角接觸球軸承套圈溝道位置的改進設計

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——內圈溝道位置尺寸

B——內圈寬度

C——外圈寬度

dt——凸出量

Dw——鋼球直徑

Ri——內圈溝道曲率半徑

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計過程中的重要參數，其直接影響軸承的凸出量、裝配高等，通常處于軸承內、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°，若根據傳統軸承設計方法，軸承廠家在7系列角接觸球軸承實際生產中，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計方法。

1 傳統角接觸球軸承溝道位置設計

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，同時考慮實際生產中的偏差，設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，即可生產出萬能單套型軸承[3-5]。角接觸球軸承溝道位置設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。角接觸球軸承結構如圖1所示，其凸出量dt和裝配高T分別為

圖1 角接觸球軸承結構示意圖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°的角接觸球軸承內圈通用，外圈由于溝道位置不同，需從車工件開始區分。同理，B7系列接觸角15°，25°的角接觸球軸承外圈通用，內圈由于溝道位置不同，也需從車工件開始區分。通過該方法設計溝道位置，零件種類多，投料批次多，生產效率低。

2 改進設計

為解決上述問題，對傳統溝道位置設計方法進行改進。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°角接觸球軸承內圈溝道位置尺寸。

由(8)式可知：若15°接觸角的軸承內圈以左端面為基準面加工內圈溝道位置尺寸ai(C)，則以右端面為基準測量溝道位置時，溝道位置參數值為對應25°接觸角的軸承內圈溝道位置尺寸ai(AC)。通過上述設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，采用通用的軸承內圈，內圈溝道位置尺寸為

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25°接觸角的軸承外圈溝道位置尺寸。采用上述方法設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，軸承主要結構參數見表1， 7005型角接觸球軸承采用新的設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構參數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構參數同7005，采用新的設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：新設計方法得到的軸承溝道位置參數符合要求。采用新的溝道位置尺寸設計方法，只需投2批料即可，避免了原料積壓，降低了生產成本。同時，新的溝道位置尺寸設計方法還可提高合套率。

在實際生產中，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。采用新的設計方法后，在溝道磨削后將套圈進行分選，分組后的內、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，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。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 結束語

針對傳統角接觸球軸承溝道位置尺寸設計方法存在的問題，對溝道位置設計方法進行改進。新的設計方法可有效減少投料種類，避免原料積壓，提高生產效率。該設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，還可應用于其他接觸角的角接觸球軸承。