角接觸球軸承溝形完整性磨削方法分析

尹延經,李文超,張振強,徐潤潤

(1.西安交通大學,西安 710049;2.洛陽軸承研究所有限公司,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.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)

1 概述

除溝位置偏差外，溝道半徑偏差、砂輪圓弧半徑偏差以及磨削深度均會影響溝形的完整性。關于溝形加工的研究較少：文獻[1]分析了砂輪進給量對角接觸球軸承鎖口高度的影響，但未涉及溝道磨削質量的分析； 文獻[2]分析了砂輪修整對溝形完整性的影響，但側重于砂輪自身的修整，未涉及磨削量的分析；文獻[3-5]分析了如何改善溝道磨削質量，但側重于微觀性能，未涉及表面形貌的加工。

圖1 砂輪磨削示意圖Fig.1 Diagram of grinding by grinding wheel

在不考慮加工余量和精益生產的情況下，可以通過增加砂輪磨削量保證二次磨削后溝形的完整性，但可能會造成尺寸超差，不利于控制產品質量。本文以內圈溝道磨削為例，從溝形和砂輪磨削的關系出發，分析了溝位置、砂輪位移以及砂輪形狀之間的關系，提出了保證二次磨削后溝形完整性的措施。

2 保證溝形完整性的措施

初次磨削導致溝位置偏大或偏小時，保證二次磨削后溝形完整性的措施不同，下文將具體分析。

2.1 溝位置偏大

2.1.1 鎖口重合法

圖2 溝位置偏大時溝道磨削幾何關系示意圖(鎖口重合法)Fig.2 Geometrical relationship diagram of raceway grinding when raceway position is too large(counterbore consistence method)

在Rt△OFB中

lOF=Ri1-t1，

通過上述方法及太陽能系統的配置計算，得出常規安防系統、低功耗安防系統所需太陽能供電系統配置及耗電量對比情況，如表2所示。

(1)

lOB=Ri1，

(2)

(3)

則

(4)

在Rt△O′GB中

lBG=lBF+a，

(5)

lO′B=Ri2，

(6)

(7)

則

(8)

砂輪徑向進給量為

b=lOF-lO′G=Ri1-t1-

(9)

鎖口高為

t2=t1+b+Ri2-Ri1，

(10)

溝底直徑減小量為

Δdi=2(b+Ri2-Ri1)。

(11)

2.1.2 最低鎖口法

圖3 溝位置偏大時溝道磨削幾何關系示意圖(最低鎖口法)Fig.3 Geometrical relationship diagram of raceway grinding when raceway position is too large (minimum counterbore method)

(12)

(13)

聯立(12)，(13)式可得F點坐標為(xF,yF)，鎖口高t2為

t2=Ri2+b+yF。

(14)

若t2滿足要求，聯立(12)—(14)式可得砂輪最小徑向進給量bmin為

(15)

2.2 溝位置偏小

為保證二次磨削后溝形的完整性，可采用圖4的磨削方法，即砂輪F點移至溝道邊緣A點。由圖中幾何關系可得砂輪徑向進給量為

圖4 溝位置偏小時溝道磨削幾何關系示意圖Fig.4 Geometrical relationship diagram of raceway grinding when raceway position is too small

(16)

式中：a為修磨時的溝道偏移量(砂輪右移量)；lDE為內圈擋邊到原溝底的距離。

3 實例分析

以某角接觸球軸承內圈初次磨削后溝位置偏大為例，Ri1=2.86 mm，t1=0.2 mm；二次磨削后，Ri2=2.88 mm，溝位置需向基面偏移0.1 mm。

采用鎖口重合法時，根據(9)—(11)式可得b=0.019 mm，t2=0.239 mm，Δdi=0.078 mm，即該軸承溝底直徑至少需要減小0.078 mm，才能保證溝形的完整性。

若要保證溝形的完整性，溝底直徑減小量需根據溝位置偏移量和溝道半徑R調整，見表1∶1)隨溝道半徑增大，溝底直徑減小量減小，說明溝道半徑增大在一定程度上可避免對溝底的過度磨削，且溝道半徑對溝底直徑減小量的影響較小，但為了保證溝形的完整性，建議初次磨削時采用較小的溝道半徑，后續磨削時采用較大的溝道半徑；2)隨溝位置偏移量增大，溝底直徑減小量增大，且其影響較大，說明在生產過程中應盡量避免多次磨削時存在較大的溝位置偏差。

表1 溝位置偏移量和溝道半徑對溝底直徑減小量的影響(鎖口重合法)Tab.1 Influence of raceway position offset and raceway radius on reduction of raceway bottom diameter(counterbore consistence method) mm

采用最低鎖口法時，若要保證最終鎖口高度t2=0.1 mm，通過(15)式可得bmin=0.005 mm，通過(12)式可得溝底直徑減小量為0.050 mm。

溝底直徑減小量同樣需要根據溝位置偏移量和溝道半徑調整，見表2:1)溝位置偏移量對溝底直徑減小量影響較大，實際生產中應嚴格控制；2)溝道半徑對溝底直徑減小量影響較小，但其對溝形加工質量影響較大，后續磨削中在不增加溝底直徑減小量的基礎上可適當增大溝道半徑。

表2 溝位置偏移量和溝道半徑對溝底直徑減小量的影響(最低鎖口法)

上述實例計算了保證溝形完整性的徑向最小磨削量，采用不小于徑向最小磨削量對溝道進行二次磨削，溝道及斜坡輪廓如圖5所示，溝道為一條完整的圓弧，說明文中方法可為軸承實際生產提供參考。

圖5 二次磨削后的溝道及斜坡輪廓Fig.5 Raceway and slope profile after secondary grinding