輪轂用雙列圓錐滾子軸承鎖圈壓裝模的設計

李紀軍，俞建珍，高春和，石新華

(甘肅海林中科科技股份有限公司，甘肅 天水 741018)

符號說明

B——內圈寬度，mm

B1——鎖口寬度，mm

d——內圈內徑，mm

d1——鎖口內徑，mm

d2——鎖口底徑，mm

D——卡頭壓裝面直徑，mm

h——鎖圈寬度，mm

H——卡頭高度，mm

H1——卡頭壓裝面高度，mm

k——鎖圈自由狀態時內徑，mm

L——鎖圈開口寬度，mm

L1——鎖圈開口弧長，mm

n——鎖圈圓弧凸緣到內徑的距離，mm

t——鎖圈鋼板厚度，mm

α——鎖圈開口角度，(°)

δ——卡頭與定位底座的間隙，mm

1 雙列圓錐滾子軸承鎖圈結構及原理

輪轂用雙列圓錐滾子軸承結構如圖1所示，由1個雙滾道外圈和2套內組件組成，為保證軸承組裝后在運輸、安裝等環節不散套，需要用鎖圈將2套內組件牢固地連接成一體。軸承內圈結構如圖2所示，在距窄端面鄰近的內孔上有直徑為d2、寬為B1的環形槽，窄端鄰近的內孔d1大于d，以方便安裝鎖圈。

圖1 雙列圓錐滾子軸承結構

鎖圈結構如圖3所示，采用65Mn制造，經過淬火后的硬度為40～48 HRC。鎖圈圓周均布圓弧形凸緣，并用等分矩形窗孔相隔，該結構有利于產生形變，增強彈力和連接張力。將開口式鎖圈放入內圈后，在軸向壓力作用下，使2個內圈的小端面緊密結合，鎖圈上的2圈圓弧形凸緣與2個內圈環形槽軸向對齊，同時徑向向外張開，通過對鎖圈內孔徑向加壓將內組件和鎖圈牢固地連成一個整體。為確保鎖圈連接的可靠性，提高生產效率，減輕勞動強度，需要設計相應的壓裝模具。

2 裝配模具工作原理

壓裝模結構如圖4所示。壓裝過程如下：將鎖圈套上卡頭的壓裝面，并一同裝入內組件中，在軸向壓力的作下，壓套和卡頭同時下移。在卡頭端面距底座端面較遠時，由于阻力很小，鎖圈輕松壓入，直到卡頭端面與底座端面靠近，卡頭不再下移，而壓套繼續向下移動。一方面，壓蓋在壓套軸向力的作用下使2個內圈的小端面貼合，鎖圈上的圓弧形凸緣與內圈環形槽軸向對齊；另一方面，將軸向壓力通過壓套與卡頭間的斜面傳遞轉變為徑向內壓力，使卡爪壓裝面脹開，鎖圈的圓弧凸緣隨之張開。當鎖圈開至斷口處時鎖圈脹開至最大，并形成一個完整的圓，這時由于鎖圈搭接處脫開，操作人員能聽到清脆的“啪”聲，從而判斷行程結束。壓套上行，卡頭的擴張應力消除，卡爪在彈性回復力的作用下回縮、復位。操作人員取出卡頭，完成一個壓裝工序。

圖4 裝配模具結構示意圖

3 裝配模具設計

3.1 卡頭設計

卡頭是壓裝模的關鍵部件，采用如圖5所示的外脹式彈性結構。卡頭材料為65Mn，淬火后硬度為55～60 HRC，以確保有足夠的彈性回復力。卡頭主要尺寸計算如下。

3.1.1 卡頭壓裝面直徑D和高度H1

對于卡頭壓裝面直徑D，要求淬回火后在不受力狀態下能保證卡頭與內圈間至少0.2 mm的間隙，以便卡頭可以在內孔中軸向無阻力的移動，方便將鎖圈送至內圈環形槽內。

卡頭壓裝面高度為H1=h-1。要求卡頭壓裝面完全放入鎖圈內，卡頭能夠充分脹開鎖圈，鎖緊2個內組件。

3.1.2 卡頭高度H

卡頭高度H=B+B1+m-δ，式中：m為卡頭定位肘肩長度，根據經驗選取。為防止卡頭與定位底座撞模，δ取為1～2 mm。

3.1.3 卡頭擴張量及其他工藝尺寸

鎖圈裝入內孔前的尺寸如圖3所示，當其裝入內圈時，鎖圈外徑壓縮至d，鎖圈開口弧長L1=kαπ/(2×180°)，所以，鎖圈實際長度為π(k+n)-L1；當鎖圈壓縮至小于d時的長度為πd。

鎖圈最小搭邊量為[(k+2t)π-L1-d1π]/2。

當鎖圈形成完整圓周時整圓外直徑為[π(k+n)-L1]/π，由整圓擴張至d2(作用尺寸)時的卡頭擴張量S1=0.5{d2-[π(k+n)-L1]/π}，卡頭總擴張量S=S1+[(k+2t)π-L1-d1π]/2；壓套縱向最大行程為S′=S/(2tanβ)，其中，β為擴張角(卡頭總擴張量和壓套縱向行程的正切角，即β為壓套、卡頭的錐面傾角)，參考模具設計參數[2]設定為20°。

卡頭工作部分如圖6所示，其直徑為D≥d2-2S-2t-2n。驗證了卡頭壓裝面直徑D滿足設計要求，足夠大的直徑提供了充足的彈性回復力，可靠性也得以提高。

圖6 卡頭工作部分示意圖

3.2 模具其他組件設計

3.2.1 底座

底座(圖4)選用GCr15材料，淬火后硬度為58～62 HRC。底座外徑與內圈內徑間隙配合，底座定位尺寸為內圈寬度減去鎖口寬度。

3.2.2 壓套

壓套也采用GCr15材料，其配合尺寸均根據內圈和卡頭相關尺寸確定，前面論述較詳細，此處從略。

4 裝配效果

通過對某型號輪轂軸承單元反復試制及裝配試用，鎖圈壓裝效果較好，反映良好，裝配合格率達到95%以上，效果顯著。