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首頁 > 可調(diào)游隙滾動球軸承的創(chuàng)新設(shè)計
滾動球軸承以其摩擦阻力小、起動靈敏、效率高、旋轉(zhuǎn)精度高、潤滑簡單、更換方便等諸多優(yōu)點而廣泛地應(yīng)用在生產(chǎn)和生活中。但因其制造精度要求高、工藝過程復(fù)雜，目前標準的滾動軸承均采用專機生產(chǎn)，并由專業(yè)工廠生產(chǎn)制造。由于原設(shè)計在軸承的內(nèi)圈、外圈、滾動體等這些剛性零件之間很少考慮可調(diào)環(huán)節(jié)，使軸承的重要精度指標——徑向游隙主要靠機械加工公差來保證。這樣，即使采用較高精度的機床來加工軸承的零件，由于受不可避免的積累誤差的影響，也很難能用直接裝配的方法來達到要求的精度。一般都要通過測量選擇，用分組裝配法來裝配，但仍精度有限，使高精度軸承的價格居高不下。同時軸承在使用時因磨損而造成的游隙超差也無法補償，使其實際使用壽命降低，造成浪費。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，迫切需要解決這一技術(shù)問題。為此，筆者經(jīng)過分析和研究，找到了制約軸承徑向游隙精度的主要因素。然后從對軸承的結(jié)構(gòu)進行合理的設(shè)計著手，設(shè)計出一種新穎的結(jié)構(gòu)形式，使軸承的徑向游隙可以方便的調(diào)整，解決了以上的技術(shù)問題。經(jīng)試用，效果較好，現(xiàn)作以簡要介紹。
1 設(shè)計思路、工作原理和具體結(jié)構(gòu)
眾所周知，要調(diào)整軸承的徑向游隙，必須改變外圈、內(nèi)圈、滾動體這三者的相對位置關(guān)系，直觀的做法是使內(nèi)圈的外徑或外圈的內(nèi)徑能根據(jù)需要變化。對球軸承而言，已有一種方法是將軸承內(nèi)圈的內(nèi)孔加工成一定的錐度，同時與其相配合的軸頸也加工出相應(yīng)的錐度。裝配后通過軸上的附加裝置改變內(nèi)圈在軸上的位置，使內(nèi)圈變形從而導(dǎo)致外徑變化，以調(diào)整軸承的游隙。平心而論，這是一個較好的方法，可在一定程度上解決該問題，故沿襲至今。但也有幾個明顯的不足，一是調(diào)整量有限(甚至很微小)，游隙較大時就力不從心。二是軸頸處需加工出較高的精度的錐度，并需設(shè)置附加調(diào)節(jié)裝置，使軸的制造工藝復(fù)雜。三是內(nèi)圈承受很大的預(yù)應(yīng)力，且為周向拉應(yīng)力，對軸承強度極為不利，有時內(nèi)圈甚至?xí)谡{(diào)整時“不戰(zhàn)自破”。由此可見，這個傳統(tǒng)的方法不盡合理，大有改進的必要。
剖析軸承結(jié)構(gòu)可知，在內(nèi)圈這個零件上已經(jīng)做足文章，似無潛力可挖。而滾動體又是“鐵板一塊”，明顯“無利可圖”。自然而然，我們把目光轉(zhuǎn)到外圈上來。但這個零件實在是簡之又簡，用常規(guī)的思路對其根本無法下手，必須另辟蹊徑。經(jīng)過冥思苦想，多方討教，反復(fù)推敲，終于茅塞頓開。領(lǐng)悟到：改變軸承的徑向游隙，猶如打仗一樣，并非只能從正面(徑向)強行猛攻，也可以從側(cè)面(軸向)迂回巧取。前提是必須突破傳統(tǒng)思維定勢的束縛和習(xí)慣勢力的禁錮，要敢于創(chuàng)新。故大膽設(shè)想把軸承的外圈沿橫截面剖開，一分為二(反向思維，化簡為繁)。使其左右兩半能相對軸向移動，然后借助內(nèi)圈球道上的特殊曲面與滾動體的相互作用，把外圈的相對軸向位移轉(zhuǎn)換成滾動體的徑向位移，從而收到間接改變內(nèi)圈、外圈、滾動體三者之間徑向位置的效果，達到調(diào)整游隙的目的。基于此，我們可有以下技術(shù)方案：將滾動軸承的外圈由整體式改為軸向分體組合式、配以雙列滾動體、輔以調(diào)整墊片組。通過在裝配時增減調(diào)整墊片的厚度來方便地調(diào)整軸承的徑向游隙至需要值，最后將外套用螺紋聯(lián)接裝配成整體。同理，當軸承工作一段時間磨損后，也只需適當減少調(diào)整墊片的厚度，就能輕而易舉地消除不良游隙，恢復(fù)原來精度。達到修復(fù)之目的。
無庸諱言，這是一個全新的方案，具有獨創(chuàng)性、可行性和實用性。根據(jù)以上原理而設(shè)計的具有新穎結(jié)構(gòu)的軸承簡圖如附圖1所示。其中件1、件4為分體式外圈，在件1上加工有外螺紋，在件4上加工有內(nèi)螺紋，彼此精密互配。為保證外圈的強度和適應(yīng)螺紋防松的需要，宜采用三角細牙螺紋，并適當加大外圈厚度。件2為鋼球，采用雙列布置、徑向滿布的形式，但鋼球之間需留有足夠的空隙，以免鋼球“太擠”，互相摩擦降低軸承效率。件3為調(diào)整墊片組，應(yīng)備有多種不同厚度規(guī)格，以便選擇組合。有條件的話，也可在其內(nèi)加入菊花狀彈性墊片，使螺紋防松更有效。件5為軸承內(nèi)圈，設(shè)計成左右對稱，在其外圓上布有傾斜的特殊曲線球道，以方便滾動體的安裝，并起調(diào)整游隙的作用。此外，在外圈的每個端面上還設(shè)有四至六個均布的扳手孔，用以在調(diào)整時插入專用工具旋緊螺紋。以上這些結(jié)構(gòu)簡單明了，不足為奇。關(guān)鍵還是在于內(nèi)、外圈上的球道曲線的設(shè)計，乃成敗之關(guān)鍵，不能掉以輕心。設(shè)計時既要能滿足調(diào)整游隙的基本要求，更應(yīng)考慮諸如額定載荷、接觸強度、疲勞壽命、加工工藝等重要因素。好在這些方面已有許多前輩做了大量深入的研究工作且卓有成效，很多資料、經(jīng)驗可供借鑒，使筆者受益非淺，在此順表謝意。限于篇幅，這里暫不展開討論。
2 本設(shè)計的特點
(1)加工制造容易：由于有了中間可調(diào)環(huán)節(jié)，使零件的加工尺寸公差帶可大大放寬，廢品率也隨之成倍下降。同時可降低對加工機床的精度要求，使在普通精度機床上加工高精度軸承成為可能。對工人的技術(shù)等級也可適當降低，具有一定的經(jīng)濟效益。
(2)裝配安裝方便：外圈做成分體式后，可以很方便地調(diào)整軸承的徑向游隙至理想值，不需采用分組裝配法即能達到較高的精度。在軸上的安裝也很方便，不必附加其它的調(diào)整裝置，簡化了整機的結(jié)構(gòu)。
(3)改善受力狀況：采用雙列滾動體可增大承載能力，并能承受雙向軸向力。
(4)減少零件種類：外圈做成分體式后，可使?jié)L動體在球道上滿布，這樣可省去保持架。此舉同時還能減少工序，提高承載能力，可謂是一舉多得。
(5)維護修理方便：當軸承因磨損而造成游隙超差時，只需適當減少調(diào)整墊片的厚度，就能減小游隙，恢復(fù)原來精度，相應(yīng)地延長了軸承的使用壽命。此外，當只有個別元件非正常損壞時，還可采用更換損壞零件的方法來修復(fù)軸承，甚至可整舊如新，不失為一種精打細算的好方法。
3 一點不足之處
(1)增加了在外圈上的切制內(nèi)、外螺紋的工序。且由于螺紋的存在易產(chǎn)生應(yīng)力集中，同時使熱1P處理變得困難。
(2)軸承的軸向尺寸相對較大，且由于受調(diào)整墊圈厚度的隨機性而有較大的波動。
(3)外圈需加厚，使材料消耗有所增加。
這里介紹的可調(diào)游隙滾動軸承具有構(gòu)思新穎、結(jié)構(gòu)合理、裝配方便、便于維修等優(yōu)點。尤其是將軸承的外圈由整體式改為軸向分體組合式后，使調(diào)整軸承游隙的難題迎刃而解，可供同行們參考。本設(shè)計思路也可引伸拓寬到其它類型的軸承設(shè)計中去。該設(shè)計屬非標準軸承設(shè)計。還有很多深層的問題尚需探索，不足之處亟待解決。真切地渴望得到同行專家的指導(dǎo)和幫助。
