CN101774138B - 修复背衬轴承的精密定心夹具 - Google Patents

Abstract

一种修复背衬轴承的精密定心夹具，主要用于修复背衬轴承。轴承外圈在保持器外部，钢球嵌在保持器窗口内，拨杆连接在芯轴上，芯轴与定心环过盈配合成为一个整体，定位杆一端连接在芯轴上，另一端插入限位板的孔内，限位板连接在保持器一侧，挡块与保持器一侧连接，刚性圈套在保持器窗口的钢球外，定心环纵向截面是哑铃状，其两侧台缘的径向圆周与钢球接触部位有峰、谷相间的均布的圆弧，挡板连接在保持器另一端。本发明的轴承套在芯轴上，利用精密钢球的弹性趋近量达到精确使背衬轴承外圈定位在芯轴上，且有足够的载荷用以承受切向磨削力，磨削高精密轴承外套的外径，实现对背衬轴承的定心修复。装夹方便、定心精度高、密封性好、修磨精度高、应用范围广。

Description

修复背衬轴承的精密定心夹具

所属技术领域

本发明涉及机械行业磨削高精密轴承外套外圈的夹具，特别是磨削背衬轴承外圈的定心夹具。 

背景技术

背衬轴承主要用于德国独家制造的二十辊森吉米尔冷轧机上的支承辊，每台机组应用背衬轴承32套，是精度等级要求很高的轴承。二十辊冷轧机用于轧制高强度的金属和合金薄带材、高精度带材、厚度为0.005～0.06mm极薄的带材，其轧制力由工作辊通过第一、第二中间辊传递给背衬轴承。 

背衬轴承为多列圆柱滚子轴承，精度等级为P2级，尤其是消除径向游隙后内径到外径的截面高度H公差值特别重要，在每根轴上的H公差值均控制在0.005mm以内，并且要求轴承外圈精度Ke(壁厚差)必须达到0.003mm以内。 

国内外轴承行业，用于修复背衬轴承的套圈磨加工成熟的工艺流程及基本定位方法都存在不足，主要表现在以下几个方面： 

1、电磁无心夹具支承：以轴承外圆定位组件，支承的安装与调整必须符合规定；对机床的主轴精度要求较高，刚性要求较强；加工后的背衬轴承的外径有划伤，Ke达不到要求，不适合用于背衬轴承的精加工。 

2、托板支承：应用在无心外圆磨床上的定位组件。要求托板具有较高的硬度和耐磨性；适用外径在200mm以内的轴承加工；不适合用于背衬轴承的精加工。 

3、实体圆柱芯轴：其加工精度取决于芯轴的精度和工件与芯轴间的配合精度，难以达到P2级的要求，不适合用于背衬轴承的精加工。 

4、液压定心芯轴：是依靠一定的压力油液充满在工件与定心芯轴之间，并将工件浮起定心，工件端面有压紧轮给予压紧；其最高精度只能达到P4级，此装置不适合背衬轴承的精加工。 

5、国外配套涨套芯轴：其加工精度使轴承Ke在0.003mm左右，由于使用过程中其芯轴中的涨套和中心孔易磕碰，磨损快，使用中涨套的弹性也会降低，从而影响夹具精度和使用寿命；磨损后其精度很难修复，同时对背衬轴承的滚道尺寸公差范围要求在0.03mm以内，椭圆度Δd1mp在0.003mm以内；其背衬轴承的加工精度不易得到可靠保证。 

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种修复背衬轴承的精密定心夹具，将轴承的设计理念运用到夹具设计中，使夹具的径向跳动达到0.001mm，从而使修复后的轴承Ke(壁厚差)达到0.0015mm以内，轴承的精度等级达到P2级。

本发明的技术方案在于：轴承外圈在保持器的外部，钢球嵌在保持器的窗口内，其特征在于：拨杆连接在芯轴上，用于旋转连接在磨床上的芯轴；芯轴与定心环过盈配合成为一个整体；定位杆的一端连接在芯轴上，另一端插入限位板的孔内，限位板用联接件连接在保持器的一端，用于固定保持器；挡块用联接件与保持器连接，用于使轴承外圈轴向定位；刚性圈套在保持器的窗口的钢球外，限制钢球滚出；第一、第二密封圈分别装在保持器的外径和内径的槽内，对轴承的滚道、定心环起密封作用，定心环的纵向截面是哑铃状，其两侧台缘的径向圆周与钢球接触部位有峰、谷相间的均布的圆弧；挡板通过弹性体用联接件连接在保持器另一端，防止轴承外圈滑脱。 

本发明所说的限位板为L形，底部的孔为腰形，使定位杆可在孔内移动，当拨动到孔的一端时，用于轴承装夹到芯轴上，定位杆在另一端时，轴承通过钢球的径向载荷被夹紧在芯轴上。 

使用时，芯轴通过其两端的中心孔定心在磨床上，轴承套在定心环上，通过钢球的径向载荷被夹紧在芯轴上，利用精密钢球的弹性趋近量最小达到0.02mm，最大达到0.10mm时，都可以使背衬轴承定位在芯轴上，且有足够的载荷用以承受切向磨削力，磨削高精密轴承外套的外径，实现对背衬轴承的定心修复。 

本发明与现有技术相比具有以下优点： 

1、装夹方便：芯轴的定心环上设计若干个均布的圆弧，将钢球与圆弧的结合运用于装夹中，操作简单，装夹效率高； 

2、定心精度高：本发明利用钢球弹性趋性量时产生载荷，从而使轴承精确定心，并阻止轴承径向移动； 

3、密封性好：采用双密封装置，有效防止切削液及磨屑进入夹具内部； 

4、修磨精度高：轴承外径经修磨后加工精度Ke达到0.0015mm； 

5、寿命高：芯轴使用合金氮化钢工艺，硬度达到HV900以上，提高了中心孔耐磨性和寿命，芯轴中心孔经过精密研磨，从而保证了芯轴的精度； 

6、应用范围广：背衬轴承滚道尺寸公差在0.10mm以内时，本定心夹具都适用。 

附图说明

图1是本发明的主视图； 

图2是图1的A-A剖视图； 

图3是图1的K向视图，反映装夹位置； 

图4是图1的K向视图，反映工作位置。 

具体实施方式

拔杆1是圆柱状，一端带有螺纹，为两个，与芯轴2螺纹连接；芯轴2是台阶轴，两端有精密中心孔，芯轴2的两个中心孔与磨床的精密顶尖固定，磨床带动芯轴2旋转，芯轴使用合金氮化钢工艺，硬度可达HV900以上，提高了中心孔耐磨性和寿命，芯轴中心孔经过精密研磨，可保证芯轴的精度；定位杆3用于调整保持器8角度，其一端是圆柱状，带有螺纹，与芯轴2螺纹连接，中部为长方体，另一端为圆柱体，插入限位板4的腰形槽内，与限位板4是间隙配合；限位板4是L型结构的平面，有腰形槽和两个螺纹孔，用螺钉5固定在保持器8上；挡块6是长方体，有两个螺纹孔与一个圆柱孔，用螺钉7固定在保持器8上，圆柱孔用于插入板手，转动夹具；保持器8是孔类圆柱体，两端面有6个螺纹孔，有多个轴向圆柱孔以及2或2个以上圆环带，用于装配球体钢球9，钢球9与保持器8是间隙配合，保持器8内、外径的两端分别有1个圆环带；刚性圈10套在钢球9的外圈，限制钢球滚出；环形第一密封圈11、第二密封圈12分别嵌在保持器8的内、外径上，与保持器8的圆柱孔是过盈配合，靠橡胶的弹性固定在保持器8上；定心环13的内径与芯轴2是过盈配合，外径与保持器8是间隙配合，定心环13的纵向截面是哑铃状，它的内孔与芯轴2过盈配合，定心环13两侧台缘的径向圆周与钢球接触部位有峰、谷相间的均布的圆弧，即有均匀分布若干段同心弧面，每两凸面之间是凹面，其夹角是α°；挡板14带有凹槽，靠螺钉16、弹性体15固定在保持器8上，用于防止背衬轴承外圈17滑动，弹性体15为叠簧。 

如图3所示，当定位杆3带动芯轴2转动α°到图3所示位置时，即钢球9与定心环13的凹面接触，背衬轴承和定心环13是间隙配合，钢球9在装夹位置，背衬轴承可以轻松装入芯轴2上；如图4所示，当定位杆3带动芯轴2转动到图4所示位置时，钢球9与定心环13的凸面接触，背衬轴承和定心环13是过盈配合，钢球9在工作位置，这时，背衬轴承被钢球9产生的总载荷固定，就达到使背衬轴承精确定位的目的。 

下面以背衬轴承BCZ130×300×172.64C为例计算夹具产生的总载荷以及磨床的切向磨削力，比较分析本发明夹紧时产生的载荷大于切向磨削力，载荷足够使背衬轴承固定，阻止背衬轴承磨削时松动；并进一步论述本发明对背衬轴承的滚道尺寸公差范围要求在0.10mm以内。 

计算所需要的参数如下： 

定心装置的球数Z：12 

定心装置的列数i：2 

定心装置的球径Dw：23.813mm 

(1)钢球的主曲率半径： 

$\mathrm{\ρ}1I=\mathrm{\ρ}1\mathrm{II}=\frac{1}{\mathrm{Dw}/2}=\frac{1}{(23.813/2)}=0.08398$

内圈的主曲率半径：ρ2I＝ρ2II＝0 

因此∑ρ＝ρ1I+ρ1II+ρ2I+ρ2II＝0.1679 

$F\left(\mathrm{\ρ}\right)=\frac{|\mathrm{\ρ}1I-\mathrm{\ρ}1\mathrm{II}|+|\mathrm{\ρ}2I-\mathrm{\ρ}2\mathrm{II}|}{\mathrm{\Σ\ρ}}=0$

钢球与内圈的弹性趋近量公式： 

δ＝e_δ(∑ρ)^1/3Q^2/3

根据赫兹接触理论，求得接触面的尺寸： 

e_a＝0.02363 

e_b＝0.02363 

πe_αe_b＝1.754×10^-3

e_δ＝1.754×10^-4

e_α-接触面椭圆长半轴系数 

e_b-接触面椭圆短半轴系数 

πe_αe_b-接触面积的系数 

e_δ-弹性趋近量的系数 

(2)根据弹性趋近量求得钢球的总载荷： 

$Q={\left(\frac{\mathrm{\δ}}{e_{\mathrm{\δ}}{\left(\mathrm{\Σ\ρ}\right)}^{1/3}}\right)}^{3/2}$

已知：钢球最小圆周弹性趋近量δ_总＝0.02mm 

                            δ_单＝0.005mm， 

求得：单个钢球产生载荷Q＝184N 

钢球产生总载荷Q_总＝4436N 

取摩擦系数为u＝0.1 

钢球能产生的对背衬轴承总圆周压力F_总＝Q_总u＝444N 

(3)万能外圆磨床M1350产生的平均切向磨削力 

$F_t=\frac{P_E{\mathrm{\η}}_E}{\mathrm{\π}{n}_s{d}_s}\×{10}^6$

式中P_E-磨头电动机实测输入功率   kw 

    η_E-电动机传动效率，一般取0.7～0.85 

    n_s-砂轮转速r/s 

    d_s-砂轮直径mm 

已知：P_E＝6kw， 

    η_E＝0.85， 

    n_s＝1337r/s， 

    d_s＝500mm 

求得：F_t＝145N 

F_总＝444＞F_t＝145 

以上可知精密定心装置产生的载荷Q_总大于砂轮的切向磨削力F_t，载荷足够使背衬轴承固定，阻止背衬轴承磨削时松动。 

假设背衬轴承的精密定心装置产生最大的接触应力为Pmax＝4000MPa(钢球不失去精度的所能承受的最大应力) 

产生的钢球的载荷Qmax为： 

$Q\max ={\left(\frac{\mathrm{\ρ}\max \mathrm{\π}{e}_{\mathrm{\α}}{e}_b}{1.5{\left(\mathrm{\Σ\ρ}\right)}^{2/3}}\right)}^3$

根据以上数据求得：Qmax＝3624N 

钢球最大单件弹性趋近量δ_单＝0.03mm 

钢球最大总弹性趋近量δ_总＝0.12mm 

由以上计算说明本背衬轴承的精密定心装置的钢球弹性趋近量范围为0.02～0.12mm，推断出本精密定心装置对背衬轴承的尺寸公差范围要求在0.10mm以内，也就是说背衬轴承的滚道尺寸公差范围在0.10mm以内都可以使用本精密定心装置进行磨削。 

Claims (4)

1.一种修复背衬轴承的精密定心夹具，轴承外圈(17)在保持器(8)的外部，钢球(9)嵌在保持器(8)的窗口内，其特征在于：拨杆(1)连接在芯轴(2)上，用于旋转连接在磨床上的芯轴(2)；芯轴(2)与定心环(13)过盈配合成为一个整体；定位杆(3)的一端连接在芯轴(2)上，另一端插入限位板(4)的孔内，限位板(4)用联接件(5)连接在保持器(8)的一侧，用于固定保持器(8)；挡块(6)用联接件(7)与保持器(8)的一侧连接，用于使轴承外圈(17)轴向定位；刚性圈(10)套在保持器(8)的窗口的钢球(9)外，限制钢球滚出；定心环(13)的纵向截面是哑铃状，其两侧台缘的径向圆周与钢球(9)接触部位有峰、谷相间的均布的圆弧；挡板(14)通过弹性体(15)用联接件连接在保持器(8)另一端，防止轴承外圈(17)滑脱。

2.根据权利要求1所述的修复背衬轴承的精密定心夹具，其特征在于：所说的限位板(4)为L形，底部的孔为腰形，使定位杆(3)可在孔内移动，当拨动到孔的一端时，用于轴承外圈(17)装夹到芯轴(2)上，定位杆(3)在另一端时，轴承外圈(17)通过钢球(9)的径向载荷被夹紧在芯轴(2)上。

3.根据权利要求1所述的修复背衬轴承的精密定心夹具，其特征在于：第一密封圈(11)、第二密封圈(12)分别装在保持器(8)的外径、内径的槽内，对轴承的滚道、定心环(13)起密封作用。

4.根据权利要求1所述的修复背衬轴承的精密定心夹具，其特征在于：所说的轴承为背衬轴承，滚道尺寸公差范围要求在0.10mm以内。

Images