚中机械加工出一滚道。

根据本发明的一个优选实施例，在上述的加工方法中，所述根据滚子直径计算外圈滚道直径的步骤进一步包括：将所述最大允许圆周直径减去所述滚子直径的一半以获得所述外圈滚道直径。

根据本发明的一个优选实施例，在上述的加工方法中，在加工出一滚道后，该加工方法进一步包括：将所述轴承胚的***打磨到最大允许圆周直径。

根据本发明的一个优选实施例，在上述的加工方法中，在将所述轴承胚的***打磨到最大允许圆周直径之后，该加工方法进一步包括：以所述内圈滚道直径加上所述滚子直径的一半为直径将所述轴承胚的中间部分镂空，以获得轴承件。

根据本发明的一个优选实施例，在上述的加工方法中，在将所述轴承胚的中间部分镂空之后，该加工方法进一步包括：加热所述轴承件；以及将所述滚子嵌入所述轴承件的滚道中。

综上，本发明的满滚子自锁轴承的加工方法可以提供更高的加工效率并能显著地降低加工成本。

应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。

附图说明

附图主要是用于提供对本发明进一步的理解。附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的满滚子自锁轴承的加工方法的主要步骤的流程图。

图2示出了满滚子自锁轴承外圈和滚子组件结构。

图3示出了本发明的求解图形。

图4显示了不同的Z所对应的最大可选区域的分布情况。

图5示出了根据本发明的一计算框图。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本发明的技术方案。

图1示意性地示出了根据本发明的满滚子自锁轴承的加工方法的主要步骤的流程图。如图1所示，本发明的满滚子自锁轴承的加工方法100主要包括以下步骤：

步骤101：根据轴承胚的尺寸计算一最大允许圆周直径；

步骤102：测量选定的滚子的滚子直径；

步骤103：根据所述滚子直径计算一滚子间圆周总间隙以及一外圈滚道直径；

步骤104：根据所述外圈滚道直径、所述滚子直径和所述滚子间圆周总间隙来确定一内圈滚道直径；以及

步骤105：依照所述外圈滚道直径和所述内圈滚道直径在所述轴承胚中机械加工出一滚道。

根据本发明的一个优选实施例，上述根据滚子直径计算外圈滚道直径的步骤103可以进一步包括：将所述最大允许圆周直径减去所述滚子直径的一半以获得所述外圈滚道直径。

此外，在加工出一滚道105之后，该加工方法100可以进一步包括：将所述轴承胚的***打磨到最大允许圆周直径。

此外，在将所述轴承胚的***打磨到最大允许圆周直径之后，该加工方法100进一步包括：以所述内圈滚道直径加上所述滚子直径的一半为直径将所述轴承胚的中间部分镂空，以获得轴承件。

另一方面，在将所述轴承胚的中间部分镂空之后，该加工方法100还可以进一步包括：加热所述轴承件；以及将所述滚子嵌入所述轴承件的滚道中。

以下详细描述一下本发明的加工方法的理论基础。

一、模型的建立

在轴承给定的尺寸等限制条件下，最大限度地求出满排滚子的可装配尺寸的范围，对减小加工精度要求，提高合套率，意义很大。以下就此目的提出满排滚子设计模型。

满滚子自锁轴承外圈和滚子组件结构如图2所示。其中：D_W为滚子直径；D₁为外圈滚道直径；F_W为滚子内复圆直径；Y＝sin^-1(D_W/(D₁-D_W))；C为滚子间圆周总间隙；Z为滚子数。

如现有技术中已知的：

$C=(D_1-D_w)\sin \left[(Z-1){\sin }^{-1}\frac{D_w}{D_1-D_w}\right]-D_w...\left(1\right)$

滚子径向自锁量

$\mathrm{\ϵ}=2D_w-(D_1-D_w)\sin \left[(Z-2){\sin }^{-1}\frac{D_w}{D_1-D_w}\right]...\left(2\right)$

满滚子自锁轴承设计要解决的问题是在给定F_wmin F_wmax ε_min ε_maxC_min C_max外圈直径d的条件下，选取D₁，D_W和Z。必要时F_W，ε，C等也需调整。D₁，D_W和Z应满足以下约束条件：

C_min≤(D₁-D_W)sin[(Z-1)sin^-1(D_W/(D₁-D_W))]-D_W≤C_max  (3)

ε_min≤2D_W-(D₁-D_W)sin[(Z-2)sin^-1(D_W/(D₁-D_W))]≤ε_max  (4)

F_wmin≤D₁-2D_W≤F_wmax                           (5)

假设Z已知，欲求满足以上条件的D_W，D₁最大取值范围，可先考虑问题：

(I)MaxΔD_W

s.t.：C_min≤(D₁-D_W)sin[(Z-1)sin^-1(D_W/(D₁-D_W))]-D_W≤C_max

F_wmin≤D₁-2D_W≤F_wmax

二、模型的求解

观察问题(I)的目标及约束条件(5)，可有图3所示的由ACBC围成的区域。条件(5)

要求D_W，D₁应介于F_wmin和F_wmax所对应直线之间的条状区域内；目标要求D_W1，Dw₂

在条状区域截得的D_W＝Dw₂-D_W1应最大。现讨论ACBD围成区域的性质。我们称满足问题(I)约束的D_WD₁平面内的点为可选点，可选点构成的区域为可选区域。

对C关于D_W，D₁求偏导数：

$\frac{\∂C}{\∂D_1}=\sin \left[(Z-1){\sin }^{-1}\frac{D_w}{D_1-D_w}\right]\cos \left[(Z-1){\sin }^{-1}\frac{D_w}{D_1-D_w}\right](Z-1)\frac{-D_w}{\sqrt{{(D_1-D_w)}^2-{D_w}^2}}$

由图2知对满滚子自锁轴承有

$\frac{3\mathrm{\&pi;}}{2}<2(Z-1){\sin }^{-1}\frac{D_w}{D_1-D_w}<2\mathrm{\&pi;}$

即

$\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4}<(Z-1){\sin }^{-1}\frac{D_w}{D_1-D_w}<\mathrm{\&pi;}$

因此

$\frac{\&PartialD;C}{\&PartialD;D_1}>0...\left(6\right)$

类似地，有

$\frac{\&PartialD;C}{\&PartialD;D_w}<0...\left(7\right)$

C沿直线D₁＝F_W+2D_W上的导数

$\frac{\mathrm{dC}}{{\mathrm{dD}}_w}{|}_{D_1=F_w+2D_w}=\sin \left[(Z-1){\sin }^{-1}\frac{D_w}{F_w+D_w}\right]+\cos \left[(Z-1){\sin }^{-1}\frac{D_w}{F_w+D_w}\right]\frac{(Z-1)F_w}{\sqrt{{(F_w+D_w)}^2-D_w^2}}-1$

由取值范围及 $\sin \left[(Z-1){\sin }^{-1}\frac{D_w}{F_w+D_w}\right]<1$

即得

$\frac{\mathrm{dC}}{{\mathrm{dD}}_w}{|}_{D_1=F_w+2D_w}<0...\left(8\right)$

据(6)(7)和(8)知ABCD区域边界上C是严格单调的(实线箭头方向为增加方向)。当问题(I)有解时，在A点和B点圆周间隙C分别取到最大值和最小值，即C_A＝C_max，C_B＝C_min.

由图3在边界上的增加方向可以知道

C_B＜C_D＜C_A及C_B＜C_C＜C_A

故C、D点也是可选点。易知边界上其余点也是可选点。从(6)(7)和边界上的可选性，区域中的任一点X也是可选的。显然不可能在C、D点分别取到C_max，和C_min.，如果是的话，由(6)(7)知C_A＞C_C＝C_max，C_D＜C_B＝C_min.即A、D点不可选，并在A、D点附近也有不可选点。

由问题(I)的解截得的可选域ACBD还不是最大可选域。这是因为，在D点有C_B＜C_D＜C_A，即C_D还不是C_min.，当沿直线D₁＝F_WMAX+2D_W的C值减少的方向移动至D′且C_{D`</sub>＝C<sub>min</sub>＝C<sub>B</sub>时，线段DD′上仍为可选。同理，存在着C′使C<sub>C`}＝C_max＝C_A，且线段CC`可选。

根据现有技术，对于给定的游隙C成立(事实上应为近似成立，以后将看到这已足够)：

$D_1-D_w=\frac{D_w+C/Z}{\sin (\mathrm{\&pi;}/Z)}$

即

$D_1=[1+\frac{1}{\sin (\mathrm{\&pi;}/Z)}]D_w+\frac{C}{Z\sin (\mathrm{\&pi;}/Z)}...\left(9\right)$

这是当游隙C固定时的一条D_WD₁平面上的直线，不妨称此为等隙线。

当C＝C_max时，相应的等隙线必通过A点和C′点；同样，D′和B也在C_min.所在的等隙线上。因此在ΔACC′和ΔBDD′是可选的。

从以上讨论可知AC′BD′的棱形区域是我们希望的最大可选区域。

对于自锁量ε，与对C的讨论类似，也可以得最大可选区域的性质(增加方向为图3虚线方向)。从C+ε＝ε_max ⁽²⁾，两最大可选区域是重合的。

三、滚子数的问题

在求最大可选区域时假设了滚子数Z为已知。对不同的Z，由于约束条件(5)仍须满足，即可知道相应的最大可选区域也在图3的D₁＝F_wmin+2D_W和D₁＝F_wmax+2D_W所围的带状区域内。并且不同滚子数的最大可选区域是不相重合或不相交的。因为设Z₁＝Z₂-1，如果有一可选点(D_W，D₁)同时为相应Z₁和Z₂的最大可选区域内的点，则

$C_{z_1}=(D_1-D_w)\sin \left[(Z_1-1){\sin }^{-1}\frac{D_w}{D_1-D_w}\right]-D_w$

$=D_w-\left\{2D_w(D_1-D_w)\sin \right[(Z_2-2){\sin }^{-1}\frac{D_w}{D_1-D_w}\left]\right\}$

$=D_w-{\mathrm{\&epsiv;}}_{Z_2}$

因应有即得到，这意味着自锁量约为滚子的直径，这是不可能的，于是Z₁，Z₂的最大可选域不相交。从ε_Z2＝ε_maxz2-C_Z2知对Z₃＝Z₁+2，有

也将推出矛盾。易知任意不同的Z，也有类似推导。图4显示了不同的Z所对应的最大可选区域的分布情况。

四、给定条件的说明

至此我们可以说，满滚子自锁轴承的设计就是在一定的条件求相应的Z及其最大可选域。现对条件要作些说明。F_W一般预先应给出，这是符合应用实际情况的。当然，计算时可对微量变动的F_W进行试算，得到的结果提供实际应用参考。D₁影响到外圈的壁厚，例如，图4中Z₃对应的壁厚要小些。又由于D₁和D_W是在斜的带状区域，D₁的变动也影响D_W，在图4中的Z₁对应有的滚子较小。一旦D₁范围确定，由图4知这时仅有几个甚至一个或没有Z对应。选取这样的Z可作为权衡的方案。当F_W、D₁(或D_W)的范围从而Z的不同方案确定后，对固定的Z其相应的满滚子轴承的最大固有锁量⁽²⁾ε_max便确定下来。根据C+ε＝ε_max，可确定C_max和C_min.。C_max对应于最大允许锁量，一般为0.5ε_maxz或小些，即C_max＝ε_max-0.5ε_max＝0.5ε_max。而C_min.应大些，以保证运转灵活性。但C_min.＜C_max，C_max-C_min.又不能太小，太小了可选范围便缩小，这由问题(I)的描述可看出。C_min.可进行不同方案试算。由于C和ε的关系，约束条件(4)可不用。

五、最大可选区域计算

剩下问题也是关键问题，是计算求最大可选区域。前面对最大可选区域性质的讨论，已从理论上提供了算法依据。例如求图4的A_i点。A_i点对应于C_max。我们只需求方程

$C_{\max }=(D_1-D_w)\sin \left[(Z_i-1){\sin }^{-1}\frac{D_w}{D_1-D_w}\right]-D_w=0$

由于在边界上的单调性，可先从D₁的范围(条件)相应的D_Wmax(从而D_wmax＝D_1max-F_wmax/2)和D_1min及其D_wmin，求得异号的两个C值，用二分法求得以上方程在(D_1min，D_1max)内唯一解。

方程中Z_i事先未知，须在一最大和最小(根据实际情况例如取Z_max＝100，Z_min.＝10等等)范围内搜索。由三角函数周期性，必须使Z_i满足(前面已说明)：

$\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4}<(Z_i-1){\sin }^{-1}\frac{D_w}{D_1-D_w}<\mathrm{\&pi;}$

此条件和上述C值异号性，可得A_i点的唯一性。计算框图如图5所示。

本设计方法须用计算机计算；最大可选区域使加工精度要求减小，提高经济性；最大可选区域分布明确，即使对一般方法设计的人员也有参考价值；便于建立不同设计方案的图册。

以上结果对设计的人员具有很大的参考价值，也便于建立不同设计方案的图册。

上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (5)

1.一种满滚子自锁轴承的加工方法，其特征在于，包括：

根据轴承胚的尺寸计算一最大允许圆周直径；

测量选定的滚子的滚子直径；

根据所述滚子直径计算一滚子间圆周总间隙以及一外圈滚道直径；

根据所述外圈滚道直径、所述滚子直径和所述滚子间圆周总间隙来确定一内圈滚道直径；以及

依照所述外圈滚道直径和所述内圈滚道直径在所述轴承胚中机械加工出一滚道。

2.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述根据滚子直径计算外圈滚道直径的步骤进一步包括：

将所述最大允许圆周直径减去所述滚子直径的一半以获得所述外圈滚道直径。

3.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，在加工出一滚道后，该加工方法进一步包括：

将所述轴承胚的***打磨到最大允许圆周直径。

4.如权利要求3所述的加工方法，其特征在于，在将所述轴承胚的***打磨到最大允许圆周直径之后，该加工方法进一步包括：

以所述内圈滚道直径加上所述滚子直径的一半为直径将所述轴承胚的中间部分镂空，以获得轴承件。

5.如权利要求4所述的加工方法，其特征在于，在将所述轴承胚的中间部分镂空之后，该加工方法进一步包括：

加热所述轴承件；以及

将所述滚子嵌入所述轴承件的滚道中。