劉文水

(1.福建龍溪軸承(集團)股份有限公司，福建 漳州 363000；2.福建省關節(jié)軸承企業(yè)重點實驗室，福建 漳州 363000)

擠壓型自潤滑關節(jié)軸承是一種將粘貼有自潤滑層的軸承外圈，通過擠壓塑性成型裝配到內圈上的整體結構軸承，其具有結構緊湊、體積小、質量小、承載大、零游隙和免維護等優(yōu)點，在機械工程等領域應用廣泛[1-3]。

密合度是考核擠壓型自潤滑關節(jié)軸承制造質量的重要指標，是擠壓后外圈球面與內球面接觸質量的評判標準。進行密合度測量時，用塑料將軸承內、外圈固定，防止內圈相對外圈運動，再沿內圈軸心線并垂直于外圈端面的方向上把軸承剖開[4-6](見圖1)。研磨拋光該表面后，獲得清晰內、外圈球面的圓弧曲線，測量內、外圈間的徑向距離t值，從而判定擠壓成型的質量。

密合度測量結果是關節(jié)軸承制造工藝改進和判定軸承質量是否滿足要求的重要依據，確保密合度測量準確性具有重要的意義。

圖1 密合度測量示意圖

1 問題提出

在關節(jié)軸承研制過程中發(fā)現，某型號軸承的自潤滑層厚度為(0.4±0.04) mm，軸承游隙值為0，密合度檢測結果顯示，t值達到0.7 mm以上。該測量結果必定存在問題，因為t值如果超過自潤滑層初始厚度，軸承游隙值不可能為0。

為了解決上述問題，本文以內孔為60 mm的某型號關節(jié)軸承為研究對象，對軸承擠壓及剖分的應力和變形進行分析，并針對變形特點，設計一種測量密合度輔助工裝，以幫助抵消剖分后的變形力，解決采用塑料固定內、外圈強度不足的缺點。

2 應力分析

擠壓型自潤滑關節(jié)軸承制造是通過擠壓軸承外圈，實現內外圈的裝配。在擠壓裝配過程中，軸承外圈受到縮口和彎曲這2種力的作用，產生的變形有塑性變形和彈性變形。應用Abaqus軟件進行擠壓仿真模擬，應力分布如圖2所示。由圖2可以看出，在閉模狀態(tài)下，外圈兩端主要受縮口力的作用，兩端承受壓應力使軸承兩端口部尺寸減小，外圈中部主要受彎曲力的作用，中部外側承受拉應力使外側尺寸伸長，中部內側承受壓應力使內側尺寸縮短，同時中部內側的壓應力使外圈中部直徑有所減??；卸模后，外圈塑性變形殘留，彈性變形消失，外圈外側因彈性恢復而縮短，內側因彈性恢復而伸長[7]，整個外圈因彈性恢復向外脹大，直到外圈內部應力達到平衡狀態(tài)時尺寸暫時保持穩(wěn)定，此時，外圈兩端、中部內、外側主要承受拉應力作用，外圈兩端內側和中部中心小部分區(qū)域承受壓應力作用。

圖2 軸承外圈擠壓應力分布圖

由于擠壓殘余應力的存在，且主要為拉應力，當軸承沿內圈軸心線并垂直于外圈端面的方向剖開后，外圈剖分面的應力平衡被打破，外圈受拉應力作用繼續(xù)向外脹大，尋找新的平衡點，從而使內外圈球面的圓弧曲線距離變大。

為了清晰地觀察外圈剖開后的變形情況，將未采用塑料固化封裝的某型號0游隙軸承剖開(見圖3)，明顯看出外圈與內圈金屬弧線距離變大很多。

圖3 外圈剖分后脹大圖

因此，密合度測量結果中內、外圈間的徑向距離t值大于襯墊厚度的主要原因是軸承剖分后向外脹大，且由于制備軸承密合度測量樣件的塑料強度和硬度有限，對于小型號軸承尚能克服剖分脹大力，對于大型號軸承就不能完全克服剖分脹大力。

3 密合度測量輔助工裝設計

為了保證密合度測量的準確性，提出了樣件先用輔助工裝鎖緊，然后用塑料填充固定的方法。密合度測量輔助工裝(見圖4)起到限制外圈剖分后脹大的作用。

圖4 輔助工裝示意圖

圖4中，將關節(jié)軸承放入底座，固定心軸穿入軸承內孔后，用螺母將固定心軸鎖在底座上，頂緊螺釘1頂緊軸承底部，同時用頂緊螺釘2和頂緊螺釘3頂緊軸承外徑兩側，安裝好輔助工裝后在填充塑料區(qū)域填充塑料，塑料固化后即可進行剖分。

上述工裝中，頂緊螺釘1主要作用是頂緊軸承避免軸承移動，同時可調節(jié)關節(jié)軸承內圈軸心線位置，使不同規(guī)格軸承的軸心線都能正好露出底座上表面，利于剖分軸承，增強了工裝的通用性能。鎖緊螺釘2和3的主要作用是克服軸承剖分后外圈應力釋放產生的變形力，防止軸承剖開后外圈向外脹大。

4 密合度測量輔助工裝使用效果

采用同批次、狀態(tài)完全相同的、內孔為60 mm的某大型號關節(jié)軸承為研究對象，隨機選取4件合格產品，且初始游隙皆為0，其中2件未使用輔助工裝，另2件使用輔助工裝，分別制備密合度測量樣件。未使用輔助工裝制備的樣件如圖5所示。利用萬能工具顯微鏡獲得清晰內、外圈球面的圓弧曲線，測得內、外圈間的徑向距離t值見表1。

圖5 未使用輔助工裝制備的樣件

(mm)

使用輔助工裝制備的樣件如圖6所示。測得內、外圈間的徑向距離t值見表2。

圖6 使用輔助工裝制備的樣件

(mm)

密合度測量輔助工裝使用前、后試驗結果對比如圖7所示。

圖7 密合度輔助工裝使用前、后t值變化關系

從圖7可以看出，未使用輔助工裝時，測量樣件內、外圈球面圓弧曲線上的徑向距離(t值)>0.5 mm，且不同軸承樣件因剖分后外脹量不同，導致t值差別很大。使用輔助工裝后，t值明顯變小，數值集中在0.4 mm附近，且與所使用的自潤滑襯墊初始厚度(0.4±0.04) mm接近，說明使用輔助工裝后，密合度測量結果準確度得到明顯提高。

5 結語

介紹了使用輔助工裝進行密合度測量樣件制備的方法。與原方法相比，使用輔助工裝后，有效地避免了關節(jié)軸承密合度樣件剖分后外圈脹大問題，測得的密合度結果準確性有明顯提高，避免了密合度測量結果不準確對研制和驗收造成誤導，間接提高了研制效率和產品質量。試驗表明，該方法可行，并可在同類產品中推廣應用。

[1] 魏立保，陳有光. 自潤滑關節(jié)軸承的研制與應用[J]. 軸承，2008(5):8-10.

[2] 何兩加. T型自潤滑關節(jié)軸承介紹[J]. 機械工程師，2011(4):127-128.

[3] 王兆昌. 擠壓型鋁合金自潤滑關節(jié)軸承性能研究[J]. 軸承，2015(8):36-40.

[4] GJB 5502—2005，低速擺動自潤滑向心關節(jié)軸承規(guī)范[S].

[5] AS 81820D—2014, Bearings, plain, self-aligning, self-lubricating, low speed oscillation[S].

[6] HB 20331—2016，自潤滑關節(jié)軸承密合度檢測方法[S].

[7] 張瑞芬，吳連平，楊曉翔. 自潤滑關節(jié)軸承二次擠壓裝配的有限元仿真分析[J]. 軸承，2015(11):20-22，56.

*福建省重大專項專題項目(2018HZ0003-1)