主轴承孔（精选八篇）
主轴承孔 篇1
平面拉削应用概述
气缸体主轴承孔主要用来承载曲轴, 是柴油机动力来源的有力保证。某气缸体材料为HT250, 龙门式结构。主轴承孔是气缸体通过结合面及定位销套或卡口定位, 装配主轴承盖, 通过螺栓联接而形成的。因此, 主轴承孔结合面加工精度至关重要, 要求较高。
采用结合面及销套定位的方式装配主轴承盖, 加工相对比较容易, 但在装配过程中, 易出现轴盖与气缸体错位的现象, 导致柴油机工作时出现曲轴抱死转不动的故障发生。为了解决错位问题, 采用结合面及卡口定位的方式装配主轴承盖。但是, 需要同时加工结合面和卡口, 如采用传统的铣削方式来加工, 精度不能保证, 且效率较低。
拉削, 作为一种成形加工方式, 具有生产效率高、加工精度与表面质量高、刀具使用寿命长、应用范围的机床结构简单和操作方便等特点, 在制造业中被广泛采用。故上述气缸体主轴孔的结合面和卡口, 可采用平面拉削的方式同时加工 (见图1) 。
平面拉刀存在问题分析
然而, 在实际加工过程中, 拉削加工经常会遇到一些问题, 解决起来比较棘手。以加工某柴油机气缸体主轴承盖结合面和卡口经常出现的加工缺陷为例, 针对平面拉削过程中所出现问题的形成原因和解决对策进行探讨。
拉削气缸体结合面和卡口过程中, 容易出现加工缺陷, 主要表现为:表面振纹 (波浪纹) 和喇叭口 (见图2) 。
随着振纹和喇叭口的出现, 卡口的平面度和表面粗糙度等会出现超差的现象。产生以上现象的原因, 分别从零件所承受的受夹紧力和拉刀切削力两个方面来分析。
首先, 由于被加工零件是龙门式结构, 故在夹紧力F的作用下, 零件的龙门位置会出现如图3所示的向左右两侧变形。
随着这种变形的增大, 零件的高度方向也会出现变化, 导致零件高度尺寸变小。忽略其他影响因素, 左右两侧由于向外变形, 最终的切除量会变少, 而高度方向由于变小, 最终的切除量会变大。当零件加工完成松夹后, 变形恢复, 实际的卡口宽度会比理论值小, 而高度方向尺寸比理论值大。如果仅仅是这种变形影响, 在加工过程中, 可以采用预变形的方法进行拉刀的调整, 进而使实际的加工尺寸合格。但是, 在实际的拉削过程中, 除了变形影响, 还有拉刀切削力因素的影响。而正是这种切削力的影响, 使整个零件的受力变形变得复杂。
其次, 拉削切削力会引起零件的弹性变形。由于被加工零件的加工面不是一个完整的平面, 而是由多个小平面组成, 所采用的拉刀是多齿的刀具。从图4可以看出, 拉刀在零件的入口和出口方向, 刀齿与零件的接触数量是不一样的。在入口, 当第一个小平面被最后一个精拉刀齿切削完成, 形成最终的加工表面时, 另外一个小平面也在同时被切削。加工第一个小平面时, 切削力使零件向左右两侧和高度方向变形。
假设卡口宽度 (左右方向) 的变形量为σ1x, 高度方向的变形量为σ1y。与此同时, 另外一个小平面的切削力也在使零件向左右两侧和高度方向变形, 变形量分别为σ2x和σ2y。因此, 第一个小平面的最终两个方向的变形量分别为σ1x+σ2x、σ1y+σ2y。而在出口, 最后一个小平面的切削变形, 只是在与单个小平面的刀齿作用下的变形, 假设变形量分别为σ7x和σ7y。由于小平面的宽度、刀齿的接触数量不一样, 进而导致σ7x<σ1x+σ2x, σ7y<σ1y+σ2y。最终的结果就是零件卡口出口的宽度尺寸比入口的小, 出口的高度尺寸比入口的大, 形成我们通常所说的喇叭口。而在整个的过程中, 正是由于这种不断变化的切削力的存在, 才导致加工表面会出现振纹。
改进措施
(1) 在零件的预移动方向设置挡块。首先, 减小零件由于夹紧力产生的变形。但是, 零件的夹紧力大小和零件的变形量往往是一对孪生兄弟, 要做到两者的平衡非常困难。
在拉削的过程中, 参与的切削刃比较多, 受力非常大。如果仅仅是靠夹紧力, 就会出现两个后果, 要么夹不紧, 要么夹紧后被夹持的零件变形出现如前面描述的现象。既然零件在大的夹紧力下会变形, 那就改变思路, 从其他方面来考虑如何抵消切削力。
由于拉削是单一的直线运动, 其主要的受力方向是机床牵引力的方向, 因此在零件的预移动方向设置挡块 (见图5) , 用来抵消零件所承受的切削力。挡块采用带自锁机构的夹紧, 确保可靠。在主夹紧方向, 所需的夹紧力就可以减小。
(2) 优化设计拉刀结构。在拉削的过程中, 刀齿的接触平面不同, 根据零件的结构, 优化设计拉刀结构, 使拉削过程中零件受切削力变形的状态是一致的。具体的方案就是, 每个小平面在最终切削完成时, 只是当前的小平面在切削, 其余的都不在切削状态。
按照上面的思路设计了图6所示的拉刀。图7是拉刀改进前后的拉削示意。
主轴承孔 篇2
热喷涂是利用热源将喷涂材料加热到熔化或半熔化状态，依靠热源自身或外加的压缩气流，将其以一定的速度喷射到经预处理的基体表面，形成具有足够结合强度和特定性能的涂层。热喷涂涂层具有耐磨损和耐腐蚀等优良性能，并能对工件因磨损和腐蚀等引起的尺寸变化进行修复，在航空航天、机械制造、交通等领域得到了广泛应用。
飞机轮毂长时间使用后，轮毂轴承安装孔会出现腐蚀或磨损。
对于严重腐蚀和磨损，通常采用加装钢衬套来修理轮毂轴承安装孔。每次加装钢衬套修理，需要加工去除轮毂基体上的损伤和腐蚀。
钢材料较硬，并且钢衬套外径表面若有损伤，容易损伤轮毂轴承安装孔。轮毂轴承安装孔修理有一定的极限尺寸，加装钢衬套修理轮毂轴承安装孔会缩短半轮毂的使用寿命。从修理飞机轮毂轴承安装孔的热喷涂涂层性能要求出发，分析可应用的热喷涂技术，介绍轮毂轴承安装孔热喷涂修理流程，分析轮毂轴承安装孔热喷涂修理的质量控制。
1 飞机轮毂轴承安装孔的热喷涂涂层性能要求
飞机机轮主要用于在地面支撑飞机并使飞机能够在地面滑行。
在使用过程中，机轮会承受较大的静载荷、动载荷和冲击载荷。机轮主要是由轮毂和轮胎组成。轮毂上安装有内、外侧轴承。机轮通过轴承与起落架轮轴配合。施加在飞机轮毂轴承安装孔上的热喷涂涂层会承受较大的静载荷、动载荷和冲击载荷。
支架轴承孔加工刀具探究 篇3
1 支架轴承及轴承孔加工概述
轴承是滚动轴承的简称, 在机械工业的应用非常广泛, 是一种要求严格的基础件和配套件, 被称为机械的关节。轴承的种类很多, 基本结构主要由外圈、内圈、滚动体和保持架四个零件组成。支架轴承孔加工主要是在加工轴承套零件时利用机床进行的机械加工。轴承套有内圆锥面、外圆柱面、外螺纹和圆弧面等表面, 在加工内孔时, 内孔要与左端面一次形成, 同时保证内孔轴线与端面垂直;在批量加工时, 由于已确定了工件的坐标系, 所以必须采取不同的定位基准, 以确定刀具基准。
在加工支架轴承孔时, 要将粗加工与精加工结合起来, 粗加工能够在较短的时期内将轴承零件的大部分余量切掉, 但粗加工后的均匀性不能满足加工要求, 需要进一步进行半精加工和精加工。为了减少刀具的安装时间, 提高安装的方便性, 可以采用机夹刀。刀具的材料选择带有涂层的硬质合金刀片, 其几何结构要按照支架轴承孔的具体情况而定。
2 支架轴承孔加工刀具
2.1 在加工机床中的具体应用
机械加工支架轴承一般使用数控机床, 机床的刀具分为成型刀、圆弧形刀和尖形刀三种类型。粗加工要求使用的刀具具有较高的强度、良好的耐用性, 以适应粗加工速度快、用刀量大的要求;而精加工则应选择精度较高、更为锋利的刀具, 确保加工的精确性;轴承孔的加工一般为球面加工, 所以应该选择偏角较大的刀具, 避免刀具背面与工件相互干扰。具体选用的刀具参数见表1.
在具体的加工前, 要提前对刀。对刀时, 要找准刀具基准点, 确定刀具与支架轴承的相对位置, 从而确定数控机床和零件坐标系的点。对刀是加工支架轴承孔的关键技能, 对零件的加工精度具有一定的决定作用, 其效率也会对加工效率产生直接的影响。此外, 换刀点的设置也会影响加工的安全和效率。如果换刀点设置得太远, 则刀具从换刀点运动到进刀点所用的时间较长, 加工效率低;如果设置得太近, 则在换刀时不同零件可能会产生干扰, 从而损坏了刀具、零件和机床。所以在设置换刀点时, 要对刀具和零件的实际情况进行分析, 减少事故发生概率。
2.2 优化支架轴承孔加工刀具
在加工支架轴承孔时, 一般采用机械加工法, 传统加工方案的原则是先精后粗、先面后空, 整个加工工艺完成需要使用的刀具较多, 换刀时间也较长, 限制了加工速度, 因此, 有必要对加工刀具进行优化, 减少刀具数量, 提高轴承孔的加工水平。通常, 应用较多的刀具优化方案有以下两种: (1) 改变刀具的结构, 减小刀具的长度, 提高刀具的强度, 从而改变机械加工参数, 提高加工速度。 (2) 将刀具合并使用, 形成组合刀具, 减少所用刀具的数量, 从而缩短机床的换刀时间。例如, 可以将粗加工刀具与铣端面刀具合并起来 (如图1所示) , 保证刀片摆放平稳;还可以将精加工刀具与下角刀合并使用, 刀具由单头镗刀组成复合镗刀 (如图2所示) 。
2.3 使用新型支架轴承孔加工刀具
在机械加工轴承孔内壁时, 刀具不锋利还会导致轴承孔内壁遭受切削挤压而变形。当材料滑过后, 变形区就会留下一道道沟槽。轴承零件加工中的镀镉工序会在开始前对零件进行酸洗, 酸洗会加重沟槽深度, 从而形成微小裂纹, 使镉渗入裂纹中。裂纹在周期载荷的作用下, 会逐渐扩展产生断裂, 降低了轴承的使用寿命。可见, 机械加工的缺陷十分明显。
陶瓷刀具是一种耐磨性能良好、硬性强的新型刀具, 能够对高强度、高硬度材料进行高质量、高效率的加工。金属陶瓷刀具的切削速度是普通硬质合金刀具的3~10倍, 其使用寿命是普通刀具的2~10倍, 其切削硬钢速度比磨削速率提高了3~4倍。在加工支架轴承孔时, 大型或特大型轴承零件的切削量较大, 为1~4 mm, 切削和磨削受到的摩擦力较大, 加上受磨削速度和砂轮性能的影响, 砂轮消耗大, 磨削效率低, 导致轴承加工周期延长, 生产成本提高。使用陶瓷刀具, 可以有效解决这些问题, 实现车削加工代替粗磨加工, 提高了加工效率和经济效益。
直径超过400 mm的支架轴承硬度较高、加工量较大, 所以要选择的陶瓷刀具需具备高耐磨性、高硬度和良好的抗弯性能。但是一般陶瓷刀具的脆性较大, 所以在加工时对切削的抗力较大, 为了提高刀具强度, 应选择负前角刀具。确定刀具后, 对刀具进行切削实验, 要选择科学、合理的切削用量, 以保证加工效果。选取较大的切削深度, 以减少加工时间, 提高加工效率。确定走刀量时, 要综合分析加工面的粗糙程度、零件的刚度和刀片的强度, 如果零件刚度和机床功率允许, 可以选择较高的转速。经过切削实验后, 对零件余量进行对比分析, 发现其余量减少了0.5~3.5 mm, 基本达到粗磨余量。
在实际加工时, 利用陶瓷刀具进行批量加工, 其加工的轴承质量良好, 能够达到粗磨水平, 且切削时间和磨削时间大大减少。在机床中, 使用陶瓷刀具代替传统的粗磨工艺, 能够有效节省加工成本, 机床设备的开机费用和刀片的耗费与传统磨削设备和砂轮消耗相比, 加工成本更少。此外, 陶瓷刀具的硬性良好, 耐热温度能够高达1 200~1 450℃, 所以在加工支架轴承孔时, 可以采取干式切削的方法, 无需使用冷却液, 也不会对轴承造成烧伤损坏, 在节约成本的同时, 还降低了对环境的影响, 有利于加工人员的身体健康。
3 结束语
综上所述, 对支架轴承中使用的加工刀具进行分析, 采取刀具优化措施, 利用高性能刀具, 能够提高企业的经济效益, 为企业在激烈的市场竞争中赢得有利地位。
参考文献
[1]欧阳森.汽车底盘支架轴承孔加工刀具研究分析[J].汽车零部件, 2012 (02) .
[2]谢华永, 卢振伟.陶瓷刀具在特大型轴承加工中的应用研究[J].轴承技术, 2010 (01) .
主轴承孔 篇4
关键词：丝杠轴承单元,厚壁外圈,细长法兰孔,光磨钢球,精整装置
0前言
随着当代机械设备关键零部件向功能化、单元化和部件化发展, 具有高度集合功能的机械基础件应运而生。其中外圈带法兰安装孔的双向角接触推力球丝杠轴承单元 (以下简称丝杠轴承单元) , 其结构特征为厚壁外圈上带有若干沿周向均匀分布的轴向法兰安装通孔, 通过法兰安装通孔可直接将丝杠轴承单元固定在机架平面上, 而不需要另外设置轴承安装座, 结构简单, 占位空间小。同时通过穿过法兰孔的安装螺栓, 可径向微调轴承内孔与丝杠轴承中心相对位置, 获得更高机床进给定位精度。与此同时, 由于丝杠轴承单元厚壁外圈零件上的法兰安装孔数量较多, 有的型号上设计有多达十几个法兰孔, 且法兰孔的尺寸精度和表面粗糙度要求高, 运用常规加工方法加工工序繁琐, 生产效率低, 难以实现高效、经济和大批量生产。
1 丝杠轴承单元外圈结构分析
图1所示是某一代表型号丝杠轴承单元外圈零件结构示意图。其结构特征为厚壁外圈上带有8个直径相同且沿周向均匀分布的轴向细长法兰安装通孔, 因该类轴承宽度较宽, 其上法兰安装孔直径小、长度大、长径比大于4, 靠一般钻、铰加工很难获得尺寸一致且表面光整的法兰孔。
2 常规丝杠轴承单元外圈细长法兰孔加工工艺
丝杠轴承单元主要用于高端数控机床, 属于精密级部件单元, 整体加工制造精度等级为P4级, 加工精度等级要求高, 特别是外圈上的8个细长法兰安装通孔表面粗糙度要求为Ra0.8μm。为了获得较为理想的效果, 常规加工方法是在热处理前, 利用钻、绞套模板, 采用初钻—扩孔—初绞—精绞的加工工序, 其工序繁琐, 且绞孔效率极低, 还难以达到设计要求, 不能适应大批量生产。
3 精整装置结构
在分析丝杠轴承单元外圈结构的基础上, 利用其热处理前与光磨钢球存在的硬度差, 在压力作用下光磨钢球挤压贯穿通过已初加工成型的细长孔, 并可使进入钢球回流胶管的光磨钢球相互推动往复循环, 依次对丝杠轴承单元上的细长法兰孔进行精整, 使丝杠轴承单元细长法兰安装通孔获得均匀一致的孔径尺寸和光整的表面。根据这一设计思路笔者设计出了一种用于丝杠轴承单元细长法兰安装孔的精整装置 (见图2) 。
丝杠轴承单元外圈加工是以外径和端面作为定位基准, 因此, 精整装置仍以丝杠轴承单元外圈的外径和端面作精整加工定位基准面, 并以轴承外圈上已初步成形沿周向均布的8个法兰孔作圆周分度和定位。件号9模座及件号13可调V形定位块固定在件号10模底板上, 模座上设置有由件号6定位钢珠、件号7弹簧Ⅱ和件号8紧定螺钉组成的圆周分度定位, 实现对工件平面和周向的定位和分度。模底板通过件号5立柱与件号4横梁相连结固定, 构成一门形结构, 用于承载件号2冲杆, 立柱与模底板固定配合选择H8/n7, 立柱与横梁固定配合选择H8/e7。在横梁中央设置有件号3导向套, 横梁与导向套配合选择H8/n7, 冲杆与导向套配合选择H8/f7, 冲杆通过件号1压缩弹簧Ⅰ可实现自动复位。
在模座上设置有一端与光磨钢球挤压贯通法兰孔出口相对应, 另一端与下一个待精整法兰孔入口相对应的件号12钢球回流胶管, 使件号11光磨钢球在冲杆推动挤压贯通法兰孔出口的同时, 将推力作用在相邻光磨钢球上, 在不需施加其他外力的条件下实现光磨钢球的自动循环添加。
为增加摩擦滑动结合面的耐磨性, 件号3导向套和件号11光磨钢球材料选择GCr15轴承钢, 热处理硬度为HRC61~66。件号2冲杆材料选择T10工具钢, 热处理硬度为HRC50~55。
另外, 如果在件号9模座上预先按不同型号规格的工件同时设置好相应的圆周分度和定位, 即可在同一套精整装置上实现不同型号规格工件的精整加工。否则, 就需要更换不同型号规格的模座。
1.压缩弹簧Ⅰ2.冲杆3.导向套4.横梁5.立柱6.定位钢珠宝7.压缩弹簧Ⅱ8.紧定螺钉9.模座10.底板11.光磨钢球12.钢球回流胶管13.可调V形定位块
4 加工方法
待精整工件应事先初加工好所有法兰初孔 (初钻+扩孔) , 法兰初孔一般预留大约0.1 mm精整余量为佳, 选择与成品孔径尺寸相适应且耐磨性能优良的轴承用光磨钢球, 用上述精整装置替代初绞—精绞孔加工。
通常情况下, 可根据工厂的设备情况优先选择运行较平稳的液压机。选择了工厂现有用于铆合轴承防尘盖的10吨单柱油压机。将精整装置直接放置于油压机工作台中央, 将待精整的工件放置在件号9模座上, 精整装置与工作台之间以及工件与模座之间无需进行夹压固定。通过调整件号13可调V形定位块, 调整好工件的平面定位和周向分度;再调整油压机压头行程至适当高度 (冲杆的底部大约与工件下端面齐平) 即可进行精整孔加工。
加工时, 启动油压机压头行程下压, 推动件号2冲杆至设定行程高度的同时, 光整钢球已实现挤压贯穿通过法兰孔, 冲杆在件号1压缩弹簧Ⅰ的作用下, 随着油压机压头行程复位而自动复位。加工完一等分孔后, 将工件紧贴V形面, 旋转工件至下一个等分, 依次循环按上述加工方法加工出所有等分孔。经轮廓仪检测, 经精整后孔的表面粗糙度达到Ra0.8μm。
5 结束语
整套精整装置加工制作简单, 操作方便, 定位可靠, 高效 (提高工效约5倍) 、经济。使用时, 对操作者的技术素质要求不高, 对液压机设备的精度要求也不高。经生产实践证明, 通过精整后的细长法兰孔尺寸一致性好, 形状精度和表面粗糙度均达到设计图样要求, 适合于大批量丝杠轴承单元外圈法兰孔精整加工。
双曲率兜孔静音轴承保持架设计 篇5
随着人们生活水平的提高, 对家用电器的静音性能提出了更高的要求, 其中滚动轴承在工作过程中的振动与噪声, 极大地影响着家电产品的静音性能。滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架4部分组成, 而保持架的运转不稳定是引起轴承振动和噪声的重要原因[1]。国内外学者对保持架的研究, 主要是理论分析和试验研究两个方面。理论分析方面, 建立了保持架的拟静力学和动力学模型, 通过仿真分析得到了引导间隙、兜孔间隙等设计参数对保持架动态性能的影响, 为保持架的优化设计提供了理论依据[2]。保持架的试验研究, 主要是利用试验手段, 对保持架的受力、失效形式等进行研究, 从而为保持架的形状、尺寸优化和模型分析提供了有效参考[3]。上述研究主要是在保持架结构形式固定的情况下, 通过理论分析和试验研究得到保持架的结构参数等对保持架动态性能的影响, 从而进行优化设计, 提高轴承的动态性能。然而, 通过改进保持架的结构形式从而实现减振降噪的研究却不多见, 也没有形成成熟的设计理论。文献[4]提出了一种新型轴承保持架结构, 通过减少滚动体与保持架的接触面, 从而有效减少了滚动体与保持架的摩擦, 改善了滚动体的润滑条件, 降低了轴承的振动与噪声。此外, 单向游隙浪形保持架、双K值浪形保持架和带油槽浪形保持架等新型保持架, 均通过改进保持架的结构, 在提升滚动轴承的静音性能方面取得了良好的效果。可见, 通过对保持架的结构进行改进和创新从而达到减振降噪的目的是一个有潜力的研究方向[5]。因此, 针对高档家用电器中广泛使用的深沟球轴承浪形保持架存在的静音性能不佳、与国外技术存在差距、产品严重依赖进口的问题, 以结构创新作为减振降噪的突破口, 设计具有新型结构的浪形保持架具有重要的现实意义。
1 双曲率兜孔静音保持架结构设计
降低保持架噪声的传统方法有两种, 一是合理选择保持架的兜孔间隙、引导间隙以及兜孔间隙与引导间隙的比值等参数;二是提高滚动体、保持架的表面质量, 选用新材料以及在使用过程中保持良好的润滑等。然而, 参数的优化可以通过更合理的模型来实现, 表面质量的提高和新材料取决于技术的发展, 关于如何保持良好的润滑却较少论及。而良好的润滑对降低保持架的振动噪声、碰撞噪声和摩擦噪声都是有利的[6]。因此, 在分析对比不同结构保持架的减振降噪效果后, 为了改善滚动体和保持架的润滑, 本文重点从改进保持架兜孔形状入手, 设计一种具有双曲率兜孔结构的浪形保持架, 其结构如图1所示。该双曲率异形兜孔保持架, 由兜孔1和平面5依次相连构成。兜孔1中间为小球带3和大球带2, 大球带2的内、外两侧分别为直线带4, 两兜孔1与平面5之间分别由过渡倒角6构成保持架的连接。平面上设有铆孔7, 利用铆钉将上、下2只具有双曲率异形兜孔结构的保持架及兜孔内的滚动体连接在一起。
1.兜孔2.大球带3.小球带4.直线带5.平面6.过渡倒角7.铆钉
2 双曲率兜孔静音保持架动力学分析
在轴承工作过程中, 双曲率兜孔静音轴承保持架的受力主要可以分为两部分, 保持架与套圈之间的作用力和保持架与滚动体之间的作用力。而保持架与套圈之间的作用力由套圈引导挡边对保持架的作用力和套圈非引导挡边对保持架的作用力两部分构成。套圈引导挡边对保持架的作用力是因为在运动过程中保持架的质心偏心造成保持架与引导挡边的不断接触而产生的, 是一种类似流体力的动压力, 可以采用短滑动轴承的计算方式进行计算和分析。套圈非引导挡边对保持架的作用力形式为一种流体阻力, 其计算可以利用流体力学结果[7]。
保持架和滚动体之间的作用力比较复杂。由于滚动体的尺寸偏差、滚动体和沟道表面的形状误差、打滑以及径向载荷等因素的存在, 使得每一个滚动体的公转速度不同。而保持架以各个滚动体公转角速度的平均值进行转动, 这样各个滚动体与保持架之间就产生了速度差异。当保持架的公转角速度ωb大于滚动体的公转角速度ωg, 滚动体与保持架发生碰撞, 滚动体阻碍保持架向前运动;当保持架的公转角速度ωb小于滚动体的公转角速度ωg, 滚动体与保持架发生碰撞, 滚动体推动保持架向前运动。国内外学者建立了不同的模型来进行分析[8,9], 这些模型均认为滚动体和保持架之间是一种半自由的接触状态, 存在着持续时间很短的频繁碰撞, 其中文献[10]提出的碰撞模型与实际情况更为贴近。该模型认为滚动体与保持架的相互作用力由三部分组成, 分别是滚动体与保持架的兜孔在接触后引起的变形作用力、滚动体与保持架的兜孔之间的流体摩擦产生的作用力以及保持架与轴承的公转角速度不一致所产生的碰撞作用力。其中, 前两者是稳态作用力。根据滚动体与保持架之间的摩擦因数和接触后引起的变形作用力, 就可以计算得到滚动体和保持架之间的摩擦力。而保持架与轴承的公转角速度不一致所产生的碰撞作用力是一种瞬态力, 其作用力模型如图2所示, 它由二者之间的弹性力和阻尼力组成。
3 双曲率兜孔静音保持架减振降噪机理
3.1 保持架噪声的产生机理分析
由上述动力学分析可知, 保持架噪声按其产生机理可以分为三个方面:保持架的振动噪声、保持架与滚动体的碰撞噪声、保持架与滚动体的摩擦噪声[6]。
在轴承运动过程中, 由于与滚动体的频繁碰撞、与引导挡边的不断接触, 使保持架在引导挡边和滚动体的共同作用下做随机振动。周围空气在保持架随机振动的激励下发生振动并向四周传播, 形成了保持架的振动噪声。
滚动体与保持架发生频繁碰撞时, 两者在接触点处产生弹性变形, 频繁的弹性变形就表现为振动能, 振动能量中的一部分以声波形式向周围空间辐射, 形成碰撞噪声。
滚动体与保持架形成摩擦副, 在摩擦副附近, 两者的接触表面形成局部切向弹性变形, 从而产生张弛振动, 这种张弛振动激发出摩擦噪声。而张弛振动的频率随着接触表面相对运动速度增加而增加, 所产生的摩擦噪声也随之变大。因此, 对于高速运转的滚动轴承而言, 其摩擦噪声更大。
3.2 双曲率兜孔静音保持架减振降噪机理分析
与传统结构保持架相比, 双曲率兜孔静音保持架是通过如下几个方面实现减振降噪的。
1) 传统的保持架兜孔形状一般都是球形或椭球形的, 滚动体与兜孔的全球面接触;新型保持架的双曲率兜孔结构使得滚动体在兜孔内只与大球带的内外两直线带接触, 减小了滚动体与保持架的接触面, 明显地降低了滚动体和保持架之间的摩擦。
2) 与传统兜孔结构相比, 双曲率兜孔中的小球带可以储存润滑油, 从而使得滚动体在运动过程中获得充足的润滑, 避免了因制造误差造成的滚动体划伤。
3) 由于滚动体获得了充足的润滑, 滚动体和保持架在发生碰撞时, 保持架会受到润滑油的阻尼作用。与直接碰撞相比, 由于碰撞的冲量一定, 从而碰撞的作用时间变长, 作用力变小, 滚动体和保持架的局部变形所激励的振动频带变窄, 激发的振动方式减少, 大部分碰撞能转化为润滑油的内部摩擦, 以热能形式耗散, 因此, 碰撞噪声明显降低。
4) 良好的润滑可以减小甚至消除滚动体和兜孔之间的干摩擦和边界摩擦, 使其处于流体润滑状态, 而干摩擦和边界摩擦是产生噪声的主要原因, 因此可以有效减小摩擦噪声。
5) 由于润滑条件的改善, 克服了传统保持架不能长时间稳定工作的技术难题, 并且有效延长了轴承的使用寿命。
由上述分析可知, 新型兜孔结构可以有效降低保持架与滚动体的碰撞噪声和摩擦噪声, 而良好的润滑对减小振动噪声也是有利的, 因此, 双曲率异形兜孔保持架能够有效解决滚动轴承高速运行时的高噪声问题。
4 双曲率兜孔静音保持架测试
轴承产品的噪声通常可以通过测量运转时的振动加速度和振动速度进行间接测试, 为此, 将采用双曲率兜孔保持架和采用传统保持架的2组相同规格 (6201) 深沟球轴承, 每组10个, 在其他工作参数相同的情况下, 选用S0910-Ⅲ微小型轴承振动测量仪和BVT-1轴承振动速度测量仪对振动加速度和振动速度分别进行测量, 测得其振动数据如表1所示。其中轴承的振动加速度用振动加速度级来表示, 振动加速度级为某一频带范围内的振动加速度均方根值与参考加速度值之比的常用对数, 再乘以20所得之数值。
由表1和表2可知, 双曲率异形兜孔保持架无论振动加速度还是振动速度都明显小于传统保持架, 双曲率异形兜孔保持架的噪声明显低于传统保持架, 达到了静音轴承的使用标准。而且, 其高频的振动速度是传统保持架的1/3到1/4之间, 因此, 可以有效解决高速运转产生高噪声的技术难题。
μm·s-1
5 结语
本文在总结对比国内外对保持架设计的研究方法的基础上, 以改善滚动体和保持架的润滑为目的, 以结构创新为突破口, 设计了一种具有双曲率兜孔结构的浪形保持架, 然后进行了动力学和减振降噪机理分析。最后通过测试证明了该兜孔结构在降低保持架的噪声方面的有效性。所设计的双曲率兜孔浪形保持架达到了静音轴承的标准, 可以部分取代进口产品, 对于提高国内家电产品的静音水平和市场竞争力具有重要意义。同时, 该新型兜孔结构对类似结构的减振降噪设计具有一定的借鉴意义。
摘要：传统深沟球轴承浪形保持架兜孔一般采用球形或椭球形结构, 轴承在高速运转时滚动体不能充分润滑, 存在噪声大、滚动体可能被划伤、使用寿命短等问题。文中在总结对比国内外保持架设计研究方法的基础上, 以改善滚动体和保持架的润滑为目标, 设计了一种具有双曲率兜孔结构的浪形保持架, 分析了所设计保持架的减振降噪机理, 最后通过测试验证了该结构能够有效地减振降噪, 达到了静音轴承的标准。
关键词：静音保持架,双曲率兜孔,半自由接触碰撞,充足润滑
参考文献
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辊压机主轴承故障的快速处理 篇6
我公司二期水泥粉磨生产线配备CLF170100辊压机, 2010年10月投入生产, 2015年6月, 辊压机频繁因动辊、定辊轴承温度超过75℃跳停, 分析极有可能是动辊、定辊轴承出现了问题, 需要进一步检查确认。
2 检查方案及处理
按照常规步骤, 检查辊压机主轴承, 需要先拔掉减速器, 再打开轴承室检查, 但是由于辊压机的设计特点, 拔掉减速器很容易损伤减速器和辊轴, 并且工期较长。为此通过分析辊压机结构, 制定了不拆减速器检查辊压机主轴承的方案: (1) 拆除辊压机上机架及与其有连接的所有部件; (2) 拆除液压缸; (3) 拆除扭力支撑装置的销轴, 使动辊、定辊可以向后自由移动; (4) 移动动辊、定辊, 各向后方移动20cm; (5) 固定好辊子后, 将轴承座向减速器侧顶出。最后清洗检查轴承。
检查轴承后发现, 轴承内圈及滚珠没有明显损伤, 但轴承外圈滑道有部分点蚀现象, 经观察点蚀位置集中在动辊、定辊工作的受力区域, 综合考虑轴承的现状后决定, 将轴承外圈顺时针旋转一定的角度, 使轴承外圈的受力位置改变, 让外圈点蚀部位不再受力, 来减少轴承的发热量。
3 处理后的效果
主轴承孔 篇7
图1是一齿轮减速箱中的轴承杯零件图,本文将根据图样上标注的法兰孔4-准12±0.1的位置度公差:设计一套检验法兰孔位置度误差的功能量规。
2 图样分析
根据图1标注的法兰孔4-准12±0.1的位置度公差:我们可以看出:
(1)最大实体要求应用于被测要素和基准要素B。
(2)被测要素(即法兰孔4-准12±0.1)的理想形状和位置是由基准A、基准B和理论正确尺寸ɸ175mm确定的,为了保证与箱体侧壁孔装配互换,要求被测要素的实际轮廓不允许超出最大实体实效边界(其对应边界尺寸为ɸ11.8mm)。那么“检验部位”的尺寸、形状、方向和位置与被测要素的最大实体实效边界的尺寸、形状、方向和位置相同。
(3)基准要素A为轮廓要素,是一个平表面。那么“定位部位1”的尺寸、形状、方向和位置与实际基准要素A的理想要素相同。
(4)基准要素B为中心要素且垂直于基准要素A,为了保证其与减速箱体孔的配合精度,要求其实际轮廓,即直径为ɸ150h6(0-0.025)的外圆不允许超出最大实体边界(其对应边界尺寸为ɸ150mm)。那么“定位部位2”的尺寸、形状、方向和位置与基准要素B的最大实体边界的尺寸、形状、方向和位置相同。
3 功能量规工作部位参数设计计算
功能量规工作部位的几何参数设计计算是功能量规设计的关键,轴承杯零件按共同检验方式(即用同一功能量规检验被测要素的定向或定位误差及其基准要素本身的形位误差和(或)尺寸的方式)设计计算功能量规工作部位的几何参数。
3.1 功能量规公差和基本偏差
(1)定位部位:定位部位2,根据综合公差Tt=0.025+0=0.025mm,由文献[1]中的功能量规各工作部位的尺寸公差、形位公差允许磨损量及最小间隙的数值表,查得定位部位的尺寸公差和允许磨损量TL=WL=0.002mm,形位公差tL=0.003mm;由于按共同检验方式,定位部位的基本偏差数值查文献[1]中的功能量规检验部位的基本偏差数值表,查得定位部位2的基本偏差FL=0.005mm。
(2)检验部位:根据Tt=0.2+0.1=0.3mm,由文献[1]中的功能量规各工作部位的尺寸公差、形位公差允许磨损量及最小间隙的数值表,查得检验部位的尺寸公差和允许磨损量TI=WI=0.008mm,形位公差tI=0.012mm;由文献[1]中的功能量规检验部位的基本偏差数值表,查得检验部位的基本偏差FI=0.028mm。
功能量规的公差带图如图2所示。
3.2 功能量规尺寸计算
定位部位的基本尺寸:DLB=dM=准150mm
定位部位的极限尺寸:
定位部位的磨损极限尺寸:
检验部位2的基本尺寸:
检验部位2的极限尺寸:
检验部位2的磨损极限尺寸:
4 功能量规图及使用说明
检验轴承杯法兰孔位置度误差的功能量规如图3所示。
技术要求及说明
(1)定位部位1(平表面)、定位部位2(圆柱形内表面)和检验部位(4个圆柱销)的表面粗糙度值应不大于Ra0.2、硬度不低于700HV(60HRC),其余部位的粗糙度值应不大于Ra3.2。
(2)检验部位(4个圆柱销)通过热胀冷缩方式与功能量规定位平面上的4个孔过盈配合连接,防止敲击变形。
(3)定位部位2采用包容原则,以保证该部位与轴承套杯零件上相应部位配合的精度要求,同时保证定位部位2与定位部位1的垂直精度要求。
(4)检验部位提供4个圆柱销与轴承杯零件法兰孔4-ɸ12±0.1配合,采用包容原则的同时还有较高的位置精度要求,用来检验其位置度误差是否超出其给定的位置度公差。
摘要：针对一齿轮减速箱中的轴承杯零件图上标注的法兰孔的位置度公差,详细介绍了检验零件法兰孔位置度误差的专用功能量规设计过程,为此类功能量规的设计提供了参考。
关键词：被测要素,基准要素,最大实体要求,位置度误差,功能量规
参考文献
[1]GB/T8069-1998,功能量规[S].
[2]GB/T8069-87,位置量规[S].
[3]GB/T1182-2008,产品几何技术规范(GPS)形状、方向、位置和跳动公差标注[S].
主轴承孔 篇8
流体轴承是一种精密的含油轴承, 利用流体的静压原理, 借助润滑油的黏性和油在轴承副中形成液膜隔开两摩擦表面并承受载荷的滑动轴承。流体轴承静止时轴与轴承是相互接触的, 在高速旋转时依靠压力油膜把轴支承悬空实现平衡负载、隔离轴颈与轴套、润滑等作用。流体轴承将金属间的固体摩擦转化为液体内部的分子摩擦, 将摩擦磨损降至最低限度, 由于其具有无机械接触、能在最大范围内满足高速、轻载、振动小、运转精度高、运行噪声小、使用寿命长 (可达到40 000 h) 等特点, 因而在高转速 (可达10000 r/min) 的高精密主轴上得到了广泛应用。
小型精密流体轴承由于其产品体积小、精度高、加工困难、常规的加工设备和加工工艺不能满足生产需要, 因而常采用机械预加工和孔挤压精加工相结合的方式, 以满足精密流体轴承的性能要求。不少学者对孔挤压加工技术开展了相关研究。赵如福、金仁钢、林大庆等[1,2,3]分析了挤压加工的工艺因素, 挤压力的计算公式, 挤压速度和润滑剂的选择方法。张存鼎[4]讨论了微电机内孔挤压加工工艺过程及其设备的设计选择。徐云奎[5]通过分析内孔挤压变形理论, 优化了挤压参数计算公式。吴隆[6]分析了挤压法加工内孔的参数优化问题。张洪双、段晓飞[7]研究了挤压加工孔壁残余应力和孔径、板件厚度、挤压强化过盈量等工艺参数之间的关系。
为了对小型精密流体轴承的内孔进行挤压精加工和测量, 本文基于挤压法加工内孔原理和传感测量技术, 设计了一套精密流体轴承内孔挤压加工参数优化算法和检测系统, 在进行内孔精密挤压加工同时实现对内孔径的测量。
1 加工产品及参数
某型流体轴承产品示意图如图1所示, 轴套内孔加工有储油油槽2、4、7和沟槽3、6。轴承套的材质为青铜, 外圆直径dw为, 内孔直径d2为φ3.378±0.001 mm, 沟槽深度为0.005 mm。轴套底孔采用钻孔、铰孔预加工而成;油槽、沟槽均采用特殊的镗刀加工。为了清除加工毛刺和提高加工、检测生产效率, 要求轴套内孔的精加工实现两个工序:一是完成表面研磨抛光;二是对轴套内孔径进行测量和检测, 判断轴承孔径是否合格。
1, 8.密封2, 4, 7.油槽3, 6.沟槽5.轴套9.轴
2 内孔挤压加工工艺参数设计
2.1 内孔挤压加工原理
球体挤压法精加工内孔是利用一个比待加工孔稍大的淬火钢球在推杆的推力作用下通过预加工后尺寸有余量的内孔, 作为最后的精加工, 如图2所示。球体通过时, 孔径被加工到要求尺寸, 孔壁被压光, 表面粗糙度减小, 表面硬度和尺寸精度都将有所提升。
挤压变形图如图3。挤压时, 钢球与预加工孔存在挤压过盈量K=d3-d1, 孔表面则发生弹性变形K1=d3-d2和塑性变形K2=d2-d1。图3中d1为挤压前的孔径;d2为挤压后的孔径;d3为钢球直径。
孔挤压后的剩余塑性变形K2不仅与材料有关, 而且还受材料的底孔直径、孔壁厚度、热处理程度等影响。要达到挤压抛光的效果, 就必须要使钢球挤压产生的压力超过内孔壁的屈服弹性极限压力, 否则挤压钢球退出后, 内孔产生的弹性变形全部恢复, 达不到挤压抛光的效果。挤压过程中, 当钢球与内孔的过盈量超过内孔壁开始屈服的过盈量时, 内壁的变形包括了挤压工具退出后回复的弹性变形和使内孔增大的剩余塑性变形;随着过盈量的增大, 塑性变形也不断增大, 这时的应力与应变关系已不呈线性关系;而当过盈量增大到一定值 (外壁也进入塑性变形时的极限位移量Ks) 时, 零件外壁的变形也进入了塑性阶段[5,6,7]。
过盈量的选择应尽可能靠近或稍大过零件外壁进行塑性变形阶段, 因为这时弹性变形也趋于极限, 塑性变形量将随着过盈量增大而同步增大, 挤压前孔径的变化偏差对所加工的孔径变化影响很小, 从而可稳定地保证加工后的孔精度;但过盈量太大, 会使金属表面产生过大的塑性变形引起金属的疲劳, 反而使表面粗糙度恶化[8,9]。
2.2 加工过盈量K
首先计算极限情况下的过盈量, 即外壁也进入塑性变形时的极限位移量Ks[5,6]为
式中:σs为材料的屈服极限, 取170 MPa;G为材料的剪切弹性模量, 取0.39×105MPa;dw为零件外圆直径, 为;d2为零件内孔直径, 为 φ3.378±0.001 mm。
根据式 (1) 计算极限过盈量Ks为0.011 mm。查询相关文献[1,2,5]所推荐的过盈量值范围为0.04~0.06 mm, 表明按照推荐过盈量值0.04~0.06 mm进行挤压加工时, 流体轴承轴套内孔壁和外壁均进入塑性变形阶段, 挤压加工效果较好, 故选取加工过盈量为推荐值的下限值, 即取K=0.04 mm。
2.3 挤压加工塑性变形量
由于选取的加工过盈量K=0.04 mm已超出极限过盈量Ks=0.011 mm, 故此时的挤压弹性变形达到最大值, 对应的弹性变形应变量[5,8]为
由式 (2) 计算极限弹性变形应变量εs=3.33×10-3mm。
2.4 挤压钢球直径
钢球直径取为[5,6]
式中:εs为材料的极限弹性变形应变量;δ为零件孔的尺寸公差。
由式 (3) 确定挤压钢球直径d3为φ3.3862mm, d3的尺寸偏差取对称偏差为±0.000 5 mm, 则选择挤压钢球直径d3为。挤压钢球采用高硬度淬火钢球。
2.5 挤压前孔预加工直径
挤压前孔的预加工直径[5,6]为
由式 (4) 确定挤压前孔预加工直径d1max为3.374 7 mm。
选取挤压前孔预加工直径d1的公差一般比成孔直径d2的公差等级低一级[9], 一方面可提高精加工孔的表面粗糙度, 另一方面也可提高孔的加工精度, 选取挤压前孔直径d1为。
2.6 挤压速度
挤压速度选取为1~1.5 m/min。
3 孔径检测
由于轴套孔的直径为φ3.378±0.001 mm, 形位公差要求为圆度公差0.000 5 mm, 圆柱度公差0.000 75 mm, 此要求较高, 若采用常规量具或量规检测费时费力, 难以测量, 并可能会对内孔做成损伤, 本文采用测量钢球挤压力法来进行检测。
测量原理:选取合适直径的测量钢球, 在挤压钢球挤压抛光内孔后, 将挤压钢球换成测量钢球 (如图2) , 推杆推动测量钢球通过轴套内孔, 根据推杆压力值, 确定轴套孔是否符合要求。
测量钢球直径的选择:测量钢球直径的选择要使测量时的挤压力不能超过孔的屈服弹性极限压力, 以保证测量后内孔产生的弹性变形全部恢复。经试验确定, 本轴套选取测量钢球直径为 φ3.380 3±0.000 5 mm。
设计传感器的测量范围为0~50 N, 采用测量钢球检测内孔时推杆的压力范围为25~32.3 N时, 内孔合格;否则为不合格。
4 系统设计
流体轴承内孔挤压加工与检测系统流程图如图4。
基于系统流程图, 设计了基于PLC的挤压加工和测量系统[10] (如图5) , 对流体轴承套内孔进行了挤压精加工和孔径测量, 系统使用表明, 该技术加工精度高 (表面粗糙度可达Ra0.63~Ra0.16) 、速度快 (4s/个) 、检测效果好, 具有良好的使用和经济效益。
5 结语
本文基于挤压法加工内孔原理和传感测量技术, 设计了一套精密流体轴承内孔挤压加工参数优化算法和测量系统, 提高了内孔挤压加工工艺参数的准确性, 解决了小型精密流体轴承轴套孔体积小、加工精度高、测量困难等问题, 验证了算法和测量系统的有效性和正确性。
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