圆柱孔滚珠滚压工具的设计与计算.pdf

卜 6 2 0 0 0年第 1 0期 煤 矿 机 械 5 文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 1 0 - 0 0 0 5 4 3 2 圆柱孔滚磕滚压工具的设计与计算 朱舒研 。孙录华 - r e z o 1 ． 山 东 泰 安 市 农 机 研 究 所， 山 东 7． 7 10 0 0 ； ■ 君 市 交 通 专 科 学 校， 山 东济 南Z 5 0 2 0 摘要探讨 了滚珠滚压工具的结构设计、 滚压滚珠和定 滚珠直径的确定方法， 分析计算滚 压头结构尺寸厦弹簧张力。 关键词圆柱孔滚压加工 中 图号 T G 3 5 6 ． 2 8 堡 堡 垒 堡； 丝 堡丛 生 ． 文献标识码A 1 引言 滚珠滚压加工 ， 可以加工零件上圆柱体的外表 面 ， 圆柱孔内表面、 平面、 端面和带曲线形状的表面； 不仅可用于光整加工， 也可用于强化加工。 滚珠滚压加工 因具有滚珠与工件之间作纯滚动 摩擦 、 压力较低、 滚压薄壁零件或刚度较差的零件变 形较小 、 工具制造费用低 、 在普通金属切削机床上均 可装用等优点， 而应用广泛。 圆柱孔内表面滚珠 滚压工具 的形式虽然不少 ， 但滚压直径或滚压压力的调整方式 ， 滚压滚珠 的定 心问题在制造、 装夹及使用过程中却存在着一些缺 陷 ， 并且可 以滚压盲孔 、 阶梯孔等。笔者设计的圆柱 孔滚珠滚压工具可有效地解决上述问题 ， 且形成了 一 般设计计算方法及过程。 2 结构原理及特点 圆柱孔剐性滚珠滚压 工具的结构如 图 1 所示。 滚压内孔时 ， 3个滚压点与内孔表面接触 ， 并通过与 其接触呈浮动状态的定心滚珠 自动平衡 ， 使滚压过 程平稳且 自动定心。滚压直径可通过调节螺栓进行 调整， 并用锁紧螺母锁紧。 由于滚珠之 间及滚珠与柱销端面之 间为点接 触 ， 摩擦力远远小于滚珠与工件内孔之间的摩擦力， 利于提高滚压转速及滚压工具的寿命。 弹性滚压工具的结构如图 2所示。它是在刚性 滚珠滚压工具的基础上设计的。两者的主要区别是 在弹性滚压工具的定心滚珠与柱销之间增设 了一组 弹性零件。通过调节 ， 螺栓的调整不再是传递给滚 压滚珠的剐性位移量， 而是弹簧张力。 滚压内孔时， 金属产生塑性变形的力来 自弹簧 张力， 压力均匀。使用这种工具 滚压精度不 太高的 零件内孔表面时 ， 对前一道工序的要求不高。 这一弹性滚压工具， 既可通过微调弹簧 张力来 调整所需的滚压力 ， 还可通过更换不同刚度 的弹簧 以适应不同硬度的材料所需的滚压力， 还可通 过拆 除弹簧 ， 变成刚性滚压工具 。 耷 毒 图 1 刚性滚珠 滚压工具结构示 意图 r ,g一 1 C ．o n r u e l i o n d i a g r a m o f r i g i , r b a Hm I I i 唱l ,t m t s ． 1 ． 滚压滚珠2 ． 定心凄珠3 ． 柱销4 ． 轩 悼5 锁蜚螺母6 ．州 节螺挂 图2 弹性滚珠滚压工具示意图 r , g ． 2 a 岬I n 0 f e l a s t i c b a i l r o l U t o o l s 1 ． 蒗压蒗珠2 ． 定心滚璩3 ． 弹簧4 ．导扦5 ． 导套6 ． } t 精 7杆炸8 锁紧螺母9 州 螺榨 以上 2种圆柱孔 滚珠滚压工具， 不仅可用于通 孔 ， 也可用于盲 L 和阶梯孔的滚压加工 ， 尤其适合小 L 的滚压加工。面且， 由于滚压滚珠在颈项 呈浮动 状态 ， 故对杆体装夹精度要求不高， 易于保证滚压质 量 。 小型滚压工具 如直径 0e 3 o n 一 的柄部 可制 成直柄或方柄 ， 用钻卡头装夹或安装在车床刀架上 ； 对于较大的滚压工具其柄部可制成椎柄 。 3 设计步骤 、 3 ． 1 滚珠直径 d I 厦 d 2 的确定 利用三点定心原理 ， 3颢滚压滚珠在横截面上 呈均匀分布 ， 为阻止滚珠脱落， 在孔的顶端应 留下一 定高度的椎顶 。考虑到孔与 L 之同的隔层应有一定 维普资讯 6 煤 矿 机 械 2 0 0 0年第 1 0期 的厚度 ， L 径和隔离层基本上呈均匀分布， 则 d l ≤ D／ 1 2 0 ． 2 6 D ‘ I 式中 D 被加工孔 的基本尺寸。 选定 d 值时， 为降低滚压压力 ， 应尽量选取较 小的尺寸。由图 3可知 s i n a d 。 一d 1 ／ d I d 2 2 式中 d 滚珠 d ． 、 d 2 的中心线与轴线间的夹角； d 滚 压直径 设 d D， 则由式 2 可得 Dd I ／ s i n ad 1 3 一 般应控制 n6 7 ～7 为宜。 在确定 d 1 、 d 2 值时 ， 应 根据国标规定 的钢球系 列尺寸选定 。 一 般可取 t 0 ． 20 ． 8 n l l n ， 当 D 值大时 ， f 取 较大值， D值小时， t 取较小值。因为 d 一 2 d I ，即 d ～ 2d l d 2 一△⋯ I 1 由式 1 0 和式 1 1 可得 A一 2 d r d 2 一D一￡ 1 2 可见 ． 在选 定 3颗滚 压滚 珠之 间选 出 3 ． 4 弹簧张力 的确定 3颗滚压滚珠作用在定 心滚珠上的轴 向分力与 作用在定心滚珠上的弹簧张力平衡， 受力分析如 图 4所示 ， 即 F3 P I C O S t ／ 1 3 式中P 任一滚压滚珠 的作用力 F i g ． 3 C o t r u c t i oa d h a g r a m 0 f r o mn g h e a d 3 ． 2 滚压 头结构 尺 寸的确 定 1 滚压滚珠孔径 d的确定 滚压滚珠的孔径应等于滚压滚珠的直径， 即 dd 1 4 2 滚压滚珠最大凸出量 a及 圆孔椎顶 高 6的 确定 由图 3 b 可知 d 1 一∞s 4 d 1 ／ 2 0 ． 1 4 6 d 1 5 b c o s 4 5 。 一t g l 5 。 d I ／ 2 0 ． 2 2 d l 6 3 滚压头杆体直径 d 0 及孔径 的确定 由图 3可知 d 一2 4 7 为保证定心滚珠在 孔 中有一定的浮动量井 保证杆体有一定的壁厚 ， 则 d 2 D o ≤d o 一2 8 1 其中 {d 1 一 d {d 1 0 ． 6 4 d I 所以 d 2 D o ≤d o 一1 ． 2 8 d l 9 3 ． 3 最大滚压直径 d 一 及其参数的确定 最大滚压直径应比实际滚压直径大 ， 即 d ～ Dt 1 0 ． 图 4 弹簧受力分析图 F ． 4 r i I f o r e e硼m s i I l g d i a 锄 1 工件2 ． 壤压壤璩3 ． 定心藏辟 滚压滚珠作用在工件 内孔表 面的垂直 滚压力 P， 即为作用力 Pl 在径向的分力 P⋯ 即 PP I 1 ， 因 为 Pl P 】 s i o a， 故 P 1 P 】 ／ si n aP ／ d n a ， i 4 将式 1 4 代人式 1 3 ， 可得 F3 P／ ga， 1 5 滚压力 P值可从有关手册中， 根据滚 压工件的 材料、 滚压滚珠的直径等因素选取。 由式 1 4 可知， n值愈大 ， 则滚压力 P愈大， 即 PP s i n n， 将式 1 1 代人式 2 可得 s i n a1 一A T lI i ／ d l d 2 1 6 即 值愈大， 则 △ 值愈小。 由此可知 为获得较大的滚压力 P及一定的最 小重叠量△ ， 在滚压工具的设计 中， 应基本上控制 。6 7～ 7 2 o ， 故弹簧张力 F3 P／ t g c t 0 ． 9 7～1 ． 2 7 P 1 7 收稿 日期 2 0 0 0 0 5 2 2 Th e d e s i g n a n d c a l c u l a t i o n O f b a l l r o l l i n g t o o l f o r c o l u mn e d h o l e 删S h u ． U ． S U NL u - h u I ． s l 哪d o T a l ’ a I l C i ty A g r i c u l a a a l Ma c h i n e r y R e s e a r c l l I mfi t u t e ． T a i ’ a n 2 7 1 0 0 0 ， C 1 fi n a ； 2 ． J i n a n C i t y T r a f fi c J u n j o r C o l l e g e ． J i , , a n 2 5 0 0 2 0 ． C h i r I a Ab s t r a c t T h i s p a p e r d i s e o s s e 8 t h e s t r u c t u r e o f h a l l rol l i n gt o o l s ． t h e d e f mi n g t h o d s o f d i a me t e r m1 l i n g h a l l a n d c e o t r i n g b a l l ，t h e s t r u c t u re s i z eof r o U g h e a d- andt h e a n a l y s i sand c a l c u l a t ethet e n s i o nof s n g Ke y w o r d ．． r dl i n g and w o r k in g f o r c o l u mn e d h o l e ； b a l l rol l in g ； e l a s t i c i g； fl o a t c e n t r i n g 维普资讯