圆柱滚子凸度形式及凸度量的确定

　　滚子轴承使用在载荷比较大的场合。直素线滚子在受载后，两端不可避免地存在应力集中现象(边缘效应)，使轴承的疲劳寿命大大降低。为了克服这种边缘效应，实际应用中采用了凸度滚子。但凸度滚子克服边缘效应的效果不仅与滚子素线的形状有关，而且与滚子的凸度量大小有关，因此，在滚子轴承设计时必须针对具体的工况合理确定滚子的凸度形状及凸度量，从而在滚子类型一定的情况下最大限度地降低滚子与内、外滚道接触引起的边界应力集中，提高轴承的承载能力和使用寿命。目前，在所有滚子轴承中，圆柱滚子轴承应用最为广泛，现对圆柱滚子的凸度形式及凸度量的选取进行介绍。

　　1 素线形式及设计方法

　　目前的工程应用中，凸度圆柱滚子的素线主要采用3种形式: 全圆弧素线、圆弧修缘素线和对数素线(图1)。

　　全圆弧素线凸度滚子的素线为一段圆弧线。轻载时，接触状态几近于点接触，滚子的稳定性较差，容易发生偏斜。当载荷增大时，可使滚子全长进入接触且不发生边缘应力效应，但滚子中部往往有较高的压力峰值。因此，该类型滚子存在接触应力集中。

　　圆弧修缘素线滚子的素线中部为直线，两端为修缘圆弧，在圆弧与直线相交处有明显的几何交点。滚子的工作长度也随载荷变化，滚子可全长进入接触且不发生边缘效应，稳定性比全圆弧素线滚子好。

　　上述两种类型滚子都仍存在应力集中的问题，比较而言，最为理想的是对数素线滚子。采用该类型滚子，可以使接触载荷均匀分布。由文献[1]知，对数素线滚子的凸度量为

　　式中:

　　Pr为轴承实际承受的载荷; Z为滚子数; Lwe为滚子有效接触长度; Dpw为滚子组节圆直径; Dwe为滚子有效直径。

　　圆弧修缘素线滚子的凸度量为

　　式中: W=Cr/Z; lu=Lw-2t1; lm=lu-2t; Lw为滚子长度; Cr为径向额定动载荷; t为修整线圆弧部分长度; t1为滚子凸度测量点距滚子端面距离。

　　在圆柱滚子轴承优化设计中推荐采用对数素线滚子。但在实际应用中，由于加工成本和加工设备的限制，难以稳定、可靠地获得对数素线，因此，可采用圆弧修缘素线代替。

　　2 凸度量的确定

　　要获得合理的凸度量，必须对不同凸度量的修形滚子进行分析，并在此基础上进行凸度量的优化设计。文献[2]将滚子直径作为滚子规格分类的依据。考虑到设计的简明和方便，同样可以依据滚子名义外径Dw来确定滚子凸度量。

　　表1为根据多年的实践经验得出的滚子凸度量δ与滚子外径Dw的关系式。考虑到明确统一和测量的方便，单边修形圆弧长度t2为滚子凸度弧线与直线的理论交点距滚子端面的距离。t2取滚子名义长度的1/6。凸度量的上、下偏差分别为0和+0.005mm。表2为综合中国、德国、美国和日本标准得到的不同规格滚子的凸度量及其公差。滚子凸度与圆弧的关系如图2所示，由图中几何关系可知