鑲墊型向心關(guān)節(jié)軸承技術(shù)設(shè)計(jì)

莊藝鋒

（福建漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 漳州 363000）

0 引言

鑲墊型向心關(guān)節(jié)軸承是向心關(guān)節(jié)軸承中的一種，其外圈型腔和襯墊設(shè)計(jì)十分重要，它將直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和加工速度，甚至影響到產(chǎn)品開發(fā)的成功與否。本文介紹的關(guān)節(jié)軸承基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)由內(nèi)凹面的外圈和有外球面的內(nèi)圈組成，外圈內(nèi)凹面鑲有襯墊，襯墊與內(nèi)圈外球面形成一對滑動(dòng)副，主要適用于擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)、傾斜運(yùn)動(dòng)和低速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)[1]的機(jī)械機(jī)構(gòu)。外圈內(nèi)凹面（下稱型腔）鑲有襯墊是該產(chǎn)品的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，軸承型腔與襯墊設(shè)計(jì)、襯墊壓配及其裝置，是該產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)關(guān)鍵。

1 軸承型腔、襯墊尺寸設(shè)計(jì)

1.1 外圈型腔尺寸設(shè)計(jì)

外圈型腔結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。圖中：C3為外圈型腔高度；C1為外圈寬度；H為型腔圓柱 部 分 長 度；D1′為型腔內(nèi)徑；Sφ為軸承球徑；D′為型腔外徑；α角度為10°～13°。主要尺寸計(jì)算如下：外圈型腔高度C3=K1·C1；型腔圓柱部分長度H=K2×C1；型腔內(nèi)徑D1′=Sφ+K3；型腔外徑D′= D1′+2×cos α×（C3-H）。式中：系數(shù)K1為2/5～1/3；系數(shù)K2為4/25～2/1；系數(shù)K3為0.4～0.5。

圖1 外圈型腔結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 軸承襯墊尺寸設(shè)計(jì)

軸承襯墊結(jié)構(gòu)如圖2所示。主要尺寸計(jì)算如下：

圖2 軸承襯墊結(jié)構(gòu)示意圖

襯墊外徑D1= D1′-K1；襯墊高度H′=C3+K2。式中：系數(shù)K1為0.2～0.4；系數(shù)K2為0.1～0.2，

襯墊小端面內(nèi)徑尺寸d2=d1+2×sin β×H′；襯墊大端面內(nèi)徑尺寸

式中：β為襯墊內(nèi)孔斜角，11°～14°；V為型腔的體積（單邊）。

1.3 襯墊壓配裝置零件設(shè)計(jì)

1.3.1 壓配上模

壓配上模結(jié)構(gòu)如圖3所示。主要尺寸計(jì)算如下：

圖3 壓配上模結(jié)構(gòu)示意圖

壓配上模外徑D1=D1′-K1。式中：系數(shù)K1為0.3～0.6；D1′為軸承型腔內(nèi)徑（如圖1）。

壓配上模內(nèi)徑d1=d+K2。式中，系數(shù)K2為0～0.05。

壓配上模錐槽小徑d2=D3′+K3。式中：系數(shù)K3為0.3～0.6；D3′為軸承內(nèi)圈端面直徑（如圖1）。

壓配上模錐槽大徑d3=D2′-K4。式中：系數(shù)K4為0.3～0.6；D2′為軸承外圈端面直徑（如圖1）。

壓配上模高度B1=20～50。

壓配上模錐槽高度B2=（C2-C1）/2+ K5。式中：系數(shù)K5為0.5～5.0；C1為軸承外圈寬度；C2為內(nèi)圈寬度（如圖1）。

1.3.2 壓配下模

壓配下模結(jié)構(gòu)如圖4所示。主要尺寸計(jì)算如下：

圖4 壓配下模結(jié)構(gòu)示意圖

壓配下模外徑D1=D+K1。式中：系數(shù)K1為5～20；D 為軸承外圈外徑。

壓配下模內(nèi)徑d1=d+K2。式中：系數(shù)K2為0～0.05；d為軸承內(nèi)圈內(nèi)徑。

壓配下模凹槽槽徑d2=D2′+K3。式中：系數(shù)K3為0.3～0.6；D2′為軸承外圈端面直徑。

壓配下模壓簧槽內(nèi)徑d3=D1′+K4。式中：系數(shù)K4為2～10；D1′為軸承型腔內(nèi)徑。

壓配下模壓簧槽外徑d4=d3+1/2×（1/2～1/4）×（D-D1′）。式中：D為軸承外圈外徑；D1′為軸承型腔內(nèi)徑。

壓配下模高度B=30～70。

壓配下模壓簧槽深度B1=（1/3～2/3）×B。

壓配下模凹槽深度B2=（C2-C1）/2+K5。式中：系數(shù)K5為0.5～5.0；C1為軸承外圈寬度；C2為內(nèi)圈寬度。

1.3.3 定位軸

定位軸結(jié)構(gòu)如圖5所示。主要尺寸計(jì)算如下：

圖5 定位軸結(jié)構(gòu)示意圖

定位軸外徑D1=d- K1。式中：系數(shù)K1為0.04～0.09；d為軸承內(nèi)圈內(nèi)孔直徑。

定位軸長度L=C1+B+B1- K2。式中：系數(shù)K2為1～10；C1為軸承外圈寬度。

在20世紀(jì)70年代初美國的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)就已經(jīng)得到了高速的發(fā)展，和其他國家的發(fā)展情況是非常不盡相同的。在住宅建筑上面，大多是以低層次木結(jié)構(gòu)和輕鋼結(jié)構(gòu)為主，主要表現(xiàn)為個(gè)性化、多樣性、現(xiàn)代化等特點(diǎn)。

定位軸圓角R=（1/8～1/12）×D1。

1.3.4 壓簧壓塊壓簧壓塊結(jié)構(gòu)如圖6所示。主要尺寸計(jì)算如下：

圖6 壓簧壓塊結(jié)構(gòu)示意圖

壓簧壓塊外徑D1=d4-K1。式中：系數(shù)K1為0.4～0.8；d4為壓配下模壓簧槽外徑（如圖8）。

壓簧壓塊內(nèi)徑d1=d3+ K2。式中：系數(shù)K2為0.4～0.8；d3為壓配下模壓簧槽內(nèi)徑（如圖8）。

壓簧壓塊高度C1=（3/4～1/2）×B。式中，B為壓配下模高度（如圖8）。

1.3.5 壓簧

壓簧結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。主要尺寸計(jì)算如下：

圖7 壓簧結(jié)構(gòu)示意圖

壓簧外徑D′= 1/2×（d4-d3-K）。式中：系數(shù)K為0.8～5.0；d3、d4分別為壓配下模壓簧槽內(nèi)、外徑（如圖8）。

壓簧高度H=B1-（1/4～1/2）×C1。式中：B1為壓配下模壓簧槽深度；C1為壓簧壓塊高度（如圖8、圖10）。

圖8 關(guān)節(jié)軸承、襯墊和壓配上模依次放入壓配下模之前的結(jié)構(gòu)示意圖

圖9 關(guān)節(jié)軸承內(nèi)外圈、襯墊和壓配上模依次放入壓配下模，且關(guān)節(jié)軸承下方的襯墊已壓裝至型腔內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖

圖10 軸承兩襯墊已壓入型腔內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖

2 軸承的襯墊安裝裝置

關(guān)節(jié)軸承的襯墊通過手工或者執(zhí)行元件（如氣缸等）直接將襯墊推入，這種方式較為簡單，但是容易使襯墊安裝偏移，從而影響到關(guān)節(jié)軸承的安裝效率和成品的合格率。這里介紹關(guān)節(jié)軸承的襯墊安裝裝置，主要是壓配上模、壓配下模、定位軸、壓簧等部件，該裝置是通過定位軸對關(guān)節(jié)軸承的內(nèi)孔和壓配上模的定位孔進(jìn)行定位，使壓配上模和關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈同軸心，防止軸承內(nèi)圈擺動(dòng)、偏移。安裝襯墊時(shí)，只需下壓壓配上模，使上模直接對應(yīng)襯墊，下壓時(shí)襯墊沿軸承外圈和內(nèi)圈之間的間隙進(jìn)入型腔。

3 襯墊壓配和鉚合工藝

1）裝第一面襯墊。壓配下?！ㄎ惠S→軸承外圈→軸承內(nèi)圈→襯墊→壓配上?！鷫貉b。即先將壓配下模放于壓力機(jī)的工作臺上，壓配下模內(nèi)孔插上定位軸，然后定位軸內(nèi)放入軸承外圈、內(nèi)圈，定位軸內(nèi)再依次放入襯墊和壓配上模，然后啟動(dòng)壓力機(jī)壓制，使軸承一面型腔內(nèi)裝入一個(gè)襯墊。

2）裝第二面襯墊。壓配下模、定位軸→鑲墊型向心關(guān)節(jié)軸承（無襯墊面朝上）→襯墊→壓配上?！鷫貉b。即當(dāng)裝完裝一面襯墊后，依次從定位軸內(nèi)取出壓配上模和軸承后，再往定位軸內(nèi)放入鑲墊型向心關(guān)節(jié)軸承（無襯墊面朝上），且依次放入襯墊和壓配上模，然后啟動(dòng)壓力機(jī)，使軸承另一面型腔內(nèi)再裝入襯墊。

3）襯墊鉚合。鉚合下模（通用壓配上模）→定位軸→鑲墊型向心關(guān)節(jié)軸承（兩面已裝襯墊）→鉚合上模（通用壓配上模）→鉚合。即先將鉚合下模放于壓力機(jī)的工作臺上，鉚合下模內(nèi)孔插上定位軸，然后定位軸內(nèi)放入鑲墊型向心關(guān)節(jié)軸承（兩面已裝襯墊），定位軸內(nèi)再放入鉚合上模，然后啟動(dòng)壓力機(jī)，對兩面襯墊進(jìn)行鉚合。

圖11 壓裝另一面襯墊且對兩個(gè)襯墊進(jìn)行鉚合之前的結(jié)構(gòu)示意圖

圖12 兩個(gè)襯墊鉚合之后的結(jié)構(gòu)示意圖

對于小型號，在裝第二面襯墊時(shí)，將壓配下模換成鉚合模具，就可以在裝配襯墊同時(shí)對兩個(gè)襯墊進(jìn)行鉚合，具體如下：鉚合下模（通用壓配上模）→定位軸→鑲墊型向心關(guān)節(jié)軸承（無襯墊面朝上）→襯墊→鉚合上?！鷫貉b、鉚合。即當(dāng)裝完裝一面襯墊，依次從定位軸內(nèi)取出壓配上模、鑲墊型向心關(guān)節(jié)軸承及壓配下模后，再將鉚合下模（通用壓配上模）放于壓力機(jī)的工作臺上，鉚合下模內(nèi)孔插上定位軸，然后定位軸內(nèi)放入鑲墊型向心關(guān)節(jié)軸承（無襯墊面朝上），且依次放入襯墊和鉚合上模，然后啟動(dòng)壓力機(jī)，使軸承另一面型腔內(nèi)再裝入襯墊，壓力機(jī)繼續(xù)下行，完成對兩面襯墊的鉚合。

襯墊壓配和鉚合是鑲墊型向心關(guān)節(jié)軸承制造的關(guān)鍵工序，應(yīng)注意：襯墊壓配過程中不得造成軸承外圈開裂；襯墊鉚合過程中同批軸承外圈高度差大于0.35 mm時(shí)，須對外圈高度尺寸先分組再鉚合，以保證同批產(chǎn)品鉚合深度統(tǒng)一；鉚合后襯墊不得高出軸承外圈端面，一般須低于外圈端面0.2～0.4 mm；鉚合后襯墊必須牢固，不允許有旋轉(zhuǎn)、松動(dòng)、脫落現(xiàn)象。

4 結(jié)語

關(guān)節(jié)軸承種類繁多，有向心關(guān)節(jié)軸承、角接觸關(guān)節(jié)軸承、推力關(guān)節(jié)軸承和桿端關(guān)節(jié)軸承，每一類型都有其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和要求。實(shí)踐證明，此鑲墊型向心關(guān)節(jié)軸承設(shè)計(jì)的技術(shù)可以滿足客戶的需求，已為行業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。