滾子軸承性能試驗用外圈軸向定位工裝設計

王立慧，閆 眾

（中航工業哈爾濱軸承有限公司 研發中心，黑龍江 哈爾濱 150036）

滾子軸承性能試驗用外圈軸向定位工裝設計

王立慧，閆 眾

（中航工業哈爾濱軸承有限公司 研發中心，黑龍江 哈爾濱 150036）

針對懸臂式軸承試驗機，提出一種工藝裝備的設計方案，重點解決圓柱滾子軸承外圈的軸向定位問題，以保證軸承試驗的各種技術參數的高度模擬狀態。

滾子軸承；懸臂式軸承試驗機；工裝設計；軸向定位；參數模擬

1 前言

對于被試驗的滾子軸承來說，只能承受徑向載荷，不能承受軸向載荷，而且外圈和內圈是相對游離的，所以要求工藝裝備的設計時，要保證在試驗箱的有效空間內要實現軸承內、外圈的精確定位，既要保證兩者在高速旋轉時的相對位置度的要求，又要保證軸承的徑向載荷精確地作用于軸承的加載中心上，同時還要實現潤滑等技術參數的高度模擬效應，因此，滾子軸承內、外圈軸向的精確定位一直是各個試驗廠家重點攻關的問題，目前國內各個試驗單位提出了不同的解決辦法，本人設計的這種工藝裝備能夠實現滾子軸承外圈軸向的精確定位，使得滾子軸承在懸臂式軸承試驗器上的試驗效果良好。懸臂式軸承試驗機優點很多，如安裝、拆卸試驗軸承非常方便，便于實現環下潤滑等。

2 試驗機結構及工裝設計要求

如圖 1 所示，在懸臂式軸承試驗機的試驗軸承箱體5內，只有一根試驗主軸6，主軸動力是靠后端的電主軸1傳遞過來的，在試驗軸承箱體3內有兩組支撐軸承2、4支撐試驗主軸，試驗主軸另一端懸空，通過若干件的工藝裝備將試驗軸承安裝到試驗主軸上面，實現高速旋轉、徑向加載等試驗技術要求。

滾子軸承試驗需要模擬軸承在機器上工作的各種技術參數，如轉速、載荷、潤滑等。而軸承內、外圈的軸向、徑向的精確定位，是實現上述各種技術參數的前提，對于滾子軸承試驗的高度模擬仿真具有重要的意義。

2.1 工藝裝備的機械部分設計

如圖 2 所示，滾子軸承內圈5安裝在試驗副軸3上，試驗副軸3安裝在試驗主軸19上，通過主軸的左側軸肩和右側軸端的雙螺母8、17將軸承的內圈壓緊在試驗主軸上，這樣主軸高速旋轉就帶動軸承內圈以同一轉速旋轉。軸承的外圈相對于軸承的內圈是游離的狀態，保證外圈在試驗過程中相對于內圈處于軸承原始設計的位置是軸承試驗最理想狀態。如圖 2 所示，1為試驗箱體，試驗器14端蓋通過螺栓固定在試驗箱體上，圓柱形墊鐵12固定在試驗器端蓋14上，軸向定位砝碼11被固定在圓柱墊鐵12上，1、11、12、14組成固定不動的部分，相當于試驗機箱體。滾子軸承的外圈7安裝在負荷體9內部，負荷體端蓋2通過螺栓連接將試驗軸承外圈壓緊在負荷體9內，形成一個整體結構，這個整體安裝在試驗軸承的圓柱滾子的外側，處于懸浮狀態。這個整體部分的軸向精確定位是本設計的關鍵所在。它是通過軸向定位法蘭10、軸向定位砝碼11、圓柱墊鐵12，拉緊螺栓13、六角頭螺母16來共同實現的。首先軸向定位法蘭10通過螺栓連接與7、9、2組成的試驗軸承外圈懸浮結構相連接，拉緊螺栓13與軸向定位法蘭10通過T形槽口配合拉動整體結構向右側移動，當件10的右側端面與軸向定位砝碼11的左側平面靠緊的時候，整體結構就被定位在這個位置，然后用六角頭螺母16鎖死拉緊螺栓13右側頭部的螺紋部分。另外，通過13將由2、7、9、10組成的軸承外圈的浮動部分拉緊固定在試驗箱體上，如果改變軸向定位砝碼11的厚度，就可以改變外套浮動部分的軸向位移，這樣只需要精確計算保證11的厚度就可以實現軸承外圈的軸向相對于軸承內圈的原始設計位置。此種設計結構的軸向定位砝碼11的左端面設有圓形凹槽。這樣的設計使得軸向定位砝碼11的左端面形成一個環形端面；由于軸向定位砝碼11的左端面起到與軸向定位法蘭10的右端面接觸定位的作用，因此，軸向定位砝碼11的左端面的加工精度要求很高，需要上磨床精磨，環形端面減少了軸向定位砝碼11的左端面的接觸面積，提高了軸向定位的精度，又減少了在磨床上的磨削量和加工成本。

圖1 懸臂式軸承試驗機結構

圖2 圓柱滾子軸承試驗工裝

需要強調的一點是，由于軸承的外圈是要承受徑向的載荷的，試驗器的徑向加載頭直接作用在負荷體9上，這樣如果將浮動的外套組合體死死的拉緊固定在固定體上，這樣徑向的載荷就要受到影響，所以將圓柱墊鐵12和拉緊螺栓13設計成一段螺紋連接，螺距選擇1.5mm，在鎖死六角頭螺母16,實現試驗軸承的外圈軸向精確定位以后，要松開六角頭螺母，將12與13的螺紋連接部分退回半圈，即大約是0.75mm的距離,再鎖死六角頭螺母。這樣既能保證外圈結構的軸向位置，又能保證徑向加載不受固定部分的影響。

2.2 方案的實用性

此設計方案具有通用性，當滾子軸承的型號不同（外圈的寬度不同）時，只需要改變軸向定位砝碼11的厚度，就可改變軸承外圈的軸向位置,進而保證試驗軸承的外圈相對于內圈的原始設計安裝位置，保證滾子軸承試驗的高度仿真效果。

2.3 試驗軸承潤滑部分的設計

試驗軸承的潤滑是根據軸承用戶試驗大綱上的要求來設計的，軸承型號不同，潤滑的要求各不相同，所以不同的型號軸承的工藝裝備的設計要結合潤滑要求來綜合考慮。以下只針對一種型號的軸承加以說明。

件4是環下潤滑收油環，設計成順時針螺旋結構，模擬軸承的運轉工況，負荷體端蓋2上面開有潤滑油通道，通過此件能夠將潤滑油噴射到環下潤滑收油環4上。由于主軸19高速旋轉，環下潤滑收油環4的收油結構將潤滑油收集在收油口處，甩入到滾子軸承內圈5的收油腔內部，在離心力的作用下，將潤滑油噴射到軸承滾子6和滾子軸承外圈7的滾道上，實現了環下潤滑，保證環下潤滑的模擬效果，這里不作詳細介紹。

3 結束語

（1）經過多種型號的滾子軸承在懸臂式軸承試驗機上面的試驗證明，本設計結構能夠實現滾子軸承試驗時的軸向精確定位，完成軸承的內、外套的疲勞試驗，效果非常好。這種結構能夠保證試驗過程中的軸承的原始設計安裝的相對位置度要求，保證軸承的徑向載荷不偏載、滾子軸承不易損壞、在高轉速情況下軸承潤滑狀況良好等試驗技術要求。滾子軸承的轉速可達到35 000r/min。

（2） 這種工藝裝備的設計結構具有通用性，不同型號滾子軸承可以完全利用這種工藝裝備結構，只需要根據軸承尺寸的大小，設計相關的零件的結構尺寸就可進行軸承試驗。而軸向定位問題完全依靠軸向定位碼11的軸向尺寸來確定，只要改變軸向定位碼11的厚度就能夠實現軸承內外圈軸向的精確定位，進而保證軸承外圈與內圈的相對位置度的要求。

（編輯：林小江）

表1 加工方法改進前后形位公差對比 mm

6 結束語

通過將超輕系列軸承外圈的多工序合并成兩道工序加工，完全達到了設想結果，與傳統工藝加工方法相比，既提高了產品質量，滿足了工藝要求，確保了加工產品的一致性與穩定性，并且在生產效率上提高了40%左右，生產成本降低了38%左右。同時，為其他型號超輕系列軸承的成型加工提供了實踐經驗。

（編輯：王立新）

Design of outer ring axial positioning tooling for performance test of roller bearing

Wang Lihui,Yan Zhong
( Bearing R&D Center, AVIC Harbin Bearing Co., Ltd., Harbin 150025, China ）

For the cantilever bearing test machine, this paper presents a design of tooling, focused on solving the problem of axial location of cylindrical roller bearing outer ring, so as to ensure the altitude simulation state of all kinds of technical parameters for bearing test.

roller bearing; cantilever bearing test machine; tooling design; axial location; parameter simulation

TG155.3+1

B

1672-4852（2014）03-0040-03

2014-03-22.

王立慧（1970-），女，高級工程師.