李兵建，邱晋江，马万明

(洛阳轴研科技股份有限公司，河南 洛阳 471039)

1 试验原理及方案

薄壁外圈断裂轴承结构如图1所示。该轴承属于薄壁轴承(套圈壁厚系数K=1.09)，保持架为冲压保持架，引导间隙0.025～0.13 mm，受结构设计方面的限制，在装配过程中，需对轴承外圈沿轴向进行断裂，待装配完成后，在外圈小外径两端压装卡环，以保证该轴承的完整性和使用性能。在生产制造过程中，外圈卡环的压装存在很大的难度。

1—内圈；2—外圈；3—卡环;4—保持架；5—钢球

1.1 试验原理

卡环材料为9Cr18，由热胀冷缩原理可知，圆环形不锈钢9Cr18在受热时会沿周向和径向方向伸长，在一定的温度范围内，圆环的周长和直径随温度的升高而增加；待温度恢复到室温时，圆环形金属材料又能够恢复到原始尺寸[1]。

金属平均线膨胀系数为[2]

αm=(L2-L1)/[L0(t2-t1)] ，(t1

(1)

式中：αm为金属平均线膨胀系数，℃-1，常用10-6℃-1表示；L0为环境温度t0下试样的原始长度，mm；L1为温度t1下的试样长度，mm；L2为温度t2下的试样长度，mm。

1.2 试验方案

轴承外圈结构如图2所示。压装卡环处小外径(21.25±0.005)mm，倒角最大值0.1 mm；卡环结构如图3所示。卡环宽0.5+ 0.10mm，内径21.22 mm，内径倒角最大值0.1 mm，二者为过盈配合，过盈量最大值0.035 mm。轴承外圈沿断口处轴向断裂后，由于存在断裂缝隙，所以两者的实际过盈量会大于0.035 mm。压装过程中用缩紧后全包容的弹簧夹头夹持待压装轴承外径既可消除断裂缝隙，又能保证薄壁轴承的变形量在所要求的公差内。

图2 轴承外圈 图3 卡环

卡环用自动控温加热平台MTI3040加热，使其在加热状态下周向和径向尺寸变大，但由于卡环尺寸小，散热快，装卸不方便，故不能够直接压装。现将其装入一间隙配合的压装块中，使卡环和压装块一起加热，这样就能够很方便地移动卡环并且保证卡环压装时的温度。在压装过程中卡环和轴承的同轴度通过安装在机床尾座心轴压板上的两个高精度偏心支承块来调整，并且在压装过程中每压装10套轴承，需用调整规校对待压装轴承和卡环的同轴度，若出现误差应及时调整高精度偏心支承块，以保证两者的同轴度；通过旋转高精度机床尾座心轴的手轮，实现卡环和压装块整体的轴向移动，完成卡环的压装。

根据轴承外圈小外径和卡环内径的最大过盈量，计算自动控温加热平台MTI3040工作时的理论温度值。

令(1)式中t1为环境温度，则t1=t0，L1=L0，故(1)式可变为

αm=(L2-L1)/[L1(t2-t1)] ，(t1

(2)

则，t2=(L2-L1)/(αmL1)+t1；

(3)

式中：αm为不锈钢9Cr18在147～187 ℃时的平均线膨胀系数[2]，αm=10.64×10-6℃-1；L1为室温t1=20 ℃时卡环内径周长，mm；L2为满足压装要求时卡环内径最大周长，mm；t2为卡环内径最大周长时的温度，℃。

因L1= 66.663 mm，L2= 66.772 mm，所以t2=174 ℃。满足不锈钢9Cr18平均线膨胀系数为10.64×10-6℃-1的温度范围147～187 ℃。所以自动控温加热平台MTI3040工作时的理论温度值为174 ℃。

2 试验

2.1 压装前设备的安装及粗调整

该压装试验的压装结构简图如图4所示。通过内六方螺栓把两个偏心支承块安装在压力板上，然后把压力板小轴端安装在C0620高精度机床尾座上，并锁紧；选择合适尺寸的弹簧夹头，并调整弹簧夹头的夹紧范围，使在压装过程中弹簧夹头对待压装轴承的周向压紧力不至于破坏轴承的精度和使用性能；把压装块放到安装好的工装上，并对偏心支承块进行粗调整，使压装块中心与机床弹簧夹头中心基本重合。

1—弹簧夹头；2—待压装轴承；3—卡环；4—压装块；5—偏心支承块；6—压力板；7—机床尾座

2.2 偏心支承块精调

把压装块放到偏心支承块上，并使压装块分别与偏心支承块和压力板在径向和轴向压紧；把调整规装入弹簧夹头，使调整规和弹簧夹头的径向和内端面均接触良好；旋转机床尾座手轮使压装块向调整规靠近，当弹簧夹头中的调整规刚好装入压装块端面的环形槽中时(调整规在磨削加工过程中和压装块上的环形槽配磨)，锁紧偏心支承块并退回压力板，完成卡环压装前的精确调整。

2.3 卡环压装

卡环压装过程为：(1)用自动控温加热平台MTI3040对卡环和压装块整体进行加热，根据试验获得的理论温度值，将加热器工作温度设定为174 ℃；(2)把卡环装入压装块的环形槽中，并使卡环的外径和端面与环形槽的内径和端面配合良好，把装好的压装块和卡环一并放到自动控温加热平台MTI3040上，加热时间为90 s；(3)把待压装轴承装入弹簧夹头中，并使待压装轴承断裂缝隙与弹簧夹头的缝隙相重合，以实现对待压装轴承外圈尽可能多的包容，减小轴承的变形；(4)把加热好的压装块和卡环一并放入调整好的偏心块上，快速旋转机床尾座手轮，完成待压装轴承和卡环的压装。

3 试验结果及分析

通过对256套合格轴承进行压装试验，结果是：有241套轴承符合要求，径向游隙为0.013～0.038 mm，内圈轴向跳动≤0.005 mm，外圈轴向跳动≤0.005 mm；13套轴承压装后一端面或者两端面卡环出现毛刺和翻边现象；2套轴承卡环未压装成功。对出现毛刺和翻边现象的13套轴承进行二次压装后，有10套轴承能够满足要求。

分析压装过程中卡环出现毛刺、翻边以及未压装成功的现象，主要原因如下：

(1)待压装轴承外径和小外径不同心，调整工装时以外径定位并且在压装过程中以外径为基准进行校对；

(2)卡环壁厚较薄，不易加工，且加工后需进行多次修整，容易产生圆度、翘曲、壁厚差过大及内径尺寸不统一的情况；

(3)待压装轴承小外径倒角和卡环内径倒角过小，未形成引导面，造成卡环压偏而挤压出毛刺或出现翻边；

(4)待压装轴承小外径圆度过大，压装时卡环轴向移动受阻，不易压装成功。

试验结果表明，文中介绍的方法能够快速、准确地把卡环压装到薄壁外圈断裂轴承小外径处，压装后的合格轴承在结构和使用性能上完全能够满足设计要求，压装合格率达98%以上。