浅谈圆锥滚子轴承套圈装配的倒角形式和倒角坐标尺寸计算方法

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摘 要：随着科学技术的发展，圆锥滚子轴承在现代化机械作业中日益发挥出巨大作用。在实际应用中，圆锥滚子轴承主要承受以径向为主的载荷，如何提高圆锥滚子轴承的装配质量和使用寿命，成为工程专家最为关注的问题。本文从圆锥滚子轴承套圈装配的倒角出发，简单论述了我国当前圆锥滚子轴承套圈装配的现状，并对实际生产中的三种装配倒角方式作了对比性的分析，同时给出了倒角坐标尺寸计算的理论推导，最后给出了计算公式。

关键词：圆锥滚子轴承；倒角；设计；套圈

引言

近年来，在圆锥滚子轴承设计过程中，装配倒角的设计越来越成为人们普遍关注和研究的问题。这是因为圆锥滚子轴承套圈装配倒角的尺寸设计是否合适、形状设计是否合理，在很大程度上影响着整个机器的装配及使用寿命。据不完全统计，每年因倒角设计不合理而造成的经济损失达数百万。不合理的圆锥滚子轴承套圈装配倒角尺寸形状设计，严重造成了轴承装配性能的大大降低，使轴承不能进行正常工作。另外，在圆锥滚子轴承装配过程中，圆锥滚子轴承游隙选配方法的不合理以及圆锥滚子轴承平面双端磨削方法的不正确，都会严重降低圆锥滚子轴承的工作性能，给现代化生产加工带来了无法估量的损失。因此，本文着重分析了圆锥滚子轴承套圈装配的倒角形式和倒角坐标尺寸计算方法，以期圆锥滚子轴承引起相关学者的关注。

1.圆锥滚子轴承套圈装配的倒角的设计现状

在我国，圆锥滚子轴承的制造技术并不是十分成熟，其具体的设计均没有标准化。《滚动轴承圆锥滚子轴承外形尺寸总方案》及《滚动轴承圆锥滚子轴承外形尺寸》都没有做出对圆锥滚子轴承设计的明确规定，现实当中，有些公司为了快速生产对圆锥滚子轴承的某些设计部分作了相关要求，如最大倒角尺寸等，但对倒角的整体结构和最佳尺寸以及其在实际中的具体要求没有做出明确规定。在设计圆锥滚子轴承套圈装配倒角时，首先要考虑圆锥滚子轴承自身的装配性能如粗糙度、加工精度等，其次要考虑倒角坐标的极限值与实际装配之间的差值。因此，在对圆锥滚子轴承套圈装配倒角进行设计时，有以下几个方面的因素值得我们去深入思考：（1）防止出现锐角，（2）防止干涉的发生；（2）从改善轴承的装配性能出发，尽量使设计出来的套圈倒角易于机器的总体装配；（3）应当使圆锥滚子轴承的装配倒角径向尺寸在一个合理的范围内。

2.在实际生产中常见的3种套圈装配倒角

2.1纯圆弧倒角

该种形式倒角由纯圆弧构成，其装配导向角β为150，夹角α为300。这种倒角的优点是在加工这种倒角时，所用的刀具刃磨相对比较简单。但在实际加工中，由于受热处理变形等因素的影响，其倒角部分在磨削后的圆弧面容易与内/外径表面形成一个较大的β角，使出来的轴承与原有设计出现了巨大的偏差，大大降低了轴承的装配性能。另外，当β角过大时，轴承的配合面有可能在装配过程中被划伤。因此，在实际生产中，对于这种倒角一定要做严密的设计，同时要保证加工精度。

2.2斜边+圆弧+斜边倒角

该种形式倒角由斜边+圆弧+斜边构成，具体来说它是由2段与圆弧相切的斜线和1段半径为R的圆弧组成，实际的加工过程中，斜线的角度在设计时就已确定，这就能够有效地保证套圈的倒角形状磨削前后保持一致。在实际生产过程中，为了使轴承顺利装入机器，常常需要选择适当的引导角β。另外，为了满足轴承装配过程中的配合间隙，β取值一般较小，通常取150，这样就大大降低了车削过程中车刀产生振动的频率。为了获得一个理想的引导角斜边的长度，夹角α不宜选择太大，否则将使轴承的装配性能严重降低，一般取α=22.50。相对于纯圆弧倒角，斜边+圆弧+斜边倒角在许多方面都具有明显的优势。如在加工方面，斜边+圆弧+斜边倒角得到的加工精度往往要高于纯圆弧倒角。但这种装配倒角的主要缺陷是其径向坐标尺寸不易控制，在操作过程中会对轴承的装配条件产生一定的约束。

2.3小圆弧+大圆弧+斜边倒角

根据相关工程人员的实际工作经验和一些学者的理论研究，该装配倒角形式与斜边+圆弧+斜边倒角形式具有一定程度的类似，只是其在靠近端面处与端面相交的斜边为一段与大圆弧相切的小圆弧所替代。在进行实际工作设计时，在满足刀具的强度和刃磨可行性的要求下，小圆弧的半径一般不宜选择太大，实际生产中往往尽量取小值，一般取0.6～1.2 mm。

该倒角形式的优点是，在实际生产过程中，容易控制其径向坐标尺寸，能有效地防止轴承装配时干涉现象的发生。另外，再设计该类倒角时，如果能选取一个合理的尺寸，它就能就具备斜边+圆弧+斜边倒角形式的主要优点。鉴于此，大部分工厂再生产圆锥滚子轴承时都采用小圆弧+大圆弧+斜边的倒角形式。

3.小圆弧+大圆弧+斜边倒角的设计

在对装配倒角结构尺寸进行设计时，既要使其容易加工，又要使其满足相关的装配要求。如图1所示，只要套圈倒角径向坐标尺寸和轴向坐标尺寸均满足规定的设计所形成的倒角曲线AEH的最小值，就能有效的防止装配倒角干涉现象的发生。大圆弧的曲率半径R影响着倒角的外观和导向部分的长度，在设计时，我们对此应有足够的重视。图中虚曲线为配合件挡肩处的倒角轮廓线，实曲线为将要加工的实际倒角轮廓线；E为轴承装配倒角上装配引导面与倒角大圆弧的切点；A为配合件倒角与其自身内/外径的切点。为了保证实曲线与虚曲线不产生干涉，根据相关学者的理论研究和工程技术人员的实际分析，其半径R应满足以下条件：在确定小圆弧和线AD的位置和尺寸的情况下，斜线AC、小圆弧和虚线圆弧均必须与大圆弧在虚线圆弧内侧同时相切。在这样的情况下，我们可以求出一个大概的AE长度，然后验证其是否等于设计者的期望值，通过不断地验证、修正，最终达到设计者的期望。

图1 倒角设计分析图

4.圆锥滚子轴承套圈装配的倒角坐标尺寸计算方法

根据上面分析和图1中所示，我们很容易得出如下几何关系：

进一步，我们可以据图推导出AE的的验算公式：

又据图2，我们可以推出倒角坐标尺寸计算公式：

图2 加工尺寸计算分析图

5.结语

本文通过对纯圆弧倒角、斜边+圆弧+斜边倒角、小圆弧+大圆弧+斜边倒角三种不同类型的倒角进行了理论上的具体分析和实际生产中的加工对比，最后得出结论，认定小圆弧+大圆弧+斜边的装配倒角形式相对于其他两种装置倒角来说具有一定的优势。然后本文又对小圆弧+大圆弧+斜边装配倒角的设计作了具体的论述，并给出了其加工坐标尺寸的计算方法，然后运用数学原理推导了在加工中的计算公式。圆锥滚子轴承套圈装配的倒角问题，至今还有一定的遗留难题，希望随着科学的不断发展，人类生产加工圆锥滚子轴承的技术日臻完善。

参考文献：

[1]王林.英制圆锥滚子轴承台阶形装配倒角设计[J].轴承，2010（11）

[2]吴学贵，王玉环.380000型圆锥滚子轴承套圈尺寸对装配的影响[J].轴承，2011（09）

作者简介：曾春彬（1985.2―），男，汉，籍贯：福建永安，职称：助理工程师，学历：大专，研究方向：圆锥滚子轴承加工，工作单位：福建省永安轴承有限责任公司。