CN103770005A - 新型渐近收敛曲线滚道轴承砂轮修整器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型渐近收敛曲线滚道轴承砂轮修整器，目的是保证被修整的砂轮能够满足轴承渐变收敛曲线滚道磨削的技术要求。修整器采用修整轴和偏心轴组合摆动的结构方式，修整轴套带动修整支架在绕偏心轴中心摆动的同时，偏心轴以更快速度绕修整轴中心摆动，而使修整支架上的金刚笔绕修整轴中心的摆动半径变成偏心轴半径和偏心量δ合成半径，连续摆动的轨迹为渐变收敛曲线。本发明的有益效果是：通过调整部件的装配实现无间隙转动和滑动，实现了对砂轮收敛曲面的磨削，保证砂轮修整器整体工作的刚性、稳定性和连续性，解决了对球轴承渐变收敛曲线滚道加工的技术难题，并且加工易于操作。

Description

新型渐近收敛曲线滚道轴承砂轮修整器

技术领域

本发明涉及修整砂轮的磨削设备，尤其涉及一种新型渐近收敛曲线滚道轴承砂轮修整器，是使用金刚笔即金刚石滚轮按轴承滚道形状修整砂轮的磨削设备。 

背景技术

现有球轴承滚道截面形状为圆弧型，滚道圆弧半径与钢球的圆弧半径存在一定的比例关系，滚道圆弧半径偏大。但就轴承自身的滚道形状而言，如果轴承在非均匀受力情况下，即轴承在圆周上受力是非均匀的，滚动体的实际接触点（接触角）会偏离理论设计点（接触角），受力大的钢球与滚道接触点的偏离量会比较明显，则钢球与滚道的接触点在圆周的分布呈非圆形，在受到倾覆力矩的情况下检测轴承，就会发现轴承内、外圈在圆周方向发生不同程度的轴向相对移动，载荷越大，轴承变形越大，内外圈相对移动越明显。如果钢球在受力后偏离理论接触点同时，能够使钢球与滚道的接触角快速增大，减小轴承的变形量，则钢球与滚道的接触点分布的曲线弯曲度会变小，因此采用渐变的收敛曲线滚道尤其必要。如果套圈滚道采用收敛曲线滚道，钢球与滚道的接触点在受到载荷偏离理论位置时，在轴承变形较小的情况下，钢球与滚道的接触角增加会比较明显，满足轴承载荷的要求，轴承在相同变形量条件下，采用收敛曲线滚道钢球的接触点增加更明显，会使轴承的综合承载能力明显提高，抗倾翻性能明显增加，运行稳定性更好。但是渐变收敛曲线滚道加工难度较大，原因主要有两个： 

1.椭圆滚道属于圆弧曲线半径渐变的滚道，模拟难度较大，即使采用伺服***等电气控制方法，也难以实现均匀无节点修整砂轮整个曲面；

2.作为砂轮修整器本身而言，运行的刚性、连续性和稳定性是保证砂轮曲面形状的关键，传统的简单机械修整动作是无法完成圆弧半径渐变的砂轮曲面修整。

因此，目前轴承设计加工仍然采用固定的圆弧滚道，导致轴承的运行精度和产品质量受到很大的影响，尤其在载荷不均匀的情况下，轴承的损坏的概率会明显增加，降低使用寿命。 

发明内容

本发明公开一种新型渐近收敛曲线滚道轴承砂轮修整器，目的是保证被修整的砂轮能够满足轴承渐变收敛曲线滚道磨削的技术要求，从而提高轴承的旋转精度、抗倾翻性能，延长轴承使用寿命。为解决轴承滚道的渐变收敛曲线形状加工问题，首先要考虑砂轮修整器的刚性、稳定性和连续性，还要考虑被修整的砂轮渐近收敛曲面的精确性以及磨削轴承渐变收敛曲线滚道的有效性。 

新型渐变收敛曲线滚道轴承砂轮修整器设计思路：以钢球和滚道的理论接触点为基准，使理论接触点两侧的滚道圆弧半径略小于接触点的圆弧半径，但不小于轴承滚道曲线要求的最小参数，使修整器金刚笔的修整点在理论圆弧接触点的两侧方向上呈现逐渐收敛趋势，从而形成一个渐变的收敛曲线滚道。修整器采用修整轴和偏心轴组合摆动的结构方式，在修整器摆动修整过程中，修整轴套（带动修整支架）在绕偏心轴中心Op摆动的同时，偏心轴在绕修整轴中心Ox摆动，且偏心轴绕修整轴中心Ox摆动速度比修整轴套绕偏心轴中心Op的摆动速度快，从而使固定在修整支架上金刚笔绕修整轴中心Ox的摆动半径变成绕偏心轴中心Op摆动半径和绕修整轴中心Ox摆动半径δ的合成半径，形成连续变化的摆动半径（连续变化的轨迹为渐变收敛曲线），实现对砂轮工作曲面修整为渐变收敛曲线形曲面，从而在砂轮磨削轴承滚道过程中保证将滚道磨成渐变收敛曲线滚道。 

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：修整器的整体通过主座板⑵固定在磨床机体⑴的合适位置，修整器主体结构由摆动的支承轴主轴⑶与摆动的修整轴（21）和摆动的偏心轴⒇组合构成。 

主座板⑵中部与主轴⑶固定连接，边部装配能够驱动齿条Ⅰ⑺上下运动的油缸Ⅰ⑹和导轨Ⅰ⑸。 

主轴⑶与外部的主轴套⑷通过轴承相对转动联结；主轴套⑷装有齿轮Ⅰ⑻和联结板⑼，齿轮Ⅰ⑻与；齿条Ⅰ⑺啮合；主轴套⑷端部装有偏心调整压板⑽，调整压板⑽固定修整轴（21），调整压板⑽与修整轴（21）通过滑槽导向结构连接；修整轴中心Ox与主轴中心Ow存在一个偏心量A。 

联结板⑼与修整座板⑾固定联接，修整座板⑾装配油缸Ⅱ⒁和导轨Ⅱ⒄、齿条Ⅱ⑿和齿条Ⅲ⒂，齿条Ⅲ⒂后侧槽内装有弹簧机构⒅；偏心轴⒇是壁厚度不均匀的中空腔体，与装于腔中的修整轴（21）利用轴承装配，偏心轴中心Op与修整轴中心Ox存在偏心量δ；偏心轴⒇一端装配的齿轮Ⅱ⒀与齿条Ⅱ⑿啮合；偏心轴⒇另一端及中部利用轴承装配在修整轴套⒆内；修整轴套⒆外安装的齿轮Ⅲ⒃与齿条Ⅲ⒂啮合；修整轴套⒆端部安装有曲率调整压板（22）；曲率调整压板（22）固定维修支架（24），固定维修支架（24）装有金刚笔（25）。 

本发明的有益效果是：砂轮修整器通过调整部件的装配实现无间隙转动和滑动，保证砂轮修整器整体工作的刚性、稳定性和连续性，砂轮修整器实现了对砂轮收敛曲面的磨削，解决了对球轴承渐变收敛曲线滚道加工的技术难题，并且加工易于操作；大幅度提高滚动轴承的综合性能和使用寿命。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明 作进一步说明。 

图1为修整器整体结构示意图；

图2为修整轴与主轴偏心静止水平位置示意图；

图3为修整轴摆动至正负45°位置示意图；

图4为修整轴中心、偏心轴中心与主轴中心位置共线示意图；

图5为修整轴中心、偏心轴中心与主轴中心位置不共线示意图；

图6为模拟实际砂轮修整渐近收敛曲线滚道示意图 ；

图7为模拟实际砂轮修整渐变收敛曲线放大图。

图标说明：磨床机体1、主座板2、主轴3、主轴套4、导轨Ⅰ5、油缸Ⅰ6、齿条Ⅰ7、齿轮Ⅰ8、连接板9、偏心调整压板10、修整座板11、齿条Ⅱ12、齿轮Ⅱ13、油缸Ⅱ14、齿条Ⅲ15、齿轮Ⅲ16、导轨Ⅱ17、弹簧机构18、修整轴套19、偏心轴20、修整轴21、曲率调整压板22、砂轮23、修整支架24、金刚笔25。 

图中： 

Zw—主轴位置

Zo、Z₁、Z₂—修整轴位置

Ow—主轴中心

Ox、O₁、O₂、O₃、Oa、Ob、Oc、Od—修整轴中心

A—修整轴与主轴偏心量

Op、Op₁、Op₂、Op₃、Op₄—偏心轴外径中心

α—位置偏心量

L₁、L₂—圆弧曲线

R₁、R₂—以O₁、O₂为中心半径

ROp—偏心轴外径

Rs、 Rs₁—总修整半径Rs

Po₂、Po₃—修整支架处于方位

P₀、P₁、P₂、P₃、P₄—金刚笔位置

Dw—钢球。

具体实施方式

如图1所示， 

修整器的整体通过主座板2固定在磨床机体1的合适位置，修整器主体结构由主轴3与和摆动的修整轴21、摆动的偏心轴20及修整支架24组合构成。

主座板2装配油缸Ⅰ6、导轨Ⅰ5；油缸Ⅰ6驱动齿条Ⅰ7上下运动，齿条Ⅰ7驱动主轴套4绕主轴中心Ow转动，导轨Ⅰ5对齿条Ⅰ7起导向作用。 

主轴3与主座板2固定连接，主轴3起主要支承作用；主轴3与外部的主轴套4通过 轴承配合；主轴套4装有齿轮Ⅰ8和联结板9，齿轮Ⅰ8与齿条Ⅰ7啮合；主轴套4端部装有偏心调整压板10；因为角接触球轴承滚道特点为桃形滚道，因此必须调整修整轴中心Ox与主轴中心Ow形成一个偏心量A（见图2），根据钢球直径的尺寸确定A值的大小，再通过偏心调整压板⑽与修整轴（21）通过滑槽导向结构固定连接；修整轴21即随主轴套4同步转动，又沿滑槽自转。 

联结板9与修整座板11固定联接，修整座板11装配油缸Ⅱ14和导轨Ⅱ17、齿条Ⅱ12和齿条Ⅲ15；齿条Ⅲ15后侧槽内装有弹簧机构18，弹簧机构18通过一端铰接一端弹簧预紧的方式消除因为齿轮传动中的偏心产生的间隙。偏心轴20是壁厚度不均匀的中空腔体，与装于腔中的修整轴21通过轴承装配，偏心轴中心Op与修整轴中心Ox存在偏心量δ；偏心轴20一端装配的齿轮Ⅱ13与齿条Ⅱ12啮合；偏心轴20中部及另一端通过轴承装配在修整轴套19内；修整轴套19外安装的齿轮Ⅲ16与齿条Ⅲ15啮合；修整轴套19端部安装有曲率调整压板22；曲率调整压板22固定装有金刚笔25的维修支架24。 

如图2所示，修整轴中心Ox与主轴中心Ow偏心动作的实现，是通过油缸Ⅰ6摆动实现的；油缸Ⅰ6动作开始使主轴中心Ow和修整轴中心Ox处于水平位置，偏心量A为最大值，修整轴21处于Z₀位置。当油缸Ⅰ6带动齿条Ⅰ7上或下动作时，驱动齿轮Ⅰ8绕Ow顺时针或逆时针摆动. 

如图3所示，可根据轴承滚道的要求停留在合适角度的位置（例如负或正45°），则修整轴21摆动至Z₁或Z₂位置时，相应的修整轴中心Ox旋转到O₁、O₂位置，则修整器分别以O₁、O₂为中心，以R₁、R₂（R₁=R₂）半径摆动画出圆弧曲线L₁和L₂及位置偏心量α，与轴承标准圆弧滚道的位置要求相符；此时修整轴中心Ox旋转到O₁、O₂位置保持正（或负）45°位置不变，固定轴承滚道的主偏心位置，滚道的主偏心参数可以通过调整修整轴21的偏心量A确定。

如图4所示，当修整座板11与连接的部件以及修整支架24主体随固定在主轴套4上的联结板9摆动到45°线的位置，即修整轴中心Ox旋转到O₂位置、修整轴21位置由Zo到Z₂，此位置恰好偏心轴20的外径中心Op（与修整轴中心Ox的偏心量为δ）位于O₂和Ow相连的45°线上，即O₂、Op与Ow位置共线，修整支架23处于Po₂（45°）位置；总修整半径Rs=δ+ ROp。 

如图5所示，当修整座板11与连接的部件以及修整支架24主体随固定在主轴套4上的联结板9从45°线的位置开始返回摆动，即修整轴中心Ox由O₂位置向回旋转时，油缸Ⅱ14带动齿条Ⅱ12和齿条Ⅲ15动作，同时驱动齿轮Ⅱ13和齿轮Ⅲ16顺时针转动，齿轮Ⅱ13绕Ox转动，齿轮Ⅲ16绕Op转动。根据砂轮23修整要求，设计齿轮Ⅱ13的直径小于齿轮Ⅲ16的直径，即是说，齿轮Ⅱ13转速快于齿轮Ⅲ16转速，则偏心轴20以高于修整轴套19的速度（例如2倍）转动，O₃、Op₃、Ow三个中心转到非共线位置，修整支架24由Po₂转到Po₃位置，总修整半径Rs变为Rs₁，Rs₁是偏心量δ、偏心轴20半径ROp和Rs₁组成的(以O₃、Op、Po₂为顶点)三角形的一个边， Rs₁小于Rs。由此，随着修整轴21和偏心轴20的组合摆动，砂轮修整器修整出砂轮23的圆弧半径将随着偏心轴20摆动角度的增加而变小，从而，在45°线的下方形成的砂轮23的圆弧曲线是逐渐收敛的，砂轮23圆弧曲线的修正量通过调整偏心轴20的偏心量δ确定，保证了圆弧曲线形状从而保证滚道形状符合轴承的载荷参数要求。 

同理，将修整轴中心Ox调整到O₁位置时固定，通过油缸Ⅱ14的动作，可以修整出0°～-45°砂轮23的下部分渐变的圆弧曲线。 

如图6所示，根据图2～图5的动作过程，对钢球Dw滚道模拟取点，将修整轴中心置于O₂位置，分别取修整支架24的摆动角度为10°（P₁）、20°（P₂）、30°（P₃）、40°（P₄），即修整轴中心位置由O2对应摆动到Oa、Ob、Oc、Od位置，偏心轴中心摆动角度对应为20°（Op₁）、40°（Op₂）、60°（Op₃）、80°（Op₄），连接修整支架24摆动上述各角度的各圆弧曲线的点，从P0点开始到P4点曲线半径逐渐缩小成渐变收敛曲线，（放大如图7，）。该渐变收敛曲线形状刚好与球轴承滚道在非均匀载荷条件下的要求相符合。 

钢球(Dw)直径为45mm的四点角接触轴承滚道，由接触角45°分别以摆动角度5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°摆动时，各点连线作圆弧，则从上到下取五点（0°点、10°点、20°点、30°点、40°点），半径分别为R23.625mm（理想位置P₀）、R23.625mm（P₁位置）、R23.2195mm (P₂位置)、R23.1973mm (P₃位置)、R22.9842mm (P₄位置)，在接近P₀位置时，弧线收敛不明显，摆动角度越大，弧线逐渐收敛得越明显，形成为渐变收敛曲线滚道。 

Claims (6)

1.一种新型渐近收敛曲线滚道轴承砂轮修整器，其特征在于: 所述修整器的整体通过主座板⑵固定在磨床机体⑴的合适位置，修整器主体结构由摆动的支承轴主轴⑶与摆动的修整轴（21）和摆动的偏心轴⒇组合构成。

2.根据权利要求1所述新型渐近收敛曲线滚道轴承砂轮修整器，其特征在于: 所述主座板⑵中部与主轴⑶固定连接，边部装配能够驱动齿条Ⅰ⑺上下运动的油缸Ⅰ⑹和导轨Ⅰ⑸。

3.根据权利要求1或2所述新型渐近收敛曲线滚道轴承砂轮修整器，其特征在于: 所述主轴⑶与外部的主轴套⑷通过轴承相对转动联结；主轴套⑷装有齿轮Ⅰ⑻和联结板⑼，齿轮Ⅰ⑻与；齿条Ⅰ⑺啮合；主轴套⑷端部装有偏心调整压板⑽，调整压板⑽固定修整轴（21），调整压板⑽与修整轴（21）通过滑槽导向结构连接；修整轴中心Ox与主轴中心Ow存在一个偏心量A。

4.根据权利要求3所述新型渐近收敛曲线滚道轴承砂轮修整器，其特征在于: 所述联结板⑼与修整座板⑾固定联接，修整座板⑾装配油缸Ⅱ⒁和导轨Ⅱ⒄、齿条Ⅱ⑿和齿条Ⅲ⒂，齿条Ⅲ⒂后侧槽内装有弹簧机构⒅。

5.根据权利要求1所述新型渐近收敛曲线滚道轴承砂轮修整器，其特征在于: 所述 偏心轴⒇是壁厚度不均匀的中空腔体，与装于腔中的修整轴（21）利用轴承装配，偏心轴中心Op与修整轴中心Ox存在偏心量δ；偏心轴⒇一端装配的齿轮Ⅱ⒀与齿条Ⅱ⑿啮合；偏心轴⒇另一端及中部利用轴承装配在修整轴套⒆内。

6.根据权利要求5所述新型渐近收敛曲线滚道轴承砂轮修整器，其特征在于: 所述修整轴套⒆外安装的齿轮Ⅲ⒃与齿条Ⅲ⒂啮合；修整轴套⒆端部安装有曲率调整压板（22）；曲率调整压板（22）固定装有金刚笔（25）的维修支架（24）。

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