調心滾子軸承內滾道曲率和位置的精確測量

孟凡志，楊君，邵明，胡玉峰

( 瓦房店軸承集團有限責任公司 特大型精密軸承制造分公司，遼寧 瓦房店 116300)

傳統采用樣板測量調心滾子軸承內滾道曲率和位置的方法較落后，故探索先進測量方法進行替代，以提高測量精度。

1 樣板測量方法的弊端

目前在加工和測量調心滾子軸承內滾道時，大多采用樣板測量方法，通過觀察經由三坐標檢定合格的曲率樣板和位置樣板與內滾道的吻合程度即光隙來判斷內滾道曲率和位置是否合格。光隙法雖然直觀，但無法量化測量結果。當內滾道未能通過樣板測量時，內滾道的修正量僅能憑借操作者或檢查員的個人經驗判斷加工。這一過程產生的人為誤差可能導致內滾道實際曲率和位置與理論設計值相差極大。樣板測量示意圖如圖1所示。采用樣板測量內滾道位置時還有一個嚴重缺陷，當軸承端面實際尺寸小于設計尺寸時，由于樣板測量以端面A為基準面，導致內滾道z軸位置隨端面尺寸減小而偏移，靠近滾道中心對稱線。這一變化致使雙內滾道與滾子本應形成的理論球體的中心發生位移，形成2個獨立的偏心半球，導致滾子組件的外徑與外滾道偏離理論接觸點。

圖1 樣板測量示意圖

調心滾子軸承示意圖如圖2所示，Ⅰ處為因端面尺寸減小而導致滾道z軸位置靠近中心線，此時滾子因滾道位置改變而導致接觸點改變，致使滾子與外滾道的理論游隙值發生改變，是滾子與滾道的實際狀態，而Ⅱ為理論狀態，Ⅲ為對角線交點位置。改變的滾子與內滾道接觸點導致滾道對角線不再相交于內圈的中心點，大大影響軸承的調心性能。

圖2 調心滾子軸承示意圖

由于內滾道位置與理論設計值發生偏差，極大影響軸承的回轉性能，導致軸承在運轉過程中滾道局部產生早期疲勞的可能性大大增加，最終直接影響軸承的使用壽命，對主機運行造成潛在威脅。

2 精確測量方法

基于不在同一直線上的3點確定一個圓的原理，可通過確定圓弧內滾道上3點的位置尺寸計算得到內滾道曲率半徑和圓心位置。

測量原理如圖3所示。圖中，O為內滾道圓心，坐標為(xi，zi)；xi為內滾道徑向位置；zi為內滾道軸向位置；Ri為內滾道曲率半徑；B為內圈寬度；H1，H2和H3分別為A1，A2和A3點到內圈端面的距離；D1，D2和D3分別為A1，A2和A3處的滾道直徑。

圖3 測量原理

根據幾何關系可列出

(1)

(2)

(3)

通過平臺和高度卡規確定H1，H2和H3后，用現行的調心滾子軸承內滾道尺寸的測量方法，借助管尺和標準量塊測量D1，D2和D3。將H1，H2，H3，D1，D2，D3代入(1)～(3)式，可計算出Ri，xi和zi，從而完成調心滾子軸承內滾道曲率和位置的測量計算。雖然采用手動計算較繁瑣，但可通過計算機輔助計算方法得到簡化。

3 應用

內滾道測量完畢后，通過對比檢測值與理論值即可精確確定內滾道曲率和位置的加工誤差。依據磨削方式，以檢測數據為基礎，校正砂輪修整器參數，直至產品合格后固定修整器參數。當內滾道曲率和位置的加工參數確定后可直接回歸到原有管尺測量內滾道尺寸的檢測方法上，從而實現加工測量。

上述方法避免了采用樣板測量調心滾子軸承內滾道曲率和位置的諸多弊端，并可量化測量結果，但檢測過程較繁瑣，需要采集大量數據。針對目前企業的生產狀況，可主要用于首件產品的檢測，待設備調整穩定后回歸到原有管尺測量內滾道尺寸的檢測方法上。該方法為一種全新的檢測思路，有待在生產實踐中不斷完善。