圓柱滾子端面研磨機(jī)行星輪的設(shè)計(jì)改進(jìn)

王曄，王強(qiáng)，孫慧廣，王玉紅

(1.中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司，哈爾濱 150000；2. 中國人民解放軍駐哈爾濱軸承集團(tuán)公司軍事代表室，哈爾濱 150000 )

行星輪是圓柱滾子端面研磨機(jī)的主要工裝。在研磨機(jī)中，行星輪既有公轉(zhuǎn)又有自轉(zhuǎn)，滾子在行星輪內(nèi)由內(nèi)環(huán)帶動做往復(fù)行星運(yùn)動，并由上、下研磨盤旋轉(zhuǎn)研磨。研磨中要求滾子運(yùn)動軌跡均勻地遍及整個(gè)研具表面，以利于研具均勻磨損。行星研磨加工的研磨軌跡復(fù)雜，且內(nèi)外加工情況一致，從而使?jié)L子端面可以得到良好的垂直差和平行差[1]。

端面研磨機(jī)一般用于圓柱滾子端面的終磨加工，具有不同規(guī)格，目前普遍用于圓柱滾子加工的端面研磨機(jī)加工范圍為φ3～50 mm。加工后滾子垂直差、平行差小于0.002 mm、端面粗糙度Ra小于0.125 μm；加工每盤滾子的時(shí)間為 5～10 min，根據(jù)滾子直徑，每盤滾子加工數(shù)量為6～1 300粒，滾子加工精度和效率較高。

1 行星輪原設(shè)計(jì)方法

圖1 原行星輪設(shè)計(jì)圖

圖2 滾子裝夾狀態(tài)示意圖

1.1 行星輪內(nèi)孔直徑d

1)擬定行星輪內(nèi)孔直徑，根據(jù)擬定的直徑初步計(jì)算出孔中心與滾子切線的角度。根據(jù)圖中幾何關(guān)系得

2α=2arcsin[(Dw+Δd)/d-(Dw+Δd)]，

(1)

式中：Dw為滾子公稱直徑；Δd為滾子外徑留量；d為擬定行星輪內(nèi)孔直徑；2α為單粒滾子占據(jù)的全角。

2)根據(jù)2α計(jì)算出行星輪單個(gè)孔內(nèi)擺放滾子的數(shù)量，以及擬定狀態(tài)下圓周方向總間隙,即

360/2α=m+x，

(2)

x(Dw+d)=δ擬，

(3)

式中：m為整數(shù)部分(能擺放滾子的數(shù)量)；x為小數(shù)部分；δ擬為擬定狀態(tài)下的圓周方向總間隙，一般取0.1～0.2 mm。

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3)根據(jù)總間隙應(yīng)取的數(shù)值，由(3)式反算出x值，再根據(jù)(2)式反算出2α，最后根據(jù)(1)式反算出d。

1.2 中心孔直徑D

D=A+2δ1-d，

(4)

式中：A為砂輪徑向厚度，(砂輪外徑-砂輪內(nèi)徑)/2；δ1為滾子直徑方向露出砂輪的尺寸(一般取露出砂輪的1/4)。

1.3 行星輪厚度H

H=Lw-1，

(5)

式中：Lw為滾子公稱長度。

1.4 隔套外徑

根據(jù)滾子直徑和行星輪內(nèi)孔直徑可以確定出隔套外徑，并且要保證徑向間隙為0.3～0.5 mm，因此隔套外徑Dg為

Dg=d-2(Dw+Δd)-(0.3～0.5)。

(6)

1.5 存在的問題

行星輪的原設(shè)計(jì)方法計(jì)算較為復(fù)雜，尤其當(dāng)滾子直徑較小時(shí)(φ7 mm以下)，在計(jì)算過程中若總間隙δ和滾子直徑方向露出砂輪尺寸δ1取值不當(dāng)，或加工過程中孔的公差取值接近極限時(shí)，會產(chǎn)生滾子掉落或最后一粒滾子裝不下的現(xiàn)象。如果加工過程中發(fā)生掉滾子現(xiàn)象，可能造成砂輪崩盤，存在安全隱患。

原行星輪兩端面為平面，國產(chǎn)端面研磨機(jī)如MB43100，MB4363使用的砂輪為橡膠砂輪，由于砂輪材質(zhì)和粒度較大，行星輪不會粘到砂輪盤上。而目前使用的高精度研磨機(jī)砂輪盤材質(zhì)為CBN砂輪片，粒度較小，由于冷卻系統(tǒng)不同，行星輪經(jīng)常會粘到砂輪盤上，粘到下砂輪盤時(shí)，行星輪難以取下；粘到上砂輪盤時(shí)，容易掉落砸傷下砂輪盤。

另外，原徑向間隙設(shè)計(jì)較大，是為了便于裝夾工件時(shí)最后安放隔套和拆卸工件時(shí)最先取出隔套，對隔套外徑尺寸精度要求較高。

2 行星輪的改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1 行星輪外形結(jié)構(gòu)

針對行星輪粘砂輪盤的現(xiàn)象改進(jìn)行星輪材質(zhì)及外形結(jié)構(gòu)。行星輪材料由PVC板代替原45#鋼，減輕了行星輪的質(zhì)量，避免工裝對砂輪盤的損傷。

在行星輪底部設(shè)計(jì)1 mm高的凸臺(圖3)，并均勻開設(shè)4個(gè)通透的槽(寬度為C)，在行星輪外圓均布48個(gè)φ6 mm的孔，這些改進(jìn)有利于滾子加工過程中油性冷卻液的排出，可以避免行星輪粘到砂輪盤上。

圖3 改進(jìn)后的行星輪及滾子的裝夾

2.2 行星輪內(nèi)孔直徑d

行星輪內(nèi)孔改為多個(gè)孔(圖3)，每個(gè)孔內(nèi)放7粒滾子，圓周方向6粒，中間1粒，改進(jìn)后計(jì)算簡便，省去了隔套的設(shè)計(jì)和加工。滾子與行星輪內(nèi)孔接觸面積較大，滾子露出砂輪邊緣位置的尺寸較原有設(shè)計(jì)方法容易控制，不會產(chǎn)生掉滾子現(xiàn)象。

行星輪內(nèi)孔直徑為

d=3(Dw+Δd)，

(7)

當(dāng)Dw≤8 mm時(shí)，進(jìn)位保留一位小數(shù)；當(dāng)Dw>8 mm時(shí)，加0.1進(jìn)位保留一位小數(shù)。

根據(jù)(7)式計(jì)算反推軸、徑向間隙，確定圓周方向的總間隙為0.1～0.2 mm，徑向總間隙為0.05～0.15 mm，完全可以保障滾子在加工過程中良好的自轉(zhuǎn)。行星輪中心圓直徑D與厚度H的計(jì)算與原設(shè)計(jì)方法相同。

3 結(jié)束語

圓柱滾子端面研磨機(jī)行星輪改進(jìn)設(shè)計(jì)后，計(jì)算更加簡便，能夠有效避免滾子掉落和行星輪粘到砂輪盤上，PVC材質(zhì)行星輪可以有效避免工裝對滾子的損傷，已廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)加工。