軸類零件表面凸度成型工藝研究

殷 旭

河海大學常州校區機械工程及自動化專業，江蘇常州 213022

軸類零件表面凸度成型工藝研究

殷 旭

河海大學常州校區機械工程及自動化專業，江蘇常州 213022

隨著機械工業的不斷發展，軸類零件作為旋轉類支撐件在各大領域得到了非常廣泛的運用，其使用壽命也越來越受到社會各界的普遍關注。提高軸類零件使用壽命，除了結構設計合理、保證加工精度、選擇有效配合之外，其表面形狀也有著極大的影響。本文結合自身社會經驗，圍繞軸類零件使用壽命，就軸類零件表面形狀改進及其表面凸度成型加工工藝作一簡述。

零件使用壽命；凸度；軸承斷裂；斜面靠模

1 問題由來

軸類零件的主要作用是傳遞扭矩（圖1A）、支撐運動（圖1B）或是兩種功用的集成。生產實踐中，經常反映支撐運動的軸頸部分極易產生斷裂，盡管采取了降溫保證配合間隙、潤滑減少相互摩擦等方法，效果也不理想，既影響設備使用，又增加生產成本。通過分析我們發現，由于支撐運動的軸頸與其配合件之間不僅存在著相對運動，而且承受著巨大的支撐力作用，如果軸類零件的表面形狀不好（圖2D），其受力就很不均勻，很容易產生巨大的應力集中點，從而導致支撐軸斷裂。對比試驗研究表明，改進軸頸表面形狀，使其擁有一定的均勻凸度（圖2E）能極大地提高軸類零件的使用壽命。

圖1 軸類零件的功用

圖2 不同軸頸表面形狀

2 結構設計

為了保證軸類零件的加工精度，最后一道加工工藝都是磨削，要改進軸頸表面形狀并使其擁有一定的凸度，就不能采用外圓磨床常用的往復式磨削工藝，須使用切入式成型磨削工藝。一是采用磨削中心（圖3a）。通過修正頭的前后、左右兩軸聯動，使砂輪表面形成凹型曲面，但大部分企業沒有這種設備，也不可能為了維修而購買；二是采用模板仿形（圖3b）。通過設計符合要求的凸形靠模，使修正頭實現仿形移動，但不同零件尺寸須配備不同模板，成本較高；三是設計斜面靠模（圖3c）。通過對修正頭運動結構的適當改進，使其在左右移動的同時，緊貼下方的直線斜面上下擺動，修正頭的斜向直線移動與砂輪表面的回轉運動即構成了單葉回轉雙曲面，這種方式只要調整斜面角度，就能夠滿足任何零件尺寸的表面凸度要求，簡單易行、方便適用。

圖3 砂輪修正的結構設計

3 理論分析

從解析幾何中我們知道，單葉回轉雙曲面是一個直紋曲面，即是由一條動直線繞與該直線相交叉的軸線回轉而成，如圖所示。

動直線的參數方程為：

由此推理，若使砂輪修整器的移動軌跡與砂輪軸線成一適當角度α，其軌跡看作為動直線，那么砂輪的回轉運動即構成動直線繞砂輪軸線的回轉，在砂輪表面就形成了單葉回轉雙曲面。砂輪的軸心線在Y軸上，砂輪中間截面在XOZ平面上，直線A-A’為砂輪修整器金剛筆尖的移動軌跡，與X軸相交，平行于YOZ平面，且與XOY平面成交角α，α為砂輪修整器的筆尖移動升角，則單葉雙曲面砂輪的修正方式由此可得。

4 應用結果

3MB2332軸承套圈滾道磨床應用該修整器修整砂輪，磨削圓柱軸承和圓錐軸承套圈滾道，滾道凸度完全達到技術要求，且相當穩定。

以42726QT/01外圈滾道磨削為例，根據套圈規格，選用砂輪規格125×49×50mm，新砂輪線速度為50m/s，砂輪最大利用率為20%，則最小砂輪直徑Dmin為100mm，砂輪寬度B為49mm。查滾動軸承零件圓柱滾子軸承套圈公差標準，則規格外圈滾動直線度Le為5μm，即Lmax=5。由此可得傾斜角為1°39’，由此數值進行調整即可保證砂輪從外徑125mm耗至100mm的范圍內，磨削的該套圈滾道凸度全部合格，所以應用結果證明該方法簡單有效。

5 結論

通過該砂輪修整器的實際應用，解決了目前超精不能保證滾道凸度，磨削又缺少合適機床的矛盾，滿足了用戶要求，并可推廣應用于現有滾道磨床的自我改造或改裝，以達到更加好的制造效果。

TH13

A

1674-6708（2010）24-0073-01