精密圆锥滚子轴承内滚道圆度误差的控制

　　摘　要：对精密圆锥滚子轴承滚道磨加工产生的圆度误差的因素进行了综合分析，并据此总结出了一套行之有效的解决办法，对确保轴承的旋转精度具有重要意义。
　　关键词：精密圆锥滚子轴承：旋转精度；圆度误差；三点测量法
　　1　前言
　　精密圆锥滚子轴承应满足下列特征：旋转精度能够满足或高于主机性能要求；工作状态实现低摩擦、低磨损、低噪声；尺寸和形状变化轻微；承载能力大，刚性好；寿命长，安装维护方便。因此，保证精密圆锥滚子轴承旋转精度要求，应是技术质量工作的主要内容。
　　2　内滚道的关键特性
　　圆锥滚子轴承滚道的加工质量会直接影响到产品的装配高尺寸、旋转精度、摩擦性质、疲劳寿命、噪声水平等性能指标。另与外滚道相比，内滚道还具有以下特点：线接触表面压应力大；疲劳应力大；润滑和散热条件较差；还是后续加工的主要基准。
　　3　问题的出现
　　在对成套产品进行内圈径向跳动值（K_ia）的检验过程中，经常会发现一部分产品出现这样的现象，当内圈旋转一周时，量表的指针会连续轻微摆动多次。从理论上分析：滚动体批尺寸直径变动量偏大；内径圆度误差；内滚道圆度误差等问题是产生此类现象的主要因素。在对所有影响因素进行检验后发现：在内圈滚道表面出现了复杂而轻微的圆度误差（△Gr），见图1。这样的产品按旋转精度检测虽然是合格产品，但产品的整体性能将受到一定的影响，例如，噪声水平、疲劳寿命等。
　　3.1 测量方法
　　（1）用半径式圆度仪测量，其主要优点是：适用于对精密零件的棱圆度误差进行精确定量；能画出工件圆周上被放大的轮廓图形，可在图形上直接看出工件的棱圆度误差状况并为工艺方法的改进提供依据。
　　（2）在没有条件使用圆度仪或其他精密检测设备的情况下，也可采用经济实用的三点测量法（见图2）。因这种形状误差具有一定的隐蔽性。所以，应将一个套圈分别放在60°、90°、108°、120°等不同角度的V型支架上进行测量，并以此来判断圆度误差的波数。V型支架的角度与圆度误差波数的关系（见下表）D、由上表可知道：当圆度误差波数为奇数时，只能用三点测量法测出，且应该选取两种或两种以上的V型支架角度。
　　3.2 圆度误差产生的原因
　　（1）光磨时间不足；
　　（2）砂轮硬度偏高或没有精平衡；
　　（3）支点松动或凋整不合适；
　　（4）砂轮轴或工件轴有间隙；
　　（5）金刚笔不够锐利；
　　（6）前工序来料偏差过大；
　　（7）机床安装不够牢固，地脚松动。
　　4　分析与控制
　　4.1 工艺过程
　　精密圆锥轴承内圈磨加工的工艺过程：粗磨平面→粗磨内滚道→粗磨挡边→粗磨内径→稳定→处理→终磨平面→细磨内滚道→终磨内滚道→终磨挡边→终磨内径→精研内滚道。
　　4.2 工艺过程分析
　　从工艺过程中可以看出：发现问题的关键在于细磨内滚道工序，即细磨后的检测。消除内滚道棱圆度误差的关键在终磨内滚道工序。内滚道的精研工序只能降低加工表面的粗糙度和波纹度，对改善工件的形状误差并无实际意义。
　　4.3 控制方法
　　（1）内滚道的细磨和终磨工序应由同一台设备完成，以便于在终磨时可以有针对性的进行设备调整，有利于消除前次加工的缺陷；
　　（2）细磨加工过程中，要对产品及时抽查检验并对检验结果进行分析，首先要参照4.2中所列项目逐一对比，消除不合理因素；
　　（3）依据检验结果对承受进给力的左支点位置进行调整，适当加大两支点间夹角口，错开产生圆度误差的频率（见图3）。如果条件允许，左支点Z好采用浮动支承。
　　对精密产品内滚道的加工而言，多次磨削不应只对前工序进行简单的重复，而是要找出前工序所遗留的质量缺陷，有目的、有针对性地加以消除和改善，从而全面提高精密圆锥滚子轴承的综合性能。
　　5　结论
　　随着我国近些年来机械制造业的快速发展，在机床的主轴和其它关键部位对于圆锥滚子轴承的需求量在不断增加。主要是因为：圆锥滚子轴承在低温低速条件下能够承受较大的径向和轴向联合负载，也可以承受纯轴向负载。一套单列圆锥滚子轴承等效于一套圆柱滚子轴承和一套单向推力球轴承的轴承组合，由两套变为一套，其经济效益显而易见，同时在机械结构上既简化了设计，又节省了轴向空间。可见精密圆锥滚子轴承的市场需求量，仍有较大的上升空间。因此对内滚道加工质量的控制是保证产品性能的关键。