轴承装配预紧力计算方法及预紧力检测设备与流程

本发明涉及变速箱中的轴承装配的
技术领域：
，尤其涉及一种轴承装配预紧力计算方法及预紧力检测设备。
背景技术：
：变速箱中输出轴常常采用两个配对的锥轴承予以支撑，锥轴承可承受较大的轴向力和径向力，性能优越，但是需要安装调整垫片给两配对轴承一定的预紧量，来弥补由于温度上升引起的壳体和轴系膨胀变形带来的轴承与轴承座之间产生的间隙，由于壳体材料与轴系材料不同，两者在相同的温度差下产生的变形不同，壳体膨胀较大，轴系膨胀较小，故而在轴承座和壳体之间会产生间隙，轴承在存在间隙的情况下运转会影响轴承寿命衰减，同时也会影响安装轴和齿轮的寿命；增加预紧量即在常温装配状态下使轴承有轴向的过盈量，可以提高锥轴承的寿命和精度，提高变速箱的寿命；而预紧量设计多少，调整垫片是如何选取和确定的是我们需要解决的问题，目前来看，锥轴承的预紧量设计是没有相应的软件计算。技术实现要素：本发明提供一种轴承装配预紧力计算方法及预紧力检测设备，以解决上述问题，准确计算轴承的安装预紧量，提高其使用寿命。本发明提供的轴承装配预紧力计算方法，包括：步骤s1：根据温度变化差值计算壳体和输出轴在轴承座处的轴向位移δja1；步骤s2：根据温度变化差值计算壳体和输出轴在轴承座处的径向位移，并将该径向位移转换为轴向位移δja2；步骤s3：根据所述轴向位移δja1和所述轴向位移δja2计算总轴向位移δ；步骤s4：根据轴承寿命曲线选取在设定温度值时轴承的工作区间，并在该工作区间内确定两轴承的位移变化量之和a；步骤s5：根据两轴承的位移变化量之和a确定设定温度值下对应的工作预紧力a1；步骤s6：根据壳体轴承座的轴向刚度值k和所述工作预紧力a1计算壳体在设定温度值下的轴向位移b；步骤s7：根据所述总轴向位移δ、所述位移变化量之和a以及所述轴向位移b计算设计预紧量s，并根据所述预紧量s确认设计预紧力a。如上所述的轴承装配预紧力计算方法，其中，优选的是，在步骤s7之后还包括：步骤s8：根据工作预紧力a1计算输出轴的启动扭矩值t。如上所述的轴承装配预紧力计算方法，其中，优选的是，在步骤s1中，根据以下公式计算轴向位移δja1：δja1＝(l*c2*δt2)–(l*c1*δt1)；其中，c2：壳体材料膨胀系数；c1：输出轴材料膨胀系数；δt1：壳体温度变化差值；δt2：输出轴温度变化差值；l：两个轴承的外圈的距离。如上所述的轴承装配预紧力计算方法，其中，优选的是，在步骤s2中，轴承径向设计过盈量δs是固定值，壳体和轴承径向膨胀产生的相对位移δq根据以下公式进行计算：δq＝(d2*c2*δt2)–(d1*c1*δt1)；其中，d1：第一轴承和第二轴承的外圈外径；d2：壳体轴承座孔内径；c2：壳体材料膨胀系数；c1：输出轴及轴承材料膨胀系数；δt1：壳体温度变化差值；δt2：输出轴温度变化差值；若壳体和轴承径向膨胀产生的相对位移δq小于设计的轴承座安装径向过盈量δs，则根据以下公式将壳体和轴承径向膨胀产生的相对位移δq转换成轴向位移δja2：δja2＝(y1/0.8*δq1+y2/0.8*δq2)其中，y1：第一轴承的计算系数；y2：第二轴承的计算系数；δq1：壳体和第一轴承径向膨胀产生的相对位移；δq2：壳体和第二轴承径向膨胀产生的相对位移；当壳体和轴承径向膨胀产生的相对位移δq大于设计的轴承座安装过盈量δs时，则根据以下公式将径向设计的轴承座安装过盈量δs换成轴向位移δja2：δja2＝(y1/0.8*δs1)+(y2/0.8*δs2)其中，y1：第一轴承的计算系数；y2：第一轴承的计算系数；δs1：第一轴承安装的径向过盈量；δs2：第二轴承安装的径向过盈量。如上所述的轴承装配预紧力计算方法，其中，优选的是，在步骤s3中，根据以下公式计算总轴向位移δ：δ＝δja1+δja2。如上所述的轴承装配预紧力计算方法，其中，优选的是，在步骤s6中，根据以下公式计算轴承座的轴向刚度值k：k＝1/(1/k1+1/k2)；其中，k1为第一轴承的轴承座的轴向刚度；k2为第二轴承的轴承座的轴向刚度；根据以下公式计算壳体轴向位移b：b＝a/k。如上所述的轴承装配预紧力计算方法，其中，优选的是，在步骤s7中，根据以下公式计算设计预紧量s：s＝δ-a-b。本发明还提供了一种轴承装配预紧力检测设备，包括：输出轴；轴承，所述轴承套设在所述输出轴的外圈上；压力传感器，所述压力传感器位于所述壳体和所述轴承之间；读取设备，所述读取设备与所述压力传感器连接，所述读取设备用于在第一设定温度下读取所述压力传感器的压力值。使用本发明提供的轴承装配预紧力计算方法可以准确计算轴承装配时所需的预紧量，从而延长其使用寿命，而本发明提供的轴承装配预紧力检测设备则可以反过来检测装配好之后的预紧力与设计预紧力是否相符合，从而可以方便修正。附图说明图1为本发明实施例提供的轴承装配预紧力计算方法的流程图；图2为本发明实施例提供的轴承装配预紧力计算方法的轴承装配示意图；图3为本发明实施例提供的轴承装配预紧力计算方法的轴承寿命曲线图；图4为本发明实施例提供的轴承装配预紧力检测设备的结构示意图。附图标记说明：10-输出轴20-第一轴承21-第二轴承30-压力传感器40-读取设备50-壳体具体实施方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。图1为本发明实施例提供的轴承装配预紧力计算方法的流程图，图2为本发明实施例提供的轴承装配预紧力计算方法的轴承装配示意图，如图2所示，本发明实施例中，需计算的轴承装配方式为第一轴承20和第二轴承21套设在输出轴10的两端，然后壳体50再固定套设在第一轴承20和第二轴承21上。请参考图1至图2，本发明实施例提供的轴承装配预紧力计算方法包括：步骤s1：根据温度变化差值计算壳体50和输出轴10在轴承座处的轴向位移δja1。本步骤中，具体可以根据以下公式计算轴向位移δja1：δja1＝(l*c2*δt2)–(l*c1*δt1)；(1)其中，c2：壳体50材料膨胀系数；c1：输出轴10材料膨胀系数；δt1：壳体50温度变化差值；δt2：输出轴10温度变化差值；l：两个轴承的外圈的距离。此处温度变化差值优选为相对于环境温度而言，一般多指20℃。步骤s2：根据温度变化差值计算壳体50和输出轴10在轴承座处的径向位移，并将该径向位移转换为轴向位移δja2。此处的温度变化量指的是相对于环境温度而言，一般多指20度。由于输出轴10的两个轴承的外圈和壳体50为过盈配合，在温度变化时，径向壳体50和轴承之间也会发生变化，壳体50膨胀较多，间隙逐渐增大，过盈量逐渐减小；一般以壳体50和轴承之间的径向设计过盈量δs为参照，轴承径向设计过盈量δs是固定值，壳体和轴承径向膨胀产生的相对位移δq根据以下公式进行计算：δq＝(d2*c2*δt2)–(d1*c1*δt1)；(2)其中，d1：第一轴承和第二轴承的外圈外径；d2：壳体轴承座孔内径；c2：壳体材料膨胀系数；c1：输出轴及轴承材料膨胀系数；δt1：壳体温度变化差值；δt2：输出轴温度变化差值；若壳体和轴承径向膨胀产生的相对位移δq小于设计的轴承座安装径向过盈量δs，则根据以下公式将壳体和轴承径向膨胀产生的相对位移δq转换成轴向位移δja2：δja2＝(y1/0.8*δq1+y2/0.8*δq2)(3)其中，y1：第一轴承的计算系数；y2：第二轴承的计算系数；δq1：壳体和第一轴承径向膨胀产生的相对位移；δq2：壳体和第二轴承径向膨胀产生的相对位移；当壳体和轴承径向膨胀产生的相对位移δq大于设计的轴承座安装过盈量δs时，则根据以下公式将径向设计的轴承座安装过盈量δs换成轴向位移δja2：δja2＝(y1/0.8*δs1)+(y2/0.8*δs2)(4)其中，y1：第一轴承的计算系数；y2：第一轴承的计算系数；δs1：第一轴承安装的径向过盈量；δs2：第二轴承安装的径向过盈量。步骤s3：根据所述轴向位移δja1和所述轴向位移δja2计算总轴向位移δ。具体可以根据以下公式计算总轴向位移δ：δ＝δja1+δja2。(5)步骤s4：根据轴承寿命曲线选取在设定温度值时轴承的工作区间，并在该工作区间内确定两轴承的位移变化量之和a。如图2所示，为轴承供应商提供的轴承寿命曲线，选择轴承在设定温度下，该设定温度优选为工作温度(90℃)时的工作区间，也即图3中所示的灰色区间，此区间的选取是综合两个轴承曲线寿命的较大值区间，此时两个配对的轴承的寿命较高，然后选取此区域的中间值为此时的轴承工作游隙。图3中的横坐标值代表两个轴承的位移变化值之和a，纵坐标分别代表在该位移变化量之和下两个轴承的使用寿命。步骤s5：根据两轴承的位移变化量之和a确定设定温度下对应的工作预紧力a1。具体可以根据预先计算的表格，确定工作预紧力a1。预先计算的表格如下表1所示。表1如表1所示，表中列举出了两个轴承的刚度值、位移量、位移变化量之和以及工作预紧力的对应关系，根据该表，知道两轴承的位移变化量之和a，即可查询出对应的工作预紧力a1，例如：两轴承的位移变化量之和a为-9.7um时，对应的工作预紧力a1为500n。步骤s6：根据轴承座的轴向刚度值k和所述工作预紧力a1计算壳体50在设定温度值下的轴向位移b。具体可以根据预先计算(使用有限元软件abqus等计算)两轴承在各自轴承座的刚度值k1和k2，并根据两轴承的轴承座的刚度值k1和k2计算轴承座的轴向刚度值k。进一步地，具体可以根据以下公式计算壳体轴承座的轴向刚度值k：k＝1/(1/k1+1/k2)；(6)根据以下公式计算轴向位移b：b＝a/k。(7)步骤s7：根据所述总轴向位移δ、所述位移变化量之和a以及壳体50在设定温度值下的轴向位移b计算设计预紧量s，并根据所述预紧量s确认设计预紧力a。具体可以根据以下公式计算设计预紧量s：s＝δ-a-b，设计预紧力a则可以事先计算好，然后通过查表得出，具体参见表2。表2设计预紧力设计预紧量a1/ns/um125162502537541500586256875080875951000110112534步骤s8：根据设计预紧力a计算输出轴10的启动扭矩值t。具体可以根据以下公式计算启动扭矩值t：t＝μ*a*(d1+d2)/2；(8)其中，μ：摩擦系数；a：设计预紧力；d1：第一轴承20的外圈外径；d2：第二轴承21的外圈外径。使用本实施例提供的方法，可以准确的计算安装轴承时所需的预紧量，从而延长轴承的使用寿命。图4为本发明实施例提供的轴承装配预紧力检测设备，如图4所示，本发明实施例提供的轴承装配预紧力检测设备包括输出轴10、轴承20以及压力传感器30。其中，轴承20套设在输出轴10的外圈上，压力传感器30位于壳体50和第一轴承20之间，读取设备40与压力传感器30连接，读取设备40用于在第一设定温度下(优选为20℃)读取压力传感器30的压力值，并将该压力值与本发明任意实施例中的设计预紧力a相比，确定该压力值是否合格。本实施例中，读取设备可以优选为电脑，并且若读取设备40读取的压力值与设计设计预紧力a结果有差别，则需要调整预紧量s直到满足设计要求的设计预紧力a。进一步地，在另一实施例中，上述任一启动扭矩值t也可以通过设备来验证，具体地，用验证预紧量的设备相类似，使用同样的零部件，区别点在于不需要压力传感器，而是使用按设计预紧量选取实际装配用的调整垫片来代替压力传感器，在压装输出轴时需要先在轴承轴承座处喷油润滑，合装壳体后，正反两个方向各转动输出轴三圈，保证在轴承外圈和壳体轴承座处形成油膜，用扭矩扳手转动整个输出轴，读取启动时的扭矩值，多次测量取平均值，对比启动扭矩是否在设计范围之内，由于上一步测过轴向预紧力，故根据预紧力与启动扭矩的关系来修正启动扭矩的计算公式(4)中的摩擦系数μ，由于摩擦系数μ与润滑状态有关系，故需要经过校对，校对完成后，可应用校对后的计算结果作为评判依据，由于实际测量会有一些偏差，故设计值和测量值有一些偏差，控制在10％可接受，多次测量读取的启动扭矩与设计值接近时，此时的预紧量即为设计预紧量。以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。当前第1页12