影響角接觸球軸承溝道表面波紋度的因素分析

李彥，張旭，楊柳

(洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

隨著我國機(jī)床裝備制造業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)作為機(jī)床重要部件的角接觸軸承的振動(dòng)和噪聲提出了更為嚴(yán)格的要求。由于受生產(chǎn)制造水平限制，國產(chǎn)高檔低噪聲角接觸球軸承遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)電主軸配套市場的需求,且同國外先進(jìn)水平相比，國產(chǎn)角接觸球軸承存在的突出問題是振動(dòng)值大、噪聲大，不能很好地滿足主機(jī)要求，所以研究影響其振動(dòng)噪聲的原因十分迫切。軸承的設(shè)計(jì)參數(shù)、加工精度以及裝配工藝等都影響軸承振動(dòng)，其中，加工過程中套圈溝道表面波紋度是影響軸承振動(dòng)和噪聲的主要因素之一[1]。套圈溝道的磨削加工是關(guān)鍵工序，直接影響溝道表面波紋度。下文以軸承外圈磨削加工中影響溝道表面波紋度的因素為例進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)措施，以改善軸承的振動(dòng)和噪聲。

1 影響因素

1.1 機(jī)床

機(jī)床加工精度直接影響軸承精度。導(dǎo)致外圈溝道面產(chǎn)生振紋的主要原因?yàn)閇2]：1)機(jī)床液壓機(jī)構(gòu)不穩(wěn)定，引起砂輪軸、工件軸或修整器的振動(dòng)；2)機(jī)床執(zhí)行部件的爬行或抖動(dòng)；3)機(jī)床砂輪軸剛性不足或功率不夠，在高節(jié)拍的溝道磨削加工中產(chǎn)生振紋。

1.2 主軸及砂輪

1)溝道磨削時(shí)常采用高速電主軸，砂輪表面線速度可達(dá)60 m/s，砂輪與砂輪接桿的連接缺陷會(huì)造成主軸振動(dòng)加大產(chǎn)生高頻振蕩，從而影響溝道的磨削精度，產(chǎn)生振紋。

2)溝道磨削過程中未及時(shí)修整砂輪，或修整器自身旋轉(zhuǎn)精度低，金剛石變鈍等因素均會(huì)影響砂輪的形狀精度，從而影響溝形誤差，甚至產(chǎn)生振動(dòng)造成溝道表面出現(xiàn)振紋。

3)機(jī)床主軸自身振動(dòng)大，造成在溝道加工中產(chǎn)生振紋。

1.3 磨削參數(shù)選擇不當(dāng)

套圈加工中，進(jìn)給量過大;工件軸旋轉(zhuǎn)速度不合適導(dǎo)致主軸或工件軸產(chǎn)生高頻振蕩；砂輪選擇不合理等，磨削參數(shù)選擇不當(dāng)，易引起溝道振紋。

1.4 工裝夾具

電磁無心夾具偏心量調(diào)整不到位，易造成溝道磨削精度降低(圖1)。電磁無心夾具支承塊的材料與幾何形狀直接影響套圈加工質(zhì)量。

1—工件；2—前支承；3—砂輪；4—后支承圖1 電磁無心內(nèi)圓磨削

1.5 系統(tǒng)振動(dòng)

套圈溝道磨削中，不均勻的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引起機(jī)床-工件-砂輪系統(tǒng)的振動(dòng)。存在激振力作用下引發(fā)的受迫振動(dòng)和沒有周期性外力作用下的穩(wěn)定自激振動(dòng)，2種振動(dòng)均會(huì)產(chǎn)生砂輪與工件相對(duì)振動(dòng)，降低溝道磨削加工質(zhì)量，產(chǎn)生振紋。

2 改進(jìn)措施

2.1 機(jī)床改進(jìn)

1)檢查磨床電主軸、工件軸的徑向跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)，并及時(shí)修復(fù)。

2)檢查機(jī)床液壓系統(tǒng)，根據(jù)溫度(冬/夏季)選擇合適的液壓油，避免出現(xiàn)床身爬行或換向抖動(dòng)問題。

3)改善潤滑條件，保證工作臺(tái)的壓力穩(wěn)定，避免機(jī)床導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力引起振動(dòng)，以及工作臺(tái)換向時(shí)的沖擊振動(dòng)等。

2.2 主軸及砂輪調(diào)整

機(jī)床主軸裝上砂輪接桿后其振動(dòng)值應(yīng)控制在1.5 mm/s2以下，砂輪接桿與砂輪配合間隙(圖2中偏心量c)會(huì)造成主軸振動(dòng)過大，影響套圈溝道加工精度。因此，應(yīng)控制偏心量為0.03～0.06 mm。

圖2 砂輪接桿與砂輪的連接

主軸未安裝接桿前，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)若有明顯振動(dòng)增大，應(yīng)及時(shí)修復(fù)或更換。停止磨削，關(guān)閉冷卻液后，應(yīng)繼續(xù)讓電主軸空轉(zhuǎn)3～5 min(電動(dòng)機(jī)冷卻不關(guān))，依靠離心力去掉砂輪及接桿上的冷卻液，防止砂輪產(chǎn)生不平衡及冷卻液滲入主軸。

合理確定砂輪的修整間隔，防止砂輪磨鈍使磨削力和磨削溫升增大，引起加工面顫振和燒傷。同時(shí)根據(jù)溝道的實(shí)際刮色檢驗(yàn)情況，確定合適的金剛筆位置[3]。

2.3 磨削參數(shù)調(diào)整

制定合理磨削工藝規(guī)程，并嚴(yán)格遵照實(shí)施。合理選擇砂輪和進(jìn)給量、背吃刀量、光磨時(shí)間、加工節(jié)拍等機(jī)床關(guān)鍵參數(shù)。溝道磨削時(shí)，為避免因?yàn)樯拜喼睆叫?，砂輪圓周速度受限制或者磨削熱集中，須提高工件的圓周速度，這時(shí)若磨削力加大，可以更換硬度高1～2級(jí)或粒度更細(xì)的砂輪。

2.4 電磁無心夾具的改進(jìn)[4]

磨削前對(duì)電磁無心夾具偏心方位角、前后支承角進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化試驗(yàn)的參數(shù)見表1。支承塊選用耐磨性好、壽命長和摩擦因數(shù)小的聚晶金剛石(PCD)和多晶純金剛石(CVD)材料。

表1 電磁無心夾具調(diào)整參數(shù)[4]

2.5 系統(tǒng)振動(dòng)改進(jìn)

激振力作用下引起的受迫振動(dòng)由不均勻回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引起，砂輪線速度越高，離心力越大，振動(dòng)加劇，因此，在提高主軸速度時(shí)應(yīng)考慮機(jī)床的剛性。

沒有周期性外力作用下的穩(wěn)定自激振動(dòng)反映在加工表面上按頻譜分析為高頻的波譜，其振動(dòng)值隨工件轉(zhuǎn)速的提高而增大，所以一般通過降低工件轉(zhuǎn)速來減小溝道表面波紋度[5]。

3 結(jié)束語

角接觸球軸承溝道表面波紋度受多種因素的影響，在生產(chǎn)工藝和加工要求相同的情況下，通過機(jī)床調(diào)整，選擇合理的磨削參數(shù)，砂輪與接桿連接時(shí)有效控制偏心，合理調(diào)整電磁無心夾具等措施，可有效降低套圈溝道的表面波紋度，從而降低軸承的振動(dòng)及噪聲。