外齒型圓錐滾子軸承外滾道磨削

李紅星，王輝，徐卓然，張亞輝

(1.浙江天馬軸承股份有限公司，杭州 310015；2.洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司 大型軸承開(kāi)發(fā)部，河南 洛陽(yáng) 471039)

隨著軸承使用環(huán)境和條件的多樣化，對(duì)軸承結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和性能的要求越來(lái)越高，一些高科技領(lǐng)域的機(jī)械需要在高溫、高速、高精度、真空、無(wú)磁性、無(wú)潤(rùn)滑油、強(qiáng)酸及強(qiáng)堿等環(huán)境下工作，傳統(tǒng)的軸承選型已不能滿足要求，尤其對(duì)體積、空間小，質(zhì)量輕和裝配復(fù)雜的機(jī)械，必須進(jìn)行機(jī)械零件組合，從根本上進(jìn)行突破和創(chuàng)新。

根據(jù)軸承工作環(huán)境的不同，軸承與其他零件有多種組合方式。目前主要有以下幾種組合方式：用軸代替軸承內(nèi)圈；用座孔代替軸承外圈；軸、座孔分別代替軸承內(nèi)圈、外圈；行星輪與軸承內(nèi)圈組合；行星輪與軸承外圈組合；行星輪與軸承內(nèi)圈、外圈組合。隨著軸承與其他零件組合方式的增加，軸承零件的結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，零件加工難度也隨之增大。下文主要介紹行星輪與軸承外圈組合的外齒型圓錐滾子軸承外滾道的2種磨削方法。

1 外齒型圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)

外齒型圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示，其滾子、內(nèi)圈和保持架組成的內(nèi)組件與普通軸承通用，外圈與行星輪組合。外圈外徑加工成齒型，便于與其他行星輪嚙合，外滾道及軸承寬度與普通軸承相同，組合之后不但節(jié)省了空間，而且增加了軸承承載能力，軸承和與其配套的機(jī)械設(shè)備壽命都大大提高。

圖1 外齒型圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)

2 外滾道磨削方法

普通圓錐滾子軸承外滾道磨削是在自動(dòng)磨床(如3MZ2015C系列磨床)上采用支外徑磨滾道的方法進(jìn)行加工。選用內(nèi)、外徑尺寸合適的定位環(huán)固定在卡盤(pán)上，把套圈端面靠在定位環(huán)上并激磁固定，調(diào)整套圈偏心量至合適位置后(使套圈不掉落且中心與工件軸中心重合)由支撐桿進(jìn)行固定，根據(jù)套圈位置把砂輪軸、上下料機(jī)械手調(diào)整到合適位置，然后根據(jù)砂輪位置調(diào)整修整器位置，根據(jù)套圈外徑尺寸選擇工件軸、砂輪軸轉(zhuǎn)速后啟動(dòng)機(jī)床進(jìn)行外滾道磨削。外齒型套圈外圓帶齒，在原支撐桿上無(wú)法旋轉(zhuǎn)。因此，采用高精度萬(wàn)能外圓磨床和工裝改進(jìn)后的自動(dòng)軸承外滾道磨床進(jìn)行外齒型外滾道的磨削。

2.1 高精度萬(wàn)能外圓磨床加工

高精度萬(wàn)能外圓磨床MGA1432A由工作臺(tái)、砂輪架、電動(dòng)機(jī)及尺寸調(diào)整機(jī)構(gòu)組成。工件、砂輪、油泵和冷卻系統(tǒng)分別由單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作臺(tái)縱向移動(dòng)由液壓無(wú)級(jí)變速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，砂輪架橫向進(jìn)給由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)作微量自動(dòng)周期進(jìn)給和快速進(jìn)退，工件軸回轉(zhuǎn)速度由交流變頻電動(dòng)機(jī)通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，砂輪架主軸采用動(dòng)靜壓軸承，潤(rùn)滑油由獨(dú)立供油系統(tǒng)提供。

套圈外圓帶齒，普通的三爪卡盤(pán)和彈簧夾具無(wú)法對(duì)其進(jìn)行精確定位，所以采用端面固定的形式把套圈放在卡盤(pán)上由壓板預(yù)壓(圖2)，利用打表法進(jìn)行位置找正，根據(jù)套圈位置把砂輪軸調(diào)整到位，再根據(jù)套圈外滾道尺寸選擇工件軸和砂輪軸轉(zhuǎn)速，然后啟動(dòng)機(jī)床進(jìn)行外滾道磨削加工。

1—卡盤(pán)；2—外齒型外圈；3—端面壓板圖2 外齒型套圈與卡盤(pán)的固定方式

由圖2可知，套圈與卡盤(pán)是由與卡盤(pán)螺栓連接的壓板進(jìn)行端面固定，為了滿足外滾道加工精度，每次更換套圈后都要進(jìn)行打表找正，磨削效率低。采取的改進(jìn)措施為：利用螺紋與卡盤(pán)連接的軸進(jìn)行位置找正，更換套圈后把一端帶有螺紋的軸安裝在卡盤(pán)的螺紋孔中，然后利用套圈內(nèi)孔與軸的配合找正位置；或者利用卡盤(pán)上的1對(duì)支撐桿對(duì)套圈進(jìn)行位置找正。但試驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后外滾道磨削效率仍然較低，該磨削方法實(shí)際使用較少。

2.2 自動(dòng)軸承外滾道磨床加工

自動(dòng)軸承外滾道磨床3MZ2015C的定位方法為：套圈端面靠在定位環(huán)上由工件軸帶動(dòng)回轉(zhuǎn)，支在套圈外徑面上的支撐桿保證套圈偏心量，其優(yōu)點(diǎn)是定位精度高，旋轉(zhuǎn)靈活，定位方便；但要求套圈端面必須平整，外徑面必須為連續(xù)的圓柱形。由于此局限性，外齒型外滾道無(wú)法在此機(jī)床上加工，需要對(duì)其定位支撐桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使套圈回轉(zhuǎn)過(guò)程中外徑面與定位支撐桿連續(xù)接觸。

改進(jìn)前、后的套圈支撐結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。將原支撐塊上的圓柱形鎢鋼改為長(zhǎng)方形鎢鋼，與套圈外徑接觸的鎢鋼表面改為圓弧形表面，圓弧半徑比套圈外半徑稍大。套圈端面依然靠在定位環(huán)上，在回轉(zhuǎn)過(guò)程中外圈外徑面始終與支撐塊圓弧接觸，避免了套圈的徑向跳動(dòng)，保證了外滾道的加工精度，實(shí)現(xiàn)了外齒型外滾道在普通自動(dòng)軸承外滾道磨床上的加工。另外，為了避免齒頂圓直徑偏差對(duì)外滾道磨削加工精度的影響，在磨削外滾道之前應(yīng)對(duì)齒頂圓進(jìn)行磨削，以保證精度要求。

1—外齒型外圈；2—圓柱形鎢鋼；3—支撐塊圖3 改進(jìn)前的支撐結(jié)構(gòu)

1—外齒型外圈；2—長(zhǎng)方形鎢鋼；3—支撐塊圖4 改進(jìn)后的支撐結(jié)構(gòu)

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)比2種外齒型圓錐滾子軸承外滾道磨削方法，在普通自動(dòng)軸承外滾道磨床上，改進(jìn)支撐結(jié)構(gòu)后進(jìn)行加工的方法比較合理，實(shí)際使用也證明了此加工方法的適用性，加工后套圈各項(xiàng)精度滿足要求，且加工效率高。