精密交叉圓柱滾子軸承成品檢查裝配流程改進

胡敬原，范雨晴，謝亞東，王禮強，李培培

(1.洛陽軸承研究所有限公司，河南 洛陽 471039；2.高性能軸承數字化設計國家國際科技合作基地，河南 洛陽 471039；3.河南省高性能軸承技術重點實驗室，河南 洛陽 471039；4.東方電氣風電股份有限公司，四川 德陽 618000)

交叉圓柱滾子軸承內部圓柱滾子呈90°相互垂直交叉排列，可以承受雙向推力載荷、徑向載荷及傾覆力矩[1]。該類軸承結構緊湊，維護方便，同時具備高剛性，用于工業機器人關節或旋轉部位、加工中心旋轉工作臺、力矩電動機回轉臺及醫療器械等。精密交叉圓柱滾子軸承成檢裝配流程對其質量、加工效率及使用性能有重要影響，有必要對其裝配流程進行分析。

1 精密交叉圓柱滾子軸承結構

常見的精密交叉圓柱滾子軸承結構有3類： 1)內圈一體、外圈可分離式(圖1a)，適用于內圈旋轉精度要求高的部位；2)外圈一體、 內圈可分離式

1—第1外圈；2—第2外圈；3—內圈。

(圖1b)，適用于外圈旋轉精度要求高的部位；3)內、外圈均為一體式(圖1c)，適用于內、外圈旋轉精度要求均較高的部位[2-3]。

2 改進前成檢裝配流程及存在的主要問題

內圈一體、外圈可分離式精密交叉圓柱滾子軸承原成檢裝配流程如圖2所示，存在如下問題：

圖2 改進前內圈一體、外圈可分離式精密交叉圓柱滾子軸承成檢裝配流程

1)通過夾球測量軸承內徑面與滾道之間的壁厚得到內圈滾道尺寸時，內徑面為弧面，誤差較大，確定內圈滾道尺寸后再通過配磨外圈滾道尺寸合套，需反復測量試裝，效率低。

2)合套率低，需反復更換或修磨套圈滾道以滿足徑向游隙要求，零件易產生磕碰傷。同一批零件生產周期長，長期存放在車間，需定期做防銹處理。

3)內、外圈按徑向游隙合套時，多次修磨仍不滿足要求的內、外圈需入零件庫，下次加工時需重新測量。

4)裝配后，需檢測成品軸承內圈徑向跳動Kia、內圈軸向跳動Sia、外圈徑向跳動Kea、外圈軸向跳動Sea。交叉圓柱滾子軸承使用時徑向游隙一般為負游隙，即軸承裝配后內部存在預載荷。在無潤滑條件下測量軸承旋轉精度時，滾子與滾道之間會產生干摩擦，滾道和滾子表面易損傷(該損傷難以目測，放大15倍后觀察到滾道圓周方向有一條布滿小坑的跑合帶)。對于振動及使用要求較高的場合，該損傷會影響軸承使用性能。

5)為準確測量徑向游隙，需調整兩外圈外徑面同軸度不大于外徑公差的1/3，但裝配時往往直接選用兩外圈合套，測量誤差大。

外圈一體、內圈可分離式精密交叉圓柱滾子軸承與內圈一體、外圈可分離式結構成檢裝配流程基本一致，在此不再分析。內、外圈均為一體式精密交叉圓柱滾子軸承成檢裝配流程如圖3所示，同樣存在1—4所述問題。

圖3 改進前內、外圈均為一體式精密交叉圓柱滾子軸承成檢裝配流程

3 改進后成檢裝配流程

3.1 內圈一體、外圈可分離式結構

改進后的成檢裝配流程如圖4所示，改進措施如下：

圖4 改進后內圈一體、外圈可分離式精密交叉圓柱滾子軸承成檢裝配流程

1)制作專用工裝精確測量內圈滾道尺寸[4]，如圖5所示，測量支點采用與滾子尺寸相同的鋼球，保證測點與裝配后滾子與滾道的接觸點一致，至少測量滾道3處位置，取其平均值，將滾道尺寸測量誤差控制在0.003 mm以內。

1—千分表；2—活動測量支點；3—內圈；4—固定測量支點。

2)對于外徑相同的滾子，定制更多的外徑分組規值。

3)分選外徑尺寸，嚴格控制兩外圈外徑相互差。

4)滾子入庫前嚴格分組，要求滾子外徑分組差不大于0.001 mm，隔離塊為合格標準件。

5)內圈滾道對端面的擺動量Si直接反映成品軸承內圈軸向跳動Sia，內圈滾道對內徑面的徑向擺動量Ki直接反映成品軸承內圈徑向跳動Kia，外圈滾道對端面的擺動量Se直接反映成品軸承外圈軸向跳動Sea，外圈滾道對外徑面的徑向擺動量Ke直接反映成品軸承外圈徑向跳動Kea。保證零件Ki，Si，Ke，Se即可保證成品軸承Kia，Sia，Kea，Sea[5]。

具有以下優點：

1)精確測量內圈滾道尺寸后，可對內圈滾道尺寸準確分選，有效降低試游隙次數，軸承一次裝配游隙合格率大大提高，同時提高了合套率和生產效率。

2)滾子分組越多，徑向游隙測量越容易，軸承合套時滾道修磨次數越少。

3)兩外圈外徑尺寸相互差越小，同軸度越小，徑向游隙測量越準確，從而保證軸承的使用性能。

4)軸承內滾道尺寸鑒定有標準件，恒溫后滾道尺寸測量更精確，合套后對剩余的內圈滾道尺寸編號并記錄，下批生產時可查詢使用，避免重復勞動。

5)測量零件精度確保軸承成品精度，減少了重復勞動。

3.2 內、外圈均為一體式結構

改進后的成檢裝配流程如圖6所示，除了與3.1節第2，4，5項相同的改進措施外：

圖6 改進后內、外圈均為一體式精密交叉圓柱滾子軸承成檢裝配流程

1)同內圈一體、外圈可分離式結構，制作專用工裝精確測量外圈滾道尺寸，如圖7所示。

1—外圈；2—固定測量支點；3—千分表；4—活動測量支點。

2)通過精磨壓縮交叉圓柱滾子軸承內、外圈滾道尺寸公差，不進行超精，以RU288CC0/P4軸承為例，徑向游隙為-0.015～0 mm，外圈滾道直徑為(308.754±0.030)mm，內圈滾道直徑為(266.351±0.030)mm。終磨滾道時，控制外圈滾道直徑為(308.754±0.010)mm，內圈滾道直徑為(266.351±0.015)mm。

具有以下優點：內、外圈精磨后退磁并清洗干凈，恒溫8 h，分選滾道尺寸，合套時游隙不符合要求的，可以調整滾子直徑規值，理論合套率為100%。

徑向游隙變化量ΔGr與滾子直徑變化量ΔDw的關系如圖8所示，ΔGr=2ΔDw/sin 45°。以RU288CC0/P4軸承為例，根據內、外滾道尺寸工藝要求，理論計算合套后最大徑向游隙為0.025 mm。圓柱滾子直徑變化量ΔDw增大0.001 mm，徑向游隙變化量ΔGr減小約0.002 8 mm。更換直徑規值增大0.01 mm的圓柱滾子后，徑向游隙為-0.003 mm。滾道尺寸按工藝要求加工，圓柱滾子規值最大值與最小值差0.01 mm，理論合套率為100%。其他改進后優點同3.1節第1，3，5項。

圖8 交叉圓柱滾子軸承徑向游隙計算示意圖

4 結束語

介紹了3類常見的精密交叉圓柱滾子軸承，分析了原成檢裝配流程存在的問題并提出了相應的改進措施，提高了軸承合套率和生產效率，降低了生產成本和勞動強度，保證了精密交叉圓柱滾子軸承的使用性能。