角接触球轴承端面凸出量测量仪结构设计

　　角接触球轴承通常采用双联或多联的组配方式作为主轴的支承,然而组配轴承的选配是否成功,关键在于轴承在轴向载荷作用下的凸出量是否匹配,因此轴承端面凸出量的测量就成为其组配的关键[1]。

　　目前轴承外径不大于240mm的端面凸出量测量仪的测量力一般不超过1500N[2],而对于测量力达到4000~5000 N的特殊工况下的组配角接触球轴承,现有的通用轴承端面凸出量测量仪已无法满足测量要求,需要根据凸出量测量仪工作原理重新进行设计。本文利用ANSYS软件,通过对几种设计方案进行有限元对比分析,得出了一种较合理的设计方案。

　　1 测量仪基本结构及工作原理

　　角接触球轴承端面凸出量测量仪的结构如图1所示,工作原理是:先用基准环调整好传感器的零点,以被测轴承外圈基准端面定位,在轴承内圈基准端面上施加一定的轴向载荷,并由空气主轴

　　带动轴承内圈旋转,消除摩擦误差,使滚动体位于正常位置,这时测出轴承内圈非基准端面相对于外圈基准端面间的距离,即为轴承端面的凸出量,可测出其最大值、最小值和平均值[3]。组配轴承端面凸出量可由单个轴承的凸出量计算得到,详细计算方法见文献[4]。

　　2 设计方案

　　由图1可知,支承台在垂直方向的变形量对于测量结果没有影响;箱体主要承受拉伸力,且箱体较厚,变形量较小,可以忽略不计;箱盖主要承受弯曲力矩,因此工作状态下箱盖和挡盘在垂直方向的变形量就成为影响测量仪测量精度的主要因素。鉴于此,本例采用ANSYS软件对测量仪箱盖和挡盘的3种设计方案进行有限元分析,确定出较为合理的设计方案。

　　第1种是在目前测量仪结构基础上,加大了有关尺寸。改进后的箱盖长度为545mm,宽度为380mm,厚度为40mm,箱盖与箱体连接螺栓分布为:螺栓孔中心距侧面26mm,在长度和宽度方向上均匀分布;挡盘的外径为230mm,内径为70mm,结构如图2a所示。

　　第2种是在第1种设计结构基础上,将箱盖厚度增加到80mm,其余尺寸不变,结构如图2b所示。

　　第3种是在第1种设计结构基础上,在相对薄弱部位增加更多的螺钉,其结构尺寸不变,结构如图2c所示。

　　3 有限元计算

　　利用ANSYS的建模功能,采用自上而下的方法建模,为简化计算模型,忽略倒角等细小结构的影响,建立图2的三维几何模型。

　　3.1 有限元网格的划分

　　(1)定义单元属性

　　单元属性包括材料属性、单元类型及实常数。箱盖和挡盘材料为45#钢,其弹性模量为2.07x105MPa,泊松比为0.3。

　　(2)划分网格

　　ANSYS软件提供了上百种单元以及多种自动网格划分技术。根据箱盖和挡盘的结构特点,选择八节点六面体Solid45单元(此单元可以根据实际情况褪化为四节点四面体单元),利用智能控制自由网格划分,加密局部细小部位,得到如图3所示的网格划分。对单元进行质量检测,所有单元均满足畸变要求。