大型調(diào)心滾子軸承的全互換合套方法

焦 靖，伊 靜，張恩赫

（1. 瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 瓦房店 116300；2. 哈爾濱哈軸精密軸承制造有限公司，黑龍江 哈爾濱150036）

大型調(diào)心滾子軸承的全互換合套方法

焦 靖1，伊 靜2，張恩赫1

（1. 瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 瓦房店 116300；2. 哈爾濱哈軸精密軸承制造有限公司，黑龍江 哈爾濱150036）

針對(duì)大型調(diào)心滾子軸承合套后游隙不穩(wěn)定的問題，從合套理論入手，詳細(xì)分析了產(chǎn)生問題的原因，采取了相應(yīng)的解決方法，并制造了專用檢測(cè)儀器，提高了合套率和生產(chǎn)效率，減小了返修品率。

大型調(diào)心滾子軸承；合套率；游隙；專用檢測(cè)儀器；返修品率

1 前言

調(diào)心滾子軸承的合套就是內(nèi)滾道、外滾道、滾子尺寸公差的良好配合，在保持架質(zhì)量合格的情況下，達(dá)到合格的成品游隙要求。

2 合套原理

符號(hào)含義：

Dw——滾子直徑，mm;

De——外滾道直徑，mm;

dix——內(nèi)滾道直徑名義尺寸，mm；

di——內(nèi)滾道直徑測(cè)量尺寸，mm；

Gr——成品游隙，mm；

△Gr——成品游隙變化量，mm；

△De——外滾道直徑公差，mm；

△di——內(nèi)滾道直徑測(cè)量尺寸公差，mm；△dix——內(nèi)滾道直徑名義尺寸公差，mm；△Dw——滾子直徑尺寸公差，mm；

α—— 產(chǎn)品接觸角。

圖1 中顯示出調(diào)心滾子軸承各尺寸間的幾何關(guān)系 ，通常以實(shí)測(cè)偏差值參與計(jì)算，從圖 1 中可看出，調(diào)心滾子軸承的游隙計(jì)算公式：△Gr=△De- △dix- 2△Dw。

但是△dix測(cè)量不出來，只能測(cè)量△di，從圖1 可看出，在di和dix組成的三角形中di=dix×cosα通常用公差值來計(jì)算：△di=△dix×cosα，以FL-240/600/W33為例，△dix=△di/cosα，圖紙中給定的α為11°20′，工藝規(guī)定△di為+0.03～ -0.03，則△dix=（+0.03～-0.03）mm/cos11°20′=0.0306～ -0.0306mm，即△dix與△di只相差(+0.0306～ -0.0306)-(+0.03～-0.03)=0.0006mm，千分表的表針檢測(cè)不出來，可以忽略不計(jì)。

所以調(diào)心滾子軸承游隙計(jì)算公式：△Gr=△De-△dix- 2△Dw可近似由公式：△Gr=△De- △di- 2△Dw代替，則可導(dǎo)出： △De=△Gr+△di+2△Dw，△di=△De-2△Dw- △Gr。

3 原合套方法

圖1 大型調(diào)心滾子軸承尺寸標(biāo)注

（1）我們加工先到磨加工現(xiàn)場(chǎng)的內(nèi)圈（或者外圈）所有工序，

（2）待滾子到分廠后，見滾子直徑尺寸公差(尺寸散差大），計(jì)算出外圈滾道尺寸（或者內(nèi)圈滾道）公差，并加工第一件。

（3）用加工好的內(nèi)圈、外圈、滾子、保持架各一件一起合套，檢測(cè)游隙合格后，根據(jù)滾子尺寸公差，計(jì)算出剩余外圈的滾道（或者內(nèi)圈滾道）尺寸公差，再批量加工。

反之，外圈先到磨加工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，也是一樣。這樣影響生產(chǎn)進(jìn)度和交貨期，還因?yàn)槌叽?、曲率、位置檢測(cè)不準(zhǔn)確，影響合套率。

為此，我們研究、試驗(yàn)，采用全互換合套，避免此弊端。即內(nèi)、外滾道同時(shí)按工藝要求加工，研究出確實(shí)可行的尺寸、曲率、位置的準(zhǔn)確檢測(cè)方法，等保持架、滾子來貨即可裝配合套，縮短了成品出產(chǎn)期，減少因配不上套引起的在制品積壓。

4 現(xiàn)全互換合套方法

（1）所有產(chǎn)品內(nèi)滾道尺寸公差保證在±0.03mm以內(nèi)。

（2）滾子尺寸公差控制在±0.015mm以內(nèi)。

（3）大型調(diào)心滾子軸承的保持架都是車制或壓鑄實(shí)體架。

（4）所有游隙公差反映在外滾道尺寸上。

基于前面兩點(diǎn)，內(nèi)滾道尺寸公差已知△di=±0.03mm，滾子尺寸公差

已知△Dw=±0.015mm，產(chǎn)品代號(hào)確定了，則內(nèi)徑尺寸查GB/T 4604-2006和企業(yè)大型調(diào)心滾子軸承的徑向游隙標(biāo)準(zhǔn)，可知游隙數(shù)值Gr，則可計(jì)算出外滾道尺寸公差：△De=△Gr+△di+2△Dw，Demax(最大尺寸）= Grmax（最大游隙）+△dimin（最小尺寸）+2Dwmin（最小尺寸）；Demin（最小尺寸）= Grmin（最小游隙）+dimax（最大尺寸）+2Dwmax（最大尺寸），所以只要有產(chǎn)品圖紙，就可確定出內(nèi)、外滾道、滾子直徑的尺寸公差，即可同時(shí)加工內(nèi)、外圈滾道。

5 前期加工過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題

5.1 內(nèi)滾道尺寸檢測(cè)的不準(zhǔn)確性

內(nèi)圈滾道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)見圖 2。

圖2 內(nèi)滾道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

其中：

Bi——表高；

R——內(nèi)滾道曲率；

X——內(nèi)滾道曲率中心對(duì)內(nèi)圈中心線的徑向距離；

Y——內(nèi)滾道曲率中心對(duì)內(nèi)圈中心的軸向距離；

B——內(nèi)圈寬度。

圖3 內(nèi)滾道直徑檢測(cè)位置

大型調(diào)心滾子內(nèi)滾道檢測(cè)儀器是用管尺在表高Bi的位置檢測(cè)di，如圖 3 表高Bi對(duì)應(yīng)的滾道位置，是滾子和內(nèi)滾道正確的接觸點(diǎn)，Bi的位置點(diǎn)是用卡尺來定位，不準(zhǔn)確，Bi不準(zhǔn)，則di也會(huì)有變化，以FL-240/600/W33為例，產(chǎn)品圖紙尺寸：Bi：68.791 di：670.662，R：480.5 X：735.866 Y：147.486 B：272。因?yàn)槭终`或眼觀誤差，用卡尺確定表高點(diǎn)時(shí)，表高Bi比名義尺寸高0.1mm或低0.1mm是很正常的。由圖 2 可導(dǎo)出幾何關(guān)系，di=2×{X-R2-[（Y-B/2）+Bi）2] }。若Bi+0.1mm時(shí)，即Bi+0.1=68.891mm則經(jīng)計(jì)算理論尺寸di（Bi+0.01）=670.7032mm；比di：670.662mm大0.041mm，但實(shí)際上加工滾道時(shí)，操作者不知道Bi+0.01mm，還是用di=670.662mm對(duì)表，因?yàn)榍什蛔?，在不同點(diǎn)尺寸變動(dòng)量是一致的。所以Bi+0.1mm處滾道實(shí)際加工尺寸di：670.662-0.041=670.621mm, Gr= De-di- 2Dw,如果De、2Dw是合格的，di減小了0.041mm故合套后，游隙增大0.041mm。若Bi-0.10時(shí) 即Bi-0.1=68.691mm，則經(jīng)計(jì)算 di（Bi-0.01）=670.623mm，比di加大0.039mm，但實(shí)際加工滾道時(shí)，操作者不知道Bi：-0.01mm，還是用di=670.662mm來對(duì)表，所以Bi處滾道實(shí)際加工尺寸670.662+0.039=670.701mm故成品游隙減小0.039mm。而游隙△Gr只有0.31～0.48mm，經(jīng)計(jì)算：外溝尺寸公差=△Gr+△di+2△Dw=（0.31～0.48）+（0.03～-0.03）+2×（+0.015～-0.015）= 0.28～0.45mm，合套時(shí)，當(dāng)外滾道的最小公差與內(nèi)滾道的最大公差及滾子的最大公差相配合時(shí)，即Gr=0.28是最小的游隙，是合格的；但因?yàn)楸砀連i不準(zhǔn)確，影響內(nèi)滾道尺寸公差△di，會(huì)導(dǎo)致游隙比0.28mm小0.039mm左右，導(dǎo)致成品游隙不合格。當(dāng)外滾道的最大公差與內(nèi)滾道的最小公差及滾子的最小公差相配合時(shí)，原則上是最大游隙Gr=0.48mm，是合格的，但是因?yàn)楸砀連i（-0.1mm）不準(zhǔn)確，影響內(nèi)滾道尺寸公差△di，導(dǎo)致實(shí)際游隙比最大許可游隙0.48mm大0.039mm左右，導(dǎo)致游隙不合格，影響合套率。

解決方法：見章節(jié)6，檢測(cè)儀器設(shè)計(jì)。

5.2 加工工藝存在的問題

5.2.1 磨削量大導(dǎo)致工件變形

外滾道尺寸因硬車留量大，磨削熱大，導(dǎo)致外滾道細(xì)磨后收縮量大、成品滾道尺寸公差不準(zhǔn)確。

解決方法：壓縮硬車留量，壓嚴(yán)硬車的各種形位公差，給細(xì)磨留0.2～0.3mm磨量，保證外滾道細(xì)磨尺寸公差的準(zhǔn)確性。

5.2.2 曲率和位置的不準(zhǔn)確

以前加工內(nèi)滾道時(shí)，曲率和位置用樣板眼觀，不能數(shù)字量化。

（1）曲率不合格會(huì)影響滾子和內(nèi)滾道的接觸點(diǎn)位置，曲率小了，滾道兩邊將滾子裹起，成品使用時(shí)容易快速疲勞、損壞、異音；曲率大了，滾子與內(nèi)滾道的接觸點(diǎn)位置也變了，不在正確的接觸位置，會(huì)影響成品調(diào)心性能，影響承載能力并導(dǎo)致早期疲勞。

（2）內(nèi)滾道位置不對(duì)，會(huì)導(dǎo)致滾子在保持架兜孔里的接觸位置不對(duì)，滾子和內(nèi)滾道的接觸點(diǎn)不對(duì)，和外滾道的接觸位置不對(duì)，所有的滾道尺寸和滾子尺寸都配合不好，會(huì)影響成品游隙。內(nèi)滾道的位置不準(zhǔn)確，會(huì)造成內(nèi)滾道尺寸不準(zhǔn)（同樣的表高點(diǎn)Bi，因位置不合格，檢測(cè)的di已不是實(shí)際滾子和內(nèi)滾道接觸點(diǎn)處的尺寸，所以會(huì)與理論di尺寸不一樣），如圖 4。

圖4 內(nèi)滾道位置不對(duì)示意圖

圖4 中，L為軸承的軸向中心線；當(dāng)內(nèi)滾道位置合格時(shí)，滾子和內(nèi)、外滾道的接觸點(diǎn)連線L1與L的夾角α，α為軸承回轉(zhuǎn)時(shí)的正確壓力角；當(dāng)內(nèi)滾道位置不合格時(shí)，滾子和內(nèi)、外滾道的接觸點(diǎn)連線L2與L的夾角為α2，α2為軸承回轉(zhuǎn)時(shí)的不正確壓力角。

滾子 2 是內(nèi)滾道位置不合格時(shí)，當(dāng)位置偏向右端面時(shí)，滾子在內(nèi)滾道的束縛下與外滾道的運(yùn)行軌跡L2與L的夾角為α2， α2大于α1，滾子會(huì)將外滾道頂起來，影響回轉(zhuǎn)，造成游隙小或無游隙。要達(dá)到游隙合格，就必須加大外滾道尺寸公差，這樣就偏離了計(jì)算的外滾道尺寸公差，使全互換合套無望。

6 檢測(cè)儀器設(shè)計(jì)

為了使游隙準(zhǔn)確，必須使曲率和位置準(zhǔn)確。普通的用位置樣板看縫隙的方法誤差太大，不便于指導(dǎo)設(shè)備參數(shù)的調(diào)整。如果用三座標(biāo)檢測(cè)每一件內(nèi)滾道位置的話，效率很低，而且因?yàn)閿?shù)量多也不現(xiàn)實(shí)。

終上所述，要想達(dá)到全互換合套，必須解決加工過程中出現(xiàn)的問題，為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了準(zhǔn)確檢測(cè)內(nèi)滾道尺寸、位置、曲率的檢測(cè)裝置，如圖5 。

圖5 中，溝道表高點(diǎn)A點(diǎn)是尺寸檢測(cè)百分表，與之在同一平面的相隔180°的B點(diǎn)是定位支承點(diǎn)，在支承點(diǎn)的上、下方距滾道邊緣30mm處各有一個(gè)千分表，用來檢測(cè)滾道曲率和位置；在檢測(cè)產(chǎn)品時(shí)兩塊千分表的示值在±0.005mm公差范圍內(nèi)表示位置和曲率是合格的， 如果兩塊千分表的示值不在±0.005mm公差范圍內(nèi)表示位置和曲率不合格，就調(diào)整加工設(shè)備參數(shù)，直到兩個(gè)千分表的示值在公差范圍內(nèi)為止，用此檢具檢測(cè)的溝道尺寸、位置和曲率合格的內(nèi)滾道，在其它零件尺寸準(zhǔn)確的情況下，成品游隙一定合格，而且效率高、節(jié)省時(shí)間、準(zhǔn)確性很高，從而達(dá)到調(diào)心滾子軸承的全互換合套。

此儀器使用時(shí)，必須有內(nèi)滾道標(biāo)準(zhǔn)樣圈作為標(biāo)準(zhǔn)件，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)每一規(guī)格產(chǎn)品滾道檢測(cè)時(shí)，對(duì)表都用同一標(biāo)準(zhǔn)件，保證每一批次內(nèi)滾道尺寸檢測(cè)的準(zhǔn)確性與曲率、位置的一致性，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)心滾子軸承的全互換合套。

圖5 檢測(cè)儀器測(cè)量示意圖

7 結(jié)束語

經(jīng)過上述一系列的分析和改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了大型調(diào)心滾子軸承的全互換合套，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度和返修率。

（編輯：林小江）

Interchangeble matching method of large-scale spherical roller bearing

Jiao Jing1,Yi Jing2, Zhang Enhe1
( 1. Wafangdian Bearing Group Co.,Ltd.,Wafangdian 116300,China; 2. Harbin Hazhou Precision Bearing Manufacturing Co., Ltd., Harbin 150036, China )

In view of the clearance instability problems of large-scale spherical roller bearing after matching, starting from the matching theory, analyzing detailedly the cause of the problems, putting forward the corresponding solving methods and making special detecting instruments, the matching rate and production efficiency are improved, meanwhile, the rate of rework is reduced.

large-scale spherical roller bearing; matching rate; clearance; special detecting instruments; rework rate

TH133.33+2

B

1672-4852（2017）01-0045-04

2017-03-23.

焦 靖（1968-），女， 中級(jí)工程師.