角接觸球軸承套圈溝道位置的改進設(shè)計

張彥合，李亦軒，王小剛

(1.洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039；2.航空精密軸承國家重點實驗室，河南 洛陽 471039；3.黃河交通學院，河南 焦作 454950)

符號說明

ae——外圈溝道位置尺寸

ai——內(nèi)圈溝道位置尺寸

B——內(nèi)圈寬度

C——外圈寬度

dt——凸出量

Dw——鋼球直徑

Ri——內(nèi)圈溝道曲率半徑

Re——外圈溝道曲率半徑

T——軸承裝配高

α——接觸角

溝道位置是角接觸球軸承設(shè)計過程中的重要參數(shù)，其直接影響軸承的凸出量、裝配高等，通常處于軸承內(nèi)、外圈寬度中心位置或靠近中心位置。角接觸球軸承可同時承受軸向載荷和徑向載荷，常用接觸角為15°和25°，若根據(jù)傳統(tǒng)軸承設(shè)計方法，軸承廠家在7系列角接觸球軸承實際生產(chǎn)中，需要加工15°角接觸球軸承的外圈、25°角接觸球軸承的外圈及上述2種型號通用的軸承內(nèi)圈，主要原因為不同接觸角軸承的套圈溝道位置不同。為減少投料批次，提出一種新的角接觸球軸承溝道位置設(shè)計方法。

1 傳統(tǒng)角接觸球軸承溝道位置設(shè)計

精密角接觸球軸承往往組配使用，理想情況下軸承組配形式為萬能組配型，即在一定的預緊力情況下，凸出量dt為0[1-2]。軸承可以DB配、DF配、TBT配、QBC配等任意方式組配。為達到套圈萬能組配的目的，同時考慮實際生產(chǎn)中的偏差，設(shè)計初期要保證軸承初始凸出量大于0，測出實際凸出量后，再將凸出量修磨為0，即可生產(chǎn)出萬能單套型軸承[3-5]。角接觸球軸承溝道位置設(shè)計的目的是滿足軸承加工和使用過程中對凸出量和裝配高的要求。角接觸球軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示，其凸出量dt和裝配高T分別為

圖1 角接觸球軸承結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of angular contact ball bearing

dt=B-ai-ae+(Ri+Re-Dw)sinα,

(1)

T=ai+ae-(Ri+Re-Dw)sinα。

(2)

傳統(tǒng)角接觸球軸承溝道位置為

ai=0.5B,

(3)

ae=0.5B+(Ri+Re-Dw)sinα。

(4)

由(3)，(4)式可知：7系列接觸角15°，25°的角接觸球軸承內(nèi)圈通用，外圈由于溝道位置不同，需從車工件開始區(qū)分。同理，B7系列接觸角15°，25°的角接觸球軸承外圈通用，內(nèi)圈由于溝道位置不同，也需從車工件開始區(qū)分。通過該方法設(shè)計溝道位置，零件種類多，投料批次多，生產(chǎn)效率低。

2 改進設(shè)計

為解決上述問題，對傳統(tǒng)溝道位置設(shè)計方法進行改進。對于7系列角接觸球軸承，外圈溝道位置尺寸為

ae=ae(C)=ae(AC)=

0.5C+0.5(Ri+Re-Dw)(sin15°+sin25°)，

(5)

內(nèi)圈溝道位置尺寸為

ai(C)=0.5B-0.5(Ri+Re-Dw)·

(sin25°-sin15°)，

(6)

ai(AC)=0.5B+0.5(Ri+Re-Dw)·

(sin25°-sin15°),

(7)

由(6)，(7)式可得

ai(C)+ai(AC)=B,

(8)

式中：ae(C),ae(AC)分別為7系列15°，25°角接觸球軸承外圈溝道位置尺寸；ai(C),ai(AC)分別為7系列15°，25°角接觸球軸承內(nèi)圈溝道位置尺寸。

由(8)式可知：若15°接觸角的軸承內(nèi)圈以左端面為基準面加工內(nèi)圈溝道位置尺寸ai(C)，則以右端面為基準測量溝道位置時，溝道位置參數(shù)值為對應(yīng)25°接觸角的軸承內(nèi)圈溝道位置尺寸ai(AC)。通過上述設(shè)計方法得到的不同接觸角的軸承合套示意圖如圖2所示。

圖2 7系列角接觸球軸承合套示意圖Fig.2 Matching diagram of 7 series angular contact ball bearing

對于15°，25°接觸角的B7系列軸承，采用通用的軸承內(nèi)圈，內(nèi)圈溝道位置尺寸為

a′i=a′i(C)=a′i(AC)= 0.5B+0.5(Ri+

Re-Dw)(sin15°+sin25°)，

(9)

新的外圈溝道位置尺寸為

a′e(C)=0.5C-0.5(Ri+Re-Dw)(sin25°-sin15°)，

(10)

a′e(AC)=0.5C+0.5(Ri+Re-Dw)(sin25°-sin15°)，

(11)

由 (10)，(11) 式可得

a′e(C)+a′e(AC)=C,

(12)

式中：a′e(C),a′e(AC)分別為B7系列15°，25°角接觸球軸承外圈溝道位置尺寸；a′i(C),a′i(AC)分別為B7系列15°，25°角接觸球軸承內(nèi)圈溝道位置尺寸。

由(12)式可知：若15°接觸角的軸承外圈以左端面為基準面加工外圈溝道位置尺寸a′e(C)，則以右端面為基準測量溝道位置尺寸時，溝道位置尺寸為對應(yīng)25°接觸角的軸承外圈溝道位置尺寸。采用上述方法設(shè)計的不同接觸角的軸承合套示意圖如圖3所示。

圖3 B7系列角接觸球軸承合套示意圖Fig.3 Matching diagram of B7 series angular contact ball bearing

3 實例分析

以7005型角接觸球軸承為例，軸承主要結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1， 7005型角接觸球軸承采用新的設(shè)計方法得到的溝道位置尺寸見表2。

表1 7005型角接觸球軸承主要結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab.1 Main structural parameters of angular contact ball bearing 7005

表2 7005型角接觸球軸承溝道位置尺寸Tab.2 Raceway position size of angular contact ball bearing 7005

B7005型角接觸球軸承主要結(jié)構(gòu)參數(shù)同7005，采用新的設(shè)計方法得到的溝道位置尺寸見表3。

表3 B7005型角接觸球軸承溝道位置尺寸Tab.3 Raceway position size of angular contact ball bearing B7005

由表2、表3可知：新設(shè)計方法得到的軸承溝道位置參數(shù)符合要求。采用新的溝道位置尺寸設(shè)計方法，只需投2批料即可，避免了原料積壓，降低了生產(chǎn)成本。同時，新的溝道位置尺寸設(shè)計方法還可提高合套率。

在實際生產(chǎn)中，套圈溝道直徑會存在一定偏差，其對游隙影響極為明顯，但其尺寸公差又難以壓縮，部分軸承合套后游隙難以滿足要求。采用新的設(shè)計方法后，在溝道磨削后將套圈進行分選，分組后的內(nèi)、外圈若合套后游隙滿足25°接觸角軸承的游隙范圍，則可按25°角接觸球軸承標準生產(chǎn)，進行鎖口修磨，進而裝配；若合套后游隙較小，可按照15°角接觸球軸承的標準生產(chǎn)。這樣可最大限度利用套圈，避免因尺寸散差大，造成部分套圈無法用于合套。

4 結(jié)束語

針對傳統(tǒng)角接觸球軸承溝道位置尺寸設(shè)計方法存在的問題，對溝道位置設(shè)計方法進行改進。新的設(shè)計方法可有效減少投料種類，避免原料積壓，提高生產(chǎn)效率。該設(shè)計方法同樣適用于其他具有類似擋邊特征的角接觸球軸承，且不局限于15°，25°的接觸角，還可應(yīng)用于其他接觸角的角接觸球軸承。