一种基于圆锥滚子斜置贯穿式超精研的凸度分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于圆锥滚子斜置贯穿式超精研的凸度分析方法，属于滚动轴承 制造工艺的技术领域。
【背景技术】
[0002] 圆锥滚子是滚动轴承的一种重要零件，尤其滚子凸度对于轴承中滚子与滚道的接 触应力分布和弹流润滑油膜形状都会产生积极影响，对提高轴承性能及寿命可靠性有重要 意义。因此，在生产过程中对圆锥滚子的锥面凸度有严格的要求。滚子凸度呈曲线形状，其 大小是用微米计量的，其精密加工一直是轴承制造中需要解决的重要技术难题之一。目前， 贯穿式超精研是精密圆锥滚子凸度加工的主要工艺，其加工方式是:一对轴线水平且平行 配置的导辊，作定轴同向旋转运动，其辊形表面与滚子的圆锥表面接触，对滚子进行支撑、 姿态控制和旋转驱动;其前(或后）导辊的螺旋挡边与滚子的球基面接触，推动滚子向前贯 穿并将相邻滚子隔离，使得由上料机构连续送入两导辊之间的滚子，可以一边自转，一边以 某种姿态沿某种轨迹从两导辊之间贯穿通过；一排长方块油石从正上方弹性地压在滚子 上，并沿导辊轴线方向作高频小幅直线振荡，对滚子锥面进行研磨。
[0003]在圆锥滚子贯穿式超精研中，滚子贯穿方式有多种，斜置贯穿式是其中的一种重 要方式，具有获得的滚子凸度量大、导辊利用率高且加工容易等优点，已在实际生产中应 用。在圆锥滚子斜置贯穿式超精研中，滚子具有固定不变的姿态，可用姿态参数描述。所述 的滚子姿态参数为斜置角和倾斜角。斜置角和倾斜角的含义是：用滚子轴线的方位代表滚 子姿态，用水平面和纵向（指导辊轴线方向）铅垂平面作为参考平面，用导辊轴线作为参考 直线;斜置角是垂直投射到水平面上的滚子轴线与参考直线的夹角;倾斜角是垂直投射到 铅垂面上的滚子轴线与参考直线的夹角。滚子姿态完全取决于滚子轴线的方位。斜置角和 倾斜角可以完整描述滚子轴线的方位，因而可以完整描述滚子姿态。
[0004] 圆锥滚子贯穿式超精研的凸度形成机理与规律十分复杂，人们尚未认识清楚。对 于斜置贯穿式超精研，人们已经认识到滚子姿态对凸度有重要影响，但是对于利用这种方 法加工形成凸度原理的认识，研究人员缺乏相关科学依据的支持，以至于这种加工方法的 现有技术在设计滚子姿态时主要依赖经验，并常常难以获得良好的滚子凸度。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种针对圆锥滚子斜置贯穿式超 精研的凸度分析方法，以便进一步揭示如何设置圆锥滚子在贯穿式超精研中的姿态参数， 使其加工形成更为优良的凸度，为圆锥滚子凸度加工质量及其一致性的提高提供指导作 用。
[0006] 本发明是通过如下方案予以实现的：
[0007] 1.-种基于圆锥滚子斜置贯穿式超精研的凸度分析方法，步骤如下：
[0008] 步骤1，根据圆锥滚子斜置贯穿式超精研中滚子和油石的几何及运动特征以及油 石磨损特性，建立滚子-油石接触线方程和圆锥滚子的纵向截形曲线方程;其中，滚子-油石 接触线方程包括非边缘接触线方程、小端边缘接触线方程和大端边缘接触线方程;根据圆 锥滚子的纵向截形曲线方程，建立可比纵向截形方程；
[0009] 步骤2,选定圆锥滚子姿态参数，该姿态参数包括斜置角和倾斜角;然后，将油石的 厚度、圆锥滚子相关尺寸和形状参数以及选定的姿态参数代入到滚子-油石接触线方程和 可比纵向截形方程，绘制与选定的姿态参数对应的滚子-油石接触线图和滚子可比纵向截 形图；
[0010] 步骤3,对选定的姿态参数进行左右微调，绘制相应的滚子-油石接触线图和可比 纵向截形图并进行分析，选择可使圆锥滚子大端和小端边缘接触线宽度差达到设定值，并 且可比纵向截形的小端抬高部分和大端抬高部分对称性满足设定值的姿态参数作为最佳 的姿态参数;所述的最佳的姿态参数就是可以形成优良凸度的滚子姿态参数。
[0011] 进一步的，所述的滚子-油石接触线方程表达式如下：
[0012] 1)非边缘接触线方程：
[0045] 其中，x、y、z是坐标系oxyz中滚子-油石接触线的x、y和z坐标值；Φ为斜置角；Θ为 倾斜角;α是圆锥滚子的半锥角; r是圆锥滚子的小端半径；1是圆锥滚子的长度;Β是油石厚 度;oxyz是三维直角坐标系，〇点是滚子轴线上的滚子长度中心点；z轴与滚子贯穿直线及油 石振荡直线方向一致;yoz平面是纵向铅垂平面;油石在X方向的位置设定为其厚度中心截 面经过〇点；
[0046] 2)非边缘接触线方程：
[0047]
[0048]
[0049]
[0050]
[0051] 其中，小端边缘接触线方程中符号的含义与非边缘接触线方程中相同的符号含义 相同；
[0052] 3)大端边缘接触线方程：
[0053]
[0054] xE [_B/2，xdji] U [xdj2，B/2]
[0055]
[0056]
[0057] 其中，大端边缘接触线方程中符号的含义与非边缘接触线方程中相同的符号含义 相同。
[0058]进一步的，所述的圆锥滚子可比纵向截形方程表达式如下：
[0069]
[0070]
[0071] 其中，yb和zb是可比纵向截形曲线的y坐标值和z坐标值;η和是超精研区滚子纵 向截形曲线的y坐标值和z坐标值;y z和zz是纵向截形长度中点的y坐标值和z坐标值，yz是在 超精研区滚子纵向截形方程中令z = Zz得出的5^值;该公式中X表示超精研区滚子纵向截形 截面在X坐标轴上的位置坐标，其他的公式符号与滚子-油石接触线方程中相同的符号含义 相同。
[0072] 进一步的，根据滚子-油石接触线的形态，设置四种典型的情况，分别在对应的四 种情况下，给出大端和小端边缘接触线宽度差的设定值以及可比纵向截形小端抬高部分和 大端抬高部分对称性的设定值;通过对选定的姿态参数进行左右微调，使大端和小端边缘 接触线宽度差以及可比纵向截形小端抬高部分和大端抬高部分对称性均达到设定值，从而 得到最佳姿态参数，具体如下：
[0073] (1)第一种情况，对应滚子-油石接触线形态为对称"几"字型，这种情况下，斜置角 为0°不能调整，通过调整倾斜角使大端和小端边缘接触线宽度差以及可比纵向截形小端抬 尚部分和大端抬尚部分对称性均达到各自的设定值；
[0074] (2)第二种情况，对应滚子-油石接触线形态为非对称"几"字型，这种情况下，斜置 角和倾斜角可以联合调整，使大端和小端边缘接触线宽度差以及可比纵向截形小端抬高部 分和大端抬高部分对称性均达到各自的设定值；
[0075] (3)第三种情况，对应滚子-油石接触线形态为非对称残缺"几"字型;这种情况下， 斜置角和倾斜角也可以联合调整，并使大端和小端边缘接触线宽度差以及可比纵向截形小 端抬高部分和大端抬高部分对称性均达到各自的设定值，但斜置角和倾斜角的可调范围比 第二种情况下小；
[0076] (4)第四种情况，对应滚子-油石接触线形态为"Z"字型;这种情况下，斜置角和倾 斜角也可以联合调整，并使大端和小端边缘接触线宽度差以及可比纵向截形小端抬高部分 和大端抬高部分对称性均达到各自的