配對角接觸球軸承寬度和溝位置公差的設計與控制

勇泰芳

(中航工業哈爾濱軸承有限公司，哈爾濱 150036)

符號說明

ae——外圈溝位置尺寸

ai——內圈溝位置尺寸

B——內圈寬度

C——外圈寬度

Dpw——球組節圓直徑

Dw——鋼球直徑

Fa——軸向預緊力

Gr——配套徑向游隙

K——計算系數

re——外圈溝曲率半徑

ri——內圈溝曲率半徑

T——軸承實際寬度

Z——單套軸承鋼球數

Δaimax——內圈溝位置上偏差

α——接觸角

δ——凸出量

δa——軸向位移量

δM——修磨量

角接觸球軸承可同時承受徑向載荷和軸向載荷，在應用時通常配對安裝使用。隨著機床行業的迅猛發展，用于機床主軸的有預載荷的超精密配對角接觸球軸承市場巨大。但角接觸球軸承在組配時，經常發生配對率低下的問題，嚴重制約軸承的生產。因此，研究角接觸球軸承的組配方法，提高軸承的配對率顯得尤為重要。

1 理論分析

要找出影響配套率的原因需從產品設計圖紙上入手，找到后對相關參數做適當調整。角接觸球軸承幾何關系如圖1所示。軸承中各參數的幾何關系為

ai=B/2，

ae=B/2+(ri+re-Dw)sinα，

令K=ri+re-Dw，則

δ=B-T。

圖1 角接觸球軸承結構簡圖

GB/T 307.1—2005《滾動軸承向心軸承公差》中規定，內、外套圈的寬度公差ΔBs,ΔCs均為單向公差(上偏差為0)，對于配對角接觸球軸承其公差極限值大于單列軸承。JB/T 10336—2002《滾動軸承及其零件 補充技術條件》中規定,角接觸球軸承實際寬度偏差ΔTs也為單向公差(上偏差為0)。在角接觸球軸承的設計過程中，為了保證以上公差的實現，將進行如下參數的設計和驗算。

最大、最小裝配高分別為

Kmax=rimax+remax-Dwmin,

Kmin=rimin+remin-Dwmax。

無載荷狀態下內圈非基準端面對外圈基準端面的最大、最小凸出量為

δmax=Bmax-Tmin，

δmin=Bmin-Tmax。

通過以上公式對產品設計尺寸進行驗算，δmin均大于0。對于有預載荷的配對角接觸球軸承，要保證其預載荷凸出量應為負值，即在有預載荷狀態下應為凹進量。而正值的凸出量須在裝配時進行修磨去除，去除量同時要加上所需的預載荷產生的軸向彈性變形量。預載荷產生的彈性變形為[1]

由此可見，組配角接觸球軸承套圈的修磨量為

δMmax=δmax+δa，

δMmin=δmin+δa。

通過分析可以看出，按照傳統設計方法加工出的角接觸球軸承，在進入裝配后要實現有預載荷的組配，必須修磨端面凸出量，致使工序增加，效率降低。

2 解決方案

為提高組配軸承的配對成功率，減少單個套圈的修磨量，將套圈端面的修磨量在裝配之前的工序間加工時就去除掉。在其他參數不變的情況下，通過控制套圈的溝位置公差和寬度公差予以解決(由于內圈采用通用設計，這里只計算外圈溝位置即可)。

外圈溝位置尺寸為

將套圈寬度公差縮小(δMmin+δMmax)/2，調整后套圈寬度極限為

外圈寬度極限與內圈相同。

3 結束語

通過上述方法調整，有預載荷的配對角接觸球軸承的配對率可達到80%以上，解決了因配對率不高而影響生產效率的問題。要提高裝配的配對成功率除了控制凸出量外，軸承的內外圈溝曲率、接觸角、內外徑尺寸等的控制也是關鍵和重要特性指標。

隨著配對角接觸球軸承應用的日益廣泛，萬能組配角接觸球軸承將是未來的主流，但要使軸承的功能發揮到極致，配對軸承要比萬能組配軸承更好，因為它可以對接觸角、內徑、外徑、徑向跳動的相互差等做出更嚴格的控制。