鐵姆肯公司：圓錐滾子軸承游隙免調(diào)技術(shù)——Set-Right™
【軸承網(wǎng)】 本文介紹了鐵姆肯公司的圓錐滾子軸承游隙免調(diào)技術(shù)?——Set-Right?，從技術(shù)原理和主要應用過程及要點等方面進行闡述，以說明這一技術(shù)的優(yōu)點和市場應用價值。 圓錐滾子軸承由于具有承載復合載荷（既有徑向力又有軸向力）的顯著優(yōu)點而在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應用。圓錐滾子軸承軸向游隙的設(shè)定正確與否直接決定了軸承的運行壽命，而游隙的調(diào)整是一項精密、技術(shù)含量較高的工程，往往需要專業(yè)人員和專用設(shè)備實施，特別是在大批量生產(chǎn)領(lǐng)域，如汽車行業(yè)，靠人工對每個軸承系統(tǒng)進行游隙調(diào)整將付出巨大的人工成本，而且效率低下。而如果用專用設(shè)備進行游隙檢測和調(diào)整，則需要一定的固定資產(chǎn)投入和相應的設(shè)備維護成本。針對這種情況，鐵姆肯公司采用Set-Right?技術(shù)，利用產(chǎn)品公差控制法來預設(shè)圓錐滾子軸承的游隙，避免了裝配期間的調(diào)整過程，不僅極大的提高了裝配效率，降低了客戶生產(chǎn)成本，而且保證了游隙調(diào)整的精度。 傳統(tǒng)的圓錐滾子軸承游隙調(diào)整方法主要采用人工或?qū)I(yè)裝備測量間隙或扭矩來進行，一個專業(yè)的調(diào)整過程的確可以達到與Set-Right?相當?shù)木?，但存在一定的干擾因素和限制條件。如通過間隙測量法和扭矩測量法來調(diào)整游隙時，則在測量裝備的精度、人員技能、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算非軸承零件轉(zhuǎn)動扭矩的影響等方面有著較高的要求。 鐵姆肯公司Set-Right?技術(shù)的定義為：通過控制各裝配組件公差變量值并運用概率論和統(tǒng)計學原理，使99.73％的圓錐滾子軸承游隙在裝配后達到所要求的游隙值，避免了額外的調(diào)整游隙過程。這其中涵蓋了概率論、統(tǒng)計學原理、尺寸鏈計算和六西格瑪精益生產(chǎn)的理念。 該技術(shù)幾十年來已經(jīng)為眾多客戶所采用，在汽車輪端、工業(yè)齒輪箱、工程機械取力器等領(lǐng)域得到廣泛應用。與上述傳統(tǒng)的游隙調(diào)整方法相比，其優(yōu)點概括如下:1.降低生產(chǎn)線人力成本支出和技術(shù)能力要求2.所有裝配組件無需選配，可實現(xiàn)快速、準確組裝，最適于大批量生產(chǎn)3.避免裝配現(xiàn)場數(shù)據(jù)測量和調(diào)整步驟4.無需游隙調(diào)整用的專用設(shè)備和工裝夾具5.取消了游隙調(diào)整常規(guī)用的墊片等零件6.售后市場的維護更容易、快速和準確 以下詳細介紹Set-Right?技術(shù)的原理和應用方法。 一、Set-Right?原理 組成軸承系統(tǒng)的軸承、軸、軸承座、隔圈等組件有各自的設(shè)計公差，在制作過程中又會由于設(shè)備、材料、人員和環(huán)境等因素產(chǎn)生制造加工誤差，合格產(chǎn)品的制造誤差在設(shè)計公差最小和最大值范圍內(nèi)進行波動。有些零件的最終尺寸會接近公差允許邊界，但大部分零件加工后的尺寸會符合統(tǒng)計概率中的正態(tài)分布，如圖一所示。橫坐標為公差值，縱坐標為出現(xiàn)某個公差值的頻率 而且統(tǒng)計的零件數(shù)量越多，曲線越趨于光滑和更符合中間尺寸多、兩頭尺寸少的特點。 按正態(tài)分布特點，大約99.73％的值將落在平均值處±3σ區(qū)間內(nèi)（見圖二），西格瑪（σ）指的是標準偏差，反映了數(shù)據(jù)的離散程度，即實際加工尺寸的波動范圍的大小。如果在實際生產(chǎn)中，再加以推行六西格瑪精益生產(chǎn)管理方式，那么將會進一步提高零件合格率和質(zhì)量穩(wěn)定性。圖紙上要求的零件尺寸公差范圍反映的是設(shè)計要求，也可以理解為客戶要求。在實際生產(chǎn)過程中，零件的實際加工尺寸在規(guī)定公差范圍內(nèi)的波動情況和均值分布位置反映了加工精度和制程質(zhì)量管理能力的好壞。在六西格瑪精益生產(chǎn)管理中，由于加強了零件加工過程的質(zhì)量控制，使σ值和均值分布位置（圖一中的μ）均可以按最終產(chǎn)品要求進行及時調(diào)整，提高了加工精度，減少了尺寸波動性。結(jié)合正態(tài)分布特點，當零件尺寸在設(shè)計公差范圍內(nèi)有部分尺寸段無法滿足最終產(chǎn)品要求時，運用6σ生產(chǎn)管理，在不提高設(shè)計要求的情況下，可使99.73％的零件加工尺寸符合最終使用要求?；诖死碚?，鐵姆肯公司的Set-Right?技術(shù)也要求所有軸承安裝系統(tǒng)的零件都要進行6σ生產(chǎn)控制，使最終裝配后99.73％的軸承系統(tǒng)內(nèi)零件尺寸累積公差（軸承系統(tǒng)安裝游隙）在6σ的范圍之內(nèi)，并且符合正態(tài)分布，使大部分軸承系統(tǒng)游隙圍繞要求范圍的中間值波動。如果σ（標準偏差）值越小，說明生產(chǎn)過程越穩(wěn)定，產(chǎn)品尺寸變化越小，最終游隙變化范圍也越小，更有利于大多數(shù)軸承在疲勞壽命高的游隙范圍內(nèi)運行。如圖二所示。圖二 體現(xiàn)標準偏差概念的正態(tài)分布曲線圖例 二確定影響軸承游隙的獨立變量 在計算分析軸承系統(tǒng)中各零件尺寸公差之前，需要確定影響軸承游隙的獨立變量，這些變量是相應零件上的某些尺寸。通常來講，一個標準的軸承系統(tǒng)中，會影響軸承游隙的獨立變量有：內(nèi)圈內(nèi)徑、內(nèi)圈座高、外圈外徑、外圈座高、軸的外徑、軸承座內(nèi)徑、軸或軸承座軸肩寬度、隔圈寬度等。這些變量都獨立存在，但會共同作用于軸承游隙值的設(shè)定。值得注意的是，由于圓錐滾子軸承的游隙指的是軸向游隙，其中一些變量如軸的外徑、外圈外徑等徑向變量必須進行轉(zhuǎn)換成軸向值，方能進行隨后的計算。下圖三為一個簡單軸承系統(tǒng)內(nèi)獨立變量的定義，黃色圓點為某個獨立變量。而對于不同的軸承應用系統(tǒng)，其獨立變量的數(shù)量和定義需要區(qū)別對待。 三、分析數(shù)據(jù)，按步驟計算 1.完成各獨立變量公差數(shù)據(jù)采集 2.將所有徑向變量轉(zhuǎn)換為軸向變量值 3.計算出每一個獨立變量的σ（標準偏差）值 4.將各個獨立變量運用公式 計算得到裝配后的系統(tǒng)σ（標準偏差）值和6σ值 5.將得到的系統(tǒng)6σ值與軸承應用所要求的游隙值進行比較，檢查6σ值的范圍是否在所要求的游隙范圍內(nèi)，如果大于要求范圍，則必須通過調(diào)整各獨立變量的公差來減小σ值，從而縮小6σ值的范圍，即進一步縮小零件的某個尺寸的設(shè)計和制造公差。 6.完成所有軸承系統(tǒng)內(nèi)零件的名義尺寸和公差計算后，待生產(chǎn)廠家對零件的尺寸公差要求確認后，即可組織生產(chǎn)，實現(xiàn)游隙的無選配和免調(diào)整設(shè)定。 四、Set-Right?應用舉例 1.以汽車非驅(qū)動輪應用為例。輪端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖四， 2.確定獨立變量 由于此應用為非驅(qū)動輪，軸承為外圈旋轉(zhuǎn)，內(nèi)圈靜止，故外圈與輪轂配合為緊配，而內(nèi)圈與軸為松配。由此可以確定影響軸承軸向游隙10個獨立變量。序號名稱描述公差 mm按正態(tài)分布的σ值 mm1外軸承內(nèi)圈大端面座高軸承廠家控制±0.0400.0132內(nèi)軸承內(nèi)圈大端面座高軸承廠家控制±0.0400.0133外軸承外圈大端面座高軸承廠家控制±0.0200.0074內(nèi)軸承外圈大端面座高軸承廠家控制±0.0200.0075外軸承外圈直徑按K級，軸承廠家控制±0.0090.0036內(nèi)軸承外圈直徑按K級，軸承廠家控制±0.0100.0057外軸承處輪轂內(nèi)徑輪轂廠家控制±0.0200.0068內(nèi)軸承處輪轂內(nèi)徑輪轂廠家控制±0.0200.0089輪轂擋肩間距 A輪轂廠家控制±0.0200.00710車軸長 B車軸廠家控制±0.0200.007 3.分別計算10個獨立變量的σ值。在計算過程必須考慮軸承、車軸、輪轂的材料，特別是輪轂材料，因為有許多車輪已使用了輕型材料、鋁如合金材料。此例輪轂材料考慮為常用的鑄鐵。另外所有徑向獨立變量必須轉(zhuǎn)換成軸向變量值，此轉(zhuǎn)換應考慮軸承與輪轂和軸的配合、各部件材料、軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)等因素，在此暫不作進一步闡述。計算結(jié)果輸入上表。 4.運用公式 得到整個車輪軸承系統(tǒng)安裝后的σ值=0.0258mm，6σ=0.1548mm 5.根據(jù)汽車非驅(qū)動車輪端應用，如采用軸承正安裝游隙范圍為0.02mm-0.20mm，則6σ=0.1548mm＜0.18mm (0.20mm－0.02mm)，說明上述各獨立變量的公差范圍設(shè)計符合應用要求，無須提高各零件加工精度。 6.其他應用如齒輪箱，也可以針對每一根軸的軸承系統(tǒng)進行單獨分析，僅需注意內(nèi)外圈配合的不同選用、各部件的材料、不同軸承的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（影響徑向獨立變量轉(zhuǎn)換成軸向變量值）、不同軸承安裝游隙范圍要求（此值在軸承選型分析時根據(jù)不同應用確定）等因素，即可實現(xiàn)Set-Right?技術(shù)在不同行業(yè)的應用。 Set-Right?游隙免調(diào)技術(shù)通常適合大批量生產(chǎn)，但對于小批量如小于100件的生產(chǎn)，Set-Right?有時也可以得到很好的應用。其中的關(guān)鍵是要根據(jù)實際生產(chǎn)情況，確定各獨立變量的公差的準確分布形態(tài)。由于產(chǎn)量小，生產(chǎn)周期短，會造成某個時段內(nèi)產(chǎn)品公差的分布偏向公差范圍一邊，此時就需要針對這種公差分布形態(tài)來具體運用Set-Right?技術(shù)。 Set-Right?技術(shù)的確對產(chǎn)品的制造精度提高了要求，但隨著加工設(shè)備能力和企業(yè)質(zhì)量管理水平的不斷提高，不但解決了該問題，而且促進了企業(yè)裝備和管理水平的更新和提升。 TIMKEN?高精度軸承不僅為Set-Right?技術(shù)的成功應用提供了可靠基礎(chǔ)，更重要的是為客戶帶來了更大的經(jīng)濟利益。 本文來源：鐵姆肯公司 應用工程師 呂向偉
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