焦葉凡，張旭，張全，白志宇，劉燕娜

(1.洛陽(yáng)軸承研究所有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039；2.河南省高性能軸承技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng) 471039； 3.滾動(dòng)軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽(yáng) 471039；4.中國(guó)空間技術(shù)研究院西安分院，西安 710000； 5.北京航天動(dòng)力研究所，北京 100076)

雙列角接觸球軸承可承受雙向軸向載荷，使用時(shí)通過(guò)施加雙向軸向載荷的方法使球與內(nèi)、外圈溝道之間產(chǎn)生一定的預(yù)變形，從而達(dá)到增加軸承剛度，提高軸承旋轉(zhuǎn)精度，降低軸承振動(dòng)，延長(zhǎng)軸承壽命的目的。

由于結(jié)構(gòu)緊湊，安裝簡(jiǎn)便及工藝性好的特點(diǎn)，雙列角接觸球軸承應(yīng)用于航天、航空領(lǐng)域的某些特殊場(chǎng)合，為充分保證其使用性能，需通過(guò)計(jì)算每套軸承的修研量控制軸承的預(yù)緊力。

1 雙列角接觸球軸承配研過(guò)程中存在的問(wèn)題

某雙外圈雙列角接觸球軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 雙外圈雙列角接觸球軸承結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of double row angular contact ball bearing with double outer ring

由于使用工況的限制，雙外圈雙列角接觸球軸承通常采用薄壁結(jié)構(gòu)，端面較窄，配研過(guò)程中易出現(xiàn)凸出量測(cè)量不準(zhǔn)確的情況，導(dǎo)致修研效率低下。

雙外圈雙列角接觸球軸承采用預(yù)緊設(shè)計(jì)，在軸向載荷下進(jìn)行兩半外圈的組配，使其間隙量達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)，在組配過(guò)程中，需要預(yù)先確定組配端面的修磨量。

根據(jù)雙外圈雙列角接觸球軸承的結(jié)構(gòu)可知，修研量s為

s=δ1+δ2+H1+H2-H，

式中：s為修研量；δ1，δ2為凸出量測(cè)量值；H1，H2分別為兩半外圈的實(shí)際寬度；H為內(nèi)圈的實(shí)際寬度。

凸出量的測(cè)量原理如圖2所示。為使軸承達(dá)到設(shè)計(jì)要求的預(yù)緊力，常規(guī)的方法為測(cè)量雙列軸承兩端的凸出量，通過(guò)計(jì)算得到修研量。2次凸出量測(cè)量采用工藝球和工藝保持架，操作工需要先裝好一列軸承，完成凸出量1的測(cè)量，然后拆掉第1列鋼球、保持架和外圈，裝入第2列鋼球、保持架和外圈進(jìn)行凸出量2的測(cè)量。

圖2 載荷P下單列軸承凸出量測(cè)量示意圖Fig.2 Measuring diagram of protruding amount of single row bearing under load P

由于軸承套圈端面較窄(小于1 mm)，凸出量?jī)x器測(cè)頭與軸承端面接觸時(shí)易偏到倒角上，造成測(cè)量誤差。軸承兩端凸出量測(cè)量完畢后還需要利用高度儀和高度標(biāo)準(zhǔn)件測(cè)量2個(gè)外圈和1個(gè)內(nèi)圈的寬度，整個(gè)修研量計(jì)算過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下。

修研量計(jì)算涉及的5個(gè)參數(shù)在測(cè)量過(guò)程中均會(huì)產(chǎn)生誤差，由此計(jì)算出的修研量也存在著較大誤差，最終導(dǎo)致修研后軸承的合格率較低。

2 凸出量與軸向游隙的關(guān)系

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，修研后軸承在施加軸向預(yù)緊力后的軸向游隙應(yīng)為正值，因此可采用預(yù)配軸向游隙的方法進(jìn)行修研。

由軸承結(jié)構(gòu)與凸出量的測(cè)量方式可知

Ga=H-(h1+h2)，

h1=H-(H1+δ1)，

h2=H-(H2+δ2)，

式中：Ga為軸向游隙；h1，h2為兩半外圈斜坡端面距內(nèi)圈端面的距離。

則軸承軸向游隙的計(jì)算值為

Ga=H1+H2+δ1+δ2-H。

當(dāng)軸向游隙計(jì)算值大于產(chǎn)品要求的軸向游隙時(shí)，兩者的差值即為兩內(nèi)圈接觸端面的修研量[3]。

3 軸向游隙與修研量的關(guān)系

摩擦力是保證軸承正常、可靠工作的關(guān)鍵因素，徑向摩擦力矩是最終判定軸承預(yù)緊力合格與否的唯一標(biāo)準(zhǔn)，因此，可以通過(guò)大量測(cè)量徑向力矩合格的軸承得到該型軸承的軸向游隙范圍。

以某46XX型雙外圈雙列角接觸球軸承為例，在設(shè)計(jì)要求的軸向載荷作用下測(cè)量50套該型號(hào)成品軸承的軸向游隙，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1，軸向游隙最小為9 μm，最大為22 μm。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取中間數(shù)值15～18 μm可完全保證軸承產(chǎn)品要求的軸向游隙及啟動(dòng)摩擦力矩。

表1 某46XX型雙列角接觸球軸承的軸向游隙Tab.1 Axial clearance of 46XX double row angular contact ball bearing μm

軸向游隙配研法的基本原理如下：

若軸向游隙測(cè)量值大于產(chǎn)品要求值時(shí)，兩者的差值即外圈接觸端面的修研量。

若軸向游隙測(cè)量值在設(shè)計(jì)要求的軸向游隙范圍內(nèi)時(shí)，則不需要修研，即修研量為0。

若軸向游隙測(cè)量值小于設(shè)計(jì)要求值甚至軸向游隙為0時(shí)，有2種極端情況：1)兩外圈接觸且相互抵觸，說(shuō)明2列鋼球距離最遠(yuǎn)且位于靠近軸承兩端面一側(cè)溝道的極端位置，此時(shí)修研量非常大，一般該情況可通過(guò)控制內(nèi)、外圈溝位置和外圈高度來(lái)避免。2)兩外圈之間沒(méi)有接觸，軸向游隙測(cè)量值為0時(shí)，外圈受到向外圈斜坡面的軸向力，2列鋼球位于最近的極端位置，軸承徑向力矩較大，外圈已經(jīng)沒(méi)有修研的余地，該套軸承可判定為不合格品。

4 實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證

某46XX型雙外圈雙列角接觸球軸承要求的啟動(dòng)摩擦力矩范圍為8～15 g·cm，抽取某批次40套該軸承分為2組，每組20套，分別采用凸出量配研法(第1組)和軸向游隙測(cè)量法(第2組)進(jìn)行配研并測(cè)量其啟動(dòng)摩擦力矩，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知：第1組軸承的啟動(dòng)摩擦力矩值散差較大，力矩值在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)的軸承僅有10套，合格率僅為50%，而第2組中共有16套軸承的摩擦力矩符合設(shè)計(jì)要求，合格率為80%。

表2 46XX型雙列角接觸球軸承徑向啟動(dòng)摩擦力矩測(cè)量結(jié)果Tab.2 Measuring results of radial starting friction torque of 46XX double row angular contact ball bearing

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)雙外圈雙列角接觸球軸承配研方法的分析，解決了傳統(tǒng)配研過(guò)程因軸承凸出量測(cè)量誤差大而造成配研效率低的問(wèn)題，最后結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)予以驗(yàn)證，證明了改進(jìn)后的配研方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)，可以大幅提升產(chǎn)品合格率，同時(shí)還可以為其他結(jié)構(gòu)相似的雙列軸承配研方案提供依據(jù)。