一種異型雙列圓柱滾子軸承裝配游隙分析

丁 敏，張匯軍

(瓦房店軸承有限公司 技術(shù)中心，遼寧 瓦房店 116300)

1 軸承結(jié)構(gòu)

圖1所示為一種異型結(jié)構(gòu)的雙列滿裝圓柱滾子軸承的結(jié)構(gòu)圖。其兩外圈均為NF型，內(nèi)圈為NN型。裝配時(shí)，由3個(gè)彈簧鎖圈將兩外圈鎖緊，使其成為一體的雙擋邊外圈。該種軸承既有徑向游隙要求，又有軸向游隙要求，不同的加工工藝直接影響軸承的游隙。

圖1 異型雙列圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)圖

2 軸向游隙Ga的誤差分析

根據(jù)該軸承的結(jié)構(gòu)可知，理論上影響其軸向游隙的因素主要是外圈組合后的滾道寬度、內(nèi)圈滾道寬度和滾子長(zhǎng)度。因此，對(duì)這種類(lèi)型結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，根據(jù)影響因素的各部位公差將軸向游隙分配到內(nèi)圈和外圈滾道寬度上。而實(shí)際生產(chǎn)中，則存在一定的誤差，這里對(duì)造成軸向游隙誤差的原因進(jìn)行分析。

2.1 外圈端面尺寸的影響

由圖1可知，兩外圈是由彈簧鎖圈將其組合在一起，這就要求彈簧鎖圈與兩外圈組合后的凸臺(tái)的配合為過(guò)盈配合。而該過(guò)盈量的大小將直接影響組合外圈的滾道寬度。由于兩個(gè)外圈是分離的，即使環(huán)槽車(chē)加工后為一真圓，到磨削端面后則會(huì)變成橢圓，且橢圓的長(zhǎng)軸呈如圖1A向視圖的尖頂狀。這表明彈簧鎖圈裝入后的受力是不均勻的，其中短軸與彈簧鎖圈的過(guò)盈量是影響軸向游隙的關(guān)鍵。

通常，影響凸臺(tái)橢圓短軸尺寸的因素為：環(huán)槽車(chē)加工尺寸及端面磨加工尺寸。在確定環(huán)槽內(nèi)徑車(chē)加工尺寸時(shí)，雖已考慮端面磨削量的影響，但由于端面是按理想的等留量磨削加以考慮得，所以應(yīng)對(duì)端面磨削方式對(duì)凸臺(tái)橢圓短軸的影響進(jìn)行分析。

端面磨削使用的設(shè)備有M7675和M7475。M7675為雙端面磨床，最適用于磨削套圈兩端面面積相等的產(chǎn)品。對(duì)磨削面積不等的產(chǎn)品，雖然可采用兩砂輪的差速進(jìn)行磨削，但很難使兩端面的磨削量一致，因此，對(duì)該類(lèi)產(chǎn)品使用M7475單頭立軸平面磨床。該軸承單個(gè)外圈的基準(zhǔn)面為兩外圈間的配合面，在平面磨削時(shí)，必須先磨基準(zhǔn)面，從而有效控制基準(zhǔn)端面的磨削量在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，以滿足彈簧鎖圈與外圈凸臺(tái)配合的過(guò)盈量。

2.2 外圈滾道寬度測(cè)量的影響

外圈滾道寬度公差為軸承軸向游隙減去內(nèi)圈滾道寬度上偏差和滾子長(zhǎng)度的下偏差的一半(因?yàn)橥鉂L道寬度Ee是由兩個(gè)外圈組成)。此類(lèi)產(chǎn)品滾道寬度非常關(guān)鍵，直接影響軸承的軸向游隙，這就要求測(cè)量時(shí)的累積誤差越小越好。外圈滾道寬度的測(cè)量方法如圖2所示。因此，設(shè)計(jì)與單個(gè)外圈滾道寬度相等的標(biāo)準(zhǔn)樣柱，以擋邊為測(cè)量的定位基準(zhǔn)，即忽略了外圈端面寬度對(duì)滾道寬度的影響，同時(shí)，通過(guò)樣柱與滾道寬度的高度差即可直接獲得滾道寬度。

圖2 外圈NNCD4936單個(gè)外圈結(jié)構(gòu)圖

2.3 游隙測(cè)量的影響

從2.1中的分析可以看出，彈簧鎖圈與外圈凸臺(tái)配合的過(guò)盈量是直接影響軸向游隙的主要因素，因此合套后軸向游隙的檢測(cè)方法顯得非常關(guān)鍵。由于外圈在沒(méi)有裝彈簧鎖圈時(shí)是分離的，無(wú)法固定內(nèi)圈，所以，只有將外圈固定成為一體后才能測(cè)量。如果在軸向游隙測(cè)量裝置上將外圈固定夾緊，推動(dòng)內(nèi)圈測(cè)量軸向游隙，測(cè)得的值受外圈的夾緊力影響，誤差較大。因此，模擬彈簧鎖圈三點(diǎn)夾緊的方式，設(shè)計(jì)外圈鎖緊的夾塊，將外圈固定成一體，之后固定內(nèi)圈，推動(dòng)外圈，此時(shí)獲得的軸向游隙與裝入彈簧鎖圈時(shí)實(shí)際的軸向游隙基本一致，誤差僅為0.02 mm。

3 彈簧鎖圈對(duì)徑向游隙Gr的影響

影響普通軸承徑向游隙的因素主要是各部件的形狀精度。而該軸承的徑向游隙不僅受形狀精度的影響，還受彈簧鎖圈的影響。下面以NNCD4936V為例，分析彈簧鎖圈對(duì)徑向游隙的影響，表1為裝入彈簧鎖圈前、后軸承徑向游隙的測(cè)量值。

表1 徑向游隙測(cè)量值 mm

從表1可以看出，安裝彈簧鎖圈前、后的徑向游隙值明顯不同。裝彈簧鎖圈前的徑向游隙值靠近設(shè)計(jì)要求的上限；裝彈簧鎖圈后徑向游隙值變小，且出現(xiàn)零游隙的現(xiàn)象，游隙值的變化量為0.09～0.20 mm。從理論上分析，這一現(xiàn)象是由于裝上彈簧鎖圈后，兩外圈之間產(chǎn)生徑向相對(duì)位移所致。為此，對(duì)零游隙的軸承通過(guò)測(cè)量其外表面對(duì)端面的垂直度進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)量結(jié)果分別為0.22，0.25，0.26 mm。這說(shuō)明零游隙軸承兩外圈的相對(duì)位移量超過(guò)了游隙值。為了進(jìn)一步證明該相對(duì)位移量導(dǎo)致了軸承徑向游隙的變化，又對(duì)其他幾個(gè)軸承樣本進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 裝彈簧鎖圈前、后游隙差值與軸承外表面對(duì)端面的垂直度SD的對(duì)應(yīng)關(guān)系 mm

表2表明，軸承的徑向跳動(dòng)量即是兩外圈產(chǎn)生的相對(duì)位移量。由此可知，安裝彈簧鎖圈后引起的兩外圈的相對(duì)位移導(dǎo)致了軸承徑向游隙的變化。所以，在對(duì)該類(lèi)型軸承內(nèi)圈或外圈直徑尺寸公差分配時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮裝入彈簧鎖圈后兩外圈相對(duì)位移對(duì)軸承徑向游隙的影響。加工時(shí)應(yīng)使兩外圈外徑尺寸和外滾道尺寸一致且壁厚均勻；安裝彈簧鎖圈時(shí)需通過(guò)安裝夾具保證其平穩(wěn)垂直鎖緊，避免傾斜鎖緊產(chǎn)生的鎖緊量不均對(duì)徑向游隙的影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)異型雙列滿裝圓柱滾子軸承的裝配游隙分析可看出，單個(gè)外圈基準(zhǔn)端面的磨削量控制是影響兩個(gè)外圈配合后凸臺(tái)與彈簧鎖圈過(guò)盈量的關(guān)鍵；同時(shí)，單個(gè)外圈滾道寬度的控制方法與測(cè)量方法則是對(duì)軸向游隙控制的理論保證。因此，應(yīng)通過(guò)改進(jìn)加工工藝(如外圈合鍛加工至終加工前將其線切割分體)，加強(qiáng)對(duì)軸向游隙和徑向游隙的控制。