滚子轴承内外圈滚道凸度加工工艺

　　摘　要：提出一种全新的滚子轴承滚道凸度磨削成形技术。相对于现有的直滚道成形方法，解决了轴承过早失效问题，提高了轴承的承载能力。
　　关键词：轴承失效；凸度；滚道
　　轴承是精密的机械基础件。由于科技的迅速发展，客户对轴承产品质量的要求越来越高。尤其随着能源运输等行业高速发展，提高轴承的承载能力、延长轴承的使用寿命也早已成为汽车等工业发展的需要。然而由于制造工艺所限，轴承过早失效这一痼疾一直困扰着轴承生产企业。
　　1　失效的形成和原因
　　1.1 轴承失效形式
　　滚动轴承在使用过程中由于本身质量和外部条件的原因，其承载能力、旋转精度和性能等会发生变化。当轴承的性能指标低于使用要求而不能正常工作时，就称为轴承损坏或失效。主要表现为转动卡滞感、工作面严重剥落，保持架严重磨损乃至扭曲与断裂。轴 承一旦发生损坏等意外情况时，将会出现其机器、设备停转，功能受到损伤等各种异常现象，造成不应有的经济损失。
　　滚动轴承损坏的情况比一般机械零件的损坏要复杂得多，其特点是表现形式多，原因复杂。但根据我们目前掌握的资料来看，在正常使用的情况下，圆锥滚子轴承内圈滚道失效形式主要表现为：滚道两端各15%处在圆周方向呈对称位置环带样剥落，其产生原因主要是因为两端应力集中而造成的。
　　1.2 轴承的失效机理
　　轴承在承受载荷时，滚动体和滚道之间相互挤压，在接触部位临近端部区域产生变形和应力。由于接触面很小，即使载荷不太大，接触应力也可能相当大。
　　其主要失效形式一是接触疲劳失效，即轴承工作表面在交变应力的作用下，发生接触疲劳剥落而产生失效；二是磨损失效，表面之间的相对滑动摩擦导致其工作表面金属不断磨损而产生的失效。
　　由以上分析可知，改变滚道轮廓形状，减少应力集中是避免圆锥滚子轴承过早失效的有效途径之一。
　　2　改变加工工艺，避免过早失效
　　目前我国轴承标准规定滚子轴承工作面是带凸度的，且滚子和滚道均带凸度，从而使轴承具有良好的抗疲劳性能和承载性能。
　　凸度滚道是指在垂直于滚动方向的平面内呈连续的微凸曲线的基本圆柱形或圆锥形的滚道，用以防止在滚子与滚道接触处产生应力集中。
　　国内现有滚道凸度的加工，是在切入式磨床上通过调整砂轮修整器上金刚笔与砂轮轴线的适当角度，进行切入式磨削完成的。滚道轮廓形状见图1中曲线Ⅰ。虽然两端应力集中消除，但在其凸度的Z高点附近仍然存在应力集中现象。并且由于是人工进行调 整，凸度的大小和位置难以稳定。
　　石家庄轴承设备股份有限公司新近研究开发的新式数控内外圈滚道磨床，在全国首次将凸度滚道磨削加工技术应用于轴承生产过程，填补了市场空白，达到国内领先水平。
　　在该设备的研发过程中，我们主要经历了如下两个阶段：阶段，用圆弧插补法生成近似的对数曲线形状（见图1中曲线Ⅱ）。该曲线由五段圆弧连接而成。根据产品要求设定圆弧的中心位置及半径大小等参数。与上述曲线Ⅰ相比，使用该设备磨出的凸度滚道，由于中部平缓段大大增加，承载力等各项指标已有了较大的提高。但与理想的对数曲线相比，仍有一些差距。该设备使用日本三菱公司PLC+NC数控系统和伺服驱动，属中档产品。
　　第二阶段，用CNC函数功能直接生成对数曲线形状（见图1中曲线Ⅲ）。该设备采用日本FANUC0i全功能数控系统、伺服驱动，属高档产品。可通过输入所需的相关参数，在磨床上直接磨成标准对数曲线的凸度滚道。
　　上述机床及加工工艺已申请国家专利，其知识产权受到相应的保护。