章志慧

(福建省永安軸承有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，福建 永安 366000)

符號(hào)說明

a——大擋邊素線與滾道素線的交點(diǎn)到油溝圓弧與滾道素線的交點(diǎn)間的距離(簡(jiǎn)稱油溝深度)，mm

d2——內(nèi)圈擋邊外徑，mm

F——內(nèi)圈滾道直徑，mm

k——擋邊素線有效長(zhǎng)度系數(shù)

r7——內(nèi)圈擋邊外徑與擋邊交界處倒角半徑，mm

r′——砂輪工作表面與端面間的圓角半徑，mm

δd——內(nèi)圈擋邊磨加工余量，mm

δg——內(nèi)圈滾道磨加工余量，mm

ξ——砂輪端面相對(duì)于砂輪軸心線的全跳動(dòng)，mm

Ω——油溝中心線(中心線通過滾道素線與擋邊素線的交點(diǎn))相對(duì)于初始位置的偏移量(以下簡(jiǎn)稱油溝偏移量)，mm

λ——內(nèi)圈大擋邊素線與端面間的夾角，(°)

ψ——內(nèi)圈大擋邊素線與滾道素線間的夾角，(°)

θ——內(nèi)圈大擋邊素線與油溝斜邊間的夾角，(°)

ρ——內(nèi)圈滾道素線與油溝斜邊間的夾角，(°)

β——內(nèi)圈滾道素線與中心軸間的夾角(以下簡(jiǎn)稱滾道角度)，(°)

ω——相切于油溝圓弧兩斜線間的夾角(以下簡(jiǎn)稱油溝角度)，(°)

ε——油溝中心線相對(duì)于中心軸間的夾角，(°)

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，圓錐滾子軸承內(nèi)圈大擋邊處的油溝一般直接采用圓錐滾子軸承設(shè)計(jì)方法[1]推薦的尺寸參數(shù)m，m1，m2，m3。有了這幾個(gè)參數(shù)就能確定油溝的位置，但油溝的具體形狀卻因缺少圓弧曲率半徑r而不能確定。車加工圖紙上需標(biāo)全m′，m1′，m2′，m3′及r，才能指導(dǎo)成形車刀的制作，來加工所需的油溝。大多數(shù)廠家是利用產(chǎn)品圖給出的參數(shù)m，m1，m2，m3，并預(yù)選一個(gè)r值，然后推算出車加工所需的m′，m1′，m2′，m3′及r[2]。依據(jù)文獻(xiàn)[2]方法設(shè)計(jì)出來的各種型號(hào)軸承的油溝形狀不一，造成加工油溝的車刀種類繁多，增加了生產(chǎn)過程中車刀管理難度和生產(chǎn)成本。經(jīng)過幾年的摸索，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)總結(jié)出一種新的油溝設(shè)計(jì)方法，該設(shè)計(jì)方法在保證滿足油溝功能下減少了油溝車刀的種類。

1 油溝的功能

在設(shè)計(jì)油溝時(shí)，首先要了解油溝在軸承中的主要功能：(1)砂輪越程槽；(2)消除應(yīng)力集中；(3)儲(chǔ)存潤(rùn)滑油。眾所周知，油溝只要有一定的容積，就具備了儲(chǔ)存潤(rùn)滑油的功能。因此在設(shè)計(jì)時(shí)只要著重考慮另外2個(gè)功能即可。

在磨削滾道和擋邊時(shí)，為了保證加工表面不留邊，砂輪的有效寬度應(yīng)大于磨削表面的有效寬度，因此油溝在軸承加工中承擔(dān)了一項(xiàng)重要職責(zé)，即砂輪越程槽。

若擋邊與滾道的交界處沒有設(shè)置油溝，以鋒銳的尖角過渡，將會(huì)在熱處理中產(chǎn)生裂紋，在軸承的使用中容易引起擋邊斷裂，而連續(xù)圓滑的油溝可以消除尖角，減少應(yīng)力集中[3]。

2 油溝參數(shù)確定

2.1 形狀參數(shù)

由于在車削油溝時(shí)普遍采用成形刀具，為了保證刀具的強(qiáng)度及改善刀具的工況，提高刀具的綜合效益，油溝設(shè)計(jì)成圓弧過渡并有一定角度的斜楔形，頂端圓弧與兩斜邊相切，如圖1所示。油溝的形狀參數(shù)為圓弧曲率半徑r及油溝角度ω，其將影響刀具的強(qiáng)度、擋邊素線的有效長(zhǎng)度及刀具的形狀，因此，應(yīng)根據(jù)機(jī)床設(shè)備和具體切削規(guī)范選定合理的油溝形狀參數(shù)值。圓弧曲率半徑r一般取大于0.3 mm，才能保證車刀的強(qiáng)度；適當(dāng)加大油溝角度ω，使刀具兩側(cè)的刃口參與切削，可以減小刀尖的受力，從而提高刀具的強(qiáng)度。擋邊較大時(shí)，r和ω宜取較大值，反之亦然。這樣既能保證車刀的強(qiáng)度，又能有效地保證擋邊素線的有效長(zhǎng)度。

圖1 油溝初始形狀幾何關(guān)系原理圖

2.2 位置參數(shù)

m2的取值需保證滾道磨削時(shí)不出現(xiàn)留邊，即砂輪端面不與擋邊接觸情況下，砂輪的有效工作寬度能完全覆蓋滾道表面(即m2≥m2min)。文中主要介紹油溝的設(shè)計(jì)方法，求解m2min的公式推導(dǎo)過于繁瑣且復(fù)雜，此處不作贅述。為了便于計(jì)算，只給出m2min的近似求解公式

m2min={[0.5(d2-F)-r7]tanλcosβ+ξ+

r′}sinψ+δd。

(1)

已知β，ω，ε，m2，r值，根據(jù)圖1的幾何關(guān)系可依次推導(dǎo)出m，m1，m3的關(guān)系式。

ρ=β+ε-0.5ω，θ=ψ-β-ε-0.5ω，

(2)

由(2)式可得

(3)

OF=ODsin(ψ-β-ε)/sin(β+ε)，

(4)

m1=ACsinψ=OFsinψ·

(5)

m3=r-OF，

(6)

a=AK=KD-AD=[r2-(r-m)2]1/2-

(r-m)/tan(β+ε)，

(7)

m1max=0.5(1-k)(d2-F)/cosλ-r7。

(8)

根據(jù)油溝設(shè)計(jì)流程圖(圖2)和(2)～(8)式，可分別計(jì)算出m，m1，m3和a值。在流程圖中對(duì)油溝的深度和擋邊有效長(zhǎng)度進(jìn)行了驗(yàn)算。

(1)油溝深度驗(yàn)算。如果a>0，則不產(chǎn)生干涉；反之，則需調(diào)整參數(shù)r，ε或Ω后重新計(jì)算，直到符合設(shè)計(jì)要求。

(2)擋邊有效長(zhǎng)度驗(yàn)算。如果m1

圖2 油溝設(shè)計(jì)流程圖

油溝偏移后的幾何關(guān)系如圖3所示，油溝從圖3虛線位置沿滾道素線方向位移到粗實(shí)線處，由圖3及(2)～(7)式可知，

AB=m2/sinψ-A′A，

(9)

m1=A′C′sinψ=(AF+FG+GC-PC)·

(10)

m3=r-OF-AA′sinψ=r-OF-

(11)

(12)

根據(jù)圖2的流程設(shè)計(jì)偏移后的油溝時(shí)，需用(9)～(12)式重新計(jì)算m，m1，m3，a，并驗(yàn)算油溝深度a和擋邊有效長(zhǎng)度m1，直到符合設(shè)計(jì)要求為止。

圖3 油溝偏移后幾何關(guān)系圖

3 車加工油溝尺寸參數(shù)確定

從圖4可推導(dǎo)出

m′=m+δg，

(13)

m1′=m1-δg+δdsinψ/tanθ，

(14)

m2′=m2-δd+δgsinψ/tanρ，

(15)

m3′=m3+δd。

(16)

圖4 車坯油溝原理圖

4 實(shí)例計(jì)算

以32312產(chǎn)品為例，該軸承的相關(guān)參數(shù)為：d2=92.4mm，F(xiàn)=82.643mm，r7=0.5mm，β=8°57′10″，ψ=89°28′，λ=9°29′。加工過程產(chǎn)生的參數(shù)：ω=40°，δd=0.15 mm，δg=0.15 mm，ξ=0.2 mm，r′=0.3 mm，k=0.7。

預(yù)設(shè)r=0.7 mm，ε=33°，Ω=0 mm，由(1)式求得m2min=1.37 mm，取m2=1.4 mm，由(2)～(12)式算得m=0.35 mm，m1=1.13 mm，m3=0.32 mm，a=0.22 mm。m1max=0.99 mm，驗(yàn)算a>0符合要求；m1

調(diào)整后r=0.6 mm，ε=32°，Ω=0.03 mm，重新得m=0.38 mm，m1=0.95 mm，m2=1.4 mm，m3=0.3 mm，a=0.25 mm。驗(yàn)算a>0符合要求；m1

5 結(jié)束語

經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，這種設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出的油溝完全能滿足圓錐滾子軸承對(duì)油溝的要求，簡(jiǎn)化了刀具的種類，降低了生產(chǎn)成本。由于油溝各尺寸參數(shù)在設(shè)計(jì)過程中需不斷調(diào)整試算，才能設(shè)計(jì)出完全符合設(shè)計(jì)要求的油溝，采用人工計(jì)算，工作量巨大，若借助計(jì)算機(jī)編制一個(gè)油溝設(shè)計(jì)專用程序，并將該程序嵌入公司的CAD/CAPP協(xié)同處理系統(tǒng)，會(huì)極大地方便產(chǎn)品及工藝設(shè)計(jì)人員，使其能快速、準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)出合乎要求的油溝。