圓錐滾子軸承由于具有承載復(fù)合載荷（既有徑向力又有軸向力）的顯著優(yōu)點(diǎn)而在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)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(yùn)行壽命，而游隙的調(diào)整是一項(xiàng)精密、技術(shù)含量較高的工程，往往需要專(zhuān)業(yè)人員和專(zhuān)用設(shè)備實(shí)施，特別是在大批量生產(chǎn)領(lǐng)域，如汽車(chē)行業(yè)，靠人工對(duì)每個(gè)軸承系統(tǒng)進(jìn)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(zhuān)用設(shè)備進(jìn)行游隙檢測(cè)和調(diào)整，則需要一定的固定資產(chǎn)投入和相應(yīng)的設(shè)備維護(hù)成本。針對(duì)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(lái)預(yù)設(shè)圓錐滾子軸承的游隙，避免了裝配期間的調(diào)整過(guò)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(cè)量間隙或扭矩來(lái)進(jìn)行，一個(gè)專(zhuān)業(yè)的調(diào)整過(guò)程的確可以達(dá)到與Set-Right™相當(dāng)?shù)木龋嬖谝欢ǖ母蓴_因素和限制條件。如通過(guò)間隙測(cè)量法和扭矩測(cè)量法來(lái)調(diào)整游隙時(shí)，則在測(cè)量裝備的精度、人員技能、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算非軸承零件轉(zhuǎn)動(dòng)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(guò)控制各裝配組件公差變量值并運(yùn)用概率論和統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，使99.73％的圓錐滾子軸承游隙在裝配后達(dá)到所要求的游隙值，避免了額外的調(diào)整游隙過(guò)程。這其中涵蓋了概率論、統(tǒng)計(jì)學(xué)原理、尺寸鏈計(jì)算和六西格瑪精益生產(chǎn)的理念。 該技術(shù)幾十年來(lái)已經(jīng)為眾多客戶所采用，在汽車(chē)輪端、工業(yè)齒輪箱、工程機(jī)械取力器等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。與上述傳統(tǒng)的游隙調(diào)整方法相比，其優(yōu)點(diǎn)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(wú)需選配，可實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確組裝，最適于大批量生產(chǎn)
3. 避免裝配現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)測(cè)量和調(diào)整步驟
4. 無(wú)需游隙調(diào)整用的專(zhuān)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(chǎng)的維護(hù)更容易、快速和準(zhǔn)確
以下詳細(xì)介紹Set-Right™技術(shù)的原理和應(yīng)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(jì)公差，在制作過(guò)程中又會(huì)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(jì)公差最小和最大值范圍內(nèi)進(jìn)行波動(dòng)。有些零件的最終尺寸會(huì)接近公差允許邊界，但大部分零件加工后的尺寸會(huì)符合統(tǒng)計(jì)概率中的正態(tài)分布，如圖一所示。橫坐標(biāo)為公差值，縱坐標(biāo)為出現(xiàn)某個(gè)公差值的頻率
而且統(tǒng)計(jì)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(diǎn)。
按正態(tài)分布特點(diǎn)，大約99.73％的值將落在平均值處±3σ區(qū)間內(nèi)（見(jiàn)圖二），西格瑪（σ）指的是標(biāo)準(zhǔn)偏差，反映了數(shù)據(jù)的離散程度，即實(shí)際加工尺寸的波動(dòng)范圍的大小。如果在實(shí)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(huì)進(jìn)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(jì)要求，也可以理解為客戶要求。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，零件的實(shí)際加工尺寸在規(guī)定公差范圍內(nèi)的波動(dòng)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(qiáng)了零件加工過(guò)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(jìn)行及時(shí)調(diào)整，提高了加工精度，減少了尺寸波動(dòng)性。結(jié)合正態(tài)分布特點(diǎn)，當(dāng)零件尺寸在設(shè)計(jì)公差范圍內(nèi)有部分尺寸段無(wú)法滿足最終產(chǎn)品要求時(shí)，運(yùn)用6σ生產(chǎn)管理，在不提高設(shè)計(jì)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。基于此理論，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(jìn)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(dòng)。如果σ（標(biāo)準(zhǔn)偏差）值越小，說(shuō)明生產(chǎn)過(guò)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(yùn)行。如圖二所示。
圖二 體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)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(dú)立變量
在計(jì)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(dú)立變量，這些變量是相應(yīng)零件上的某些尺寸。通常來(lái)講，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的軸承系統(tǒng)中，會(huì)影響軸承游隙的獨(dú)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(dú)立存在，但會(huì)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(jìn)行轉(zhuǎn)換成軸向值，方能進(jìn)行隨后的計(jì)算。下圖三為一個(gè)簡(jiǎn)單軸承系統(tǒng)內(nèi)獨(dú)立變量的定義，黃色圓點(diǎn)為某個(gè)獨(dú)立變量。而對(duì)于不同的軸承應(yīng)用系統(tǒng)，其獨(dú)立變量的數(shù)量和定義需要區(qū)別對(duì)待。
三、 分析數(shù)據(jù)，按步驟計(jì)算
1. 完成各獨(dú)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(jì)算出每一個(gè)獨(dú)立變量的σ（標(biāo)準(zhǔn)偏差）值
4. 將各個(gè)獨(dú)立變量運(yùn)用公式
計(jì)算得到裝配后的系統(tǒng)σ（標(biāo)準(zhǔn)偏差）值和6σ值
5. 將得到的系統(tǒng)6σ值與軸承應(yīng)用所要求的游隙值進(jìn)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(guò)調(diào)整各獨(dú)立變量的公差來(lái)減小σ值，從而縮小6σ值的范圍，即進(jìn)一步縮小零件的某個(gè)尺寸的設(shè)計(jì)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(jì)算后，待生產(chǎn)廠家對(duì)零件的尺寸公差要求確認(rèn)后，即可組織生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)游隙的無(wú)選配和免調(diào)整設(shè)定。
四、 Set-Right™應(yīng)用舉例
1. 以汽車(chē)非驅(qū)動(dòng)輪應(yīng)用為例。輪端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖四，
2. 確定獨(dú)立變量
由于此應(yīng)用為非驅(qū)動(dòng)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(gè)獨(dú)立變量。
序號(hào)
名稱(chēng)
描述
公差 mm
按正態(tài)分布的σ值 mm
1
外軸承內(nèi)圈大端面座高
軸承廠家控制
±0.040
0.013
2
內(nèi)軸承內(nèi)圈大端面座高
軸承廠家控制
±0.040
0.013
3
外軸承外圈大端面座高
軸承廠家控制
±0.020
0.007
4
內(nèi)軸承外圈大端面座高
軸承廠家控制
±0.020
0.007
5
外軸承外圈直徑
按K級(jí)，軸承廠家控制
±0.009
0.003
6
內(nèi)軸承外圈直徑
按K級(jí)，軸承廠家控制
±0.010
0.005
7
外軸承處輪轂內(nèi)徑
輪轂廠家控制
±0.020
0.006
8
內(nèi)軸承處輪轂內(nèi)徑
輪轂廠家控制
±0.020
0.008
9
輪轂擋肩間距 A
輪轂廠家控制
±0.020
0.007
10
車(chē)軸長(zhǎng) B
車(chē)軸廠家控制
±0.020
0.007
4. 運(yùn)用公式
得到整個(gè)車(chē)輪軸承系統(tǒng)安裝后的σ值=0.0258mm，6σ=0.1548mm
5. 根據(jù)汽車(chē)非驅(qū)動(dòng)車(chē)輪端應(yīng)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(shuō)明上述各獨(dú)立變量的公差范圍設(shè)計(jì)符合應(yīng)用要求，無(wú)須提高各零件加工精度。
6. 其他應(yīng)用如齒輪箱，也可以針對(duì)每一根軸的軸承系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)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(dú)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(shí)根據(jù)不同應(yīng)用確定）等因素，即可實(shí)現(xiàn)Set-Right™技術(shù)在不同行業(yè)的應(yīng)用。
Set-Right™游隙免調(diào)技術(shù)通常適合大批量生產(chǎn)，但對(duì)于小批量如小于100件的生產(chǎn)，Set-Right™有時(shí)也可以得到很好的應(yīng)用。其中的關(guān)鍵是要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，確定各獨(dú)立變量的公差的準(zhǔn)確分布形態(tài)。由于產(chǎn)量小，生產(chǎn)周期短，會(huì)造成某個(gè)時(shí)段內(nèi)產(chǎn)品公差的分布偏向公差范圍一邊，此時(shí)就需要針對(duì)這種公差分布形態(tài)來(lái)具體運(yùn)用Set-Right™技術(shù)。
Set-Right™技術(shù)的確對(duì)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(wèn)題，而且促進(jìn)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(yīng)用提供了可靠基礎(chǔ)，更重要的是為客戶帶來(lái)了更大的經(jīng)濟(jì)利益。