圆锥滚子轴承套圈装配倒角的设计.pdf

墨 Q Z C N 4 1 1148 T H 轴承20 11年l2期 B earing 20 1 1 N o 12 圆锥滚子轴承套圈装配倒角的设计 章志慧 福建省永安轴承有限责任公司 技术中心 福建永安366000 摘要 介绍了纯圆弧 斜边 圆弧 斜边 小圆弧 大圆弧 斜边 3 种装配倒角形式 对 比分析了各自的特点 认为小圆弧 大圆弧 斜边倒角是目前最适宜的装配倒角形式 并结合数学推导介绍了小圆弧 大圆弧 斜 边装配倒角的设计方法及其车加工装配倒角坐标尺寸的计算方法 关键词 圆锥滚子轴承 套圈 装配倒角 结构形式 中图分类号 TH 133 33 2 文献标志码 B 文章编号 1000 3762 2011 12 0011 04 D esi gn of A ssem bly C h am fer of R i ngs for T ap ered R oller B eari n gs Z H A N G Z hui Tec hnology Center Y ong an Beari ng Li m i ted Li abi li ty Com pany Yongan 366000 Chi na A b strac t T h ree ki nds of assem b ly c h am fer are i n trodu c ed an d an alyzed c om p arati vely si ngle c i rc ular ar C b evel edge are bevel sm al l arc large arc bevel an d th e bevel ed ge arc b evel c ham fer i s thou gh t as m ost proper one at p re sent T h e d esi gn m ethod an d m ac h i n i ng c oordi nate geom etry aye explai ned for the c h am fer c om b i ni ng ari thm eti c al operati on K ey w ord s tap ered roller beari ng ri n g assem bly c ham fer struc ture typ e 符 号说 明 r r 成品套 圈装 配倒角径 轴 向坐标公 称尺寸 m m r 装配倒角车加工径 轴向坐标尺寸 mm 收稿 日期 2011 07 18 修回日期 20 11 10 09 r i r2smi n 轴承装 配 倒 角 的最小 倒角 尺 寸 m m R 倒角圆弧半径 m m 靠大端面处圆弧切线 或斜线 与端面 的夹角 倒角圆弧切线与内 外 径的夹角 AB c 内 外 圈端面单向磨削余量 mm ZlD d 套圈外 内 径单向磨削余量 nTm 从分析结果可知 当轴承参数改变时 对 于给 定的径向载荷和轴向载荷 所允许的倾覆力矩载 荷的增减幅度达到几十 至几百 千 对于不 同的轴 向载荷 轴承参数 改变对 承载能力的影响效果是 不同的 而当轴承参数改变时 对于静载荷承载能 力和动载荷承载能力的影响效果是一致的 当轴 承外部载荷给定时 应用这些规律可以显著提高 轴承的承载能力 3 结束语 通过对风电转盘轴承的游隙 沟曲率半径 系数以及接触角等的分析 可知轴承几何参数 的微观 变化 对 轴 承 的 承载 能 力 有 着 明显 的影 响 轴承设计参数的改变对轴承的静载荷能力 和动载荷能力的影响趋势是一致 的 总之 适 量小的负游隙可使轴承具有极佳的承载性能 减小沟曲率半径系数可提高其承载能力 轴承 的轴向载荷相对数值较大时 增大接触角可以 提高其承载能力 编辑 温朝杰 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 轴承 2011 No 12 在圆锥滚子轴承设计过程中 更多关注的是 如何提高轴承的额定载荷 降低轴承的噪声等 而 往往忽视 了轴承套圈装配倒角的设计 然而轴承 套圈装配倒角 的形状设计是否恰 当 对整 机的装 配陛及使用寿命均有较大的影响 如果轴承套圈 装配倒角形状设计不合理 倒角与 内 外径过渡处 产生锐边 会 导致轴承的装配性差 安装轴 承时 倒角的锐边会划伤配合件的配合面 甚至刮出一 定的金属屑 造成轴承安装不到位 破坏轴承 的正 常使用 轴承装配倒 角在 车加 工阶段加工 成形 磨加工阶段不再加工 但车加工的精度 热处理变 形及套 圈内 外径和端面的磨削 留量对成品套圈 倒角形状和坐标尺寸都有一定影 响 因此 车加 工阶段套圈装配倒角的结构形式及尺寸的设计十 分重要 是轴承套圈装配倒角是否合理的关键 l 套圈装配倒 角形状 在 GB T 297 1994 滚动轴承 圆锥滚子轴承 外形尺寸 及 GB T 273 1 003 滚动轴承 圆锥 滚子轴承 外形尺寸总方案 中 仅规定了 r r 洛阳轴承研究所有限公司的圆锥滚子轴承设 计方法 ZYB 9 93 及 GB T 274 2000 滚动轴承 倒角尺寸 最大值 又对最大倒角尺寸做了规定 但对倒角的具体形状没有规定 轴承套圈装 配倒 角设计 时 不仅要考虑轴 承 套圈装配倒角坐标的极限值是否满足用户装配要 求 还要考虑轴承 的装配性 因此在对套 圈装 配 倒角的尺寸进行精确计算的同时还应考虑以下几 个方面 1 避免套 圈装配倒角 圆弧与 内 夕 径过 渡处形成锐角 避免套圈装配倒角与配合件产生 干涉 2 适当增加轴承装配的引导面以改善轴承 的装配性能 3 装 配倒角径 向坐标尺寸易控制 在此设计原则下 提 出以下 3 种套 圈装 配倒 角的 设计方案 并对其优 缺点进行比较 1 1纯圆弧倒角形式 纯圆弧倒角如图 1 所示 理论上成品零件的 该形式装配倒角的圆弧 半径为 R 与内 外径表 面相交处圆弧的切线与轴线的夹角 也称为导向 角 为 15 与端面相交处圆弧的切线与端面的夹 角 O 为 30 这种倒角的优点是加工时采用 的成形刀具刃 磨简单 但在实际应用中受车加工的留量误差 热处理变形等因素的影响 工件经磨削加工后 倒 角部分的圆弧面由于去除了一定的磨削量 其与 一 一 一 一 f I r 2 图 1 纯圆弧倒 角形式 内 外径表面可能形成一较大的 角 且倒角的径 向尺寸不易控制 如果圆弧半径 设计不合理 磨削量较大时 JB 角可能超过 25 角过大 在轴 承安装过程中 有可能会对配合面造成划 伤 同 时 由于内 外径的磨削量一般比端面的磨削量 大 可能造成轴承套圈的轴向倒角小于径向倒角 这与标准的要求相悖 1 2斜边 圆弧 斜边倒角形式 斜边 圆弧 斜边倒角形式如图 2 所示 该 倒角形式由 1 段圆弧 半径为 R 和 2 段与圆弧相 切的斜线组成 由于斜 线的角度在设 计时就 已确 定 可确保磨削后套圈的倒角形状一致 根据轴 承的安装特点及加工的可行性 只要选择适当的 引导角 就能满足轴承易安装性 使轴承顺利装 入 同时在加工时其尺寸的控制也较纯圆弧倒角 相对准确些 考虑装配性能及过盈配合的要求 口 取值一般较小 为了避免车削过程中车刀产生振 动 通常取 15 同端面相交的斜边与端面的夹 角 不宜选择太大 否则会造成引导角斜边的长 度偏短 影响轴承的装配性能 一般取 Ot 22 5 25 由于O 的值不大 故装配倒角的径向坐标尺 寸受端面的磨削量影响较大 1 f I 一 一 r 2 图 2 斜边 圆弧 斜边倒角形式 斜边 圆弧 斜边的倒角形式的优点是 相 对于纯圆弧形式 在加工 外观及安装等方面都具 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 章志慧 圆锥滚子轴承套圈装配倒角的设计 13 有较 明显的优势 但装配倒角的径 向坐标尺寸不 易控制 成形刀具刃磨较为 困难 径 向坐标尺寸 失控会影响轴承与配合件的装配关系 偏大时装 配倒角的径向尺寸可能大于配合件的挡肩尺寸 造成轴承轴向定位失效 偏小时会与配合件的倒 角产生干涉 轴向坐标尺寸的变大只影响装配导 向角长度的变化 对装配关系影响不大 1 3小圆弧 大圆弧 斜边倒角形式 小圆弧 大圆弧 斜边倒角形式如图 3 所 示 该倒角形式由 2 段一大一小的圆弧和 1 段 与 大圆弧相切的斜边组成 小圆弧的半径为 尺 大 圆弧的半径为 该装配倒角形式与斜边 圆弧 斜边倒角形式类似 只是其在靠近端面处为一 段与大圆弧相切的小圆弧替代了与端面相交的斜 边 在设计时小 圆弧 的半径一般 不宜选择太大 在满足刀具的强度和刃磨可行性的要求下尽量取 小值 一般取 0 6 1 2 mm 由图4 Y 轴分别 代表轴承装配倒角的轴向和径向 可看出 越接近 Y 轴 圆弧切线 角越大 从而端面磨削量偏离理 论值 的大小对倒角径 向坐标尺 寸影 响越 小 故在 端面磨削时 应使端面磨削区域落在图 4 第 2 象 限靠近Y 轴处 从而减少端面磨削量偏离理论值 的大小对倒角径向坐标尺寸的影响 因此 端面 磨削量较大时 取大值 反之亦然 一 p 一 l I r 2 该倒角形式的优点是 只要小圆弧半径 R 及 其相对端面位置按前面阐述的设计方法取一个合 理的值 就具备斜边 圆弧 斜边倒角形式的主 要优点 同时倒角径向坐标尺寸也易于控制 并可 避免轴承装配时有可能产生的干涉现象 该倒角 形式的缺点是成形刀具刃磨较为困难 但只要增 加合适的刀具刃磨设备就可以解决 因此认为小 圆弧 大圆弧 斜边 的倒角形式是 目前最适宜 的 装配倒角形式 2 小圆弧 大圆弧 斜边倒角的设计 如图5 所示 对装配倒角结构尺寸进行设计 时 既要满足用户装配要求 又要兼顾美观和易加 工性 只要套圈倒角的轴向 径向坐标尺寸按标 准规定的最小值设计所形成的倒角曲线 图中曲 线 AEH 部分 不与以标准规定的最小倒角尺寸 为半径形成 的圆弧 图中虚线部分 发生干涉 就 能满足装配倒角不干涉的要求 大圆弧的曲率半 径 R 的确定是装配倒角设计的一个重要环节 影 响着导向部分 的长度 和倒角 的外观 从 图 5 可 知 图中实曲线为将要加工的实际倒角轮廓线 虚 曲线为配合件挡肩处的倒角轮廓线 设该倒角最 大值等于轴承装配倒角最小值 A 为配合件倒角 与其 自 身内 外径的切点 E 为轴承装配倒角上装 配引导面与倒角大圆弧 的切点 实曲线与虚曲线 不产生干涉的最小 的半径 R 的确定条件为 在小 圆弧和引导面斜线 AD 的尺寸及位置确定情况下 大圆弧半径须在虚线圆弧内侧同时相切于斜线 AC 小圆弧和虚线圆弧 据此条件用作图法求出 的最小值后 可预先选定一个 值 验算导向部 分AE 的长度是否等于设计者的期望值 E 一般 不小于 r stai n 5 如果与设计者的期望值有偏差 调整 值直到导 向部分 AE 的长度达到设计者 的 图3小圆 弧 大圆 弧 斜边 倒角形式 期望值 y 图 4 端 面处 小圆弧位置 变化 示意图 厂 C 图5倒角设计分析图 图5 中 Q 点为小圆弧的圆心 P 点为大圆弧 的圆心 H 点为小圆弧与端面的交点 AC 为大圆弧 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 轴承 2ol1 No 12 的切线 并与内 外 径的素线延长线AB 形成一个 夹角 切点为E 作两条经Q 点分别平行于Ac和 垂直于 A C 的辅助线 设 K QH A FQ P 已知 H N rl AN r2 H Q R P E R BA C JB 则有几何关系可得 AE 的验算公式为 删P arc sin 篙 rc sin AE 一 尺 R c os r 一 R si n A 一 r2 R c os A tan si n 卢 以 G B T 297 1993 中 r1 i r2 i 2 5 m m 为例来介绍 大圆弧半 径 R 的选 取 为 了判断所 设计的倒角是否与配合件倒角干涉及确定导向 长度的最小值 将实体倒角的坐标值 r r 分别 取为 r i r i 从轴承倒 角的外 观和刀具角度 考虑 依据轴承套圈的端面磨削量由工作经验取 R 1 mm A 45 15 作图得 R 最小值为 1 65 m m 图 6 因此 取 R r i 2 5 m m 双 点划线部分 由 1 2 式得 27 17 AE 0 45 m m AE 最小值 为 0 45 m m rlsmi n 5 0 5 m m 故偏小 将 尺改为 2 2 m m 重新计算得 AE 最小值为0 64 m m 认为该倒角的形状参数符 合预想值 图6 作 图求最小 R 值 r r 1 D d 尺 一 R si n 90 一 A 一 l 2 曰 C 一 尺 c 0s 90 一 A J r2 a B C 基于 日常 习惯 车加工坐标尺寸标注为对称 偏差形式 故取成品图要求的坐标值中值 按以上 公式求出车加工的坐标尺寸 以前述例子为例 rl i r2 i 2 5 m m 径 向坐标尺寸为 2 5 3 5 mm 轴向坐标尺寸为 2 5 5 mm D d 0 15 m m zlB C 0 15 m m 则 rl 3 27 r2 4 46 用尺寸链法计算出车加工图的倒角坐标尺寸 偏差值 此处不再赘述 图7 车加工尺寸计算分析图 3 车加工装配倒角坐标尺寸的计算 4 结束语 从 图3 及图 7 可推导出 AQ B Q R BD A C A B C R si n 90 一 A 一 AB C QD BQ2一 BD d R