鑲墊型向心關節軸承技術設計

莊藝鋒

（福建漳州職業技術學院，福建 漳州 363000）

0 引言

鑲墊型向心關節軸承是向心關節軸承中的一種，其外圈型腔和襯墊設計十分重要，它將直接影響到產品的質量和加工速度，甚至影響到產品開發的成功與否。本文介紹的關節軸承基本結構是一個由內凹面的外圈和有外球面的內圈組成，外圈內凹面鑲有襯墊，襯墊與內圈外球面形成一對滑動副，主要適用于擺動運動、傾斜運動和低速旋轉運動[1]的機械機構。外圈內凹面（下稱型腔）鑲有襯墊是該產品的主要結構特點，軸承型腔與襯墊設計、襯墊壓配及其裝置，是該產品開發的技術關鍵。

1 軸承型腔、襯墊尺寸設計

1.1 外圈型腔尺寸設計

外圈型腔結構示意圖如圖1所示。圖中：C3為外圈型腔高度；C1為外圈寬度；H為型腔圓柱 部 分 長 度；D1′為型腔內徑；Sφ為軸承球徑；D′為型腔外徑；α角度為10°～13°。主要尺寸計算如下：外圈型腔高度C3=K1·C1；型腔圓柱部分長度H=K2×C1；型腔內徑D1′=Sφ+K3；型腔外徑D′= D1′+2×cos α×（C3-H）。式中：系數K1為2/5～1/3；系數K2為4/25～2/1；系數K3為0.4～0.5。

圖1 外圈型腔結構示意圖

1.2 軸承襯墊尺寸設計

軸承襯墊結構如圖2所示。主要尺寸計算如下：

圖2 軸承襯墊結構示意圖

襯墊外徑D1= D1′-K1；襯墊高度H′=C3+K2。式中：系數K1為0.2～0.4；系數K2為0.1～0.2，

襯墊小端面內徑尺寸d2=d1+2×sin β×H′；襯墊大端面內徑尺寸

式中：β為襯墊內孔斜角，11°～14°；V為型腔的體積（單邊）。

1.3 襯墊壓配裝置零件設計

1.3.1 壓配上模

壓配上模結構如圖3所示。主要尺寸計算如下：

圖3 壓配上模結構示意圖

壓配上模外徑D1=D1′-K1。式中：系數K1為0.3～0.6；D1′為軸承型腔內徑（如圖1）。

壓配上模內徑d1=d+K2。式中，系數K2為0～0.05。

壓配上模錐槽小徑d2=D3′+K3。式中：系數K3為0.3～0.6；D3′為軸承內圈端面直徑（如圖1）。

壓配上模錐槽大徑d3=D2′-K4。式中：系數K4為0.3～0.6；D2′為軸承外圈端面直徑（如圖1）。

壓配上模高度B1=20～50。

壓配上模錐槽高度B2=（C2-C1）/2+ K5。式中：系數K5為0.5～5.0；C1為軸承外圈寬度；C2為內圈寬度（如圖1）。

1.3.2 壓配下模

壓配下模結構如圖4所示。主要尺寸計算如下：

圖4 壓配下模結構示意圖

壓配下模外徑D1=D+K1。式中：系數K1為5～20；D 為軸承外圈外徑。

壓配下模內徑d1=d+K2。式中：系數K2為0～0.05；d為軸承內圈內徑。

壓配下模凹槽槽徑d2=D2′+K3。式中：系數K3為0.3～0.6；D2′為軸承外圈端面直徑。

壓配下模壓簧槽內徑d3=D1′+K4。式中：系數K4為2～10；D1′為軸承型腔內徑。

壓配下模壓簧槽外徑d4=d3+1/2×（1/2～1/4）×（D-D1′）。式中：D為軸承外圈外徑；D1′為軸承型腔內徑。

壓配下模高度B=30～70。

壓配下模壓簧槽深度B1=（1/3～2/3）×B。

壓配下模凹槽深度B2=（C2-C1）/2+K5。式中：系數K5為0.5～5.0；C1為軸承外圈寬度；C2為內圈寬度。

1.3.3 定位軸

定位軸結構如圖5所示。主要尺寸計算如下：

圖5 定位軸結構示意圖

定位軸外徑D1=d- K1。式中：系數K1為0.04～0.09；d為軸承內圈內孔直徑。

定位軸長度L=C1+B+B1- K2。式中：系數K2為1～10；C1為軸承外圈寬度。

在20世紀70年代初美國的預制裝配式結構就已經得到了高速的發展，和其他國家的發展情況是非常不盡相同的。在住宅建筑上面，大多是以低層次木結構和輕鋼結構為主，主要表現為個性化、多樣性、現代化等特點。

定位軸圓角R=（1/8～1/12）×D1。

1.3.4 壓簧壓塊壓簧壓塊結構如圖6所示。主要尺寸計算如下：

圖6 壓簧壓塊結構示意圖

壓簧壓塊外徑D1=d4-K1。式中：系數K1為0.4～0.8；d4為壓配下模壓簧槽外徑（如圖8）。

壓簧壓塊內徑d1=d3+ K2。式中：系數K2為0.4～0.8；d3為壓配下模壓簧槽內徑（如圖8）。

壓簧壓塊高度C1=（3/4～1/2）×B。式中，B為壓配下模高度（如圖8）。

1.3.5 壓簧

壓簧結構示意圖如圖7所示。主要尺寸計算如下：

圖7 壓簧結構示意圖

壓簧外徑D′= 1/2×（d4-d3-K）。式中：系數K為0.8～5.0；d3、d4分別為壓配下模壓簧槽內、外徑（如圖8）。

壓簧高度H=B1-（1/4～1/2）×C1。式中：B1為壓配下模壓簧槽深度；C1為壓簧壓塊高度（如圖8、圖10）。

圖8 關節軸承、襯墊和壓配上模依次放入壓配下模之前的結構示意圖

圖9 關節軸承內外圈、襯墊和壓配上模依次放入壓配下模，且關節軸承下方的襯墊已壓裝至型腔內的結構示意圖

圖10 軸承兩襯墊已壓入型腔內的結構示意圖

2 軸承的襯墊安裝裝置

關節軸承的襯墊通過手工或者執行元件（如氣缸等）直接將襯墊推入，這種方式較為簡單，但是容易使襯墊安裝偏移，從而影響到關節軸承的安裝效率和成品的合格率。這里介紹關節軸承的襯墊安裝裝置，主要是壓配上模、壓配下模、定位軸、壓簧等部件，該裝置是通過定位軸對關節軸承的內孔和壓配上模的定位孔進行定位，使壓配上模和關節軸承內圈同軸心，防止軸承內圈擺動、偏移。安裝襯墊時，只需下壓壓配上模，使上模直接對應襯墊，下壓時襯墊沿軸承外圈和內圈之間的間隙進入型腔。

3 襯墊壓配和鉚合工藝

1）裝第一面襯墊。壓配下模→定位軸→軸承外圈→軸承內圈→襯墊→壓配上模→壓裝。即先將壓配下模放于壓力機的工作臺上，壓配下模內孔插上定位軸，然后定位軸內放入軸承外圈、內圈，定位軸內再依次放入襯墊和壓配上模，然后啟動壓力機壓制，使軸承一面型腔內裝入一個襯墊。

2）裝第二面襯墊。壓配下模、定位軸→鑲墊型向心關節軸承（無襯墊面朝上）→襯墊→壓配上模→壓裝。即當裝完裝一面襯墊后，依次從定位軸內取出壓配上模和軸承后，再往定位軸內放入鑲墊型向心關節軸承（無襯墊面朝上），且依次放入襯墊和壓配上模，然后啟動壓力機，使軸承另一面型腔內再裝入襯墊。

3）襯墊鉚合。鉚合下模（通用壓配上模）→定位軸→鑲墊型向心關節軸承（兩面已裝襯墊）→鉚合上模（通用壓配上模）→鉚合。即先將鉚合下模放于壓力機的工作臺上，鉚合下模內孔插上定位軸，然后定位軸內放入鑲墊型向心關節軸承（兩面已裝襯墊），定位軸內再放入鉚合上模，然后啟動壓力機，對兩面襯墊進行鉚合。

圖11 壓裝另一面襯墊且對兩個襯墊進行鉚合之前的結構示意圖

圖12 兩個襯墊鉚合之后的結構示意圖

對于小型號，在裝第二面襯墊時，將壓配下模換成鉚合模具，就可以在裝配襯墊同時對兩個襯墊進行鉚合，具體如下：鉚合下模（通用壓配上模）→定位軸→鑲墊型向心關節軸承（無襯墊面朝上）→襯墊→鉚合上模→壓裝、鉚合。即當裝完裝一面襯墊，依次從定位軸內取出壓配上模、鑲墊型向心關節軸承及壓配下模后，再將鉚合下模（通用壓配上模）放于壓力機的工作臺上，鉚合下模內孔插上定位軸，然后定位軸內放入鑲墊型向心關節軸承（無襯墊面朝上），且依次放入襯墊和鉚合上模，然后啟動壓力機，使軸承另一面型腔內再裝入襯墊，壓力機繼續下行，完成對兩面襯墊的鉚合。

襯墊壓配和鉚合是鑲墊型向心關節軸承制造的關鍵工序，應注意：襯墊壓配過程中不得造成軸承外圈開裂；襯墊鉚合過程中同批軸承外圈高度差大于0.35 mm時，須對外圈高度尺寸先分組再鉚合，以保證同批產品鉚合深度統一；鉚合后襯墊不得高出軸承外圈端面，一般須低于外圈端面0.2～0.4 mm；鉚合后襯墊必須牢固，不允許有旋轉、松動、脫落現象。

4 結語

關節軸承種類繁多，有向心關節軸承、角接觸關節軸承、推力關節軸承和桿端關節軸承，每一類型都有其獨特的結構特點和要求。實踐證明，此鑲墊型向心關節軸承設計的技術可以滿足客戶的需求，已為行業生產創造了一定的經濟效益。