影響調(diào)心滾子軸承合套率的因素分析

趙景周

(洛陽LYC軸承有限公司 大型軸承廠，河南 洛陽 471039)

符號說明

ae——外圈滾道位置，mm

ai——內(nèi)圈滾道位置，mm

B——內(nèi)圈寬度，mm

C——外圈寬度，mm

d——軸承內(nèi)徑，mm

di——內(nèi)滾道對角線尺寸，mm

D——軸承外徑，mm

Dw——滾子直徑，mm

E——外滾道直徑，mm

F——內(nèi)滾道直徑，mm

Gr——徑向游隙，mm

re——外圈滾道曲率，mm

ri——內(nèi)圈滾道曲率，mm

rw——滾子曲率，mm

VDex——外滾道球面度，mm

α——軸承接觸角，(°)

1 存在問題

調(diào)心滾子軸承的裝配要保證其合格的徑向游隙和靈活的調(diào)心性能，裝配合套率低是大型調(diào)心滾子軸承生產(chǎn)加工中出現(xiàn)的主要問題?，F(xiàn)行的調(diào)心滾子軸承生產(chǎn)中，一次性的裝配合套率在70%左右，裝配合套率低主要表現(xiàn)在：產(chǎn)品零件的理論訂制公差和實際的裝配公差不符，出現(xiàn)較大的偏差，不能使零件順利裝配成合格的產(chǎn)品。由于產(chǎn)品零件的返修率較高，需要反復(fù)修配，影響了產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，甚至把產(chǎn)品零件修廢，同時也降低了生產(chǎn)效率，使生產(chǎn)計劃無法保證，為了解決這些問題，進(jìn)行了大量的跟蹤分析和研究。

2 原因分析

2.1 產(chǎn)品設(shè)計尺寸的幾何關(guān)系

調(diào)心滾子軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示。按合套原理，產(chǎn)品設(shè)計的合套零件間的相關(guān)幾何尺寸關(guān)系為E=di+2Dw+Gr，合套零件間的曲率關(guān)系為re=ri，rw=0.98re。調(diào)心滾子軸承合套過程是用外圈滾道直徑E、內(nèi)圈滾道對角線尺寸di和滾子直徑Dw的組合來保證成品軸承的徑向游隙Gr，即Gr=E-di-2Dw。

圖1 調(diào)心滾子軸承結(jié)構(gòu)示意圖

在這些相關(guān)配合尺寸中，在一定的公差尺寸和相應(yīng)的形位公差內(nèi)，不論如何改變其中的組成尺寸，只要使上述的等式關(guān)系成立且游隙符合現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)，軸承的合套率應(yīng)當(dāng)是很高的。但在實際生產(chǎn)中，由于個別零件相關(guān)尺寸測量的可操作性差和加工中產(chǎn)生的形狀及位置誤差偏大，致使產(chǎn)品裝配后游隙的合格率較低。

2.2 加工工藝和尺寸測量分析

2.2.1 外圈

外圈結(jié)構(gòu)如圖2所示。外圈對產(chǎn)品游隙有影響作用的是外滾道直徑E。理想狀態(tài)下外滾道的輪廓形狀為球面，過球心的弦處處相等。采用內(nèi)徑調(diào)心機(jī)測量外滾道球面直徑時，外圈寬度C對外滾道直徑?jīng)]有影響。但實際生產(chǎn)中一般采用D924儀器測量外滾道直徑，寬度對外滾道直徑會有一定的影響。因理論測量的外滾道直徑是外滾道位置點ae處的滾道尺寸，也是外圈滾道的最大尺寸，而ae=0.5C即位置點是外圈寬度中點，故外滾道的位置點是外圈寬度的中點，外滾道直徑是外圈高度中點的滾道尺寸。此時，由于外圈的寬度偏差，測點是外滾道的位置點，但實際測量的點并非是外圈的位置點，而是偏離位置點的滾道尺寸。這就導(dǎo)致了滾道直徑的測量誤差，影響到產(chǎn)品的游隙。

圖2 外圈結(jié)構(gòu)示意圖

實際生產(chǎn)中，外滾道一般采用粗磨和精磨2道工序進(jìn)行加工。粗磨一般采用切入磨方法，即把磨具(砂輪)修整成和產(chǎn)品曲率相同的弧面進(jìn)行磨削，以獲得外滾道尺寸和相應(yīng)的滾道曲率；也有使用擺頭磨進(jìn)行磨削加工的。精磨一般采用范成法，范成法是用筒狀砂輪的端面進(jìn)行磨削。筒狀砂輪工作中，內(nèi)、外徑的圓周速度不一樣，砂輪的組織也比較疏松，砂輪的磨損不同，加工出的球面滾道容易出現(xiàn)曲率半徑小的現(xiàn)象。當(dāng)滾道出現(xiàn)非球面輪廓形狀時，將影響理論合套公差，如圖3所示。

圖3 外圈滾道曲率變化對裝配游隙的影響示意圖

2.2.2 內(nèi)圈

如圖4所示，內(nèi)圈對產(chǎn)品游隙有影響作用的是內(nèi)滾道對角線尺寸di。由于內(nèi)滾道的輪廓形狀是雙列對稱球面，對di現(xiàn)階段還沒有十分理想的檢測儀器。目前采用的方法是，分別檢測兩滾道接觸點的位置直徑尺寸F間接地控制與測量di。di和F的關(guān)系為

圖4 內(nèi)圈結(jié)構(gòu)示意圖

F=dicosα。

這種測量方法本身就存在尺寸換算誤差。實際生產(chǎn)中，由于位置點的滾道直徑受位置點的寬度尺寸誤差影響很大，所以一定要準(zhǔn)確確定滾道直徑的位置點。此外，由于現(xiàn)行的測量方法是翻面測量，零件的寬度公差會累積到兩滾道的中心距中，同樣也影響到產(chǎn)品的游隙(圖5)。另外，滾道的曲率位置及曲率大小也會影響到產(chǎn)品的游隙(圖6)，故要嚴(yán)控產(chǎn)品的寬度偏差和滾道測量位置點的寬度偏差。磨削加工按現(xiàn)行的機(jī)床設(shè)備一般都是雙滾道切入磨，但也有仍使用擺頭磨進(jìn)行單滾道磨削加工(特大型調(diào)心球面軸承內(nèi)圈)。不論使用什么設(shè)備，要保證滾道直徑和滾道位置，必需首先保證零件的寬度公差，其次要保證滾道直徑測量的位置點準(zhǔn)確和滾道曲率位置和曲率大小符合要求。

圖5 內(nèi)圈寬度變化對產(chǎn)品的游隙影響示意圖

圖6 內(nèi)圈曲率位置變化對游隙的影響示意圖

2.2.3 球面滾子

球面滾子結(jié)構(gòu)如圖7所示，滾子位置點直徑尺寸為滾子的最大直徑，即滾子的名義尺寸。滾子的對稱度(位置誤差)對產(chǎn)品的徑向游隙有影響，滾子尺寸的測量精度和滾子組的散差對成品游隙也有影響。

圖7 球面滾子結(jié)構(gòu)示意圖

3 解決措施

針對上述分析，進(jìn)行多次的工藝試驗并跟蹤記錄多批次的調(diào)心滾子軸承生產(chǎn)加工和裝配過程，以驗證上述分析的準(zhǔn)確性。表1、表2分別為23222C(Φ200 mm×Φ110 mm×69.8 mm)和22230C(Φ270 mm×Φ150 mm×73 mm)的工藝試驗記錄。從中可以看出，通過對相關(guān)的技術(shù)要求改進(jìn)后，合套合格率較改進(jìn)前提高了20%以上。

表1 改進(jìn)前、后23222C的技術(shù)要求及合套合格率

表2 改進(jìn)前、后22230C的技術(shù)要求及合套合格率

通過分析認(rèn)為，解決調(diào)心滾子軸承合套率低的問題應(yīng)采取以下措施：(1)磨削加工時嚴(yán)格控制產(chǎn)品的寬度尺寸公差，為滾道的磨削加工創(chuàng)造條件；(2)磨削加工時嚴(yán)格控制內(nèi)滾道的位置誤差和內(nèi)、外滾道的曲率偏差；(3)提高內(nèi)滾道和外滾道的測量精度和內(nèi)、外圈滾道的幾何精度；(4)應(yīng)考慮內(nèi)滾道尺寸測量轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的測量誤差；(5)控制滾子位置誤差和滾子組散差；(6)考慮材料的工藝特性。

4 結(jié)束語

影響調(diào)心滾子軸承合套游隙的主要因素依次為：內(nèi)圈和外圈的寬度誤差、內(nèi)滾道曲率的位置誤差、外滾道曲率誤差、滾子的位置誤差和零件的相關(guān)尺寸測量誤差。通過采取相應(yīng)措施，使調(diào)心滾子軸承的合套合格率大幅度提高，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。