一种均载多球轴承座及其设计方法与流程

本发明涉及多球轴承座，具体为一种均载多球轴承座及其设计方法。

背景技术：

1、授权公告号为cn107211580b的中国专利公开了一种多球轴承座，其由壳体、顶盖、压块、挡圈、上压板、下压板、滚动体、定位销、定位螺栓、紧固压块、螺栓和螺帽构成。多球轴承座的关键部位是上推力板（又称上压板）、下推力板（又称下压板）、钢球（作为滚动体）和保持架组件，工作过程中，轴向载荷经推力板传递至各钢球，并通过钢球传递至另一推力板。

2、现有多球轴承座中，上推力板和下推力板与钢球接触的承载表面通常采用平面结构。在承受较大轴向载荷时，受推力板变形等因素影响，不同径向位置钢球的受载状态存在差异，容易出现靠近中部位置的钢球承受载荷较大，而外围位置钢球承受载荷较小的情况，使载荷不能均匀分配至各钢球。

3、上述载荷分配不均会使部分钢球及其对应的推力板接触区域产生较大的接触应力，容易形成局部应力峰值，加剧钢球及推力板接触区域的疲劳损伤，并影响多球轴承座的承载性能和使用寿命。因此，如何改善不同径向位置钢球之间的载荷分配状态、降低局部接触应力，是多球轴承座设计中需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种均载多球轴承座及其设计方法，通过对不同径向位置钢球的受载变形进行补偿，改善多个钢球之间的载荷分配状态，使不同径向位置钢球的接触应力趋于均衡，降低局部应力集中，提高多球轴承座的承载性能和使用寿命。

2、本发明采用的技术方案是：一种均载多球轴承座的设计方法，所述多球轴承座包括上推力板、下推力板、设置于所述上推力板与所述下推力板之间的多个钢球以及用于对所述钢球进行限位的保持架组件，所述多个钢球具有相同的直径，所述设计方法包括以下步骤：

3、建立所述上推力板和所述下推力板与所述钢球接触的承载表面均为平面的多球轴承座有限元模型，对所述有限元模型施加设计载荷，获得不同径向位置钢球的变形量；

4、根据不同径向位置钢球的变形量差以及变形补偿系数确定微凹曲面的常量系数，并根据所述常量系数确定所述微凹曲面的曲面轮廓；

5、将所述上推力板和所述下推力板中的一个推力板与所述钢球接触的承载表面设置为所述微凹曲面，另一个推力板与所述钢球接触的承载表面保持为平面；其中，所述微凹曲面以形成该微凹曲面的推力板的轴线为中心，其靠近所述轴线的中部区域相对于外围区域向远离所述钢球的一侧凹入；

6、建立具有所述微凹曲面的有限元模型，对所述有限元模型施加载荷，获得不同径向位置钢球的接触应力，并根据所述接触应力的分布调整所述常量系数，以使不同径向位置钢球的接触应力趋于均衡。

7、作为优选方案，所述变形量差为中间位置钢球的最大变形量与外侧钢球的最小变形量之差。

8、作为优选方案，所述微凹曲面以形成所述微凹曲面的推力板的轴线为中心，所述曲面轮廓自所述轴线向径向外侧延伸的一侧满足以下曲线方程：

9、

10、式中，表示曲面轮廓上的点距所述轴线的径向距离；为该点对应的轴向坐标；为常量系数；为所述多个钢球的球心至所述轴线的最大径向距离，；为微小偏移量。

11、作为优选方案，根据所述变形量差和变形补偿系数确定  时的  值，并将 及对应的  值代入所述曲线方程，求得所述常量系数 。

12、作为优选方案，将确定的常量系数代入所述曲线方程，通过改变 x 的取值获得所述曲面轮廓上的坐标点，并根据所述坐标点生成所述微凹曲面的三维坐标点集。

13、作为优选方案，通过有限元分析获得不同径向位置钢球的接触应力，并调整所述常量系数 ，直至不同径向位置钢球之间的接触应力差不大于预设值。

14、一种均载多球轴承座，包括上推力板、下推力板、设置于所述上推力板与所述下推力板之间的多个等径钢球以及用于对所述钢球进行限位的保持架组件，所述均载多球轴承座的微凹曲面的曲面轮廓采用所述的设计方法确定，所述上推力板和所述下推力板中的一个推力板与所述钢球接触的承载表面为微凹曲面，另一个推力板与所述钢球接触的承载表面为平面，所述微凹曲面以形成该微凹曲面的推力板的轴线为中心，其靠近所述轴线的中部区域相对于外围区域向远离所述钢球的一侧凹入。

15、作为优选方案，形成所述微凹曲面的推力板在所述多个钢球所在承载区域的径向外侧采用圆弧过渡。

16、作为优选方案，形成所述微凹曲面的推力板设置有阻尼材料涂层。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、1.本发明根据不同径向位置钢球在载荷作用下的变形差异进行针对性补偿，能够改善中部钢球受载较大、外围钢球受载较小的情况，使轴向载荷更加均匀地分配至多个钢球，提高多球轴承座的均载性能。

19、2.本发明通过有限元分析获得不同径向位置钢球的变形量，并据此确定微凹曲面的曲面轮廓，使曲面形状与多球轴承座实际受载变形状态相适应，相较于经验性设置承载表面形状，能够提高曲面补偿设计的针对性和合理性。

20、3.本发明通过对微凹曲面的常量系数进行调整，并以不同径向位置钢球的接触应力分布作为优化依据，能够减小各钢球之间的接触应力差异，降低局部接触应力峰值，从而减轻钢球及推力板接触区域的疲劳损伤。

21、4.本发明在保持多个钢球等径的情况下实现不同径向位置钢球的受载补偿，无需通过改变不同位置钢球的直径实现载荷调节，有利于保持钢球规格的一致性，同时提高多球轴承座在较大轴向载荷下的承载稳定性和使用寿命。

1.一种均载多球轴承座的设计方法，所述多球轴承座包括上推力板、下推力板、设置于所述上推力板与所述下推力板之间的多个钢球以及用于对所述钢球进行限位的保持架组件，所述多个钢球具有相同的直径，其特征在于，所述设计方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：所述变形量差为中间位置钢球的最大变形量与外侧钢球的最小变形量之差。

3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述微凹曲面以形成所述微凹曲面的推力板的轴线为中心，所述曲面轮廓自所述轴线向径向外侧延伸的一侧满足以下曲线方程：

4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，根据所述变形量差和变形补偿系数确定  时的  值，并将  及对应的  值代入所述曲线方程，求得所述常量系数。

5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于：将确定的常量系数代入所述曲线方程，通过改变 x 的取值获得所述曲面轮廓上的坐标点，并根据所述坐标点生成所述微凹曲面的三维坐标点集。

6.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于：通过有限元分析获得不同径向位置钢球的接触应力，并调整所述常量系数 ，直至不同径向位置钢球之间的接触应力差不大于预设值。

7.一种均载多球轴承座，包括上推力板、下推力板、设置于所述上推力板与所述下推力板之间的多个等径钢球以及用于对所述钢球进行限位的保持架组件，其特征在于，所述均载多球轴承座的微凹曲面的曲面轮廓采用权利要求1-6任一项所述的设计方法确定，所述上推力板和所述下推力板中的一个推力板与所述钢球接触的承载表面为微凹曲面，另一个推力板与所述钢球接触的承载表面为平面，所述微凹曲面以形成该微凹曲面的推力板的轴线为中心，其靠近所述轴线的中部区域相对于外围区域向远离所述钢球的一侧凹入。

8.根据权利要求7所述的均载多球轴承座，其特征在于：形成所述微凹曲面的推力板在所述多个钢球所在承载区域的径向外侧采用圆弧过渡。

9.根据权利要求7所述的均载多球轴承座，其特征在于：形成所述微凹曲面的推力板设置有阻尼材料涂层。