圓錐滾子軸承大擋邊油溝新設(shè)計方法

章志慧

(福建省永安軸承有限責任公司 技術(shù)中心，福建 永安 366000)

符號說明

a——大擋邊素線與滾道素線的交點到油溝圓弧與滾道素線的交點間的距離(簡稱油溝深度)，mm

d2——內(nèi)圈擋邊外徑，mm

F——內(nèi)圈滾道直徑，mm

k——擋邊素線有效長度系數(shù)

r7——內(nèi)圈擋邊外徑與擋邊交界處倒角半徑，mm

r′——砂輪工作表面與端面間的圓角半徑，mm

δd——內(nèi)圈擋邊磨加工余量，mm

δg——內(nèi)圈滾道磨加工余量，mm

ξ——砂輪端面相對于砂輪軸心線的全跳動，mm

Ω——油溝中心線(中心線通過滾道素線與擋邊素線的交點)相對于初始位置的偏移量(以下簡稱油溝偏移量)，mm

λ——內(nèi)圈大擋邊素線與端面間的夾角，(°)

ψ——內(nèi)圈大擋邊素線與滾道素線間的夾角，(°)

θ——內(nèi)圈大擋邊素線與油溝斜邊間的夾角，(°)

ρ——內(nèi)圈滾道素線與油溝斜邊間的夾角，(°)

β——內(nèi)圈滾道素線與中心軸間的夾角(以下簡稱滾道角度)，(°)

ω——相切于油溝圓弧兩斜線間的夾角(以下簡稱油溝角度)，(°)

ε——油溝中心線相對于中心軸間的夾角，(°)

在產(chǎn)品設(shè)計時，圓錐滾子軸承內(nèi)圈大擋邊處的油溝一般直接采用圓錐滾子軸承設(shè)計方法[1]推薦的尺寸參數(shù)m，m1，m2，m3。有了這幾個參數(shù)就能確定油溝的位置，但油溝的具體形狀卻因缺少圓弧曲率半徑r而不能確定。車加工圖紙上需標全m′，m1′，m2′，m3′及r，才能指導(dǎo)成形車刀的制作，來加工所需的油溝。大多數(shù)廠家是利用產(chǎn)品圖給出的參數(shù)m，m1，m2，m3，并預(yù)選一個r值，然后推算出車加工所需的m′，m1′，m2′，m3′及r[2]。依據(jù)文獻[2]方法設(shè)計出來的各種型號軸承的油溝形狀不一，造成加工油溝的車刀種類繁多，增加了生產(chǎn)過程中車刀管理難度和生產(chǎn)成本。經(jīng)過幾年的摸索，借助計算機技術(shù)總結(jié)出一種新的油溝設(shè)計方法，該設(shè)計方法在保證滿足油溝功能下減少了油溝車刀的種類。

1 油溝的功能

在設(shè)計油溝時，首先要了解油溝在軸承中的主要功能：(1)砂輪越程槽；(2)消除應(yīng)力集中；(3)儲存潤滑油。眾所周知，油溝只要有一定的容積，就具備了儲存潤滑油的功能。因此在設(shè)計時只要著重考慮另外2個功能即可。

在磨削滾道和擋邊時，為了保證加工表面不留邊，砂輪的有效寬度應(yīng)大于磨削表面的有效寬度，因此油溝在軸承加工中承擔了一項重要職責，即砂輪越程槽。

若擋邊與滾道的交界處沒有設(shè)置油溝，以鋒銳的尖角過渡，將會在熱處理中產(chǎn)生裂紋，在軸承的使用中容易引起擋邊斷裂，而連續(xù)圓滑的油溝可以消除尖角，減少應(yīng)力集中[3]。

2 油溝參數(shù)確定

2.1 形狀參數(shù)

由于在車削油溝時普遍采用成形刀具，為了保證刀具的強度及改善刀具的工況，提高刀具的綜合效益，油溝設(shè)計成圓弧過渡并有一定角度的斜楔形，頂端圓弧與兩斜邊相切，如圖1所示。油溝的形狀參數(shù)為圓弧曲率半徑r及油溝角度ω，其將影響刀具的強度、擋邊素線的有效長度及刀具的形狀，因此，應(yīng)根據(jù)機床設(shè)備和具體切削規(guī)范選定合理的油溝形狀參數(shù)值。圓弧曲率半徑r一般取大于0.3 mm，才能保證車刀的強度；適當加大油溝角度ω，使刀具兩側(cè)的刃口參與切削，可以減小刀尖的受力，從而提高刀具的強度。擋邊較大時，r和ω宜取較大值，反之亦然。這樣既能保證車刀的強度，又能有效地保證擋邊素線的有效長度。

圖1 油溝初始形狀幾何關(guān)系原理圖

2.2 位置參數(shù)

m2的取值需保證滾道磨削時不出現(xiàn)留邊，即砂輪端面不與擋邊接觸情況下，砂輪的有效工作寬度能完全覆蓋滾道表面(即m2≥m2min)。文中主要介紹油溝的設(shè)計方法，求解m2min的公式推導(dǎo)過于繁瑣且復(fù)雜，此處不作贅述。為了便于計算，只給出m2min的近似求解公式

m2min={[0.5(d2-F)-r7]tanλcosβ+ξ+

r′}sinψ+δd。

(1)

已知β，ω，ε，m2，r值，根據(jù)圖1的幾何關(guān)系可依次推導(dǎo)出m，m1，m3的關(guān)系式。

ρ=β+ε-0.5ω，θ=ψ-β-ε-0.5ω，

(2)

由(2)式可得

(3)

OF=ODsin(ψ-β-ε)/sin(β+ε)，

(4)

m1=ACsinψ=OFsinψ·

(5)

m3=r-OF，

(6)

a=AK=KD-AD=[r2-(r-m)2]1/2-

(r-m)/tan(β+ε)，

(7)

m1max=0.5(1-k)(d2-F)/cosλ-r7。

(8)

根據(jù)油溝設(shè)計流程圖(圖2)和(2)～(8)式，可分別計算出m，m1，m3和a值。在流程圖中對油溝的深度和擋邊有效長度進行了驗算。

(1)油溝深度驗算。如果a>0，則不產(chǎn)生干涉；反之，則需調(diào)整參數(shù)r，ε或Ω后重新計算，直到符合設(shè)計要求。

(2)擋邊有效長度驗算。如果m1

圖2 油溝設(shè)計流程圖

油溝偏移后的幾何關(guān)系如圖3所示，油溝從圖3虛線位置沿滾道素線方向位移到粗實線處，由圖3及(2)～(7)式可知，

AB=m2/sinψ-A′A，

(9)

m1=A′C′sinψ=(AF+FG+GC-PC)·

(10)

m3=r-OF-AA′sinψ=r-OF-

(11)

(12)

根據(jù)圖2的流程設(shè)計偏移后的油溝時，需用(9)～(12)式重新計算m，m1，m3，a，并驗算油溝深度a和擋邊有效長度m1，直到符合設(shè)計要求為止。

圖3 油溝偏移后幾何關(guān)系圖

3 車加工油溝尺寸參數(shù)確定

從圖4可推導(dǎo)出

m′=m+δg，

(13)

m1′=m1-δg+δdsinψ/tanθ，

(14)

m2′=m2-δd+δgsinψ/tanρ，

(15)

m3′=m3+δd。

(16)

圖4 車坯油溝原理圖

4 實例計算

以32312產(chǎn)品為例，該軸承的相關(guān)參數(shù)為：d2=92.4mm，F(xiàn)=82.643mm，r7=0.5mm，β=8°57′10″，ψ=89°28′，λ=9°29′。加工過程產(chǎn)生的參數(shù)：ω=40°，δd=0.15 mm，δg=0.15 mm，ξ=0.2 mm，r′=0.3 mm，k=0.7。

預(yù)設(shè)r=0.7 mm，ε=33°，Ω=0 mm，由(1)式求得m2min=1.37 mm，取m2=1.4 mm，由(2)～(12)式算得m=0.35 mm，m1=1.13 mm，m3=0.32 mm，a=0.22 mm。m1max=0.99 mm，驗算a>0符合要求；m1

調(diào)整后r=0.6 mm，ε=32°，Ω=0.03 mm，重新得m=0.38 mm，m1=0.95 mm，m2=1.4 mm，m3=0.3 mm，a=0.25 mm。驗算a>0符合要求；m1

5 結(jié)束語

經(jīng)過實踐驗證，這種設(shè)計方法設(shè)計出的油溝完全能滿足圓錐滾子軸承對油溝的要求，簡化了刀具的種類，降低了生產(chǎn)成本。由于油溝各尺寸參數(shù)在設(shè)計過程中需不斷調(diào)整試算，才能設(shè)計出完全符合設(shè)計要求的油溝，采用人工計算，工作量巨大，若借助計算機編制一個油溝設(shè)計專用程序，并將該程序嵌入公司的CAD/CAPP協(xié)同處理系統(tǒng)，會極大地方便產(chǎn)品及工藝設(shè)計人員，使其能快速、準確地設(shè)計出合乎要求的油溝。