剥皮机挤压揉搓机构中曲沟球轴承的试制及其承载能力

发布时间：2019-07-17 13:43

【摘要】：为了满足剥皮机的挤压揉搓作业效果,简化机械结构,设计了一种曲沟球轴承。建立曲沟球轴承受力分析模型,分析了不同加载力下滚动体与外圈滚道的峰顶到谷底之间5个接触点的接触应力,得到滚动体与外圈之间的接触应力从峰顶到谷底逐渐减小、随着加载力的增大而增加的趋势;在此基础上,试制了外圈为三维正弦曲线环形圆弧滚道,内圈为定点窝眼滚珠结构的曲沟球轴承,用自制的试验台对试制的曲沟球轴承进行了测试。结果表明:加载力增大,轴承外圈的温升幅度增高,温升速度加快,经过10 min后,温升曲线趋于平缓,基本达到了热平衡状态。研究成果为曲沟球轴承的结构优化、定型生产及后续的推广应用提供了参考。
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曲沟球轴承样品Fig.5Sampleofcurvedgrooveballbearing

图片说明：农业工程学报（http://www.tcsae.org）2017年76利用球头铣刀加工外圈，铣刀的中心与正弦曲线的轨迹相重合，在任一位置上，铣刀截面均垂直于正弦曲线的轨迹进行铣削加工，如图4所示。内圈的球形窝眼同样采用球形铣刀进行加工，各零件制作完成后，装配时，首先将小滚珠填入内圈窝眼，并加入足够的润滑油，然后将保持架与内圈采用过渡配合进行安装，利用橡皮锤敲击滚动体进入内圈的窝眼中，将外圈与内圈套装形成曲沟球轴承的整体，如图5所示。1.铣削轨迹2.峰顶处的铣刀方位3.谷底处的铣刀方位4.一般位置处的铣刀方位1.Millingtrack2.Millingcutterorientationatsummit3.Millingcutterorientationatbottom4.Millingcutterorientationingeneralposition图4曲沟球轴承外圈加工示意图Fig.4Schematicdiagramofouterringofcurvedgrooveballbearing图5曲沟球轴承样品Fig.5Sampleofcurvedgrooveballbearing2曲沟球轴承的接触应力分析进行滚动轴承的结构分析，接触应力计算是出发点[4-6]，依据弹性接触理论，对曲沟球轴承外圈的特殊结构建立受力分析模型，并对这种典型的非线性问题进行求解，为后续的试验研究提供参考。2.1理论依据弹性体受载后产生的局部应力与变形满足基本的力学平衡方程与变形协调方程[7-8]，即(,)ddAPxyxyQ（3）式中A为接触区域，P为接触应力，MPa；(x,y)为接触区域内点的坐标；Q为载荷，N。221(,)dd(,)()()APxyxyxyExxyy（4）22121211EEE（5）式中δ为弹性趋近量，mm；σ为初始间距，mm；(x,y)为弹性体受载变形后接触区域内点的坐标；E1、
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图片说明：莺兆冉哟ダ砺鄣募蚧狁扑悖嘞耸弊畲蠛兆冉哟?应力23max1.5()πabPQee（14）式中πeaeb为赫兹接触系数，与接触形态相关。由于轴承内圈在轴带动下旋转，，滚动体A与轴承外圈的接触位置会经历从1点的峰顶到5点的谷底循环。因此按照旋转方向，以初始1点位置峰顶处开始，取2个二分之一振幅的2点和4点、中间3点及谷底5点的5个位置，分别分析其接触点受力状态，计算相应的接触应力，将5个位置分别标记为1—5，将其向侧面进行投影，其位置分布如图7所示。图7计算位置示意图Fig.7Calculatedpositiondiagram从图6的受力分析模型中可以看出，在不同位置受载后形成的接触角α′及接触形态决定着接触应力的大小，以下针对这2个参数进行分析。2.2.1受载后的接触角α′接触角对轴承的载荷分布具有重要影响，对接触角的计算是轴承动、静态分析的基础[22-23]。如图8所示[24]。当曲沟球轴承承受轴向力Fa时，内圈窝眼曲率中心B移至B1，接触角由原始接触角α变为α′，外圈滚道与内圈窝眼曲率中心之间的距离变化量δn是滚动体与内圈的变形量加上滚动体与外圈的变形量得到的，其数值：注：δa为内圈窝眼曲率中心轴向位移，mm；δn为外圈滚道与内圈窝眼曲率中心之间的距离变化量，mm；α为轴承原始接触角，(°)；α′为轴承受力后的接触角，(°)。Note:δaisaxialdisplacementofcurvaturecenterofinnerhole,mm;δnisdistancebetweencurvaturecentersofouterringracewayandinnerhole,mm;αisinitialcontactangleofbearing,(°);α′iscontactangleafterforcingon
【作者单位】：西北农林科技大学机械与电子工程学院;陕西省农业装备工程技术研究中心;
【基金】：陕西省13115工程技术研究中心项目(2011HBGC-03)
【分类号】：TH133.33

【参考文献】