7005C/P4精密角接觸球軸承振動(dòng)因素分析

李獻(xiàn)會(huì)，敖正紅，張偉，徐潤(rùn)潤(rùn)，周海波

(1.洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司，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))

振動(dòng)和噪聲性能一直是衡量精密角接觸球軸承質(zhì)量和性能的重要指標(biāo)，其反映軸承的綜合性能[1-2]。精密軸承的使用與普通軸承不同，其壽命的考察方式以精度壽命為準(zhǔn)，精度失效是精密軸承的主要失效形式。實(shí)踐表明，軸承精度壽命與軸承的振動(dòng)和噪聲特性緊密相連，一定程度上優(yōu)良的振動(dòng)和噪聲性能預(yù)示著較長(zhǎng)的精度壽命。因此，精密角接觸球軸承對(duì)振動(dòng)有著更高的要求。

研究表明[3-4]，球軸承的振動(dòng)是由接觸副接觸特性激勵(lì)引起的，而接觸副接觸特性很大程度上取決于接觸面的表面精度特性，如溝道圓度、波紋度、表面粗糙度和溝道對(duì)端面的平行度(溝擺)等?，F(xiàn)以7005C/P4精密角接觸球軸承為試驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)正交試驗(yàn)方法對(duì)其影響振動(dòng)的主要因素進(jìn)行研究。

1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是一種利用正交表和數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理合理地安排試驗(yàn)、科學(xué)地分析試驗(yàn)結(jié)果，從而處理多因素問題的方法[5-6]。

1.1 試樣及設(shè)備

試樣：7005C/P4軸承；鋼球精度等級(jí)G5。套圈參數(shù)要求：內(nèi)溝徑偏差±0.003 μm；外溝徑偏差±0.003 μm；內(nèi)、外溝擺偏差±0.002 μm；游隙(0.040±0.003) μm。試驗(yàn)溫度(20±1) ℃。

試驗(yàn)設(shè)備：S0910型軸承振動(dòng)測(cè)試儀；Y9025圓度測(cè)量?jī)x；XM-200表面形貌測(cè)量?jī)x；PGI820泰勒儀。

1.2 試驗(yàn)方法

1)影響因素與水平選擇。研究表明，影響軸承振動(dòng)的因素很多，其中溝道圓度、波紋度、表面粗糙度是影響振動(dòng)的重要因素。因此，分別選取外圈溝道的圓度、波紋度和表面粗糙度以及內(nèi)圈溝道的圓度、波紋度和表面粗糙度共6個(gè)因素，分別記為A，B，C，D，E，F(xiàn)。各因素選取3個(gè)水平，各因素水平范圍見表1。

表1 影響軸承振動(dòng)的因素及水平

2)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。研究精密角接觸球軸承振動(dòng)的影響因素為6個(gè)，各因素有3水平，選用正交表L18(37)進(jìn)行試驗(yàn)，確定試驗(yàn)方案。

3)試驗(yàn)過(guò)程。由于所選因素均為溝道精度參數(shù)，其加工中具有不確定性，因此需要從眾多套圈中選取滿足試驗(yàn)要求的軸承內(nèi)、外圈，再裝配成品軸承，分組按正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)。為減小試驗(yàn)誤差，每次測(cè)試進(jìn)行3次，取均值為有效值。最終得到正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 影響因素相對(duì)重要性確定

根據(jù)正交試驗(yàn)方法理論，利用因素在各個(gè)水平上試驗(yàn)值的平均數(shù)的極差分析，可以分析其對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。極差越大，表明因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果作用越大，該因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果就越重要[6]。

利用極差分析對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析的過(guò)程如下：

表3 極差分析結(jié)果

從表3可以看出，外圈溝道表面粗糙度極差值RC很大，即外圈溝道表面粗糙度對(duì)7005C/P4精密軸承振動(dòng)影響最大，是對(duì)振動(dòng)加速度值影響最明顯的因素。內(nèi)圈溝道圓度的極差值RD很小，表明其對(duì)7005C/P4精密軸承振動(dòng)影響不大，是對(duì)軸承振動(dòng)加速度值影響最小的因素。綜合分析，極差關(guān)系為：RC>RB>RF>RA>RE>RD，即所選取的6因素對(duì)精密角接觸球軸承振動(dòng)值影響重要性關(guān)系為：外圈溝道表面粗糙度>外圈溝道波紋度>內(nèi)圈溝道表面粗糙度>外圈溝道圓度>內(nèi)圈溝道波紋度>內(nèi)圈溝道圓度。分析結(jié)果與相關(guān)球軸承振動(dòng)研究基本一致[7-10]。因此，在7005C/P4精密角接觸球軸承設(shè)計(jì)和加工中，若考慮其振動(dòng)值，要重點(diǎn)關(guān)注以上參數(shù)。

2.2 水平趨勢(shì)分析

將因素的水平作為橫坐標(biāo)，該因素相應(yīng)水平所導(dǎo)致的指標(biāo)結(jié)果Ki值作為縱坐標(biāo)，繪制水平趨勢(shì)圖，內(nèi)、外圈溝道圓度因素與7005C/P4精密角接觸球軸承振動(dòng)加速度值的水平趨勢(shì)關(guān)系如圖1所示，內(nèi)、外圈溝道波紋度因素與7005C/P4精密角接觸球軸承振動(dòng)加速度值的水平趨勢(shì)關(guān)系如圖2所示，內(nèi)、外圈溝道表面粗糙度因素與7005C/P4精密角接觸球軸承振動(dòng)加速度值的水平趨勢(shì)關(guān)系如圖3所示。由圖及表3可知，內(nèi)、外圈溝道表面粗糙度是影響7005C/P4精密軸承振動(dòng)的關(guān)鍵因素，C，F(xiàn)因素水平極差都很大，為關(guān)鍵因素，且隨著內(nèi)、外圈溝道表面粗糙度的增大，軸承振動(dòng)加速度值均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，因此，控制內(nèi)、外圈溝道表面粗糙度是精密角接觸球軸承減小振動(dòng)的關(guān)鍵。從溝道波紋度上看，外圈溝道波紋度值增大，軸承振動(dòng)變大，振動(dòng)值最低點(diǎn)外圈波紋度為0.08 μm；外圈溝道波紋度為0.08 μm時(shí)，軸承振動(dòng)最低。對(duì)于溝道圓度來(lái)說(shuō)，內(nèi)、外圈溝道圓度分別為0.5，0.8 μm時(shí)，各自振動(dòng)值為最低。綜合分析可以判斷，水平趨勢(shì)最優(yōu)組合為：A3B1C1D2E2F1。

圖1 內(nèi)、外圈溝道圓度對(duì)振動(dòng)影響趨勢(shì)圖

圖2 內(nèi)、外圈溝道波紋度對(duì)振動(dòng)影響趨勢(shì)圖

圖3 內(nèi)、外圈溝道表面粗糙度對(duì)振動(dòng)影響趨勢(shì)圖

3 結(jié)論

1)外圈溝道的圓度、波紋度、表面粗糙度和內(nèi)圈溝道的圓度、波紋度、表面粗糙度對(duì)7005C/P4精密軸承振動(dòng)加速度值的影響程度為：外圈溝道表面粗糙度>外圈溝道波紋度>內(nèi)圈溝道表面粗糙度>外圈溝道圓度>內(nèi)圈溝道波紋度>外圈溝道圓度。

2)通過(guò)各因素水平趨勢(shì)分析，得出了一組影響7005C/P4精密軸承振動(dòng)的溝道最優(yōu)精度組合為：外圈溝道表面粗糙度0.02 μm、外圈溝道波紋度0.08 μm、內(nèi)圈溝道表面粗糙度0.02 μm、外圈溝道圓度0.8 μm、內(nèi)圈溝道波紋度0.08 μm、內(nèi)圈溝道圓度0.5 μm。