滾子軸承性能試驗(yàn)用外圈軸向定位工裝設(shè)計(jì)

王立慧，閆 眾

（中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司 研發(fā)中心，黑龍江 哈爾濱 150036）

滾子軸承性能試驗(yàn)用外圈軸向定位工裝設(shè)計(jì)

王立慧，閆 眾

（中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司 研發(fā)中心，黑龍江 哈爾濱 150036）

針對(duì)懸臂式軸承試驗(yàn)機(jī)，提出一種工藝裝備的設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)解決圓柱滾子軸承外圈的軸向定位問(wèn)題，以保證軸承試驗(yàn)的各種技術(shù)參數(shù)的高度模擬狀態(tài)。

滾子軸承；懸臂式軸承試驗(yàn)機(jī)；工裝設(shè)計(jì)；軸向定位；參數(shù)模擬

1 前言

對(duì)于被試驗(yàn)的滾子軸承來(lái)說(shuō)，只能承受徑向載荷，不能承受軸向載荷，而且外圈和內(nèi)圈是相對(duì)游離的，所以要求工藝裝備的設(shè)計(jì)時(shí)，要保證在試驗(yàn)箱的有效空間內(nèi)要實(shí)現(xiàn)軸承內(nèi)、外圈的精確定位，既要保證兩者在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的相對(duì)位置度的要求，又要保證軸承的徑向載荷精確地作用于軸承的加載中心上，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑等技術(shù)參數(shù)的高度模擬效應(yīng)，因此，滾子軸承內(nèi)、外圈軸向的精確定位一直是各個(gè)試驗(yàn)廠家重點(diǎn)攻關(guān)的問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)各個(gè)試驗(yàn)單位提出了不同的解決辦法，本人設(shè)計(jì)的這種工藝裝備能夠?qū)崿F(xiàn)滾子軸承外圈軸向的精確定位，使得滾子軸承在懸臂式軸承試驗(yàn)器上的試驗(yàn)效果良好。懸臂式軸承試驗(yàn)機(jī)優(yōu)點(diǎn)很多，如安裝、拆卸試驗(yàn)軸承非常方便，便于實(shí)現(xiàn)環(huán)下潤(rùn)滑等。

2 試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)及工裝設(shè)計(jì)要求

如圖 1 所示，在懸臂式軸承試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)軸承箱體5內(nèi)，只有一根試驗(yàn)主軸6，主軸動(dòng)力是靠后端的電主軸1傳遞過(guò)來(lái)的，在試驗(yàn)軸承箱體3內(nèi)有兩組支撐軸承2、4支撐試驗(yàn)主軸，試驗(yàn)主軸另一端懸空，通過(guò)若干件的工藝裝備將試驗(yàn)軸承安裝到試驗(yàn)主軸上面，實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)、徑向加載等試驗(yàn)技術(shù)要求。

滾子軸承試驗(yàn)需要模擬軸承在機(jī)器上工作的各種技術(shù)參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、載荷、潤(rùn)滑等。而軸承內(nèi)、外圈的軸向、徑向的精確定位，是實(shí)現(xiàn)上述各種技術(shù)參數(shù)的前提，對(duì)于滾子軸承試驗(yàn)的高度模擬仿真具有重要的意義。

2.1 工藝裝備的機(jī)械部分設(shè)計(jì)

如圖 2 所示，滾子軸承內(nèi)圈5安裝在試驗(yàn)副軸3上，試驗(yàn)副軸3安裝在試驗(yàn)主軸19上，通過(guò)主軸的左側(cè)軸肩和右側(cè)軸端的雙螺母8、17將軸承的內(nèi)圈壓緊在試驗(yàn)主軸上，這樣主軸高速旋轉(zhuǎn)就帶動(dòng)軸承內(nèi)圈以同一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。軸承的外圈相對(duì)于軸承的內(nèi)圈是游離的狀態(tài)，保證外圈在試驗(yàn)過(guò)程中相對(duì)于內(nèi)圈處于軸承原始設(shè)計(jì)的位置是軸承試驗(yàn)最理想狀態(tài)。如圖 2 所示，1為試驗(yàn)箱體，試驗(yàn)器14端蓋通過(guò)螺栓固定在試驗(yàn)箱體上，圓柱形墊鐵12固定在試驗(yàn)器端蓋14上，軸向定位砝碼11被固定在圓柱墊鐵12上，1、11、12、14組成固定不動(dòng)的部分，相當(dāng)于試驗(yàn)機(jī)箱體。滾子軸承的外圈7安裝在負(fù)荷體9內(nèi)部，負(fù)荷體端蓋2通過(guò)螺栓連接將試驗(yàn)軸承外圈壓緊在負(fù)荷體9內(nèi)，形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，這個(gè)整體安裝在試驗(yàn)軸承的圓柱滾子的外側(cè)，處于懸浮狀態(tài)。這個(gè)整體部分的軸向精確定位是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。它是通過(guò)軸向定位法蘭10、軸向定位砝碼11、圓柱墊鐵12，拉緊螺栓13、六角頭螺母16來(lái)共同實(shí)現(xiàn)的。首先軸向定位法蘭10通過(guò)螺栓連接與7、9、2組成的試驗(yàn)軸承外圈懸浮結(jié)構(gòu)相連接，拉緊螺栓13與軸向定位法蘭10通過(guò)T形槽口配合拉動(dòng)整體結(jié)構(gòu)向右側(cè)移動(dòng)，當(dāng)件10的右側(cè)端面與軸向定位砝碼11的左側(cè)平面靠緊的時(shí)候，整體結(jié)構(gòu)就被定位在這個(gè)位置，然后用六角頭螺母16鎖死拉緊螺栓13右側(cè)頭部的螺紋部分。另外，通過(guò)13將由2、7、9、10組成的軸承外圈的浮動(dòng)部分拉緊固定在試驗(yàn)箱體上，如果改變軸向定位砝碼11的厚度，就可以改變外套浮動(dòng)部分的軸向位移，這樣只需要精確計(jì)算保證11的厚度就可以實(shí)現(xiàn)軸承外圈的軸向相對(duì)于軸承內(nèi)圈的原始設(shè)計(jì)位置。此種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的軸向定位砝碼11的左端面設(shè)有圓形凹槽。這樣的設(shè)計(jì)使得軸向定位砝碼11的左端面形成一個(gè)環(huán)形端面；由于軸向定位砝碼11的左端面起到與軸向定位法蘭10的右端面接觸定位的作用，因此，軸向定位砝碼11的左端面的加工精度要求很高，需要上磨床精磨，環(huán)形端面減少了軸向定位砝碼11的左端面的接觸面積，提高了軸向定位的精度，又減少了在磨床上的磨削量和加工成本。

圖1 懸臂式軸承試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)

圖2 圓柱滾子軸承試驗(yàn)工裝

需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，由于軸承的外圈是要承受徑向的載荷的，試驗(yàn)器的徑向加載頭直接作用在負(fù)荷體9上，這樣如果將浮動(dòng)的外套組合體死死的拉緊固定在固定體上，這樣徑向的載荷就要受到影響，所以將圓柱墊鐵12和拉緊螺栓13設(shè)計(jì)成一段螺紋連接，螺距選擇1.5mm，在鎖死六角頭螺母16,實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)軸承的外圈軸向精確定位以后，要松開六角頭螺母，將12與13的螺紋連接部分退回半圈，即大約是0.75mm的距離,再鎖死六角頭螺母。這樣既能保證外圈結(jié)構(gòu)的軸向位置，又能保證徑向加載不受固定部分的影響。

2.2 方案的實(shí)用性

此設(shè)計(jì)方案具有通用性，當(dāng)滾子軸承的型號(hào)不同（外圈的寬度不同）時(shí)，只需要改變軸向定位砝碼11的厚度，就可改變軸承外圈的軸向位置,進(jìn)而保證試驗(yàn)軸承的外圈相對(duì)于內(nèi)圈的原始設(shè)計(jì)安裝位置，保證滾子軸承試驗(yàn)的高度仿真效果。

2.3 試驗(yàn)軸承潤(rùn)滑部分的設(shè)計(jì)

試驗(yàn)軸承的潤(rùn)滑是根據(jù)軸承用戶試驗(yàn)大綱上的要求來(lái)設(shè)計(jì)的，軸承型號(hào)不同，潤(rùn)滑的要求各不相同，所以不同的型號(hào)軸承的工藝裝備的設(shè)計(jì)要結(jié)合潤(rùn)滑要求來(lái)綜合考慮。以下只針對(duì)一種型號(hào)的軸承加以說(shuō)明。

件4是環(huán)下潤(rùn)滑收油環(huán)，設(shè)計(jì)成順時(shí)針螺旋結(jié)構(gòu)，模擬軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)工況，負(fù)荷體端蓋2上面開有潤(rùn)滑油通道，通過(guò)此件能夠?qū)?rùn)滑油噴射到環(huán)下潤(rùn)滑收油環(huán)4上。由于主軸19高速旋轉(zhuǎn)，環(huán)下潤(rùn)滑收油環(huán)4的收油結(jié)構(gòu)將潤(rùn)滑油收集在收油口處，甩入到滾子軸承內(nèi)圈5的收油腔內(nèi)部，在離心力的作用下，將潤(rùn)滑油噴射到軸承滾子6和滾子軸承外圈7的滾道上，實(shí)現(xiàn)了環(huán)下潤(rùn)滑，保證環(huán)下潤(rùn)滑的模擬效果，這里不作詳細(xì)介紹。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）經(jīng)過(guò)多種型號(hào)的滾子軸承在懸臂式軸承試驗(yàn)機(jī)上面的試驗(yàn)證明，本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)滾子軸承試驗(yàn)時(shí)的軸向精確定位，完成軸承的內(nèi)、外套的疲勞試驗(yàn)，效果非常好。這種結(jié)構(gòu)能夠保證試驗(yàn)過(guò)程中的軸承的原始設(shè)計(jì)安裝的相對(duì)位置度要求，保證軸承的徑向載荷不偏載、滾子軸承不易損壞、在高轉(zhuǎn)速情況下軸承潤(rùn)滑狀況良好等試驗(yàn)技術(shù)要求。滾子軸承的轉(zhuǎn)速可達(dá)到35 000r/min。

（2） 這種工藝裝備的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)具有通用性，不同型號(hào)滾子軸承可以完全利用這種工藝裝備結(jié)構(gòu)，只需要根據(jù)軸承尺寸的大小，設(shè)計(jì)相關(guān)的零件的結(jié)構(gòu)尺寸就可進(jìn)行軸承試驗(yàn)。而軸向定位問(wèn)題完全依靠軸向定位碼11的軸向尺寸來(lái)確定，只要改變軸向定位碼11的厚度就能夠?qū)崿F(xiàn)軸承內(nèi)外圈軸向的精確定位，進(jìn)而保證軸承外圈與內(nèi)圈的相對(duì)位置度的要求。

（編輯：林小江）

表1 加工方法改進(jìn)前后形位公差對(duì)比 mm

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)將超輕系列軸承外圈的多工序合并成兩道工序加工，完全達(dá)到了設(shè)想結(jié)果，與傳統(tǒng)工藝加工方法相比，既提高了產(chǎn)品質(zhì)量，滿足了工藝要求，確保了加工產(chǎn)品的一致性與穩(wěn)定性，并且在生產(chǎn)效率上提高了40%左右，生產(chǎn)成本降低了38%左右。同時(shí)，為其他型號(hào)超輕系列軸承的成型加工提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

（編輯：王立新）

Design of outer ring axial positioning tooling for performance test of roller bearing

Wang Lihui,Yan Zhong
( Bearing R&D Center, AVIC Harbin Bearing Co., Ltd., Harbin 150025, China ）

For the cantilever bearing test machine, this paper presents a design of tooling, focused on solving the problem of axial location of cylindrical roller bearing outer ring, so as to ensure the altitude simulation state of all kinds of technical parameters for bearing test.

roller bearing; cantilever bearing test machine; tooling design; axial location; parameter simulation

TG155.3+1

B

1672-4852（2014）03-0040-03

2014-03-22.

王立慧（1970-），女，高級(jí)工程師.