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1、配 对 角 接 触 球 轴 承 凸 出 量 的 设 计 及 误 差 分 析西安海红轴承总厂 (陕西西安 710100) 蔡亚新【 ABSTRACT】 the every parameter of the single bearing which makes the matched bearings hasmuch effection on stickout . In the bearing design , according to the matching way of the bearings , the de2 gree and direction of effection of pro
2、cess error of every parameter on stickout should be reasonable deter2 mined , and it should be ensured that the single bearing has stickout tolerence which is smaller and sym2 metry distribution in plus and minus direction , to increase the matching rate and production efficiency ofthe bearing.构成成对轴
3、承的单个轴承的凸出量是影响轴承配对的重 要 参 数 。 在 批 量 生 产 中 ,单 套 轴 承 有 合 适的凸出量 ,可 大 大 减 少 轴 承 套 圈 的 修 磨 次 数 和修磨尺寸 量 ,提 高 轴 承 配 对 率 和 生 产 效 率 。 本 文 通过对轴承 凸 出 量 及 其 误 差 分 析 ,以 求 合 理 确 定影响凸出量的各设计参数及其公差值 。凸 出 量 与 各 参 数 的 关 系配对轴承的组配方式有背对背 、 面对面 、 串联 和万能组配等 。 单个轴承的凸出量为轴承在预载 荷 作用下产生 轴 向 位 移 后 ,组 配 面 与 另 一 套 圈 端 面间的轴向距离 。 以下只对
4、面对面安装的轴承进 行设计分析 。1降 低运转速度 ,大 部 分 轴 承 制 造 商 样 本 给 出 的 极限 转速减小系数为 0. 8 0. 9 ,但 FAG 公 司 特 别 强 调 面对面成对 双 联 安 装 将 严 重 降 低 运 转 速 度 ,给出的极限转速减小系数为 0. 4 7 。是矛盾的 ,怎样确定最佳折衷方案 ,有待进一步分析与试验 。参 考 文 献SKF. 轴承综合型录 . 上海科技文献出版社 ,1991. 马家驹等 . 高 速 角 接 触 球 轴 承 的 结 构 . 机 电 工 程 ,1998 (5)樱 中 诚 等 . 高 速 机 床 主 轴 角 接 触 球 轴 承 的 预
5、 载 荷 特 性 . 国外轴承技术 ,1995 (1)NSK. Super - Precision Angwlar Contact Ball Bearings ForRigid , High - Speed Machine Tool Spindles. 1988.梁 波等 . 主轴轴承结构及其高速性 . 轴承 ,1997 (9) SKF. Precision Bearings. 1991.FAG. Spindle Bearings for Machine Tools. Publ No . 411193 EA ,1983.GMN. Spindle Bearings Cataloque 1261.
6、 SNFA. Super Precision bearings. 3rd Edition. FAFNIR. Extra and Super Precision Bearings. 1986.万 长 森 . 滚 动 轴 承 的 分 析 方 法 . 机 械 工 业 出 版 社 ,1985.12讨 论通过对高速精密角接触球轴承进行结构和参 数分析 ,可以得到下列结论 :(1) 超高 速 应 用 场 合 ,宜 采 用 内 、 外 圈 都 是 单 挡边的结构或内圈为单挡边 ,外圈双挡边结构 ,保 持架采用外圈引导方式 。(2) 高速 应 用 场 合 ,宜 采 用 外 圈 单 挡 边 、 内 圈 双挡边结
7、构 ,保持架采用外圈引导方式 。(3) 超 高 速 应 用 场 合 ,宜 选 择 小 接 触 角 轴 承 , 轻载荷预紧 ,采用油气润滑或油雾润滑方式 ,轴承 精度为 P2 级或 AB EC9 级 。(4) 高刚 性 应 用 场 合 ,宜 选 择 大 接 触 角 轴 承 ,选用中 、 重载荷预紧 。(5) 减小 钢 球 直 径 和 加 大 内 、 外 圈 沟 道 半 径 , 不 仅有利于提 高 轴 承 的 极 限 转 速 ,而 且 也 将 提 高 轴承的刚性 。在许多应用场合 ,轴承的高速性和刚性常常434567891011第一作者 :蒋兴奇 浙江大学博士研究生 ,高级工程师 ,本刊编委( 收
8、 稿 日 期 :1998 210 221)( 编 辑 :吕 成 银 )4 轴承 2000. . 3组 成面对面 安 装 的 单 套 轴 承 ,在 无 预 载 荷 状态 下 ,外圈非基 面 相 对 内 圈 基 面 凸 出 或 凹 进 的 距 离 0 如图 1 所示 。钢球数接触角Z对 于同一规 格 同 批 轴 承 而 言 ,轴 承 预 变 形 量变化很小 ,可视为常数 ,因此构成面对面组配的单 个轴承的凸出量为 = 0 + 1 4 g ( Ri + Re - Dw ) - g + (6)2= c - ai - ae + 2同理 ,可求 出 构 成 其 他 组 配 方 式 的 单 个 轴 承凸出量
9、与各设计参数的关系 。轴 承 各 参 数 基 本 尺 寸 的 设 计成对轴承配对的关键取决于单套轴承的凸出 量 。 在批量生产中 ,如单套轴承的凸出量为零 ,公 差 为加减方向 对 称 分 布 时 ( 即 = 0 T2) ,可 获 得最大概率 的 配 对 率 。 因 此 ,在 轴 承 面 对 面 安 装 时 ,单套轴承各参数的设计应保证 = 0 ,即2图 11 4 g ( Ri + Re - Dw ) - g + = 02c - ai - ae + 2尺寸链关系为0 在产品设计中 ,考虑轴承的标准化和通用化 ,Ri 、 Re 、 Dw 和 g 等 参 数 可 按 洛 阳 轴 承 研 究 所 的
10、ZYB3 - 89 角接触球轴承设计 方 法 设 计 计 算 ,内 圈= c - (1)T式中 cT外圈宽度无预载荷时外 圈 基 面 到 内 圈 基 面 间 距离 (装配高 ) 沟道尺寸 a 及外圈沟道尺寸 a 按下式计算 :i eai = B2内圈宽度从图中可容易得出 式中 BS (2)T = ai + ae - 1 2g2 R - D ) - + = c - a + g ( R +ae i i e w21 S 2= 2 4 g ( Ri + Re - Dw ) - g (3) (7)2式中 S2ai ae gRi 、 ReDw径向游隙引起的轴向位移量内圈沟位置尺寸 外圈沟位置尺寸 轴承径向
11、游隙 内 、 外圈沟道半径 钢球直径加 工 误 差 对 凸 出 量 的 影 响从 (6) 式可以看出 ,轴承 参 数 c 、 ai 、 ae 、 g 、 Ri 、 Re 和 Dw 的加工误差均使 凸 出 量 产 生 变 化 。 分 别 对各参数求 偏 导 ,以 确 定 各 参 数 对 凸 出 量 的 影 响程度 ,从而合理确定各参数的设计公差 。35 = 1把 (2) 、 (3) 式代入 (1) 式得 5 c5 1024 g ( Ri Re - Dw )= c - ai - ae + + - g = - 12 5 ai(4)给轴承施加预载荷 ,轴承产生轴向预变形 ,预 变形量为 5 = - 1
12、5 ae5 1 1 4 ( Ri Dw ) -+ Re - 2 g= Z 5 g 2 22 13 4 g ( Ri - Dw )+ Re - gF ac = (5)si n Z2 sin2D Ri + Re - Dw - g2 w =2式中 轴向预载荷 4 g ( Ri + Re - Dw ) - gFa5 轴承 2000. . 35 g 的设计公差= g Tg5 Ri524 g ( Ri + Re - Dw ) - ggR 的设计公差TR iiR 的设计公差T= Re e5 Re524 g ( Ri + Re - Dw ) - g Dw 的设计公差凸出量的设计公差TD= - g w5 Dw
13、T24 g ( Ri + Re - Dw ) - g由 (8) 式 可 以 看 出 , ai , ae 和 Dw 的 加 工 误 差对 凸出量的影响是减方向的 ,即 ai 、 ae 和 Dw 的 公 差 设计取正偏 差 时 ,其 实 际 加 工 误 差 使 得 轴 承 凸 出 量减小 ,而 c 、 g 、 Ri 和 Re 的 加 工 误 差 对 凸 出 量 的 影响是 加 方 向 的 ,即 c 、 g 、 Ri 和 Re 的 公 差 设 计 取正偏差时 ,各尺寸的加工误差使得凸出量增大 。 因此 ,为 了 得 到 一 个 较 小 的 ,有 加 、 减 对 称 分 布 的 公 差的凸出量 ,可
14、以 根 据 各 参 数 加 工 误 差 对 凸 出 量 的影响程度 和 方 向 以 及 加 工 工 艺 的 难 度 ,在 设 计中合理分配各参数的公差 。 = 5c + 5 a + 5 a +i e5 c 5 ai 5 ae5 g + 5 R + 5 R +5 g 5 Ri i 5 Re e5 D (8)5 Dw w式中 c ai ae Ri Re Dw gc 的加工误差ai 的加工误差 ae 的加工误差 Ri 的加工误差 Re 的加工误差 Dw 的加工误差径向游隙合套误差 应 用 举 例丝杠支承轴承 7620257N 面对 面 安 装 ,其 单 套 轴 承 主 参 数 为 : Dw = 6.
15、 35 mm , Z = 16 , = 60。 内 、 外圈各 尺 寸 按 ZYB3 - 89 角 接 触 球 轴 承 设 计 方法进行设计计算 ,即455 c c 加工误差对凸出量的影响系数5 ai 加工误差对凸出量的影响系数5 ai = 0 . 515 Dwe = 3 . 27 (mm)= 0 . 525 Dwe = 3 . 34 (mm)= B2 = 7. 5 (mm)RiReai5 ae 加工误差对凸出量的影响系数5 ae5 g 加工误差对凸出量的影响系数根据轴 承 接 触 角 = 60计 算 基 本 径 向 配 套游隙为 g = 0. 27轴承轴向预载 荷 为 轻 预 载 荷 时 , Fa = 195 N ,轴承的轴向预变形量为5 g5 Ri 加工误差对凸出量的影响系数5 Ri5 Re 加工误差对凸出量的影响系数5 Re 132F ac= 5 sin Z sin2D2Dw 加工误差对凸出量的影响系数 w5 Dw 2 13195= 0 . 00201 加工误差引起的凸出量变化 sin60=
