圆锥滚子轴承小挡边锁量的验算公式

刘锋，县鹏宇

(甘肃海林中科科技股份有限公司 技术中心，甘肃 天水 741018)

符号说明

d3——内圈小挡边直径，mm

di——内滚道最大直径，mm

dpmin——滚子组最小内复圆直径，mm

dpmax——滚子组最大内复圆直径，mm

l——滚子素线在滚子中心线上的投影长度，mm

Lc——保持架窗孔长度，mm

r1——滚子小端轴向倒角尺寸，mm

Sd3——内圈小挡边锁量，mm

S——保持架板厚，mm

β——内滚道素线与其中心线的夹角，(°)

δ——dpmax相对于dpmin在内圈径向平面内的增量，mm

Δ——保持架窗孔大端宽度，mm

Δ1——保持架窗孔小端宽度，mm

ε——保持架径向游动量，mm

εΔ——滚子在窗孔中的径向间隙，mm

ε1——滚子在窗孔中的轴向间隙，mm

θ——保持架内侧素线与其轴心线夹角，(°)

θ1——保持架窗孔压坡角，(°)

φ——滚子素线与其中心线夹角，(°)

φ1——保持架窗孔两压坡面在其轴向方向夹角的一半，(°)

1 问题的提出

在圆锥滚子轴承装配压套时，有时会出现保持架窗孔梁已压到位，而内组件仍然松驰，导致在使用中轴承的旋转噪声较大，可能发生散套，因此有必要对该问题进行分析解决。在圆锥滚子轴承设计方法中，小挡边直径为

2.2 tanφ)+S。

(1)

在保持架的现场加工中控制的是保持架径向游动量ε，此时保持架窗孔小端是和滚子小端紧靠的，由于轴向定位基准和产品设计的状态(假设滚子大、小端距保持架窗孔大，小端为0.5ε1)相比发生了变化，因此，由此种方法控制的滚子径向间隙和文献[1]中的规定是不相同的。另外，由于受模具精度及加工偏差的影响，圆锥滚子轴承筐形保持架窗孔长度Lc的加工偏差是较大的正偏差；而滚子长度的加工偏差是较大的负偏差，故由它们形成的滚子在窗孔中的实际轴向间隙ε1一般和产品设计的规定不一致。因此，在保持架压坡工序前有必要对圆锥滚子轴承小挡边锁量进行验算，以确保足够的小挡边锁量。

2 理论推导

如图1所示，在测量保持架径向游动量ε时(此时滚子小端面和保持架窗孔端面接触)，假设滚子紧靠内圈大挡边及内滚道，则滚子组去除滚子小端轴向倒角后的最小内复圆直径dpmin为

dpmin=dl-2×(l-r1)sinβ/cosφ。

(2)

在图1视角下向上推动保持架使滚子大端面和保持架窗孔大端面靠紧，并且假设滚子外径面和保持架压坡面靠紧，推导此时滚子组去除滚子小端轴向倒角后的最大内复圆直径dpmax相对于dpmin在内圈径向平面内的增量δ。图2为在滚子径向平面内剖视图。图中，DC为在图1情况下滚子保持不动，保持架向上移动后滚子圆锥面距保持架压坡面的距离；A，B为滚子圆锥面和保持架压坡面的接触点。则可推导出以下各关系

图1 滚子组最小内复圆直径示意图

图2 最大内复圆直径在滚子径向平面内投影示意图

tanφ1=[(Δ+εΔ)cosθ1-(Δ1+εΔ)·cosθ1]/2l=tanφcosθ1,

DA=0.5εΔ,AG=ε1sinθ,GB=ε1tanφ1=ε1tanφcosθ1,

AB=(AG2+GB2)1/2,

DC=DA+AC,

δ=2DCcosθ/sinθ1

=εΔcosθ/sinθ1+(2ε1cosθ/sinθ1)·

sin(θ1+∠GAB)(sin2θ+tan2φ·

cos2θ1)1/2。

(3)

由于dpmax=dpmin+δ，

则dpmax=di-2(l-r1)sinβ/cosφ+εΔcosθ/sinθ1+2ε1cosθ/sinθ1(sin2θ+tan2φcos2θ1)1/2·

sin (θ1+∠GAB)。

(4)

由文献[2]可知，(4)式可化简为

dpmax=di-2(l-r1)sinβ/cosφ+2.6εΔ+2ε1·

(x+2.2tanφ)。

由文献[3]可知，ε=KεΔεΔ，则

dpmax=di-2(l-r1)sinβ/cosφ+2.6ε/KεΔ+2ε1(x+2.2tanφ),

(5)

式中：KεΔ根据轴承系列不同大约在0.5～0.6取值;x的取值见文献[1]。(5)式即是用ε，ε1表示的dpmax。

圆锥滚子轴承内圈小挡边锁量为

Sd3=d3-dpmax。

(6)

保持架压坡工序前可先根据保持架和滚子的实际加工情况确定滚子在窗孔中的轴向间隙，然后预设希望得到的小挡边锁量，从而计算出相应的保持架径向游隙量，并做为加工的依据。

3 计算实例

以31309为例计算几种情况下的小挡边锁量，结果见表1。由表1可知， 1号情况中Sd3，ε1取值和产品设计取值完全相同，但ε为负值，说明在保持架实际加工中不一定能得到产品设计的小挡边锁量； 2，3号说明在ε1一定的情况下，通过调整ε可以得到不同的小挡边锁量; 4～6号说明如果ε1超差，可以通过控制ε来修正小挡边锁量。

表1 31309小挡边锁量 mm

4 结束语

即使ε1符合产品设计要求也不一定能得到产品设计的小挡边锁量值。从推导出的小挡边锁量验算公式可以看出，通过控制ε可以调整不同ε1下的小挡边锁量。大锥角滚子在窗孔中的轴向间隙ε1对小挡边锁量的影响是显著的，在产品设计中小挡边直径应尽量往大的方向圆整。这里仅讨论了ε，ε1对小挡边锁量的影响，至于保持架内角及压坡角等因素对小挡边锁量的影响将于今后探讨。