机械毕业设计（论文）-滚针轴承使用寿命的研究【全套图纸】

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 滚针轴承使用寿命的研究滚针轴承使用寿命的研究 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：高工 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 滚针轴承使 用寿命研究 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成 果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表 示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、 集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 93 学 号： 0923131 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 滚针轴承使用寿命的研究 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 滚针轴承是带圆柱滚子的滚子轴承，相对其直径，滚子既细又 长。这种滚子称为滚针。尽管具有较小的截面，轴承仍具有较高的 负荷承受能力，因此，特别适用于径向空间受限制的场合。根据使 用场合不同，可选用无内圈的轴承或滚针和保持架组件，此时与轴 承相配的轴颈表面和外壳孔表面直接作为轴承的内、外滚动表面， 为保证载荷能力和运转性能与有套圈轴承相同，轴或外壳孔滚道表 面的硬度，加工精度和表面质量应与轴承套圈的滚道相仿。此种轴 承仅能承受径向载荷。 滚针轴承理论上的使用寿命是 20000-80000 小时，但是不规范 的使用或者润滑往往加剧了滚针轴承的磨损，使滚针轴承过早的失 效 这里我们将通过 CF10 BUURM 轴承的设计与研究探索滚针轴承的使用 寿命。 II 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 通过螺栓型滚针轴承 CF10BUURM 的设计探索尺寸对滚针轴承使 用寿命的影响。 熟练掌握 CNC 数控仪表车的编程 。 熟练掌握切削尺寸，磨削尺寸的精度。 掌握保持器冲压模具的设计。 熟练掌握各个零件的加工工序、和工艺。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 93 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教研室主任教研室主任 签名签名 系主任系主任 签名签名 III 2012 年年 11 月月 12 日日 4 摘摘 要要 滚动轴承的寿命定义为从轴承开始工作到轴承滚道轮或滚动体的表面，因疲劳最先 出现表面剥落的总转数（或者在一定转数下的总旋转时间） 。但是，即使尺寸、结构、材 料、热处理完全相同条件的轴承运行时，寿命也会有所不同，不是一定的。这是因为材 料的疲劳限度本身就存在差异。 这正文中我们将从设计入手，以 CF10BUURM 螺栓轴承为例。通过对外圈、螺栓轴、 保持架的设计与研究与 CNC 编程探索 IKO 轴承的秘密。在尺寸精度上，将尺寸控制在公 差范围内，保证滚针轴承转动时游隙和摩擦系数。 除了设计我们还要考虑的是：轴承正确的储存，表面的清洁，轴承的选配，安装前 的准备，谨慎的安装和拆卸，还有正确的润滑。 关键词：关键词：滚针轴承；疲劳寿命；轴承设计；CNC 编程 Abstract Bearing life is defined as the total number of revolutions (or total service hours at a constant rotational speed) before a sign of the first flaking appears on the rolling surface of raceway or rolling elements. However, even when bearings of the same size, structure, material and heat treatment are subjected to the same conditions, the bearing lives will show variation. This results from the statistical nature of the fatigue phenomenon. In this text, we will start from design. Take CF10BUURM bolt bearing as an example.Through the design and research of external ring, shaft bolt,cage and CNC programming we will find the secret of IKO bearing. On the dimensional accuracy, we must control the size of tolerance range to ensure the needle roller bearings clearance and friction coefficient. We also need to consider somethings ,such as storing it in a professional room, surface cleaning, bearing selection, the preparation before installation, installation and dismantlement carefully , and correct lubrication. Key words: Needle roller bearings;fatigue life; bearing design;CNC programming 目目 录录 摘 要 Abstract 目 录 1 绪论1 1.1 本课题的研究内容和意义1 1.2 国内外的发展概况.1 1.2.1 国外滚动轴承工业的发展1 1.2.2 国内滚动轴承工业发展2 1.3 本课题应达到的要求3 2 整体设计计算.4 2.1 CF 10BUURM 外形尺寸4 2.2 滚动体的相关计算.4 2.2.1 滚针直径 DW的计算 .4 2.2.2 滚针长度 LW的计算.4 2.2.3 滚针中心园直径 DPW的计算.5 2.2.4 滚针数 Z 的计算.5 2.3 额定载荷.5 2.3.1 径向额定动载荷.5 2.3.2 径向额定静载荷6 3 外圈的设计7 3.1 尺寸的参数符号.7 3.2 外圈的尺寸设计.7 3.2.1 外圈滚道直径的计算7 3.2.2 外圈滚道宽度的设计计算7 3.2.3 外圈台阶高度和直径的设计7 3.2.4 外圈密封槽宽度 b1和外圈密封槽直径 D1的取值.7 3.3 加工时的注意事项.7 3.3.1 外表面倾斜度对轴承质量的影响7 3.4 加工工序.9 3.5 CNC 编程9 4 螺栓轴的设计12 4.1 尺寸的参数符号13 4.2 螺栓轴的尺寸设计.13 4.2.1 螺栓轴滚道直径计算13 4.2.2 螺栓轴的滚道宽度13 4.2.3 螺栓轴外挡边直径13 4.3 设计时的注意事项.13 4.3.2 材料选择13 4.4 螺栓轴的加工工序.14 4.4.1 工艺路线方案一14 4.4.2 工艺路线方案二15 4.4.3 工艺路线方案三15 4.4.4、工艺方案的比较与分析16 4.5 CNC 编程16 5 保持架的设计18 5.1 保持架的选择.18 5.1.1 “K”型保持架18 5.1.2 “O”型保持架18 5.1.3 “M”型保持架 .20 5.1.4 三种设计的比较与最终方案的确定20 5.2 尺寸的参数符号.20 5.3 保持架的设计计算.21 5.3.1 外圈滚道直径 D121 5.3.2 外圈挡边公称直径21 5.3.3 保持架的公称外径 Dc21 5.3.4 保持架内径.22 1dc 5.3.5 窗孔引导部位的公称宽度.22 cb 5.3.6 窗孔内锁口宽度 bc2 的选取22 5.3.7 斜角 的确定 .22 5.3.8 角与的关系23 5.3.9 窗孔宽度的计算.23 2c b 5.3.10 冲裁间隙 与、 的关系24 5.4 保持架设计的注意事项.24 5.4.1 冲压前的检查.24 5.4.2 材料的选择.24 5.5 保持架的加工工序.24 5.6 其他注意事项.25 5.7 CF 轴承在生产中的应用26 5.7.1 CF 轴承在 ATC 装置中的应用.26 5.7.2 CF 轴承在无杆气缸里的应用.27 6 结论与展望29 6.1 结论29 6.2 不足之处及未来展望29 致 谢30 参考文献31 滚针轴承使用寿命的研究 1 1 绪论绪论 轴承即使在正常的条件下使用，套圈和滚动体的滚动面也会因受到交变应力作用而 发生材料疲劳，以致造成剥落。疲劳剥落是滚针轴承的主要失效形式，因此，轴承的寿 命一般情况指其疲劳寿命。疲劳寿命的定义为：一套轴承，其中一个套圈（或垫圈）或 滚动体的材料出现第一个疲劳扩展迹象之前，一个套圈（或垫圈）相对另一个套圈（或 垫圈）的转数。 在某些特定情况下，轴承也可能因磨损过度或丧失必须的精度而失效，这时轴承的 寿命是指磨损寿命或精度寿命，需另行考虑 理论上 IKO 滚针轴承 CF10BUURM 的使用寿命为2000080000小时，但是，实际的 寿命取决于许多因素过早的轴承失效会导致代价高额的设备停工，有时甚至还会导 致更严重的后果。 令人满意的 IKO 滚针轴承使用寿命始于正确的轴承选择。从一开始，轴承设计师通 过为不同应用选择正确的轴承来延长轴承使用寿命和设备性能。这个过程要考虑许多因 素，例如载荷、硬度、轴承寿命预测、运行环境等等。 1.1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义 本文主要从设计入手，深入解析 IKO 滚针轴承，CF10BUURM 的使用寿命比国内相同型 号产品高 3 到 4 倍的原因。 螺栓型滚针轴承可以分为五大类：标准凸轮从动轴承系列、C-Lube 自润滑凸轮从动 轴承、CFS 系列袖珍凸轮从动轴承、双列圆柱滚子凸轮从动轴承 NUCF、英制系列 CR。 标准凸轮从动轴承又可以分为：标准凸轮从动轴承 CF、偏心杆端凸轮从动轴承 CFES、附带偏心套的凸轮从动轴承 CFE、附带推力垫圈的凸轮从动轴承 CFW、集中配管 用凸轮从动轴承(CF-RU1,CF-FU1)、简易安装用凸轮从动轴承 CF-SFU。 在这里我们主要讨论的是标准凸轮从动轴承 CF。CF10BUURM,这里的 10 是代表尺寸， 也就是杆端直径的大小。B 代表的是杆端顶部带六角孔。UU 代表的轴承带密封圈密封，R 是指外圈外径面是球面。M 这里代表细牙螺纹。 这个轴承可以分为外圈、螺栓轴、密封垫片、侧板、保持架、滚针、螺母七个部分， 其中螺母是标准件，不需设计其他的我们将在正文中一一计算与设计。其中外圈和螺栓 轴将进行数控车编程。 1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况 随着人类文明的不断进化和科学技术的高速发展，世界轴承工业从弱小起步，由昔 日少数几家小厂发展到现今遍布全球。可以说，世界轴承工业在不断的发展壮大中，为 世界的工业、农业、国防和科学技术的发展进步做出了巨大的贡献。 1.2.1 国外滚动轴承工业的发展国外滚动轴承工业的发展 轴承工业中实力较强的企业有德国的 INA 公司、日本的 IKO 公司、以及美国的 TIMKEN 公司等，这些公司代表了世界轴承工业的发展水平和前沿。 1946年威廉舍弗勒博士和乔治舍弗勒博士兄弟二人在德国赫尔佐根奥拉赫 （Herzogenaurach）创立 INA 公司。并在1949年就证明了突破思维框架的意义。彼时， 无锡太湖学院学士学位论文 2 他对滚针和保持架组件的研发，导致滚针轴承在工业领域应用的一大突破，填补了该领 域的空白。乔治舍弗勒的创新精神和对成功的渴望成为 INA 公司在全球35家工厂永恒的 企业文化的一部分。 INA 在全世界范围开发并生产滚动轴承、滑动轴承、直线运动产品和汽车发动机部件。 作为一个研制与开发方面的合作伙伴，从系统发展的初始阶段开始，INA 就与客户紧密合 作。每天都会有针对用户的新解决方案诞生，这也意味着每年有1,000种以上新产品投放 市场。INA 大力投资研发部门，最近特别注重在德国、亚洲和北美的新研发中心的建设。 INA 品牌广泛用于汽车工业包括发动机、变速箱和底盘，以及工业部门。INA 在精密 产品成型方面有着同行不可比拟的技术优势并依此为客户提供极佳性价比的解决方案。 在工业领域，四个行业管理部门分别在生产机械、动力传输与铁路、重工业和消费产品 领域引导着 INA 和 FAG 两个品牌的市场推广。 IKO 是日本汤姆逊公司的注册商标，是一个以科技和技术开发为导向的工业配件制造 厂商，产品以针状轴承和导轨轴承为主。 IKO 东晟轴承日本东晟株式会社 IKO 是一家有五十多年历史，以生产滚针轴承和直线 导轨轴承见长的专业轴承制造商，在世界各地均享有崇高的声誉，是日本生产滚针轴承 历史最悠久、品种最齐全、专业化水平最高的生产厂家；IKO 卡法创造的四列圆柱滚子重 载导轨享誉世界。其产品广泛用于机床以及其他各行业领域。 IKO 轴承出品的产品已成为优质名牌产品的代表，通过全球的营销网络实现为用户方 便、快捷的服务承诺。IKO 针状轴承以其特殊的内部构造实现机械设计的小型、轻量化。 导轨轴承以滚针轴承所赋予的高品质为基础，以独特的机械设备做精密加工，以最新机 器来作品质评价，产品永远维持着高性能及高品质的水准。 1.2.2 国内滚动轴承工业发展国内滚动轴承工业发展 中国是世界上较早发明滚动轴承的国家之一，在中国古籍中，关于车轴轴承的构造 早有记载。从考古文物与资料中看，中国最古老的具有现代滚动轴承结构雏形的轴承， 出现于公元前221207年 (秦朝)的今山西省永济县薛家崖村。新中国成立后，特别是上 世纪七十年代以来，在改革开放的强大推动下，轴承工业进入了一个崭新的高质快速发 展时期。 中国轴承工业的发展历程，大致可以分为五个阶段： 第一章 萌芽阶段（1949年以前） 新中国成立前，我国轴承工业发展十分缓慢。 第二章 奠基阶段（19491957年） 1949年，瓦房店轴承厂恢复生产，成为中国第一家独立生产轴承的企业。随后哈尔 滨轴承厂于1951年4月建成并投入生产。1953年上海市轴承行业形成秦福兴轴承厂、上工 轴承厂、荣泰新机器厂和金兴铁工厂4个中心厂及10多个卫星厂。在原苏联的援助下，全 国156项重点工程之一的洛阳轴承厂1954年3月底破土动工，1957年开始试制普通轴承 13.6万套。至此，我国轴承工业瓦房店、哈尔滨、洛阳、上海四个生产基地初步形成， 为轴承制造业的发展奠定了基础。 第三章 体系形成阶段（19581977年） 滚针轴承使用寿命的研究 3 以四个生产基地为核心，辐射全中国的生产热潮，主机配套的新产品的发展迅速。 轴承的配套产业也开始蓬勃发展。 第四章 快速发展阶段（19782000年） 这一阶段轴承工业通过技术改造和引进，改善了生产布局，增强了生产能力，提高 了经济效益。与国外先进的生产厂家进行交流，轴承设计水平已逐步接近，或部分达到 了国外同类产品的先进水平。 第五章 向世界轴承工业强国迈进（2001后） 2000年以后中国经济迅速腾飞，轴承行业也不例外，中国的轴承出口量大幅增加， 以2013年4月份的德国汉诺威工业博览会来讲。来自中国的参展商有734家，展览面积1.2 万平方米。据不完全统计，其中轴承企业有上百家。中国正在有制造大国向着轴承工业 强国迈进。 1.3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求 1、通过螺栓型滚针轴承 CF10BUURM 的设计探索尺寸对滚针轴承使用寿命的影响。 2、熟练掌握 CNC 数控仪表车的编程 。 3、熟练掌握切削尺寸，磨削尺寸的精度。 4、掌握保持器冲压模具的设计。 5、熟练掌握各个零件的加工工序、和工艺。 无锡太湖学院学士学位论文 4 2 整体设计计算整体设计计算 2.1 CFCF 10BUURM10BUURM 外形尺寸外形尺寸 平挡圈型滚轮滚针轴承的基本尺寸 d、D、B、C、r，应符合 GB6445-1996 的规定： D=22，d2=10，B =36，B2=23，C=12，=0.3，d1=17，G：M101，=12 minr wF 2.2 滚动体的相关计算滚动体的相关计算 2.2.1 滚针直径滚针直径 DW的计算的计算 的取值精度为 0.1，允差统一取为-0.01wD （2-)(5 . 0dDKDDw 1） )(5 . 0)(5 . 0maxminwDwwDFDKDFDK 为：0.2 为：0.3minDKmaxDK 11.5wD 按靠近原则,至 GB309 中的优选尺寸,取 1.5wDwD 2.2.2 滚针长度滚针长度 Lw 的计算的计算 Lw 的取值精度为 0.1，允许公差按表 1 选取 当有保持架时 2)-2 ( KL22-KL12-CLw KL1 是轴承挡边厚度与轴承外圈高度的关系值 KL2 是保持架的窗梁厚度系数 KL1、KL2 的值查表 2-2 和表 2-3 Lw=C-2KL1-2KL2 =12-2x2-2x1 =6 表 2-1： 允差 (mm)wL 滚针公称长度wL滚针长度允差 超过到上差下差 360-0.18 6100-0.22 10180-0.27 18300-0.33 30500-0.39 50800-0.46 表 2-2 KL1 系数 轴承公称内径 d KL1 值 滚针轴承使用寿命的研究 5 表 2-3 KL2 系数 2.2.3 滚针中心园直径滚针中心园直径 DPW的计算的计算 （取值精度 0.001，允差统一取为 0.025） 当已知滚针组内径和滚针组外径时，wFwE (2-3)2/ )(wwpwEFD =(12+15)/2 =13.5 2.2.4 滚针数滚针数 Z 的计算的计算 （取值精度 1） 有保持架时 (2-4)1.5)/(1.67D3.14Zpw =3.1413.5/2.5 =16.956 根据元整的原则，查 GB309，取 Z=17 2.3 额定载荷额定载荷 2.3.1 径向额定动载荷径向额定动载荷 (2-5) 27294397 )cos(DweZLweifcbmCr （图纸上标注 Cr 值以 KN 为单位，四舍五入至小数点后 1 位）式中， -考虑到轴承设计、轴承材料和制造技术的进步，提高了计算额定动载荷 Cr 的系数，mb 使它增大了倍,值查表 2-4。mbmb -与和有关，值见附表 1，中间值用线性插值法求取。cfweDpwDcf =/=1.5/13.5=0.11cfweDpwD 查附表 1 得：=88 cf =520.3=4.4 （2-6）2rmin-L L wwe i：轴承中滚动体的列数 超过到 -61.5 6152 15-2.5 外圆公称宽度 超过到 KL2 值 -201 20242 24304 无锡太湖学院学士学位论文 6 27294397 )cos(wewecmrDZLifbC =5.43KN 表 2-4 ISO281 规定的 bm值和寿命相对增加量 2.3.2 径向额定静载荷径向额定静载荷 (2-7) cos) cos 1 (44 wewe pw we orDLZi D D C 把查表和计算的数值带入公式得： KN DLZi D D Cwewe pw we or 89 . 6 90cos26171)5 .1390cos21 (44 cos) cos 1 (44 轴承类型 mb增寿量 径向和角接触沟型球轴承，及调心球轴承 （有装球缺口和外球面轴承除外） 1.32.20 有装球缺口的轴承1.11.37 外球面球轴承1.01.00 圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承和实体套圈滚针轴承1.11.37 球面滚子轴承1.151.59 径 向 轴 承 冲压外圈滚针轴承1.01.00 推力球轴承1.32.20 圆柱滚子轴承和滚针轴承1.01.00 圆锥滚子轴承1.11.37 推 力 轴 承 球面滚子轴承1.151.59 滚针轴承使用寿命的研究 7 3 外圈的设计外圈的设计 3.1 尺寸的参数符号尺寸的参数符号 -外圈滚道直径，mmeD E-外圈滚道宽度，mm D1-外圈密封槽直径，mm b1-外圈密封槽宽度，mm b2-外圈台阶宽度，mm D2-外圈台阶直径，mm C-外圈公称宽度，mm D-轴承公称外径，外圈公称外径，mm 3.2 外圈的尺寸设计外圈的尺寸设计 3.2.1 外圈滚道直径的计算外圈滚道直径的计算 =12wF （3-1）DwFwDe2 =12+3 =15 在滚针轴承的外圈滚道设计中应满足外圈壁厚， （DDe）轴承的总壁厚（D-d） 的 45%。 即：22-De（22-10）45%=5.4 75.4 所以滚道直径 De取 15。 3.2.2 外圈滚道宽度的设计计算外圈滚道宽度的设计计算 （3-2）2KL1-CE =1222 =8 3.2.3 外圈台阶高度和直径的设计外圈台阶高度和直径的设计 因为两边台阶对称，所以台阶的高度为外圈公称宽度和外圈滚道宽度差的一半。 即：b2=1/2（CE)=1/2（12-8）=2 外圈台阶直径 D2设计，因为挡圈外径 d1=17。装配时平挡圈与内螺栓轴承采取过盈 配合，而且平挡圈的内径为 12,小于滚道直径 De，所以外圈台阶直径 D2只需要满足 D2d1.且 D2小于 D，因此我们取 D2=18 3.2.4 外圈密封槽宽度外圈密封槽宽度 b1 和外圈密封槽直径和外圈密封槽直径 D1 的取值的取值 b1=0.6b2=1.2 D1一般取值大于 D2且小于 0.85D 所以我们取 D1的值为 18.7 3.3 加工时的注意事项加工时的注意事项 3.3.1 外表面倾斜度对轴承质量的影响外表面倾斜度对轴承质量的影响 我们定义外圈外表面素线对基准端面的倾斜度变动量 SD,虽然有关标准暂未作规定， 但是如果在生产制造过程中若不严格控制，将会对轴承的安装使用性能造成较大的影响。 无锡太湖学院学士学位论文 8 （具体如图 1） （3-3） 2cotSD 图 3.1 表面倾斜度 SD 1、外表面倾斜度对轴承径向游隙的影响 当轴承外表面倾斜度越大，轴承安装后径向游隙减小的就越多，径向游隙过小或负 值, 将对轴承产生预紧载荷, 不仅影响旋转灵活性, 而且由于磨损加剧, 工作温度升高。 将产生抱轴，轴承的使用寿命将大大缩短。 2、 外表面倾斜度对轴承径向跳动的影响 当这个轴承的螺栓固定时，轴承顶端的径向跳动最大，但由于测量时测的是轴承中 部的径向跳动，实际的径向跳动量大于中部的测量值。所以即使中部达标，端面的跳动 也比中部大，径向跳动量过大，会降低运动精度，产生振动及噪声，磨损加剧，降低轴 承的使用寿命。 3、 如何解决表面倾斜度的影响 （1）在仪表车上完成割断时，粗车端面的刀具和切割的刀具要尽量保持垂直。 （2）在 M7475B 平面磨床上以粗车的端面为基准面，软磨非基准端面严格控制平 行度。 （3）在 M1083A 无芯磨床上软磨外径。 （4）热处理过后，在 M7475B 平面磨床上精磨平面，保证尺寸。 （5）在 M1420 外圆磨床上，磨外圆，保证垂直差和同心度。 （6）粗磨滚道、滚道超精、终磨外圆。 3.3.2 材料的选择材料的选择 滚针轴承在工作时承受着高而集中的交应变力同时，在滚动体和套圈之间还产生强 烈的摩擦，因此，滚针轴承材料要具有高的硬度和耐磨性，高的弹性极限和接触疲劳强 度，足够的韧性和一定的耐腐蚀性，可以承受冲击载荷，具有良好的综合力学性能。所 以我们外圈选择硬度和可塑性都比较高的 SUJ2。 SUJ2 的化学成分： 碳(C)0.95-1.10, 硅(Si)0.15-0.35, 锰(Mn)0.50, 滚针轴承使用寿命的研究 9 硫(S)0.025, 铬(Cr)1.30-1.60, 钼(Mo)0.08, 镍(Ni)0.25, 铜(Cu)0.25 3.4 加工工序加工工序 工序一 割断、下料（保证管料高度 12.6） 工序二 在 M7475B 上软磨平面（高度 12.3） 工序三 在 M1083A 无芯磨床上软磨外圆（保证尺寸 22.25） 工序四 在 CNC 数控仪表车 CJK0660 上车加工成型 工序五 淬火（硬度 60-64HRC） 工序六 在 M7475B 平面磨床上磨两端面，平行度 0.02 工序七 精磨两端面，达到尺寸（11.912） 工序八 在 M1420 外圆磨床上，修整垂直差，保证尺寸 工序九 在 MZ208B 上磨内孔，达到尺寸（15.0115.02） 工序十 在 MZ208B 上超精内孔，保证尺寸在（15.00515.01） 工序十一 终磨外径，保证尺寸（21.9922） 工序十二 修整外圆弧，R=500 工序十三 清洗防锈，备用。 3.5 CNCCNC 编程编程 “CNC”是英文 Computerized Numerical Control（计算机数字化控制）的缩写。 传统的机械加工都是用手工操作普通机床作业的，加工时用手摇动机械刀具切削金 属，靠眼睛用卡尺等工具测量产品的精度的。现代工业早已使用电脑数字化控制的机床 进行作业了，数控机床可以按照技术人员事先编好的程序自动对任何产品和零部件直接 进行加工了。这就是我们说的“数控加工”。数控加工广泛应用在所有机械加工的任何领域， 更是模具加工的发展趋势和重要和必要的技术手段。 数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们要考虑 的条件有加工工艺路线（根据定位基准选择最优路线） 、工艺参数、刀具的运动轨迹、位 移量、切削参数如：主轴转数、进给量、背吃刀量等。以及辅助功能如：换刀、主轴正 转、反转、切削液开、关等。 这种从零件图的分析到制成控制介质的全部过程叫数控程序的编制。数控机床与普通 机床加工零件的区别在于数控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床要由人来操作， 我们只要改变控制机床动作的程序就可以达到加工不同零件的目的。因此，数控机床特 别适用于加工小批量且形状复杂要求精度高的零件 无锡太湖学院学士学位论文 10 由于数控机床要按照程序来加工零件，编程人员编制好程序以后，输入到数控装置中 来指挥机床工作。程序的输入是通过控制介质来的1。 1、确定加工蹊径 按先主后次，先粗后精的加工原则确定加工蹊径，采取稳固循环指令对外形状举行 粗加工，再精加工。 2、装夹要领和对刀点的选择 采取气动夹具夹紧，对刀点选在工件的右端面与反转展转轴线的交点。 3、选择刀具 根据加工要求，选用三把刀，1 号为粗加工平面车刀，2 号为镗孔车刀，3 号为切槽 刀。采取试切法对刀，对刀的同时把端面加工出来。 4、确定切削用量 粗车加工平面倒角，主轴转速为 1200r/min，直线进给速率为 150。镗孔车台阶加工 时，主轴转速 1200r/min，直线进给速度为 50。切槽时，主轴转速为 1200r/min，直线进 给速率为 50。 5、步骤式样 N0010 M08 N0020 M03S1200 N0030T01 N0040G00X24 N0050 G00Z0 N0060G01X14 F150 N0070G00Z0.7 N0080G00X18.5 N0090G00Z0 N00100G03X22.4 W-2.5 R2.5 F150 N0110G00Z50 N0120T02 N0130G00X15.5 N0140G00Z2 N0150G01Z-2.2 F250 N0160G00X13 N0170G00Z1 N0180G00X17 N0190G01Z-2.2 F250 N0200 G00X13 N0210G00Z1 N0220G00X20.3 N0230G01Z0.1 F300 N0240G01X18W-1.0F150 N0250G01Z-2.2 F250 N0260G00X16.5 滚针轴承使用寿命的研究 11 N0270G01X14.8W-0.7 F150 N0280G01Z-13.0 F250 N0290G00X13 N0300G00Z30 N0310T03 N0320G00X14.5 N0330G00Z-2.2 N0340G01X18.7 F50 N0350G00X17.9 N0360G01Z0F200 N0370G00X15 N0380G00Z70M05 N0390M09 N0400M11 N0410M00 N0420M10 N0430M00 N0440M08 N0450M03S1200 N0460T02 N0470G00X15.5 N0480G00Z1 N0490G01Z-2.3 F200 N0500G00X13 N0510G00Z1 N0520G00X17 N0530G01Z-2.3 F200 N0540G00X13 N0550G00Z1 N0560G00X20.5 N0570G01Z0.05F350 N0580G01X18.0W-1.1 F150 N0590G01Z-2.3 F200 N0600G00X16.5 N0610G01X14.5W-0.8 F150 N0620G00X13 N0630G00Z20 N0640T03 N0650G00X14.5 N0660G00Z-2.3 N0670G01X18.7 F50 N0680G00X17.9 N0690G01Z0 F200 无锡太湖学院学士学位论文 12 N0700G00Z60 N0710T01 N0720G00X24 N0730G00Z-0.1 N0740G01X16 F250 N0750G00Z0.6 N0760G00X18.5 N0770G00Z-0.1F300 N0780G03X22.4W-2.5R2.5F150 N0790G00X24 N0800G00Z70M05 N0810M09 N0820M11 N0830M02 滚针轴承使用寿命的研究 13 4 螺栓轴的设计螺栓轴的设计 4.1 尺寸的参数符号尺寸的参数符号 B1-螺栓轴的公称宽度，mm G-螺纹大径，mm G1-螺纹长度，mm g1-螺栓轴润滑油孔直径，mm -螺栓轴滚道直径，mmwd F-螺栓轴的滚道宽度，mm H-顶端内六角大小，mm Db-螺栓轴外挡边直径，mm a1-螺栓轴外挡边宽度，mm 4.2 螺栓轴的尺寸设计螺栓轴的尺寸设计 查表得：G1=12，B1=36.2max，B2=23 ，g1=4，B=13.2max，H=4 4.2.1 螺栓轴滚道直径计算螺栓轴滚道直径计算 因为螺栓轴滚道直径和外圈的内接圆配合，所以 =12wdwF 4.2.2 螺栓轴的滚道宽度螺栓轴的滚道宽度 为了保证加工到位，并且装配时相邻零件的端面靠紧。在螺栓轴的底部会车一个退 刀槽，退刀槽的宽度一般为 1，所以 F=E-1=7 4.2.3 螺栓轴外挡边直径螺栓轴外挡边直径 平挡圈的外径 d1=17，螺栓轴的外挡圈直径也需要满足小于外圈台阶直径 D2=18，所 以螺栓轴挡边直径 Db=d1=17 4.2.4 内圈外挡边宽度内圈外挡边宽度 a1的计算的计算 a1（B-b2-B2）=13.2-8-2.5=2.7，因为总体设计时我们 B1取值为 36，所以这里我们 a1的取值为 2.5。 4.3 设计时的注意事项设计时的注意事项 4.3.2 材料选择材料选择 滚针轴承的螺栓轴一般要求，淬透性较高，无回火脆性，焊接性相当好，形成冷裂 的倾向很小，可切削性及冷应变塑性良好。所以我们选取 20CrMo，20CrMo 一般在调质 或渗碳淬火状态下使用，用于制造在非腐蚀性介质及工作温度低于 250、含有氮氢混合 物的介质中工作的高压管及各种紧固件、较高级的渗碳零件，如齿轮、轴等。 20CrMo 的化学成分： 碳 C ：0.170.24 硅 Si：0.170.37 无锡太湖学院学士学位论文 14 锰 Mn：0.400.70 硫 S ：允许残余含量0.035 磷 P ：允许残余含量0.035 铬 Cr：0.801.10 镍 Ni：允许残余含量0.030 铜 Cu：允许残余含量0.030 钼 Mo：0.150.25 4.4 螺栓轴的加工工序螺栓轴的加工工序 4.4.1 工艺路线方案一工艺路线方案一 工序一下料 20 x80 工序二车端面，打中心孔，粗车外径 工序三车另端面，打中心孔，粗车外径 工序四精车滚道面和挡圈配合面 工序五精车另滚道面和挡圈配合 工序六精车装配面和螺纹面 工序七车退刀槽和倒角 工序八 切断，车大挡边外径和大端面，打中心孔 工序九钻轴向油孔 工序十钻径向油孔 工序十一钻内六角顶孔 工序十二车滚道两挡边 工序十三车大挡边侧面 工序十四精车小端面并倒角 工序十五磨螺纹面 工序十六滚丝 工序十七挤压内六角 工序十八去内六角毛刺 工序十九回牙 工序二十钻两端油堵孔 工序二十一去除毛刺和铁削 工序二十二高频淬火 工序二十三发黑处理 工序二十四粗精磨各外径 工序二十五探伤 滚针轴承使用寿命的研究 15 4.4.2 工艺路线方案二工艺路线方案二 工序一下料 20 x80 工序二粗车端面和外径 工序三粗车螺栓轴 工序四精车滚道面和挡圈配合面 工序五车退刀槽和倒角 工序六车另端面，粗车外径 工序七精车滚道面和挡圈配合面 工序八车退刀槽和倒角 工序九切断，车大挡边外径和大端面，打中心孔 工序十钻轴向油孔 工序十一钻径向油孔 工序十二钻内六角顶孔 工序十三挤压内六角 工序十四去内六角毛刺 工序十五滚丝 工序十六回牙 工序十七钻两端油堵孔 工序十八去除毛刺和铁削 工序十九高频淬火 工序二十发黑处理 工序二十一粗精磨各外径 工序二十二探伤 4.4.3 工艺路线方案三工艺路线方案三 工序一下料回火 工序二粗车外形并打顶尖孔 工序三钻铰油堵孔 工序四钻径向油孔 工序五铣起子槽 工序六调质处理 工序七精车大端面和外径 工序八精车小端面保证尺寸 工序九精车各外径到指定尺寸 工序十车越程槽和倒角 工序十一高频淬火，回火 工序十二粗精磨个外径至指定尺寸 工序十三滚丝 工序十四清理油孔 无锡太湖学院学士学位论文 16 工序十五发黑处理 工序十六超精滚道 工序十七探伤 4.4.4 工艺方案的比较与分析工艺方案的比较与分析 上述三个工艺方案的特点在于：方案一是加工轴的基本外型尺寸，从加工两端面到 加工轴的阶梯，后加工油孔，越程槽和倒角，再加工螺纹，属于我们正常加工方案，使 用机器为加工中心。方案二和方案一相似，只是打孔和攻丝的先后不同，但是机器不需 要加工中心，普通数控仪表车就可以完成生产，适合小厂，小批量生产。方案三步骤比 较简洁，适合大批量生产。我们这里是小批量生产，而且精度要求较高，结合公司实际， 我们选取第二种方案。 4.5 CNC 编程编程 1、确定加工蹊径 按先主后次，先精后粗的加工原则确定加工蹊径，采取稳固循环指令对外形状举行 粗加工，再精加工，然后车退刀槽。 2、装夹要领和对刀点的选择 采取气动夹具夹紧，对刀点选在工件的右端面与反转展转轴线的交点。 3、选择刀具 根据加工要求，选用四把刀，1 号为粗加工外圆车刀，2 号为切槽刀。 4、确定切削用量 车外圆，粗车主轴转速为 1000r/min，进给速率为 120，切槽，主轴转速为 1000r/min，进给速率为 50。 5、步骤式样 N0010 M08 N0020M03S1000 N0030T01 N0040G00X18 N0050G00Z0 N0060G01X0.1 F120 N0070G00Z0.5 N0080G00X15 N0090G01Z-33.4 F200 N0100G00X18 N0110G00Z1 N0120G00X13 N0130G01Z-33.4 F200 N0140G00X18 N0150G00Z1 N0160G00X12.2 N0170G01Z-33.4 F200 N0180G00X16 滚针轴承使用寿命的研究 17 N0190G01X17.3W-0.8 F150 N0200G00X18 N0210G00Z1 N0220G00X10.2 N0230G01Z-25.4 F200 N0240G00X18 N0250G00Z1 N0260G00X8 N0270G01Z0.1F300 N0280G01X10.3W-1.0 F150 N0290G00X12 N0300G00Z20 N0310T02 N0320G00X12.5 N0330G00Z-25.5 N0340G01X9.2 F50 N0350G00X17.5 N0360G00Z-33.5 N0370G01X11.2 F50 N0380G00X18 N0390G00Z60M05 N0400M09 N0410M11 N0420T01 N0430G00X21 N0440M02 调转螺栓轴，程序再次运行。 无锡太湖学院学士学位论文 18 5 保持架的设计保持架的设计 滚针轴承由于其体积小、承受负荷能力大、重量轻、转速转高、支承刚性较好、工 作时回转精度较高、运转平稳、回转力矩较小等优点，得到越来越广泛的应用。我国滚 针轴承的生产品种、产量均在迅速发展，有带保持架的喝不带保持架的，但带保持架的 发展迅速。 保持器的作用是分隔滚动体，将滚动体本身保持住或者使其与一个套圈保持在一起， 引导滚动体在正确轨道上滚动.对于不同结构的滚针轴承，保持架的形状各不相同。这里 我们将对三种形状的保持器进行分析，找到最适合的保持器。 5.1 保持架的选择保持架的选择 5.1.1 “K”型保持架型保持架 一般情况下无套圈滚针轴承，其优点是刚性和强度都较高，常采用车制成型，工艺 简单：对于小尺寸轴承,“K”型保持架的优势更显突出，在一些使用场合（汽车发动机连杆 小端轴承）采用“K”形式最佳方案。生产中其锁针问题可通过两种途径解决。 1、车成型冲窗孔滚压锁口 滚压锁口工序一般在专用滚锁口机上进行，亦可在车床上进行，内外锁口同时滚压 效果较好，要求正转及反转各两次。此工艺的锁针原理是利用滚轮的滚压作用使锁口部 的金属产生塑性变形，致使窗口的内外锁口部分尺寸略微减少，即使锁口尺寸略小于滚 针直径，达到锁针的目的。 2、车成型冲窗孔（同时形成内外锁口） 此工艺是在冲窗孔工序中，一次冲压所需窗孔形状（如图 5.1 所示） ，其中部为内锁 口（B-B 剖视）bc2=-0.2=1.3,使滚针无法从内径方向掉出：其两端为外锁口和引导部位wD （A-A 剖视）bc1 ，通过一定的冲裁间隙，使保持架的切断面形成斜面，一方面使wD 滚针无法从外径方向掉出，同时也保持了滚针在孔内有一定的间隙，而不夹针2。生产实 验得出外锁口尺寸一般选取：bc1=（0.050.10）wD 根据冲裁理论，冲裁零件的断面形状是由圆角带、光亮带和断裂带形成。在一定的 冲裁间隙范围内，冲裁件的断面形成如图 5.2 所示的形状，其参数表见表 5-5；这里斜角 的大小直接影响滚针保持架组件的旋转灵活性2，从生产试验得出 值按照公式： （5-1） W W D 10 . 0 D arccos 5.1.2 “O”型保持架型保持架 多用于有外圈带双挡边或带冲压外圈的滚针轴承。此类保持架一般采用内锁口，我 们在生产实践中，经过反复实验，采用了一种内冲窗孔直接形成内锁口的锁针工艺，即 通过较大的冲裁间隙直接形成冲裁斜度，以实现 bc2Dw(图 5.3 示)，达到锁针的目的， 内锁针可减少车槽工序，窗梁厚度增加，强度增大，冲窗孔时，窗孔过梁扭曲变形小， 锁针可靠。内锁口尺寸及斜角 的确定与 K 系列相同。 滚针轴承使用寿命的研究 19 图 5.1 “K”型保持架冲压锁口锁针原理 滚针公称直径 bc1外锁口外口公称宽度wD bc2内锁口内口公称宽度 图 5.2 冲裁件的断面形状 表 5-5 材料与冲压面的关系 CC 图 5.3 “O”型保持架内锁针原理 fth0 材料 退火硬化 软钢0.50.35 中硬钢0.30.2 硬钢0.20.1 无锡太湖学院学士学位论文 20 5.1.3 “M”型保持架型保持架 多用于无套圈滚针轴承，其优点是可以保持较多的滚针数，而且可以具有较大的滚 针长度，能使轴承获得最理想的负荷容量。 “M”型保持架一般采用冲压方法加工，其工艺经过如下几个阶段：冲压成型冲窗 孔成 M 型（同时形成内外锁口） ，其锁针原理如图 5.4 所示。 图 5.4 “M”型保持架锁针原理 5.1.4 三种设计的比较与最终方案的确定三种设计的比较与最终方案的确定 “K”型方案一：该工艺对冲窗孔工序要求不太严格，且锁针效果较好，国外应用较广 泛，国内也有厂家使用。但存在的问题是滚印的均匀性受保持架壁厚差的影响，故影响 锁针质量的稳定性。 “K”型方案二：该工艺简单，加工工艺性好，经济性较好，每件可以降低成本 0.5 元 以上，而且锁针可靠，引导滚针性能好，但是其锁针受保持架材料性能及滚针直径的影 响。 “O”型方案：该工艺简单，无需车槽工序，窗梁厚度增加，强度增大，冲窗孔时窗孔 过梁扭曲变形小，锁针可靠，可收到明显的技术经济效果。 “M”型方案：该生产生产效率和利用率都较高，锁针可靠，质量较稳定，但需多道冲 压工序，工艺复杂，且保持架强度需要通过软氮化处理，或气体碳氮共渗处理，工艺成 本较高。 综上所述，这里的保持架外圈带双挡边，而且对锁针没有太多的要求，这里的保持 器主要的作用是分隔滚动体，防止滚动体倾斜，导致滚针抱死，产生硬摩擦，减少滚针 轴承的寿命。所以我们选择“O”型保持架。 5.2 尺寸的参数符号尺寸的参数符号 D1外圈滚道直径，mm Dc保持架公称外径，mm 滚针中心园直径，mmcpD D2外圈挡边公称直径，mm bc2内锁口内口公称宽度，mm 窗孔引导部位公称宽度，mmcb 滚针轴承使用寿命的研究 21 bc2窗孔外锁口外公称宽度，mm dc1保持架内径，mm h0凸模压入深度，mm t保持架的壁厚，mm t断裂带在垂线上的有效厚度，mm 滚动体对保持架的径向游动量，mm 保持架对滚动体的径向游动量，mm1 最大剪应力方向与垂线间的夹角， （） 5.3 保持架的设计计算保持架的设计计算 5.3.1 外圈滚道直径外圈滚道直径 D1 由下式确定 (5-2)wcpDDD1 =13.5+1.5 =15 5.3.2 外圈挡边公称直径外圈挡边公称直径 按下式计算 （5-)3 . 045 . 0 (12wDDD 3） =14.025 D2采用基孔制，公差带按 H6 选用。 5.3.3 保持架的公称外径保持架的公称外径 Dc 保持架公称外径按下式计算 （5-12 DDc 4） =13.725 Dc采用基轴制，公差按 h11 选用，值见表 1 表 6 值与 DC的关系1 D2 1 50 5080 80120 120180 180260 260360 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 无锡太湖学院学士学位论文 22 5.3.4 保持架内径保持架内径1cd （5-5）wcpcDDd8.01 =12.3 5.3.5 窗孔引导部位的公称宽度窗孔引导部位的公称宽度 cb =+0.1cbwD 的偏差统一规定为+0.05mm。cb 5.3.6 窗孔内锁口宽度窗孔内锁口宽度 bc2 的选取的选取 根据冲裁理论，冲裁零件窗孔的断面形状由圆角带、光亮带和断裂带形成。在一定 的冲裁间隙范围内，冲裁件窗孔的断面形成斜度，并且冲裁间隙越大，光亮带就越小， 圆角断裂面斜度增大。根据实践经验一般选取 bc2=（0.050.10）wD 5.3.7 斜角斜角 的确定的确定 从图 5.5 可以看出，只有 =CAB，保持将产生径向位移（也就是图中保持架向上产 生位移）时才能实现 A1点与圆 O1的 A 点相接触，保证 的值。 在 RtBCA 和 RtO1AB 中， ABC=ABO1 CAB=CO1A = AO CO 1 1 arccos = 2 2 arccos 2 w c D b = w w D D)10 . 0 05 . 0 ( arccos 为保证的所有值都能实现 A1点与 A 点相接触（相切或相交） ，)10. 005 . 0 (2wcDb 又因余弦为减函数，故应取 bc2的最小值。 3605001.0 滚针轴承使用寿命的研究 23 CAB= w w D D1 . 0 arccos 即 =21.04 w w D D1 . 0 arccos 图 5.5 保持架尺寸设计图 5.3.8 角与角与的关系的关系 由图 5.5 知，在O1CA 中 01 2 1 2 1 hdcDcpAC wDAO1 由几何关系知CO1A= sin1AOAC （5-6）sin)( 2 1 01wccpDhdD 即sin)( 2 1 01wccpDhdD 5.3.9 窗孔宽度窗孔宽度的计算的计算 2c b 从图 5.5 中可以看出，等于 A2点横坐标的两倍，直线 A1A2与保持架外径圆相交2c b 于 A2点。 无锡太湖学院学士学位论文 24 点的坐标为：1 A 21 2 1 cbx （5-7）sin 2 1 2 1 1wcpDDy 直线 A1A2 的倾斜角 90 斜率是 （5-8）)90( tgk 故方程为)(11xxkyy 保持架外径圆方程 222 ) 2 1 (Dcyx 联立求解，舍去负值得 （5-9）