角接触球轴承套圈沟道位置的改进设计

张彦合，李亦轩，王小刚

(1.洛阳LYC轴承有限公司，河南 洛阳 471039；2.航空精密轴承国家重点实验室，河南 洛阳 471039；3.黄河交通学院，河南 焦作 454950)

符号说明

ae——外圈沟道位置尺寸

ai——内圈沟道位置尺寸

B——内圈宽度

C——外圈宽度

dt——凸出量

Dw——钢球直径

Ri——内圈沟道曲率半径

Re——外圈沟道曲率半径

T——轴承装配高

α——接触角

沟道位置是角接触球轴承设计过程中的重要参数，其直接影响轴承的凸出量、装配高等，通常处于轴承内、外圈宽度中心位置或靠近中心位置。角接触球轴承可同时承受轴向载荷和径向载荷，常用接触角为15°和25°，若根据传统轴承设计方法，轴承厂家在7系列角接触球轴承实际生产中，需要加工15°角接触球轴承的外圈、25°角接触球轴承的外圈及上述2种型号通用的轴承内圈，主要原因为不同接触角轴承的套圈沟道位置不同。为减少投料批次，提出一种新的角接触球轴承沟道位置设计方法。

1 传统角接触球轴承沟道位置设计

精密角接触球轴承往往组配使用，理想情况下轴承组配形式为万能组配型，即在一定的预紧力情况下，凸出量dt为0[1-2]。轴承可以DB配、DF配、TBT配、QBC配等任意方式组配。为达到套圈万能组配的目的，同时考虑实际生产中的偏差，设计初期要保证轴承初始凸出量大于0，测出实际凸出量后，再将凸出量修磨为0，即可生产出万能单套型轴承[3-5]。角接触球轴承沟道位置设计的目的是满足轴承加工和使用过程中对凸出量和装配高的要求。角接触球轴承结构如图1所示，其凸出量dt和装配高T分别为

图1 角接触球轴承结构示意图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)

传统角接触球轴承沟道位置为

ai=0.5B,

(3)

ae=0.5B+(Ri+Re-Dw)sinα。

(4)

由(3)，(4)式可知：7系列接触角15°，25°的角接触球轴承内圈通用，外圈由于沟道位置不同，需从车工件开始区分。同理，B7系列接触角15°，25°的角接触球轴承外圈通用，内圈由于沟道位置不同，也需从车工件开始区分。通过该方法设计沟道位置，零件种类多，投料批次多，生产效率低。

2 改进设计

为解决上述问题，对传统沟道位置设计方法进行改进。对于7系列角接触球轴承，外圈沟道位置尺寸为

ae=ae(C)=ae(AC)=

0.5C+0.5(Ri+Re-Dw)(sin15°+sin25°)，

(5)

内圈沟道位置尺寸为

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)分别为7系列15°，25°角接触球轴承外圈沟道位置尺寸；ai(C),ai(AC)分别为7系列15°，25°角接触球轴承内圈沟道位置尺寸。

由(8)式可知：若15°接触角的轴承内圈以左端面为基准面加工内圈沟道位置尺寸ai(C)，则以右端面为基准测量沟道位置时，沟道位置参数值为对应25°接触角的轴承内圈沟道位置尺寸ai(AC)。通过上述设计方法得到的不同接触角的轴承合套示意图如图2所示。

图2 7系列角接触球轴承合套示意图Fig.2 Matching diagram of 7 series angular contact ball bearing

对于15°，25°接触角的B7系列轴承，采用通用的轴承内圈，内圈沟道位置尺寸为

a′i=a′i(C)=a′i(AC)= 0.5B+0.5(Ri+

Re-Dw)(sin15°+sin25°)，

(9)

新的外圈沟道位置尺寸为

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)分别为B7系列15°，25°角接触球轴承外圈沟道位置尺寸；a′i(C),a′i(AC)分别为B7系列15°，25°角接触球轴承内圈沟道位置尺寸。

由(12)式可知：若15°接触角的轴承外圈以左端面为基准面加工外圈沟道位置尺寸a′e(C)，则以右端面为基准测量沟道位置尺寸时，沟道位置尺寸为对应25°接触角的轴承外圈沟道位置尺寸。采用上述方法设计的不同接触角的轴承合套示意图如图3所示。

图3 B7系列角接触球轴承合套示意图Fig.3 Matching diagram of B7 series angular contact ball bearing

3 实例分析

以7005型角接触球轴承为例，轴承主要结构参数见表1， 7005型角接触球轴承采用新的设计方法得到的沟道位置尺寸见表2。

表1 7005型角接触球轴承主要结构参数Tab.1 Main structural parameters of angular contact ball bearing 7005

表2 7005型角接触球轴承沟道位置尺寸Tab.2 Raceway position size of angular contact ball bearing 7005

B7005型角接触球轴承主要结构参数同7005，采用新的设计方法得到的沟道位置尺寸见表3。

表3 B7005型角接触球轴承沟道位置尺寸Tab.3 Raceway position size of angular contact ball bearing B7005

由表2、表3可知：新设计方法得到的轴承沟道位置参数符合要求。采用新的沟道位置尺寸设计方法，只需投2批料即可，避免了原料积压，降低了生产成本。同时，新的沟道位置尺寸设计方法还可提高合套率。

在实际生产中，套圈沟道直径会存在一定偏差，其对游隙影响极为明显，但其尺寸公差又难以压缩，部分轴承合套后游隙难以满足要求。采用新的设计方法后，在沟道磨削后将套圈进行分选，分组后的内、外圈若合套后游隙满足25°接触角轴承的游隙范围，则可按25°角接触球轴承标准生产，进行锁口修磨，进而装配；若合套后游隙较小，可按照15°角接触球轴承的标准生产。这样可最大限度利用套圈，避免因尺寸散差大，造成部分套圈无法用于合套。

4 结束语

针对传统角接触球轴承沟道位置尺寸设计方法存在的问题，对沟道位置设计方法进行改进。新的设计方法可有效减少投料种类，避免原料积压，提高生产效率。该设计方法同样适用于其他具有类似挡边特征的角接触球轴承，且不局限于15°，25°的接触角，还可应用于其他接触角的角接触球轴承。