一种角接触球轴承及其设计方法与流程

本发明涉及轴承领域，尤其涉及一种角接触球轴承及其设计方法。

背景技术：

传统的推力角接触球轴承，尤其是接触角较大的轴承，例如使用在滚珠丝杠机构内的轴承，其内、外圈滚道的截面形状都是一定曲率的一段圆弧，如图1所示，外滚道D所在的整段圆弧曲率一致。这类轴承存在很多不足之处：第一，由于其接触角α较大，径向游隙和轴向游隙较大，在运输、搬运、安装过程中，内圈4、外圈2碰撞严重，影响轴承的性能。第二，轴承内、外圈滚道壁厚d较小，而且轴承套圈滚道太深，热处理和磨加工过程中变形量较大。第三，轴承径向游隙较大，容易散套，造成轴承精度丧失。第四，轴承内、外圈轴向窜动量大，内外圈相对偏转角也很大，振动时内外圈之间容易发生晃动。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型的角接触球轴承，减小了轴承内、外圈相互径向窜动；同时，本发明还提供了这种角接触球轴承的设计方法。

为实现上述目的，本发明的角接触球轴承的技术方案是：一种角接触球轴承，包括内、外轴承套圈以及安装在内、外轴承套圈之间的钢球，轴承套圈上设有与钢球滚动配合的滚道，所述滚道在过轴承套圈轴线的截面上的形状为由至少两段弧线连接构成的多段弧线，其中一段弧线对应于滚道工作区，为工作区滚道弧线，其曲率半径R=f*Dw，f为滚道曲率系数，Dw为钢球直径；另一段弧线连接在工作区滚道弧线的一端，且位于钢球径向方向的一侧，其曲率半径大于R、小于等于钢球外圆周的曲率半径。

本发明的角接触球轴承仅仅滚道的工作区为曲率半径R=f*Dw的弧线，位于钢球径向方向的一侧的滚道非工作区的形状为曲率半径大于R、小于等于钢球外圆周的曲率半径的弧线，这样滚道工作区能够满足角接触球轴承的正常使用，非工作区的弧线又相比传统的角接触球轴承的滚道非工作区的弧线曲率大，减小了滚道在该位置的深度，减小了径向游隙，缩小了轴承内外套圈在径向方向上的窜动幅度，此外，增大了轴承套圈的壁厚，减小了轴承套圈在热处理和磨加工时的变形量。

进一步地，将连接在工作区滚道弧线的一端的另一段弧线的曲率半径选择为等于钢球外圆周的曲率半径时，角接触球轴承的径向和轴向游隙最小，轴承运转最稳定。

所述角接触球轴承的接触角为60°。

工作区滚道弧线的另一端延伸至轴承套圈的圆周面上。

本发明的角接触球轴承的设计方法，首先计算轴承最大载荷时的接触椭圆长半轴，确定滚道的工作区和非工作区；然后设计加工滚道的工作区和非工作区，并使工作区的形状为在过轴承套圈轴线的截面上曲率半径R=f*Dw的弧线，其中，f为滚道曲率系数，Dw为钢球直径，使用时滚道的位于钢球的径向方向一侧的非工作区的形状为在过轴承套圈轴线的截面上曲率半径小于等于钢球外圆周的曲率半径的弧线。

滚道的位于钢球的径向方向一侧的非工作区的形状为在过轴承套圈轴线的截面上曲率半径等于钢球外圆周的曲率半径的圆弧。

根据接触角的大小计算轴承最大载荷时的接触区域，并确定轴承套圈的滚道工作区。

附图说明

图1为传统的角接触球轴承的结构示意图；

图2为本发明的角接触球轴承的实施例的结构示意图（其中虚线为方便对比而显示的现有技术的滚道形状）。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的角接触球轴承的具体实施例，如图2所示，本发明的角接触球轴承包括内轴承套圈4、外轴承套圈2以及安装在内、外轴承套圈之间的钢球3。内、外轴承套圈上均设有与钢球3滚动配合的滚道。

滚道在过轴承套圈轴线的截面上的形状为由两段弧线连接构成的多段弧线。以外轴承套圈的滚道为例，如图2所示，其中A-B段弧线对应于滚道工作区，为工作区滚道弧线，其曲率半径R=f*Dw，f为滚道曲率系数，Dw为钢球直径，且A-B段弧线延伸至外轴承套圈的内周面上。另一段弧线连接在工作区滚道弧线的另一端，且在使用时位于钢球径向方向的外侧（图2中B点右侧的一端滚道），该段弧线的半径等于钢球的半径OB。内轴承套圈的滚道与外轴承套管的滚道设计原理相同，设于内轴承套圈的外周面上。本实施例中，角接触球轴承的接触角α为60°，当然，在其他实施例中，也可以将本发明应用到接触角为其他数值的角接触球轴承上。

本发明的角接触球轴承在设计时，首先根据接触角的大小计算轴承最大载荷时的接触椭圆长半轴，确定滚道的工作区和非工作区；其中工作区的曲率半径采用传动的设计方法，对于非工作区，从接触椭圆长半轴与滚底交点处开始改变滚道的曲率半径并将曲率半径改变为等于钢球半径。也就是说，在设计滚道的工作区和非工作区时，使工作区滚道弧线为在过轴承套圈轴线的截面上曲率半径R=f*Dw的弧线，而且使得在使用时滚道的位于钢球的径向方向一侧的非工作区的形状为在过轴承套圈轴线的截面上半径等于钢球半径的圆弧。

本发明的角接触球轴承的滚道在过轴承套圈轴线的截面上的形状由两段弧线连接而成，位于工作区一侧的非工作区滚道形状为半径等于钢球半径的圆弧，另一侧非工作区的滚道形状为与工作区滚道形状一致的弧线，在其他实施方式中，位于工作区两侧的非工作区的滚道形状可以都为半径与钢球半径相同的圆弧。

在其他实施方式中，滚道的位于钢球的径向方向一侧的非工作区的形状为曲率半径大于R=f*Dw、小于钢球外圆周的曲率半径的弧线，也就是说，该段滚道的形状为处于图2中曲线D和钢球外周面所在圆周之间的弧线。

本发明的角接触球轴承大减小径向游隙和轴向游隙，避免了在运输、搬运、安装过程中钢球和内外圈严重碰撞，保证了轴承性能；减小了滚道深度，增大了轴承内外圈壁厚，减小热处理和磨加工过程中变形量；轴承径向游隙明显减小，降低了散套几率，避免轴承因散套引起的精度丧失；大大减小了轴承内外圈轴向移动量，减小了内外圈相对偏转角，运转平稳，手感很好。