張振強(qiáng)，楊浩亮，朱川峰，劉勝超，焦春照

(洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

溝位置尺寸是角接觸球軸承設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要參數(shù)，直接影響成品軸承的裝配高及凸出量，從而對(duì)軸承的組配使用、預(yù)載荷的施加等方面產(chǎn)生重要影響。在實(shí)際的軸承制造過(guò)程中，因?yàn)闄C(jī)床精度、加工方法、測(cè)量?jī)x器等方面的影響，實(shí)際溝位置尺寸與理想值會(huì)存在一定的誤差，從而對(duì)后續(xù)的裝配等工序造成不利影響，如對(duì)游隙、裝配高的控制等。鑒于溝位置尺寸的重要性，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際對(duì)溝位置尺寸出現(xiàn)誤差的原因及其影響進(jìn)行分析，以期為角接觸球軸承精度的提高提供依據(jù)。

1 套圈溝位置尺寸及寬度測(cè)量試驗(yàn)

以7008C角接觸球軸承為試驗(yàn)對(duì)象，其內(nèi)、外圈結(jié)構(gòu)如圖1所示，隨機(jī)抽取25件內(nèi)圈樣品，使用3MK1310B數(shù)控內(nèi)溝道磨床進(jìn)行磨削(以C端面為加工基準(zhǔn))，采用G904軸承高度測(cè)量?jī)x和W023內(nèi)圈溝位置測(cè)量?jī)x分別對(duì)各工件寬度、溝位置尺寸進(jìn)行測(cè)量。

圖1 7008C角接觸球軸承套圈結(jié)構(gòu)

該軸承內(nèi)圈寬度及溝位置尺寸的偏差如圖2所示，其中，溝位置1，2分別指以端面C和端面D為測(cè)量基準(zhǔn)時(shí)內(nèi)圈的溝位置偏差。從圖中可以看到，在實(shí)際制造過(guò)程中，內(nèi)圈寬度和溝位置尺寸都存在加工誤差。如果測(cè)量過(guò)程中隨機(jī)取某個(gè)端面為測(cè)量基準(zhǔn)時(shí)，內(nèi)圈溝位置尺寸散差達(dá)37 μm；而當(dāng)嚴(yán)格區(qū)分測(cè)量基準(zhǔn)后，即都以C端面(加工基準(zhǔn)面)或D端面(非加工基準(zhǔn)面)為測(cè)量基準(zhǔn)時(shí)，溝位置尺寸散差分別為6，32 μm。溝位置1的尺寸散差明顯小于溝位置2；并且溝位置2的尺寸偏差曲線與內(nèi)圈寬度偏差曲線極為相近，說(shuō)明二者存在較高的關(guān)聯(lián)性。

圖2 內(nèi)圈寬度及溝位置尺寸偏差曲線

2 分析與討論

在實(shí)際制造過(guò)程中，當(dāng)指定如端面C為加工基準(zhǔn)面時(shí)，由于各方面的原因，根本不能保證溝位置尺寸為定值。由圖2可知，如果測(cè)量基準(zhǔn)和加工基準(zhǔn)一致，溝位置尺寸的加工誤差較小，可以接受。

對(duì)于溝道對(duì)稱的套圈(圖1b)，如果不對(duì)基準(zhǔn)面和非基準(zhǔn)面加以標(biāo)識(shí)區(qū)分，很容易導(dǎo)致加工基準(zhǔn)和測(cè)量基準(zhǔn)不統(tǒng)一，這對(duì)套圈的制造加工提出了很高的要求，往往容易造成溝位置尺寸偏差過(guò)大。溝位置尺寸偏差過(guò)大，對(duì)要求不高、單套直接使用的場(chǎng)合影響不大，但是對(duì)組配使用、精度要求較高的場(chǎng)合影響較大，必須對(duì)溝位置尺寸予以嚴(yán)格控制。

圖2中溝位置1情況下溝位置尺寸的散差較小，但溝位置2情況下溝位置尺寸偏差受套圈寬度偏差的影響，散差較大。若分別從2個(gè)端面測(cè)得的同一溝道的位置尺寸存在偏差時(shí)，說(shuō)明機(jī)床調(diào)整存在一定誤差或工件寬度發(fā)生了變化，這也是影響溝位置穩(wěn)定性的重要因素。偏溝套圈中不存在基準(zhǔn)不統(tǒng)一的問(wèn)題，故其溝位置尺寸偏差不受套圈寬度的影響。

軸承裝配高和凸出量(圖3)分別為[1-2]

圖3 軸承凸出量及裝配高測(cè)量示意圖

T=ai+ae-(ri+re-Dw)sinα,

(1)

δ=B-T,

(2)

式中：T為軸承的裝配高；ai，ae分別為內(nèi)、外圈的溝位置尺寸；ri，re分別為內(nèi)、外圈的溝曲率半徑；Dw為鋼球直徑；α為接觸角；δ為凸出量；B為內(nèi)圈寬度。

從(1)，(2) 式可以看出，內(nèi)、外圈的溝位置誤差完全反映到了軸承的裝配高和凸出量上，如果溝位置尺寸偏差過(guò)大，將導(dǎo)致后續(xù)修磨凸出量過(guò)程中工作量的增加，降低加工效率。

游隙是角接觸球軸承需要控制的另一個(gè)重要參數(shù)。內(nèi)、外圈合套時(shí)，需要重新測(cè)量?jī)?nèi)、外圈的溝底直徑。需要指出的是，目前生產(chǎn)制造過(guò)程中普遍采用比較測(cè)量法，測(cè)頭根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件調(diào)整到理論上的溝底位置后被鎖死(即測(cè)量點(diǎn)到測(cè)量基準(zhǔn)端面的距離是固定的)，然而由于加工誤差的存在，實(shí)際的溝位置并非理想的溝位置，如圖4所示。雖然理論上的溝位置在F點(diǎn)，但是由于各種誤差因素致使實(shí)際溝位置偏到了E點(diǎn)，因此對(duì)溝底直徑的測(cè)量便存在誤差。

圖4 內(nèi)圈溝底直徑測(cè)量誤差示意圖

內(nèi)圈溝底直徑的測(cè)量誤差δi為

δi=FF1-EE1=2EG，

(3)

EG=ri(1-cosθ)，

(4)

(5)

式中：FG為溝位置尺寸偏差。則

(6)

同理可得外圈溝底直徑的測(cè)量誤差δe，則軸承內(nèi)、外圈合套后的徑向游隙偏差為

ΔGr=δi+δe。

(7)

需要說(shuō)明的是，此處所指的游隙偏差是相對(duì)合套前的理想值而言，沒(méi)有考慮鋼球的尺寸偏差。由于原始接觸角、軸向游隙、角度游隙與徑向游隙存在如下關(guān)系[3]

(8)

(9)

(10)

式中：α為原始接觸角；Gr為徑向游隙；fi，fe分別為軸承內(nèi)、外圈溝曲率半徑系數(shù)；Ga為軸向游隙；β為角度游隙；Dpw為球組節(jié)圓直徑。因此，徑向游隙的偏差會(huì)引起原始接觸角、軸向游隙、角度游隙出現(xiàn)相應(yīng)的偏差。

3 控制措施及驗(yàn)證

由上述理論分析可知，實(shí)際加工中溝道對(duì)稱套圈溝位置尺寸散差較大的問(wèn)題有2種方法可以改善：

(1)采用無(wú)基準(zhǔn)磨削，嚴(yán)格控制套圈的寬度偏差。該方法對(duì)加工設(shè)備的要求非常高，設(shè)備較為昂貴，成本較高。譬如進(jìn)口某型雙端面磨床加工中小型軸承套圈的加工精度可達(dá)到寬度偏差±1 μm，平行差1 μm。

(2)采用有基準(zhǔn)的磨削方式。該方法只需在加工過(guò)程中標(biāo)識(shí)出軸承的基準(zhǔn)面即可。在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用此方法，操作人員能夠有效區(qū)分基準(zhǔn)面，使溝道磨削、超精、測(cè)量及裝配所用的基準(zhǔn)統(tǒng)一，有效控制了溝位置尺寸的散差，提高了套圈的加工精度，使凸出量及裝配高的分布更趨合理。對(duì)于萬(wàn)能組配軸承，溝位置尺寸散差減小后，軸承修磨前的原始凸出量也更易控制和減小，不僅可以避免修磨凸出量過(guò)程中磨削外圈基準(zhǔn)面，而且能夠提高修磨效率，降低生產(chǎn)成本。

4 結(jié)論

(1)溝位置誤差是影響軸承裝配高和凸出量的主要因素之一，同時(shí)也影響溝底直徑的測(cè)量結(jié)果，進(jìn)而影響軸承裝配后的徑向游隙，從而引起軸向游隙、角度游隙、原始接觸角等的變化，是高精密角接觸球軸承加工過(guò)程中需要控制的重要參數(shù)。

(2)壓縮對(duì)稱溝道套圈的寬度偏差和統(tǒng)一加工基準(zhǔn)面都可以有效控制溝位置的散差，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的加工方法。實(shí)踐證明，統(tǒng)一基準(zhǔn)進(jìn)行加工的方法，簡(jiǎn)單易行，對(duì)機(jī)床的要求不高。