一种轴承端面精磨工装及轴承轴向游隙消除方法与流程

1.本发明涉及轴承装配技术领域，特别是涉及一种轴承端面精磨工装及轴承轴向游隙消除方法。


背景技术：

2.主轴是车辆重力的主要传动装置，通过轴承装配在车架上。一般主轴的轴承在安装时，如果是多组轴承串联，则轴承的内圈、外墙端面之间需要消除轴承游隙，保证轴承精度。
3.现有的多组轴承串联装配结构如图1所示，轴承100的内圈110、外圈120端面需要通过测量计算出高度差，然后分别加工出布置在内圈110和外圈120的隔垫200，隔垫200安装在两个轴承100之间，利用隔垫200消除内圈110与外圈120之间的间隔，进而消除轴承游隙，保证主轴300的精度。
4.但是采用隔垫调整时消除游隙时，需要测量轴承在零间隙时的内圈、外圈的高度差，并且分别加工内圈、外圈的隔垫，装配后还需要调整隔垫的位置，测量、加工以及装调过程复杂，成本高。


技术实现要素：

5.本发明的目的是：提供一种轴承端面精磨工装，以解决现有技术中的隔垫调整轴承游隙时测量加工装调过程复杂，成本高的问题；本发明还提供了一种轴承轴向游隙消除方法。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种轴承端面精磨工装，包括定位芯轴、定位套和轴向预紧组件，所述定位芯轴的底端为用于装配在磨床的磁台上的装配端，所述定位芯轴的顶端为用于轴向支撑轴承的内圈的支撑端；
7.所述定位套套装在所述定位芯轴的外侧，所述定位套的内壁与所述定位芯轴的外壁之间具有用于容纳轴承的外圈的轴向间隔；
8.所述轴向预紧组件包括用于固定在外设的施压机构上的固定件和与所述固定件连接的预紧件，所述预紧件用于对轴承的外圈施加轴向预紧力；
9.所述定位套上还固定有用于径向夹紧轴承的外圈的径向支撑组件，所述径向支撑组件用于在所述轴向预紧组件撤掉轴向预紧力时提供轴向预紧力。
10.优选地，所述定位套沿其周向间隔均布有若干个定位孔，各所述定位孔以所述定位套的中心线为轴对称布置，所述径向支撑组件包括螺纹装配在各所述定位孔内的锁紧螺栓。
11.优选地，所述径向支撑组件还包括垫块，所述定位孔具有位于外侧的与所述锁紧螺栓装配的螺纹段和位于内侧的通孔段，所述垫块布置在所述通孔段。
12.优选地，所述预紧件包括压紧盘，所述压紧盘具有向下翻折的翻沿，所述翻沿用于与轴向顶压轴承的外圈。
13.优选地，所述固定件包括压紧拉杆，所述压紧拉杆的顶端用于与施压机构固定连接，所述压紧拉杆的底端与所述压紧盘固定连接。
14.优选地，所述定位芯轴为由顶至底外径增大的阶梯轴结构，所述装配端的外径大于所述支撑端的外径。
15.优选地，所述定位套上还径向螺纹装配有顶丝，所述顶丝与所述装配端顶压装配。
16.本发明还提供了一种轴承轴向游隙消除方法，采用上述任一项技术方案所述的轴承端面精磨工装，包括以下步骤：s 1，将定位芯轴和定位套装配在磨床的磁台上，定位套套装在定位芯轴的外侧，定位芯轴与定位套被磁台磁性吸附固定；s2，将轴承装配在定位芯轴与定位套的顶部，其中轴承的内圈支撑在定位芯轴上，轴承的外圈位于定位套与定位芯轴之间；s3，将轴向预紧组件的固定件与施压机构固定连接，将轴向预紧组件的预紧件顶压在轴承的外圈，启动施压机构并对轴承的外圈施加轴向的预紧力，消除轴向游隙；s4，利用径向支撑组件径向夹紧轴承的外圈，撤掉轴向预紧组件，此时轴承轴向的预紧力由径向支撑组件提供；s5，启动磨床磨削轴承的内圈、外圈的顶部，使内圈和外圈的顶部平齐；s6，撤掉径向支撑组件对轴承外圈的径向夹紧力，关闭磁台的磁力，取下轴承和轴承端面精磨工装，将轴承翻转后放置在磁台上；s7，开启磁台，磁台通过磁力吸附固定轴承，直至已磨削过的端面平齐贴合在磁台上，开启磨床对轴承另一侧的端面磨削至平齐。
17.优选地，步骤s3中，对轴承的外圈施加的轴向预紧力为5至15公斤。
18.优选地，步骤s5与步骤s7中，磨削轴承的内圈与外圈后，采用高度千分尺测量轴承端面保持水平，使轴承外圈端面与磨床台面平行，误差小于0.05。
19.本发明实施例一种轴承端面精磨工装及轴承轴向游隙消除方法与现有技术相比，其有益效果在于：在需要消除轴承游隙时，轴承的内圈支撑在定位芯轴上，轴向预紧组件的固定件与外设的施压机构连接后，可以通过预紧件对轴承的外圈施加轴向的预紧力，然后通过定位套上布置的径向支撑组件对轴承的外圈进行径向支撑可以提供持续的预紧力，撤掉轴向预紧组件后在对轴承的内圈与外圈精磨时轴承仍然保持在预紧状态，即在轴承处于预紧的状态下对轴承的内圈与外圈进行精磨，轴承装配至主轴后预紧状态下内圈与外圈之间不存在高度差，多组轴承之间可以紧密贴合，不需要测量安装隔垫，降低了轴承装配的成本。
附图说明
20.图1是现有的多组轴承串联装配结构示意图；
21.图2是本发明的轴承端面精磨工装的结构示意图；
22.图3是图1的轴承端面精磨工装的爆炸结构示意图；
23.图4是本发明的轴承端面精磨工装在装配在磁台上后的剖视图；
24.图5是本发明的轴承端面精磨工装精磨轴承后轴承的装配结构示意图。
25.图中，1、定位芯轴，11、装配端，12、支撑端，2、定位套，3、定位孔，4、锁紧螺栓，5、垫块，6、压紧盘，61、翻沿，7、压紧拉杆，8、螺母，9、顶丝，100、轴承，110、内圈，120、外圈，200、隔垫，300、主轴。
具体实施方式
26.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
27.本发明的一种轴承端面精磨工装的优选实施例，如图2至图5所示，该轴承端面精磨工装包括定位芯轴1、定位套2、轴向预紧组件、径向支撑组件，定位芯轴1和定位套2用于布置在磨床的磁台上，轴向预紧组件和径向支撑组件分别用于对轴承100的外圈120施加轴向预紧力。
28.定位芯轴1用于安装在磨床的磁台上并支撑装配轴承100，定位芯轴1的底端为用于装配在磨床的磁台上的装配端11，定位芯轴1的顶端为用于轴向支撑轴承100的内圈110的支撑端12。定位芯轴1装配在磨床的磁台上时，其装配端11可以通过磁台的磁吸力被吸附固定在磁台上，保证在精磨过程中定位芯轴1不会移动。
29.定位套2套装在定位芯轴1的外侧，定位套2与定位芯轴1同轴布置，定位套2顶端的内壁与定位芯轴1的外壁之间具有轴向间隔，该轴向间隔用于容纳轴承100的外圈120，使整个轴承100位于定位套2的内侧，同时轴承100被施加轴向力时外圈120可以相对内圈110轴向移动，模拟轴承100在装配到主轴上时的预紧状态。
30.轴向预紧组件用于对轴承100的外圈120施加轴向的作用力，使轴承100的外圈120相对内圈110轴向移动，消除轴承100的轴向游隙。轴向预紧组件包括固定件和与固定件连接的预紧件，固定件用于与外设的施压机构固定连接，预紧件用于与轴承100的外圈120顶压接触，施压机构通过固定件驱动预紧件沿轴承100的轴向移动，预紧件对轴承100的外圈120施加轴向预紧力。
31.轴承100的外圈120被轴向预紧组件施加轴向预紧力时，轴承100的内腔被定位芯轴1的支撑端12轴向支撑而无法移动，从而使的轴承100的内圈110和外圈120受到相反方向的力而相对移动，模拟轴承100的轴向预紧，轴承100处于消除轴向游隙的预紧状态。
32.径向支撑组件用于对轴承100的外圈120进行径向夹紧，径向预紧组件可以布置在定位套2上，也可以另外固定布置在磨床的磁台上。径向预紧组件径向夹紧轴承100的外圈120后，通过径向夹紧力在轴承100外圈120圆柱面上产生的摩擦力来保持一定的轴向预紧力，此时去掉轴向预紧组件施加在轴承100外圈120上的轴向预紧力，而轴承100仍然保持在零轴向游隙的预紧状态。然后在预紧状态下可以对轴承100进行精磨，精磨过程中径向支撑组件的径向夹紧力一直存在，即轴承100在精磨过程中始终处于零游隙。
33.在需要消除轴承100游隙时，轴承100的内圈110支撑在该轴承端面精磨工装的定位芯轴1上，轴向预紧组件的固定件与外设的施压机构连接后，可以通过预紧件对轴承100的外圈120施加轴向的预紧力，然后通过定位套2上布置的径向支撑组件对轴承100的外圈120进行径向支撑可以提供持续的预紧力，撤掉轴向预紧组件后在对轴承100的内圈110与外圈120精磨时轴承100仍然保持在预紧状态，即在轴承100处于预紧的状态下对轴承100的内圈110与外圈120进行精磨，轴承100装配至主轴后预紧状态下内圈110与外圈120之间不存在高度差，多组轴承100之间可以紧密贴合，不需要测量安装隔垫，降低了轴承100装配的成本。
34.优选地，定位套2沿其周向间隔均布有若干个定位孔3，各定位孔3以定位套2的中心线为轴对称布置，径向支撑组件包括螺纹装配在各定位孔3内的锁紧螺栓4。
35.采用锁紧螺栓4作为径向支撑组件，锁紧螺栓4形成顶丝，简化了径向支撑组件的结构。定位套2上设置若干个定位孔3，各个定位孔3均螺纹装配锁紧螺栓4，多组锁紧螺栓4可以增加与轴承100的外圈120之间的作用力；另外由于定位孔3对称布置，径向支撑组件对轴承100的径向力相互对称抵消，在旋拧锁紧螺栓4时也可以成对旋拧保证轴承100外圈120受力平衡。
36.螺栓扭矩计算公式t＝kfd，f为预紧力，即近似轴向力，t为扭矩，k为扭矩系数，机械设计手册有推荐值(约为0.1-0.2)，d为螺栓公称直径。在本实施例中，采用m8螺纹的锁紧螺栓4，锁紧螺栓4的公称直径d为8mm，带入数据，即可得锁紧螺栓4的轴向力。
37.在其他实施例中，也可以采用液压缸形成径向支撑组件。
38.优选地，径向支撑组件还包括垫块5，定位孔3具有位于外侧的与锁紧螺栓装配的螺纹段和位于内侧的通孔段，垫块5布置在通孔段。
39.定位孔3由螺纹段和通孔段形成，通孔段内装配垫块5，垫块5可以增加径向支撑组件与轴承100的外圈120之间的作用面积，使轴承100的外圈120受力均衡。在本实施例中，垫块5的材质为铜，便于计算垫块5与轴承100的外圈120之间的摩擦系数，确保径向支撑组件的夹紧力可以提供足够的轴向预紧力。
40.优选地，预紧件包括压紧盘6，压紧盘6具有向下翻折的翻沿61，翻沿61用于与轴向顶压轴承100的外圈120。
41.压紧盘6向下的翻沿61顶压轴承100的外圈120，可以对轴承100的外圈120在整个周向上施加轴向预紧力，使轴承100受力平衡。在其他实施例中，也可以采用多个压杆取代压紧盘6。
42.优选地，固定件包括压紧拉杆7，压紧拉杆7的顶端用于与施压机构固定连接，压紧拉杆7的底端与压紧盘6固定连接。
43.压紧拉杆7形成固定件，压紧拉杆7可以简化与施压机构以及压紧盘6之间的装配方式。在本实施例中，压紧拉杆7与压紧盘6同轴布置，压紧拉杆7与压紧盘6之间通过螺母8固定连接。
44.优选地，定位芯轴1为由顶至底外径增大的阶梯轴结构，装配端11的外径大于支撑端12的外径。
45.阶梯轴结构既可以减小支撑段的外径，在定位芯轴1与定位套2之间形成用于容纳轴承100的空间，又可以增加装配端11的面积，保证定位芯轴1稳定。支撑端12还具有轴向插入轴承100的内圈110内的插入段，插入段与内圈110间隙配合，以对轴承100径向定位，避免轴承100移动。
46.优选地，定位套2上还径向螺纹装配有顶丝9，顶丝9与装配端11顶压装配。
47.顶丝9与装配端11顶压装配，可以将定位套2与定位芯轴1固定为整体，避免在磨削时定位芯轴1与定位套2之间相对移动。
48.本发明还提供了一种轴承100轴向游隙消除方法的优选实施例，即上述的轴承端面精磨工装的使用方法，包括以下步骤，
49.s1，将定位芯轴1和定位套2装配在磨床的磁台上，定位套2套装在定位芯轴1的外侧，定位芯轴1与定位套2被磁台磁性吸附固定。
50.s2，将轴承100装配在定位芯轴1与定位套2的顶部，其中轴承100的内圈110支撑在
定位芯轴1上，轴承100的外圈120位于定位套2与定位芯轴1之间。
51.s3，将轴向预紧组件的固定件与施压机构固定连接，将轴向预紧组件的预紧件顶压在轴承100的外圈120，启动施压机构并对轴承100的外圈120施加轴向的预紧力，消除轴向游隙。
52.s4，利用径向支撑组件径向夹紧轴承100的外圈120，撤掉轴向预紧组件，此时轴承100轴向的预紧力由径向支撑组件提供。
53.s5，启动磨床磨削轴承100的内圈110、外圈120的顶部，使内圈110和外圈120的顶部平齐。
54.s6，撤掉径向支撑组件对轴承100外圈120的径向夹紧力，关闭磁台的磁力，取下轴承100和轴承端面精磨工装，将轴承100翻转后放置在磁台上。
55.s7，开启磁台，磁台通过磁力吸附固定轴承100，直至已磨削过的端面平齐贴合在磁台上，开启磨床对轴承100另一侧的端面磨削至平齐。
56.其中步骤s1中，在装配定位芯轴1与定位套2之前，先清洗高精平面磨床的磁台台面，以保证磁台平面的平整性，便于装配工装的各个组件。
57.步骤s2中，在放置轴承100时，确定放置轴承100的方向，保证轴承100的外圈120受到向下的轴向预紧力时可以消除轴承100游隙。在本实施例中，以角接触球轴承100为例，轴承100的大口朝下，因为施加轴承100的轴向预载时，外圈120需要向下运动，才能消除轴承100游隙，以保证工装上轴承100游隙消除方向与实际使用安装一致。而大口朝上时，外圈120受力会使轴承100损坏。
58.步骤s3中，轴承100的外圈120承受的轴向预紧力的大小，即施压机构施加的轴向力的大小，根据主轴的负荷结合经验判断，施压机构施加的轴向力等于轴承100装配在主轴上时承受的轴向负荷。
59.步骤s4中，轴向预紧组件采用锁紧螺栓与垫块5时，锁紧螺栓4采用对角形式均匀预紧，控制锁紧螺栓4的扭矩，保证通过摩擦力能够为轴承100的外圈120提供轴向预紧力即可。在本实施例中，锁紧螺栓4按照m8螺纹的规格计算，扭矩在10nm即可。
60.在本实施例中，根据机械设计手册
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联结与紧固篇，螺栓扭矩计算公式t＝kfd，f为预紧力，即近似轴向力，t为扭矩，k为扭矩系数，机械设计手册有推荐值(约为0.1-0.2)，d为螺栓公称直径(8mm)，带入数据，即可得螺栓的轴向力。
61.根据经验，扭矩中大部分用于克服螺纹间的摩擦力，只有10％用于轴向夹紧作用，10nm的10％为1nm＝0.1kgm，于是螺栓的轴向力f＝t/kd＝0.1/(0.2＊0.008)＝62.5kg，即单颗锁紧螺栓4加载在轴承100外圈120的压力有50kg以上。
62.垫块5与轴承100外圈120的摩擦系数为0.05-0.1，取0.05，本实施例中径向支撑组件共有六组，则径向压力通过摩擦力转化为轴向预紧力的大小为：.f＝f＊μ＊k＝50＊0.05＊6(颗)＝15kg，即轴向预紧力达到15公斤以上，足够保持轴承100的零游隙状态。
63.步骤s5中，磨削轴承100的端面时，轻柔慢速对刀(砂轮)微量进给，直到轴承100的内、外圈120端面都有磨削，精磨平齐即完成。
64.步骤s6中，在取下轴承100和轴承端面精磨工装后，对工装、轴承100和磁台的台面进行清洗，保证台面整洁之后再将翻转后的轴承100放置在磁台上。
65.步骤s7中，翻转后受到磁台的磁力作用，轴承100的内圈110和外圈120都会与台面
贴合，由于在磨削被吸合的端面时是在零间隙的状态下磨削内外圈120等高平齐的，所以在被吸合在磁力台面后，内外圈120端面与台面贴合后，轴承100也就达到零游隙的状态。
66.对轴承100的两个端面在轴向预紧的情况下磨削后，保证了轴承100在零游隙的状态下内、外圈120等厚(等高)平齐，在主轴上安装时，不需要再安装内、外圈120的隔垫。
67.优选地，步骤s3中，对轴承100的外圈120施加的轴向预紧力为5至15公斤。
68.根据经验判断，轴承100与主轴装配后，主轴工作时受到的轴向力一般在5到15公斤，因此对轴承100的外圈120施加的轴向预紧力在该范围内即可模拟轴承100的零游隙状态。
69.优选地，步骤s5与步骤s7中，磨削轴承100的内圈110与外圈120后，采用高度千分尺测量轴承100端面保持水平，使轴承100外圈120端面与磨床台面平行，误差小于0.05。
70.磨削之后采用高度千分尺测量轴承100的端面，可以保证轴承100端面与磨床台面平行，使在零游隙下轴承100的内圈110与外圈120等高，保证轴承100装配时不需要隔垫。
71.综上，本发明实施例提供一种轴承端面精磨工装及轴承轴向游隙消除方法，其在需要消除轴承游隙时，轴承的内圈支撑在定位芯轴上，轴向预紧组件的固定件与外设的施压机构连接后，可以通过预紧件对轴承的外圈施加轴向的预紧力，然后通过定位套上布置的径向支撑组件对轴承的外圈进行径向支撑可以提供持续的预紧力，撤掉轴向预紧组件后在对轴承的内圈与外圈精磨时轴承仍然保持在预紧状态，即在轴承处于预紧的状态下对轴承的内圈与外圈进行精磨，轴承装配至主轴后预紧状态下内圈与外圈之间不存在高度差，多组轴承之间可以紧密贴合，不需要测量安装隔垫，降低了轴承装配的成本。
72.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种轴承端面精磨工装，其特征在于，包括定位芯轴、定位套和轴向预紧组件，所述定位芯轴的底端为用于装配在磨床的磁台上的装配端，所述定位芯轴的顶端为用于轴向支撑轴承的内圈的支撑端；所述定位套套装在所述定位芯轴的外侧，所述定位套的内壁与所述定位芯轴的外壁之间具有用于容纳轴承的外圈的轴向间隔；所述轴向预紧组件包括用于固定在外设的施压机构上的固定件和与所述固定件连接的预紧件，所述预紧件用于对轴承的外圈施加轴向预紧力；所述定位套上还固定有用于径向夹紧轴承的外圈的径向支撑组件，所述径向支撑组件用于在所述轴向预紧组件撤掉轴向预紧力时提供轴向预紧力。2.根据权利要求1所述的轴承端面精磨工装，其特征在于，所述定位套沿其周向间隔均布有若干个定位孔，各所述定位孔以所述定位套的中心线为轴对称布置，所述径向支撑组件包括螺纹装配在各所述定位孔内的锁紧螺栓。3.根据权利要求2所述的轴承端面精磨工装，其特征在于，所述径向支撑组件还包括垫块，所述定位孔具有位于外侧的与所述锁紧螺栓装配的螺纹段和位于内侧的通孔段，所述垫块布置在所述通孔段。4.根据权利要求1-3任一项所述的轴承端面精磨工装，其特征在于，所述预紧件包括压紧盘，所述压紧盘具有向下翻折的翻沿，所述翻沿用于与轴向顶压轴承的外圈。5.根据权利要求4所述的轴承端面精磨工装，其特征在于，所述固定件包括压紧拉杆，所述压紧拉杆的顶端用于与施压机构固定连接，所述压紧拉杆的底端与所述压紧盘固定连接。6.根据权利要求1-3任一项所述的轴承端面精磨工装，其特征在于，所述定位芯轴为由顶至底外径增大的阶梯轴结构，所述装配端的外径大于所述支撑端的外径。7.根据权利要求6所述的轴承端面精磨工装，其特征在于，所述定位套上还径向螺纹装配有顶丝，所述顶丝与所述装配端顶压装配。8.一种轴承轴向游隙消除方法，采用权利要求1-7任一项所述的轴承端面精磨工装，其特征在于，包括以下步骤：s1，将定位芯轴和定位套装配在磨床的磁台上，定位套套装在定位芯轴的外侧，定位芯轴与定位套被磁台磁性吸附固定；s2，将轴承装配在定位芯轴与定位套的顶部，其中轴承的内圈支撑在定位芯轴上，轴承的外圈位于定位套与定位芯轴之间；s3，将轴向预紧组件的固定件与施压机构固定连接，将轴向预紧组件的预紧件顶压在轴承的外圈，启动施压机构并对轴承的外圈施加轴向的预紧力，消除轴向游隙；s4，利用径向支撑组件径向夹紧轴承的外圈，撤掉轴向预紧组件，此时轴承轴向的预紧力由径向支撑组件提供；s5，启动磨床磨削轴承的内圈、外圈的顶部，使内圈和外圈的顶部平齐；s6，撤掉径向支撑组件对轴承外圈的径向夹紧力，关闭磁台的磁力，取下轴承和轴承端面精磨工装，将轴承翻转后放置在磁台上；s7，开启磁台，磁台通过磁力吸附固定轴承，直至已磨削过的端面平齐贴合在磁台上，开启磨床对轴承另一侧的端面磨削至平齐。9.根据权利要求8所述的轴承轴向游隙消除方法，其特征在于，步骤s3中，对轴承的外圈施加的轴向预紧力为5至15公斤。10.根据权利要求8所述的轴承轴向游隙消除方法，其特征在于，步骤s5与步骤s7中，磨削轴承的内圈与外圈后，采用高度千分尺测量轴承端面保持水平，使轴承外圈端面与磨床
台面平行，误差小于0.05。

技术总结
本发明涉及轴承装配技术领域，公开了一种轴承端面精磨工装及轴承轴向游隙消除方法，包括定位芯轴、定位套和轴向预紧组件，定位芯轴的底端装配在磨床的磁台上，定位芯轴的顶端轴向支撑轴承的内圈；定位套套装在定位芯轴的外侧，定位套的内壁与定位芯轴的外壁之间具有轴向间隔；轴向预紧组件包括用于固定在外设的施压机构上的固定件和与固定件连接的预紧件，预紧件用于对轴承的外圈施加轴向预紧力；定位套上还固定有用于径向夹紧轴承的外圈的径向支撑组件。在轴承处于预紧的状态下对轴承的内圈与外圈进行精磨，轴承装配至主轴后预紧状态下内圈与外圈之间不存在高度差，多组轴承之间可以紧密贴合，不需要测量安装隔垫，降低了轴承装配的成本。装配的成本。装配的成本。


技术研发人员：李开华 杨虎云 农中锦 唐军
受保护的技术使用者：东风柳州汽车有限公司
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/7/20