配對(duì)角接觸球軸承寬度和溝位置公差的設(shè)計(jì)與控制

勇泰芳

(中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司，哈爾濱 150036)

符號(hào)說(shuō)明

ae——外圈溝位置尺寸

ai——內(nèi)圈溝位置尺寸

B——內(nèi)圈寬度

C——外圈寬度

Dpw——球組節(jié)圓直徑

Dw——鋼球直徑

Fa——軸向預(yù)緊力

Gr——配套徑向游隙

K——計(jì)算系數(shù)

re——外圈溝曲率半徑

ri——內(nèi)圈溝曲率半徑

T——軸承實(shí)際寬度

Z——單套軸承鋼球數(shù)

Δaimax——內(nèi)圈溝位置上偏差

α——接觸角

δ——凸出量

δa——軸向位移量

δM——修磨量

角接觸球軸承可同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，在應(yīng)用時(shí)通常配對(duì)安裝使用。隨著機(jī)床行業(yè)的迅猛發(fā)展，用于機(jī)床主軸的有預(yù)載荷的超精密配對(duì)角接觸球軸承市場(chǎng)巨大。但角接觸球軸承在組配時(shí)，經(jīng)常發(fā)生配對(duì)率低下的問(wèn)題，嚴(yán)重制約軸承的生產(chǎn)。因此，研究角接觸球軸承的組配方法，提高軸承的配對(duì)率顯得尤為重要。

1 理論分析

要找出影響配套率的原因需從產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙上入手，找到后對(duì)相關(guān)參數(shù)做適當(dāng)調(diào)整。角接觸球軸承幾何關(guān)系如圖1所示。軸承中各參數(shù)的幾何關(guān)系為

ai=B/2，

ae=B/2+(ri+re-Dw)sinα，

令K=ri+re-Dw，則

δ=B-T。

圖1 角接觸球軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

GB/T 307.1—2005《滾動(dòng)軸承向心軸承公差》中規(guī)定，內(nèi)、外套圈的寬度公差ΔBs,ΔCs均為單向公差(上偏差為0)，對(duì)于配對(duì)角接觸球軸承其公差極限值大于單列軸承。JB/T 10336—2002《滾動(dòng)軸承及其零件 補(bǔ)充技術(shù)條件》中規(guī)定,角接觸球軸承實(shí)際寬度偏差ΔTs也為單向公差(上偏差為0)。在角接觸球軸承的設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了保證以上公差的實(shí)現(xiàn)，將進(jìn)行如下參數(shù)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。

最大、最小裝配高分別為

Kmax=rimax+remax-Dwmin,

Kmin=rimin+remin-Dwmax。

無(wú)載荷狀態(tài)下內(nèi)圈非基準(zhǔn)端面對(duì)外圈基準(zhǔn)端面的最大、最小凸出量為

δmax=Bmax-Tmin，

δmin=Bmin-Tmax。

通過(guò)以上公式對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行驗(yàn)算，δmin均大于0。對(duì)于有預(yù)載荷的配對(duì)角接觸球軸承，要保證其預(yù)載荷凸出量應(yīng)為負(fù)值，即在有預(yù)載荷狀態(tài)下應(yīng)為凹進(jìn)量。而正值的凸出量須在裝配時(shí)進(jìn)行修磨去除，去除量同時(shí)要加上所需的預(yù)載荷產(chǎn)生的軸向彈性變形量。預(yù)載荷產(chǎn)生的彈性變形為[1]

由此可見(jiàn)，組配角接觸球軸承套圈的修磨量為

δMmax=δmax+δa，

δMmin=δmin+δa。

通過(guò)分析可以看出，按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法加工出的角接觸球軸承，在進(jìn)入裝配后要實(shí)現(xiàn)有預(yù)載荷的組配，必須修磨端面凸出量，致使工序增加，效率降低。

2 解決方案

為提高組配軸承的配對(duì)成功率，減少單個(gè)套圈的修磨量，將套圈端面的修磨量在裝配之前的工序間加工時(shí)就去除掉。在其他參數(shù)不變的情況下，通過(guò)控制套圈的溝位置公差和寬度公差予以解決(由于內(nèi)圈采用通用設(shè)計(jì)，這里只計(jì)算外圈溝位置即可)。

外圈溝位置尺寸為

將套圈寬度公差縮小(δMmin+δMmax)/2，調(diào)整后套圈寬度極限為

外圈寬度極限與內(nèi)圈相同。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述方法調(diào)整，有預(yù)載荷的配對(duì)角接觸球軸承的配對(duì)率可達(dá)到80%以上，解決了因配對(duì)率不高而影響生產(chǎn)效率的問(wèn)題。要提高裝配的配對(duì)成功率除了控制凸出量外，軸承的內(nèi)外圈溝曲率、接觸角、內(nèi)外徑尺寸等的控制也是關(guān)鍵和重要特性指標(biāo)。

隨著配對(duì)角接觸球軸承應(yīng)用的日益廣泛，萬(wàn)能組配角接觸球軸承將是未來(lái)的主流，但要使軸承的功能發(fā)揮到極致，配對(duì)軸承要比萬(wàn)能組配軸承更好，因?yàn)樗梢詫?duì)接觸角、內(nèi)徑、外徑、徑向跳動(dòng)的相互差等做出更嚴(yán)格的控制。