降低高精度薄壁轉盤軸承摩擦力矩的工藝改進

何萌，楊會超，王濤，龐電杰

(洛陽LYC軸承有限公司 a.特大型軸承廠；b.031軸承廠，河南 洛陽 471039)

1 轉盤軸承摩擦力矩分析

某型高精度薄壁四點接觸球轉盤軸承結構如圖1所示，使用在方位轉塔上,主機要求軸承精度達到P4。對軸承的摩擦力矩要求也十分嚴格：軸承空載下，啟動摩擦力矩不大于60 N·m；1×105N載荷下，啟動摩擦力矩不大于120 N·m；偏心300 mm,8×104N載荷下，啟動摩擦力矩不大于400 N·m。

1—外齒圈；2—密封圈；3—內圈；4—隔離塊；5—錐銷；6—鋼球；7—塞子；8—不銹鋼絲；9—第2密封圈；10—活門注油嘴

(1)精度要求高，工序相對較多，在多次搬運、裝夾過程中，由于零件剛性較差，易產生變形；

(2)套圈軸向剛性差，兩端面平面度、平行差難以保證；

(3)游隙范圍小，不易配制；

(4)啟動摩擦力矩要求嚴格，套圈溝曲率、溝形加工的離散性大，溝道表面粗糙度影響較大。

2 改進措施

針對高精度薄壁四點接觸球轉盤軸承在生產中存在的加工工藝問題，采取了系列改進措施。

2.1 工藝改進

2.1.1 加工工藝優化

2.1.2 降低表面粗糙度

選用石墨砂輪作為拋光砂輪，采用專用金剛石滾輪修整砂輪，砂輪修整后采用切入法對終磨合格的溝道進行拋光處理，拋光后溝道表面粗糙度達到0.16 μm。

2.1.3 確定溝道表面淬火工藝

當溝道接觸點硬度不均勻時，會對摩擦力矩產生較大影響，因此，溝道表面淬火工藝十分重要。以外齒圈為試驗件，重新制作淬火感應器，在套圈圓周上均勻選取6段長度(每段2個測點)，采用不同的工件轉速、淬火頻率進行工藝試驗，測得淬火后硬度和淬硬層深度見表1。由表可知，3#工藝條件符合預期工藝要求，淬火后硬化層深度為4.5～5 mm,溝道表面硬度為55～60 HRC。

表1 淬火后工件測量數據

2.1.4 提高合套率

采用金剛石滾輪砂輪修整器(圖2)代替金剛石修整盤修整砂輪，降低了終磨溝道后溝曲率、溝形的離散性和人工操作對技能水平高低的依賴性，提高了溝道磨加工精度，使質量更加穩定。加工零件組裝后，對連續5套產品的摩擦力矩(水平狀態、偏心300 mm、載荷8×104N)進行測量，結果見表2。采用金剛石滾輪修整器后降低了摩擦力矩及其變動量。

圖2 外齒圈、內圈成形金剛石滾輪結構示意圖

表2 修整器改進前、后軸承摩擦力矩 N·m

采用選配套圈和鋼球相結合的方法保證游隙要求，在軸承內、外圈溝道加工后，使用基準球測量實際游隙[1]。根據測量的實際游隙，通過鋼球尺寸變化和游隙變化的比例關系計算出需重新定制的鋼球尺寸，通過調整鋼球尺寸滿足軸承游隙要求。此種方法減少了磨配次數，相應地降低了工件吊裝變形的概率。

2.2 工裝改進

2.2.1 專用胎具

由于軸承為薄壁結構，剛性差，端面易變形。工裝改進前，被加工工件在自由(松弛)狀態下放在數控磨床工作平臺上，機床通電上磁后通過電磁吸力定位，工件產生彈性變形，加工后機床退磁，工件恢復自由狀態，由于彈性變形造成加工后工件尺寸不符合要求。改進后采用專用胎具(圖3)，其圓周有8個壓板，按照尺寸設置端面臺階對軸承套圈內(外)徑進行限位。加工時首先把胎具平放在數控磨床的工作平臺上，將被加工工件在自由(松弛)狀態下放在胎具上，進行工件找正，如加工內圈溝道時找正內徑(加工外圈溝道時找正齒輪節圓)；然后把內圈或外齒圈與胎具用壓板、緊固螺釘固定在一起，安裝方法如圖4所示。加工時磨床不上磁，磨削一端面消除彎曲變形后，將零件翻轉，再對另一面進行磨削，避免了裝夾引起的彈性變形。

圖3 外齒圈、內圈專用胎具結構示意圖

1—胎具；2—螺釘；3—壓板；4—外齒圈；5—內圈

2.2.2 專用吊具

采用十字專用吊具，減少套圈搬運過程中產生的變形，更好地保證工件精度。

3 結束語

采取改進措施，將新裝配出的軸承在摩擦力矩試驗機上進行試驗。水平狀態下偏心300 mm、載荷為8×104N時，啟動摩擦力矩不大于400 N·m；在傾角為5°、中心載荷為1×105N條件下，軸承運轉正常，未出現急停、卡滯、爬行等現象。