一种长圆柱满滚子轴承的制作方法

本实用新型属于轴承技术领域，具体的说，涉及一种长圆柱满滚子轴承。

背景技术：

三辊定减径机是无缝钢管生产的主要精整设备之一，既可以用于最终产品定减径，实现无缝钢管的定减径和归圆，也可以设于穿孔机后起减径作用。三辊定减径机的轧辊机架由三个互成120°的定减径轧辊组成。

现有技术中，基于无缝钢管定减径加工过程中，定减径轧辊会同时受到轴向和径向非常大的作用力，且受定减径轧辊承载力的无规律性及内部安装轴承结构的影响，并无用于定减径轧辊心轴支撑的专用轴承，常采用两套型号为23022的单列调心滚子轴承成对安装，以满足对定减径轧辊实现稳定支撑的特殊需求。但采用两套轴承成对安装的结构，轴承装卸困难，使定减径轧辊装配效率十分低下；并且配对组合后的两套轴承承载能力较小、刚性差，润滑脂降温差，轴承易于损坏，抗冲击载荷能力弱等问题，无法满足生产需求。

技术实现要素：

本实用新型提供一种长圆柱满滚子轴承，专门用于三辊定减径机的定减径轧辊的心轴支撑，在定减径轧辊承受特殊载荷时能够实现稳定支撑的前提下，解决现有技术中采用两套轴承成对安装时，轴承装卸困难，定减径轧辊装配效率低下，并且配对组合后的两套轴承承载能力较小、刚性差，润滑脂降温差，易于损坏，抗冲击载荷能力弱等问题。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种长圆柱满滚子轴承，如图1所示，包括内圈、外圈和一列长圆柱滚子组，长圆柱滚子组活动安装于内圈和外圈之间，所述长圆柱滚子组的滚子为空心结构，滚子长度为同型号轴承滚子长度的1.5倍，滚子的母线为对数曲线修形，内圈滚道和外圈滚道的母线均为对数曲线修形，外圈的外圆周面上设有凸缘，外圈的一端设有挡边，另一端设有卡簧槽，卡簧槽内设有用于对滚子进行轴向限位的卡簧，内圈两侧均设有用于对滚子进行轴向限位的挡边。

进一步的，所述滚子的母线中间部位为直线，两端为对数曲线修形的结构，内圈和外圈的滚道与滚子的形状相适配。

进一步的，所述外圈的滚道凸度值为+0.003～+0.006mm，内圈的滚道凸度值为+0.002～+0.005mm，滚子的凸度值为+0.016～+0.020mm。

进一步的，所述凸缘上沿其轴向开设有一对或多对通孔，每对通孔相对于凸缘的轴线对称设置。

进一步的，所述凸缘上沿其轴向开设有一对或多对螺纹孔，每对螺纹孔相对于凸缘的轴线对称设置。

进一步的，所述内圈、外圈和滚子采用的材料为gcr18mo。

进一步的，所述凸缘的根部与外圈为圆弧过渡结构。

进一步的，所述长圆柱滚子组为无保持器的满滚子结构。

进一步的，所述滚子的空心度为60-75％。

进一步的，所述滚子的空心度为68％。

本实用新型由于采用了上述的结构，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：长圆柱滚子组的滚子为空心结构，增加了轴承的散热面积和润滑脂的贮存空间，便于润滑脂的贮存和轴承散热，使轴承具有良好的润滑性能和散热效果，有效减小了轴承温升，避免因温度过高导致轴承表面产生点蚀及黏着的情况，减小了轴承的精度损失，延长了使用寿命；滚子长度为同型号轴承滚子长度的1.5倍，具有较高的承载能力和较高的刚性，具有较高的抗冲击载荷能力，不易损坏，进一步延长了轴承的使用寿命；滚子的母线为对数曲线修形，内圈滚道和外圈滚道的母线均为对数曲线修形，克服了轴承使用过程中的“边缘效应”，滚子直径以微米为单位向末端逐渐减小的滚子，抑制了接触区域边缘的过大应力(边缘载荷)，最大限度地减少了剪切应力和接触应力使轴承的表面接触应力最小化，滚子沿母线的应力分布较均匀，使轴承的承载能力和使用寿命进一步增加；外圈的外圆周面上设有凸缘，方便轴承安装时进行定位，防止轴承安装到位后过度敲击造成损坏；外圈的一端设有挡边，另一端设有卡簧槽，卡簧槽内设有用于对滚子进行轴向限位的卡簧，便于轴承的组装与解体；内圈两侧均设有用于对滚子进行轴向限位的挡边，因轴承定位主要通过轴承内圈与轴肩进行定位，而不是通过外圈与轴承座进行定位，相反，如果在外圈两侧设置挡边来限定滚子的轴向移动，卡簧设在内圈，可靠性低，卡簧受滚子作用力易变形损坏，内圈的挡边相对于卡簧而言承载能力更高，所以在轴承内圈两侧挡边，可以更好的承受径向载荷和一定的双向轴向载荷，承载能力较大，具有较强的抗弯矩能力，对轴承有很好的双向限位功能，另外通过此种单列的专用的长圆柱滚子轴承代替两套普通成对安装的单列调心滚子轴承，不仅结构紧凑、且刚性较好，降低了使用成本，其安装于拆卸更加方便。

综上，本实用新型用于三辊定减径机的定减径轧辊的心轴支撑，在定减径轧辊承受特殊载荷时能够实现稳定支撑的前提下，解决现有技术中采用两套轴承成对安装时，轴承装卸困难，定减径轧辊装配效率低下，并且配对组合后的两套轴承承载能力较小、刚性差，润滑脂降温差，易于损坏，抗冲击载荷能力弱等问题，适用于轴承技术领域。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

在附图中：

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的主视图；

图3为空心度从10％-80％所对应的最大等效应力图；

图4为空心度从60％-75％所对应的最大等效应力图；

图5为滚子的母线的形状示意图；

图6为内圈和外圈滚道上的接触应力分布图。

标注部件：1-外圈，2-内圈，3-滚子，4-卡簧，5-螺纹孔，6-通孔，7-凸缘。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型公开了一种长圆柱满滚子轴承，如图1所示，包括内圈2、外圈1和一列长圆柱滚子组，长圆柱滚子组活动安装于内圈2和外圈1之间，长圆柱滚子组的滚子3为空心结构，滚子3长度为同型号轴承滚子长度的1.5倍，滚子3的长度可以根据实际使用情况进行适当的加长或减短，传统的直素线圆柱滚子轴承的滚子与滚道间的早期接触疲劳常常发生在滚子端部或是滚道上靠近滚子端部的区域，这是因为直素线滚子轴承在受载后滚子两端不可避免地存在应力集中问题，也就是所谓的“边缘效应”。边缘效应的产生使轴承的疲劳寿命大大降低，为此，滚子3的母线为对数曲线修形，内圈2滚道和外圈1滚道的母线均为对数曲线修形，对滚子3的母线和内圈2、外圈1的滚道进行修形，如图5所示，滚子3的母线中间部位为直线，两端为对数曲线修形的结构，内圈2和外圈1的滚道与滚子3的形状相适配，避免了滚子3边缘应力集中的情况。具体的，外圈1的滚道凸度值为+0.003～+0.006mm，内圈2的滚道凸度值为+0.002～+0.005mm，滚子3的凸度值为+0.016～+0.020mm。本实用新型中，轴承采用精度等级为高精度的g2级空心圆柱滚子3，外圈1的外圆周面上设有凸缘7，凸缘7的根部与外圈1为圆弧过渡结构，增加了凸缘7根部的强度，外圈1的一端设有挡边，另一端设有卡簧4槽，卡簧4槽内设有用于对滚子3进行轴向限位的卡簧4，内圈2两侧均设有用于对滚子3进行轴向限位的挡边。

本实用新型的有益效果在于：长圆柱滚子组的滚子3为空心结构，增加了轴承的散热面积和润滑脂的贮存空间，便于润滑脂的贮存和轴承散热，使轴承具有良好的润滑性能和散热效果，有效减小了轴承温升，避免因温度过高导致轴承表面产生点蚀及黏着的情况，减小了轴承的精度损失，延长了使用寿命；滚子3长度为同型号轴承滚子3长度的1.5倍，具有较高的承载能力和较高的刚性，具有较高的抗冲击载荷能力，不易损坏，进一步延长了轴承的使用寿命；如图5所示，滚子3的母线为对数曲线修形，内圈滚道和外圈滚道的母线均为对数曲线修形，克服了轴承使用过程中的“边缘效应”，滚子3的直径以微米为单位向末端逐渐减小，如图6所示，抑制了接触区域边缘的过大应力(边缘载荷)，最大限度地减少了剪切应力和接触应力，轴承的表面接触应力最小化，滚子3沿母线的应力分布较均匀，使轴承的承载能力和使用寿命进一步增加；外圈1的外圆周面上设有凸缘7，方便轴承安装时进行定位，防止轴承安装到位后过度敲击造成损坏；外圈1的一端设有挡边，另一端设有卡簧4槽，卡簧4槽内设有用于对滚子3进行轴向限位的卡簧4，便于轴承的组装与解体；内圈2两侧均设有用于对滚子3进行轴向限位的挡边，因轴承定位主要是通过轴承内圈2与轴肩进行定位，而不是通过外圈1与轴承座进行定位，相反，如果在外圈1两侧设置挡边来限定滚子3的轴向移动，卡簧4设在内圈2，可靠性低，卡簧4受滚子3作用力易变形损坏，内圈2的挡边相对于卡簧4而言承载能力更高，所以在轴承内圈2两侧设置挡边，可以承受径向载荷和一定的双向轴向载荷(动载荷cr：170kn、静载荷cor230kn)，承载能力较大，具有较强的抗弯矩能力，对轴承有很好的双向限位功能，本实用新型用于支撑定减径轧辊的轴承型号为c220vx2rtw/c3，通过此种单列的专用的长圆柱滚子轴承代替了现有技术中常用的两套成对安装的23022单列调心滚子轴承，不仅结构紧凑、且刚性较好，降低了使用成本，其安装于拆卸更加方便。

作为本实用新型一个优选的实施例，凸缘7上沿其轴向开设有一对或多对通孔6，每对通孔6相对于凸缘7的轴线对称设置。凸缘7上沿其轴向开设有一对或多对螺纹孔5，每对螺纹孔5相对于凸缘7的轴线对称设置。通过设置凸缘7，可以更加方便轴承安装过程中定位，当轴承安装到位后，凸缘7与轴肩或轴套端面相抵，起到限位作用，防止过度安装造成轴承自身损坏；通过设置通孔6，在轴承安装时，通过螺栓的拉动不断将轴承装入轴套内，从而避免采用敲击的方式安装造成轴承和轴套的损坏；通过设置螺纹孔5，轴承拆卸时，可以将螺栓拧入螺纹孔5内，随着螺栓的旋转将轴承顶出，便于轴承的拆卸。

作为本实用新型一个优选的实施例，为了使轴承具有更好的使用性能，内圈2、外圈1和滚子3采用的材料为gcr18mo。我公司根据该新型轴承的实际使用工况，决定采用gcr18mo材料代替现有技术中常用的gcr15材料，具体的，本实用新型用于支撑定减径轧辊的轴承型号为c220vx2rtw/c3，其牌号及化学成分如表1：

表1轴承材质的牌号及化学成分表

gcr18mo为贝氏体淬火开发的钢种，贝氏体组织能显著提高钢的强韧性、比例极限、屈服强度和断面收缩率；与相同温度回火的gcr15马氏体组织相比有更好的耐磨性，尺寸稳定性好，表面处于压应力状态；由于贝氏体淬火等温温度较高以及贝氏体组织生产的自身特点，可以实现无裂纹淬火等一系列优点。我公司热处理部门根据奥氏体等温转变曲线，马氏体转变点大约在210～220℃左右，为了保证等温淬火后得到硬度在60hrc以上的全下贝氏体，适当提高了淬火加热温度，使其充分奥氏体化，相应地降低马氏体点并提高奥氏体的稳定性，另一方面，根据奥氏体化温度与组织和性能的关系，奥氏体化的最高温度一般875～880℃为好，综合考虑gcr18mo贝氏体等温淬火的加热温度范围为850～875℃之间，比马氏体淬火的加热温度提高10～35℃，奥氏体转变为下贝氏体的等温温度在210～230℃为宜，为了获得完全下贝氏体，对其进行4～5小时的等温淬火处理。

进一步的，所述长圆柱滚子组为无保持器的满滚子3结构。通过采用此种无保持器结构，为滚子3数量的增加提供了空间，滚子3数量的增加，轴承内的滚子3结构更加紧凑，大大增加了轴承的轴向和径向的承载能力，且同时避免了保持器损坏对轴承造成的伤害，进一步提高了其使用寿命。

作为本实用新型一个优选的实施例，如图2所示，所述滚子3的空心度为60-75％。所述滚子3的空心度为68％。滚子3的空心度是整个轴承设计过程中一个最重要的参数，如果空心度过小，则达不到预期目的；如果空心度过大，将会极大地削弱轴承的承载强度，因此滚子3的空心度的合理选择是该轴承设计的关键一步。分别取滚子3的空心度为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％，对滚子3进行应力分析，实验结果如图3所示，通过图3可知，空心度在低于60％时，空心圆柱滚子3轴承随空心度的增大，其最大等效应力缓慢增加，当高于75％时，随着空心度的增加，轴承的最大等效应力增加较大，在60％-75％中间某个值时，为等效应力急剧变化的拐点。

再对空心度在60％-75％范围内的滚子3进行应力分析，加载同样大小的载荷，其实验结果如图4所示，通过图4可知，当空心度低于68％时，轴承最大等效应力随空心度的增加，缓慢上升；当空心度高于68％时，轴承最大等效应力随空心度的增加而急剧增加，空心度为68％时，其性能最优。

综上所述，本实用新型用于三辊定减径机的定减径轧辊的心轴支撑，能够承受以径向载荷为主的径向和轴向联合载荷，具有较大的承载能力，在定减径轧辊承受特殊载荷时能够实现稳定支撑的前提下，解决了现有技术中采用两套轴承成对安装时，轴承装卸困难，定减径轧辊装配效率低下，并且配对组合后的两套轴承承载能力较小、刚性差，润滑脂降温差，易于损坏，抗冲击载荷能力弱等问题，有效地提升了无缝钢管定减径辊的使用性能和寿命，受到客户的好评和信赖，适用于轴承技术领域。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型权利要求保护的范围之内。