一种轴系结构以及用于调节轴承轴向游隙和载荷的方法

技术领域

本发明属于机械装配技术领域，特别是一种轴系结构以及用于调节轴承轴向游隙和载荷的方法。

背景技术

轴承游隙是滚动轴承重要的质量指标之一，而游隙调整是轴承安装调整的关键技术，关系到轴承在设备中的运行状态。滚动轴承在内、外圈和滚动体之间存在一定的间隙，因此内、外圈之间可以有相对位移，游隙可分为轴向游隙和径向游隙。

常见的轴承游隙调节方法有推拉法、Acro-SetTM法、Torgue-SetTM法、Projecta-SetTM法、Set-RightTM法等几种方法。每一种方法的侧重点不同，应用上有一定局限性，当加工误差、测量误差、装配误差以及轴系复杂等多种因素耦合在一起时，需要在常规方法的基础上做一定的方法改进，避免出现游隙调节不合理，导致轴系工作寿命缩减等问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供了一种轴系结构以及用于调节轴承轴向游隙和载荷的方法，针对一种特定的轴系形式，突破传统轴承游隙调节方法的局限性，综合考虑轴系各个环节的加工和装配误差，解决了特定形式的轴系游隙和载荷调节困难的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种轴系结构，包括：壳体、第一轴承、主轴、轴系零件、隔套、第二轴承和壳体底座；

第一轴承、轴系零件、隔套和第二轴承沿轴向依次套装在主轴上，第一轴承的外圈连接壳体，第二轴承的外圈连接壳体底座；

壳体连接壳体底座；

隔套能够相对主轴转动；主轴能够相对壳体转动，轴系零件能够随主轴一起运动。

优选地，所述壳体底座的端面加工有沉槽，第二轴承的外圈固定连接所述壳体底座的沉槽，壳体底座的沉槽与第二轴承的轴承外圈配合。

优选地，所述隔套的端面接触第二轴承的内圈。

优选地，所述壳体内部加工有阶梯孔，第一轴承的外圈固定连接所述壳体的阶梯孔。

优选地，所述主轴上加工有台阶轴，台阶轴的端面接触第一轴承的内圈。

优选地，所述轴系零件为齿轮或皮带轮。

优选地，所述第一轴承为角接触轴承，第二轴承为深沟球轴承。

第二方面，

一种用于调节轴承轴向游隙和载荷的方法，应用于如第一方面所述的一种轴系结构，包括步骤如下：

1)根据施加在轴系上的预紧力F，确定施加在加载丝杠上的扭矩T；

2)从壳体上拆除壳体底座，测量壳体底座上基准面a与基准面b之间的第一高度差h1；所述基准面a与第二轴承的外圈端面接触，所述基准面b与壳体的端面接触；

3)将轴承底座固定连接加载丝杠，将丝母底座与加载丝杠通过螺纹副连接；

4)通过旋转加载丝杠，调整轴承底座上基准面c与基准面d之间的第二高度差h2；令第二高度差h2等于所述第一高度差h1；

5)记录此时加载丝杠标志线所指丝母底座分度盘的刻度θ

6)将丝母底座固定安装在壳体上，使基准面d与壳体的端面接触；旋转加载丝杠，加载至步骤1)所述扭矩T时，停止加载，记录此时加载丝杠标志线所指丝母底座分度盘的刻度θ

7)根据步骤5)所述刻度θ

8)将所述轴系结构重新装配，完成调节方法。

优选地，所述步骤1)中，确定施加在加载丝杠上的扭矩T，具体为：

式中，S为加载丝杠的导程；η为加载丝杠的传动效率。

优选地，所述步骤7)中，计算隔套需去除的尺寸Δh，具体为：

优选地，所述步骤3)中，轴承底座固定连接加载丝杠的方式，具体为：轴承底座与加载丝杠通过螺栓连接固定。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)采用综合考虑轴系加工误差、测量误差、装配误差以及复杂形式轴系等各个环节的影响，避免被测尺寸过多、装配状态不稳定、复杂形式轴系分析计算困难等不利因素，带来了简化装配与调节的效果；

2)采用丝杠丝母的传力形式将扭矩转化为施加在轴承端面的轴向载荷，以间接加载的形式，用常见的加载工具(如力矩扳手)即可完成装配与调节，避免了直接加载的难度；

3)将装配与调节系统中的轴承底座设计成为可更换形式，并设计快换接口，提升了该方法的通用性。

附图说明

图1为本发明调节对象装配示意图；

图2为本发明轴承游隙和载荷调节装置原理图；

具体实施方式

本发明面向一种特定的较为精密的轴系形式，针对轴向游隙，综合考虑轴系各个环节的加工和装配误差，提出了一种用于调节轴承轴向游隙和载荷的方法。

本发明设计内容如下：

1.综合考虑轴系各个环节的加工和装配误差，提出一种在装配过程中调节轴承游隙和载荷的方法；

2.利用丝杠丝母的传力形式将扭矩转化为施加在轴承端面的轴向载荷；

3.输入扭矩到输出轴向载荷的推导和计算；

4.丝杠丝母选取合理的导程(加载丝杠9与丝母底座8包含丝杠丝母结构)，配合高精度分度盘，精确测量一定载荷下的轴系整体尺寸；

5.在轴系中设置一个预留余量的零件(隔套5)，用于调节轴系整体尺寸；

6.在轴承底座7与加载丝杠9之间设计快换接口，轴承底座7与第二轴承6配合，用于适应不用尺寸和安装方式的轴承调节。

具体的，本发明方法面向的轴系结构形式如图1所示，包括：壳体1、第一轴承2、主轴3、轴系零件4、隔套5、第二轴承6、壳体底座10。第一轴承2、轴系零件4、隔套5和第二轴承6沿轴向依次套装在主轴3上，第一轴承2的外圈连接壳体1，第二轴承6的外圈连接壳体底座10；壳体1连接壳体底座10；隔套5能够相对主轴3转动；主轴3能够相对壳体1转动，轴系零件4能够随主轴3一起运动。

壳体底座10为法兰盘结构，所述壳体底座10的端面加工有沉槽，第二轴承6的外圈固定连接所述壳体底座10的沉槽，壳体底座10的沉槽与第二轴承6的轴承外圈配合。壳体底座10与壳体1通过螺栓等方式连接固定。在调节轴承的轴向游隙和载荷时，壳体底座10由轴承底座7、丝母底座8和加载丝杠9替换。

所述隔套5的端面接触第二轴承6的内圈。

壳体1为筒状结构，所述壳体1内部加工有阶梯孔，第一轴承2的外圈固定连接所述壳体1的阶梯孔。

所述主轴3上加工有台阶轴，台阶轴的端面接触第一轴承2的内圈。

所述轴系零件4为齿轮或皮带轮等。第一轴承2为角接触轴承，第二轴承6为深沟球轴承。

轴系零件4与主轴3通过键等形式约束周向相互运动，即所述轴系零件4与主轴3之间相对固定。

如图2所示，加载丝杠9与丝母底座8之间通过螺纹副连接，丝母底座8与壳体1通过螺栓连接固定。加载丝杠9与轴承底座7通过螺栓连接固定。轴承底座7的内壁与第二轴承6的外壁配合。

所述的隔套5在加工完成时在轴向长度上留有一定余量Δh。该余量用于适应加工、测量、装配等环节带来的误差，通过去除余量获得良好的轴系装配状态。

所述的丝母底座8的端面上设计有分度盘，所述的加载丝杠9的侧壁上设计有标志线。分度盘和标志线配合使用，用于记录加载丝杠9的旋转角度。

所述的加载丝杠9与丝母底座8以螺纹形式配合。

综合考虑轴系各个环节的加工和装配误差，提出一种在装配过程中调节轴承游隙和载荷的方法，该方法用到的工装有轴承底座(可更换)、丝母底座(含分布盘)、加载丝杠。该方法的调整流程如下：

首先将轴承轴向游隙和载荷的调节系统安装好，旋转加载丝杠，当有力加载的趋势时停止旋转，记录加载丝杠的标志线所指的分度盘刻度；正式开始力加载，将所需的轴向力换算成输入扭矩，旋转加载丝杠，至加载到一定的轴向力时停止旋转，记录丝杠旋转的度数；再次，将丝杠旋转的度数转化为丝杠轴向移动的距离，该值即为留有余量的隔套需要去除的尺寸；最后，将修整后的各个零件重新装配好即可。

具体包括步骤如下：

1)根据施加在轴系上的预紧力F，确定施加在加载丝杠9上的扭矩T；

步骤1)所述确定施加在加载丝杠9上的扭矩T，具体为：

式中，S为加载丝杠9的导程；η为加载丝杠9的传动效率。

2)从壳体1上拆除壳体底座10，测量壳体底座10上基准面a与基准面b之间的第一高度差h1；所述基准面a与第二轴承6的外圈端面接触，所述基准面b与壳体1的端面接触；

3)将轴承底座7固定连接加载丝杠9，将丝母底座8与加载丝杠9通过螺纹副连接；

4)通过旋转加载丝杠9，调整轴承底座7上基准面c与基准面d之间的第二高度差h2；令第二高度差h2等于所述第一高度差h1；

5)记录此时加载丝杠9标志线所指丝母底座8分度盘的刻度θ

6)将丝母底座8固定安装在壳体1上，所述基准面d与壳体1的端面接触；旋转加载丝杠9，加载至步骤1)所述扭矩T时，停止加载，记录此时加载丝杠9标志线所指丝母底座8分度盘的刻度θ

7)根据步骤5)所述刻度θ

步骤7)中计算隔套5需去除的尺寸Δh，具体为：

8)将所述轴系结构重新装配，完成调节方法。

本发明将所述的轴承底座7与加载丝杠9设计为两个零件，轴承底座7的内壁和第二轴承6的外壁配合，轴承底座7作为快换装置，从而可以通过更换轴承底座7以适应不同型号的轴承。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。