一种滚道带凸度的交叉滚子轴承及其制作方法技术

一种滚道带凸度的交叉滚子轴承及其制作方法，其特征是交叉滚子轴承的V型滚道带有凸度，凸型包括直线、圆弧型二次曲线以及对数曲线，带凸度的V型滚道切入磨削成形或精密硬车成形，或将带凸度的V型滚道与套圈其它重要的精加工表面在一次装卡定位中顺序精密硬车成形。按所述设计、加工的带凸度的交叉滚子轴承相比滚道不带凸度且磨削成形的交叉滚子轴承，大幅度减小乃至完全避免了滚子—滚道接触副的边缘效应，改善了滚子外圆面和端面与滚道的接触状态，降低了轴承运转摩擦功耗和温升，提高了轴承的抗歪斜能力，从而提高了轴承的运转精度、承载能力、运行可靠度和服役寿命，具有非常重要的工程实际意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及滚动轴承
，特别涉及一种滚道带凸度的交叉滚子轴承及其制作方法。
技术介绍
申请人曾在2014100202253套圈精密硬車成型的滚动轴承及其加工方法中述及普通结构轴承的滚道的结构及滚道的硬車加工方法，解决了滚道磨削成型加工中存在的滚道截面形状设计受限、磨削变质甚至烧伤等问题，使套圈各表面能够面向工况进行设计，而且能够以非常高的形位精度成型，对高密封、高可靠性等高性能滚动轴承的设计和制造具有工程实际意义。但现有技术未涉及交叉滚子轴承结构和制作方法的改进发展，尚不能满足交叉滚子轴承技术发展的需要。本申请是进一步将其改进，并扩大到交叉滚子轴承及其加工方法领域。交叉滚子轴承从结构上看，与2014100202253中的一般结构滚动轴承不同的是：套圈滚道呈“V”型，因能同时承受轴向、径向和角向联合载荷，在轴向、径向和角向都具有非常高的刚度而获得越来越广泛的应用，尤其是在运转刚度和精度要求比较高的主机及系统，比如精密机床转台、工业机器人的腰部、胯部、精密仪器仪表主轴等，相比其它类型的轴承，具有显著优势。交叉滚子轴承套圈工作表面即滚道的几何形状不同于其它类型的轴承，套圈滚道呈“V”型。现有技术中，V型滚道的素线均为直线，不带任何凸度。套圈滚道的素线为直线的优点是形状简单，制作较容易，但也因此存在一些比较突出的技术和质量问题。由于交叉滚子轴承的滚道形状和与滚子的接触状态都十分特别，其滚道形状呈V型，当其中一个滚子的工作表面(对圆柱滚子为圆柱面，对圆锥滚子为圆锥面)与一个套圈的其中一侧滚道接触时，该滚子的非工作表面即端面刚好与该套圈的另一侧滚道相接触；而与该滚子相邻的滚子，情况恰恰相反。因此V型滚道中的任一侧滚道与一排滚子的外圆面相接触的同时，也与另外一排垂直交叉排列的滚子的端面相接触。换句话说，V型滚道的任一侧滚道，既为一排滚子的滚道又为另外一排滚子的挡边。由于滚子端面的加工精度远不及外圆表面，也不及V型滚道表面，又由于滚子的硬度高于滚道的硬度，因此，滚子端面与滚道的接触面积越大，相对较硬且粗糙的滚子端面对滚道面擦伤和划伤的风险就越大。当被擦划伤的滚道同另一排滚子的工作表面接触时，在比较高的接触应力作用下，首先影响轴承运转的灵活性、平稳性，同时，擦划伤也成为早期疲劳失效的根源，影响轴承运行的可靠度和寿命。交叉滚子轴承往往使用在速度不高但载荷类型复杂、载荷值较大、各向精度要求极高的场合，如精密机床转台、工业机器人腰部和胯部等，高的各向运行精度反过来要求轴承要具备很高径向刚度、轴向刚度、角向刚度或力矩刚度，为了提高轴承的刚度，交叉滚子轴承往往采用很小的游隙乃至负游隙，游隙很小加上交叉滚子轴承内部滚子很多，即滚子—滚道接触副个数很多(N个滚子就有4N个接触副)，因此带来启动和运转摩擦力矩的增大，力矩增大反过来引起轴承温度升高，温度升高必然导致轴承及主机的精度下降，这是一个客观存在的结构性矛盾，现行滚道不带凸度、同滚子直线接触的交叉滚子轴承，在运行精度和服役寿命方面存在上述不足。在较重的负荷时，交叉滚子轴承V型滚道不带凸度会导致滚子与滚道接触时在接触区域的两端即滚道的端部出现压力奇异分布的边缘效应，以及会导致在滚道的中部出现压力集中的现象，由于轴承失效发生在接触区应力最大的接触部位，因此，轴承的承载能力下降严重，发生接触区局部早期疲劳失效的风险很大，而且使得滚子的抗歪斜能力很差，外部稍有偏心载荷，轴承就会存在旋转不灵乃至卡滞的风险。现行交叉滚子轴承结构中，其中一个套圈采用整体剖分结构，即该套圈由两个各带一侧滚道的套圈通过连接螺钉紧固，由于两半套圈在热处理之前需要分别制作加工，不仅加工精度较差，加工效率也较低。从制作工艺上看，现行技术交叉滚子轴承套圈滚道采用切入磨削方式成型，受砂轮精度不高和磨削散热条件很差的限制，加工后的套圈滚道不仅尺寸和形状精度不够高，而且存在磨削变质层乃至磨削烧伤，使得滚道的形状和性能变差，影响到轴承的运转精度、寿命和可靠度，另外，对滚道素线不是直线的带凸度V型滚道，切入磨削加工方法无能为力
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种滚道带凸度的交叉滚子轴承，以克服现行技术的上述不足，滚道带凸度交叉滚子轴承，能够改善、避免滚子端面对滚道面的擦划伤，降低轴承运转温升，提高交叉滚子轴承的抗歪斜能力，避免滚道两端同滚子接触时应力奇异分布的边缘效应，进而显著提高轴承的运转性能和寿命。同时，提供一种局部剖分式套圈结构，使得交叉滚子轴承既能满足装填滚子和滚子隔离块的需要，又比现行的套圈整体剖分式结构具有更高的加工精度、装配精度和更低的加工成本。本专利技术的另一目的在于提供一种滚道带凸度的交叉滚子轴承的制作方法，包括滚子轴承套圈中的带凸度的V型滚道的加工方法，使交叉滚子轴承的质量、寿命和生产率提高。本专利技术的技术方案如下：1、本专利技术是一种滚道带凸度的交叉滚子轴承，包括交叉圆柱滚子轴承和交叉圆锥滚子轴承，其特征是，所述交叉滚子轴承包括具有环形内V形滚道的外圈、具有环形外V形滚道的内圈、嵌入外圈V型滚道和内圈V型滚道之间并交叉排列的滚子或还包括滚子隔离块、润滑剂、密封件和连接螺钉，至少有一个套圈的V型滚道为带凸度V型滚道。本专利技术申请中的带凸度V型滚道，不仅改善了滚子工作表面(滚子外圆面)同滚道的接触状态，而且改善了滚子非工作表面(滚子端面)同滚道的接触状态，减轻或避免滚子端面对滚道面的擦伤，提高了轴承的抗歪斜能力，降低了轴承的摩擦力矩和运转温升，避免了滚子—滚道接触端部应力奇异分布的边缘效应，从而显著提高了轴承的运转精度和运行可靠度，延长了轴承的服役寿命。2、上述的带凸度V型滚道的凸型包括直素线型、全凸圆弧型、圆弧与直线相交型、圆弧与直线相切型、圆弧与圆弧相切型、多段圆弧修型或对数曲线凸型；所述的带凸度V型滚道的凸度量小于500微米。带凸度V型滚道，指V型滚道的两侧滚道几何素线不再是一条直线，而是在滚子与滚道有效接触宽度(凸型部分，即不包括滚道与挡边之间的倒角和滚道与底部越程槽之间的倒角)的中部凸起，向两侧减小，以对数凸型为例，就是滚道支撑面的母线形状为由中部向两侧均为一条对称的对数曲线组成，对数曲线母线中部凸起，向两侧减小，对数曲线母线的两端与两倒角圆弧光滑连接。交叉滚子轴承同圆柱滚子轴承在滚道宽度同滚子长度比值、滚道母线同挡边和越程槽(或称油沟)的夹角、滚子本身的长径比、运转速度、所受外部载荷类型、大小等方面差别迥异，其凸型设计和凸度量不能照搬圆柱滚子轴承，必须根据交叉滚子轴承的全部设计输入，通过计算机进行数值计算获得。两种轴承之间存在的具体区别如下表。交叉滚子轴承滚道不带凸度时，滚子端面会擦伤滚道，原因在于，滚子端面会接触到滚道，而且滚子端面比滚道硬而粗糙；轴承运转温升高，原因在于，轴承内滚子—滚道摩擦副个数成倍增多，而且滚子端面会接触擦伤滚道；轴承抗歪斜能力低，原因在于，轴承内部游隙很小而且常常为负值，轴承内部摩擦副个数很多，而且每个摩擦副的接触状态都为线状，在倾覆力矩的作用下或当内圈与外圈出现不同心时，接触副两个物体相互之间的自调整、适应能力很差，极易导致轴承卡滞。当交叉滚子轴承滚道带凸度后，这些问题就会得到实质性的改善或彻底解决。3、所述的一个带凸度V型滚道的套圈为轴承外圈。外圈滚道的摩擦损坏重本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滚道带凸度的交叉滚子轴承，包括交叉圆柱滚子轴承和交叉圆锥滚子轴承，其特征是，所述交叉滚子轴承包括具有环形内V形滚道的外圈、具有环形外V形滚道的内圈、嵌入外圈V型滚道和内圈V型滚道之间并交叉排列的滚子或还包括滚子隔离块、润滑剂、密封件和连接螺钉，至少有一个套圈的V型滚道为带凸度V型滚道。

【技术特征摘要】
1.一种滚道带凸度的交叉滚子轴承，包括交叉圆柱滚子轴承和交叉圆锥滚子轴承，其特征是，所述交叉滚子轴承包括具有环形内V形滚道的外圈、具有环形外V形滚道的内圈、嵌入外圈V型滚道和内圈V型滚道之间并交叉排列的滚子或还包括滚子隔离块、润滑剂、密封件和连接螺钉，至少有一个套圈的V型滚道为带凸度V型滚道。2.如权利要求1所述的交叉滚子轴承，其特征是，所述的带凸度V型滚道的凸型包括直素线型、全凸圆弧型、圆弧与直线相交型、圆弧与直线相切型、圆弧与圆弧相切型、多段圆弧修型或对数曲线凸型；所述的带凸度V型滚道的凸度量小于500微米。3.如权利要求2所述的交叉滚子轴承，其特征是，所述的一个带凸度V型滚道的套圈为外圈。4.如权利要求2所述的交叉滚子轴承，其特征是，所述的内圈或外圈为局部剖分式结构，包括带有滚道缺口的套圈，由与缺口吻合的、包含V型滚道一侧部分滚道的滚道块堵补在缺口处，滚道块堵通过连接螺钉与带缺口的套圈沿套圈轴向紧固在一起，形成带V型滚道的套圈。5.根据权利要求1-4中任一所述的交叉滚子轴承的制作方法，包括带凸度V型滚道套圈的最后加工过程，其特征是包括以下方法：方法1)、套圈V型滚道用经金刚滚轮修正过的砂轮切入磨削成形，或方法2)、预磨2个基准面的精密硬车，包括：2A)、外圈V型滚道的精密硬车，步骤包括：预先对外圈的基准端面和外圆面磨削成形，通过固定在电磁吸盘上的极靴吸附基准端面，并借助极靴上的引导面引导外圆面以快速定中心，对至少包括外圈V型滚道在内的待精加工表面精密硬车成形；或2B)、内圈V型滚道的精密硬车，步骤包括：预先对内圈的基准端面和内圆面磨削成形，通过固定在电磁吸盘上的极靴吸附基准端面，并借助极靴上的引导面引导内圆面以快速定中心，对至少包括内圈V型滚道在内的待精加工表面精密硬车成形；或方法3)、预磨1个基准面的精密硬车，包括：3A)电磁吸附精密硬车，步骤包括：预先对套圈基准端面磨削成形，通过电磁吸盘直接吸附或由固定在电磁吸盘上的极靴吸附该基准端面的同...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵联春，赵思澄，陈淑英，
申请(专利权)人：上海斐赛轴承科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31