圓錐滾子軸承大擋邊油溝新設計方法

章志慧

(福建省永安軸承有限責任公司 技術中心，福建 永安 366000)

符號說明

a——大擋邊素線與滾道素線的交點到油溝圓弧與滾道素線的交點間的距離(簡稱油溝深度)，mm

d2——內圈擋邊外徑，mm

F——內圈滾道直徑，mm

k——擋邊素線有效長度系數

r7——內圈擋邊外徑與擋邊交界處倒角半徑，mm

r′——砂輪工作表面與端面間的圓角半徑，mm

δd——內圈擋邊磨加工余量，mm

δg——內圈滾道磨加工余量，mm

ξ——砂輪端面相對于砂輪軸心線的全跳動，mm

Ω——油溝中心線(中心線通過滾道素線與擋邊素線的交點)相對于初始位置的偏移量(以下簡稱油溝偏移量)，mm

λ——內圈大擋邊素線與端面間的夾角，(°)

ψ——內圈大擋邊素線與滾道素線間的夾角，(°)

θ——內圈大擋邊素線與油溝斜邊間的夾角，(°)

ρ——內圈滾道素線與油溝斜邊間的夾角，(°)

β——內圈滾道素線與中心軸間的夾角(以下簡稱滾道角度)，(°)

ω——相切于油溝圓弧兩斜線間的夾角(以下簡稱油溝角度)，(°)

ε——油溝中心線相對于中心軸間的夾角，(°)

在產品設計時，圓錐滾子軸承內圈大擋邊處的油溝一般直接采用圓錐滾子軸承設計方法[1]推薦的尺寸參數m，m1，m2，m3。有了這幾個參數就能確定油溝的位置，但油溝的具體形狀卻因缺少圓弧曲率半徑r而不能確定。車加工圖紙上需標全m′，m1′，m2′，m3′及r，才能指導成形車刀的制作，來加工所需的油溝。大多數廠家是利用產品圖給出的參數m，m1，m2，m3，并預選一個r值，然后推算出車加工所需的m′，m1′，m2′，m3′及r[2]。依據文獻[2]方法設計出來的各種型號軸承的油溝形狀不一，造成加工油溝的車刀種類繁多，增加了生產過程中車刀管理難度和生產成本。經過幾年的摸索，借助計算機技術總結出一種新的油溝設計方法，該設計方法在保證滿足油溝功能下減少了油溝車刀的種類。

1 油溝的功能

在設計油溝時，首先要了解油溝在軸承中的主要功能：(1)砂輪越程槽；(2)消除應力集中；(3)儲存潤滑油。眾所周知，油溝只要有一定的容積，就具備了儲存潤滑油的功能。因此在設計時只要著重考慮另外2個功能即可。

在磨削滾道和擋邊時，為了保證加工表面不留邊，砂輪的有效寬度應大于磨削表面的有效寬度，因此油溝在軸承加工中承擔了一項重要職責，即砂輪越程槽。

若擋邊與滾道的交界處沒有設置油溝，以鋒銳的尖角過渡，將會在熱處理中產生裂紋，在軸承的使用中容易引起擋邊斷裂，而連續圓滑的油溝可以消除尖角，減少應力集中[3]。

2 油溝參數確定

2.1 形狀參數

由于在車削油溝時普遍采用成形刀具，為了保證刀具的強度及改善刀具的工況，提高刀具的綜合效益，油溝設計成圓弧過渡并有一定角度的斜楔形，頂端圓弧與兩斜邊相切，如圖1所示。油溝的形狀參數為圓弧曲率半徑r及油溝角度ω，其將影響刀具的強度、擋邊素線的有效長度及刀具的形狀，因此，應根據機床設備和具體切削規范選定合理的油溝形狀參數值。圓弧曲率半徑r一般取大于0.3 mm，才能保證車刀的強度；適當加大油溝角度ω，使刀具兩側的刃口參與切削，可以減小刀尖的受力，從而提高刀具的強度。擋邊較大時，r和ω宜取較大值，反之亦然。這樣既能保證車刀的強度，又能有效地保證擋邊素線的有效長度。

圖1 油溝初始形狀幾何關系原理圖

2.2 位置參數

m2的取值需保證滾道磨削時不出現留邊，即砂輪端面不與擋邊接觸情況下，砂輪的有效工作寬度能完全覆蓋滾道表面(即m2≥m2min)。文中主要介紹油溝的設計方法，求解m2min的公式推導過于繁瑣且復雜，此處不作贅述。為了便于計算，只給出m2min的近似求解公式

m2min={[0.5(d2-F)-r7]tanλcosβ+ξ+

r′}sinψ+δd。

(1)

已知β，ω，ε，m2，r值，根據圖1的幾何關系可依次推導出m，m1，m3的關系式。

ρ=β+ε-0.5ω，θ=ψ-β-ε-0.5ω，

(2)

由(2)式可得

(3)

OF=ODsin(ψ-β-ε)/sin(β+ε)，

(4)

m1=ACsinψ=OFsinψ·

(5)

m3=r-OF，

(6)

a=AK=KD-AD=[r2-(r-m)2]1/2-

(r-m)/tan(β+ε)，

(7)

m1max=0.5(1-k)(d2-F)/cosλ-r7。

(8)

根據油溝設計流程圖(圖2)和(2)～(8)式，可分別計算出m，m1，m3和a值。在流程圖中對油溝的深度和擋邊有效長度進行了驗算。

(1)油溝深度驗算。如果a>0，則不產生干涉；反之，則需調整參數r，ε或Ω后重新計算，直到符合設計要求。

(2)擋邊有效長度驗算。如果m1

圖2 油溝設計流程圖

油溝偏移后的幾何關系如圖3所示，油溝從圖3虛線位置沿滾道素線方向位移到粗實線處，由圖3及(2)～(7)式可知，

AB=m2/sinψ-A′A，

(9)

m1=A′C′sinψ=(AF+FG+GC-PC)·

(10)

m3=r-OF-AA′sinψ=r-OF-

(11)

(12)

根據圖2的流程設計偏移后的油溝時，需用(9)～(12)式重新計算m，m1，m3，a，并驗算油溝深度a和擋邊有效長度m1，直到符合設計要求為止。

圖3 油溝偏移后幾何關系圖

3 車加工油溝尺寸參數確定

從圖4可推導出

m′=m+δg，

(13)

m1′=m1-δg+δdsinψ/tanθ，

(14)

m2′=m2-δd+δgsinψ/tanρ，

(15)

m3′=m3+δd。

(16)

圖4 車坯油溝原理圖

4 實例計算

以32312產品為例，該軸承的相關參數為：d2=92.4mm，F=82.643mm，r7=0.5mm，β=8°57′10″，ψ=89°28′，λ=9°29′。加工過程產生的參數：ω=40°，δd=0.15 mm，δg=0.15 mm，ξ=0.2 mm，r′=0.3 mm，k=0.7。

預設r=0.7 mm，ε=33°，Ω=0 mm，由(1)式求得m2min=1.37 mm，取m2=1.4 mm，由(2)～(12)式算得m=0.35 mm，m1=1.13 mm，m3=0.32 mm，a=0.22 mm。m1max=0.99 mm，驗算a>0符合要求；m1

調整后r=0.6 mm，ε=32°，Ω=0.03 mm，重新得m=0.38 mm，m1=0.95 mm，m2=1.4 mm，m3=0.3 mm，a=0.25 mm。驗算a>0符合要求；m1

5 結束語

經過實踐驗證，這種設計方法設計出的油溝完全能滿足圓錐滾子軸承對油溝的要求，簡化了刀具的種類，降低了生產成本。由于油溝各尺寸參數在設計過程中需不斷調整試算，才能設計出完全符合設計要求的油溝，采用人工計算，工作量巨大，若借助計算機編制一個油溝設計專用程序，并將該程序嵌入公司的CAD/CAPP協同處理系統，會極大地方便產品及工藝設計人員，使其能快速、準確地設計出合乎要求的油溝。