精密交叉圓柱滾子軸承成品檢查裝配流程改進(jìn)

胡敬原，范雨晴，謝亞東，王禮強(qiáng)，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(shù)字化設(shè)計(jì)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(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽 471039；4.東方電氣風(fēng)電股份有限公司，四川 德陽 618000)

交叉圓柱滾子軸承內(nèi)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(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)方便，同時具備高剛性，用于工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)或旋轉(zhuǎn)部位、加工中心旋轉(zhuǎn)工作臺、力矩電動機(jī)回轉(zhuǎn)臺及醫(yī)療器械等。精密交叉圓柱滾子軸承成檢裝配流程對其質(zhì)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(jìn)行分析。

1 精密交叉圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)

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

1—第1外圈；2—第2外圈；3—內(nèi)圈。

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

2 改進(jìn)前成檢裝配流程及存在的主要問題

內(nèi)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(jìn)前內(nèi)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(nèi)徑面與滾道之間的壁厚得到內(nèi)圈滾道尺寸時，內(nèi)徑面為弧面，誤差較大，確定內(nèi)圈滾道尺寸后再通過配磨外圈滾道尺寸合套，需反復(fù)測量試裝，效率低。

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

3)內(nèi)、外圈按徑向游隙合套時，多次修磨仍不滿足要求的內(nèi)、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(nèi)圈徑向跳動Kia、內(nèi)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(fù)游隙，即軸承裝配后內(nèi)部存在預(yù)載荷。在無潤滑條件下測量軸承旋轉(zhuǎn)精度時，滾子與滾道之間會產(chǎn)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(zhǔn)確測量徑向游隙，需調(diào)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(nèi)圈可分離式精密交叉圓柱滾子軸承與內(nèi)圈一體、外圈可分離式結(jié)構(gòu)成檢裝配流程基本一致，在此不再分析。內(nèi)、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(jìn)前內(nèi)、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(jìn)后成檢裝配流程

3.1 內(nèi)圈一體、外圈可分離式結(jié)構(gòu)

改進(jìn)后的成檢裝配流程如圖4所示，改進(jìn)措施如下：

圖4 改進(jìn)后內(nèi)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(nèi)圈滾道尺寸[4]，如圖5所示，測量支點(diǎn)采用與滾子尺寸相同的鋼球，保證測點(diǎn)與裝配后滾子與滾道的接觸點(diǎn)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(nèi)。

1—千分表；2—活動測量支點(diǎn)；3—內(nèi)圈；4—固定測量支點(diǎn)。

2)對于外徑相同的滾子，定制更多的外徑分組規(guī)值。

3)分選外徑尺寸，嚴(yán)格控制兩外圈外徑相互差。

4)滾子入庫前嚴(yán)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(biāo)準(zhǔn)件。

5)內(nèi)圈滾道對端面的擺動量Si直接反映成品軸承內(nèi)圈軸向跳動Sia，內(nèi)圈滾道對內(nèi)徑面的徑向擺動量Ki直接反映成品軸承內(nèi)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(yōu)點(diǎn)：

1)精確測量內(nèi)圈滾道尺寸后，可對內(nèi)圈滾道尺寸準(zhǔn)確分選，有效降低試游隙次數(shù)，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(chǎn)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(shù)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(zhǔn)確，從而保證軸承的使用性能。

4)軸承內(nèi)滾道尺寸鑒定有標(biāo)準(zhǔn)件，恒溫后滾道尺寸測量更精確，合套后對剩余的內(nèi)圈滾道尺寸編號并記錄，下批生產(chǎn)時可查詢使用，避免重復(fù)勞動。

5)測量零件精度確保軸承成品精度，減少了重復(fù)勞動。

3.2 內(nèi)、外圈均為一體式結(jié)構(gòu)

改進(jìn)后的成檢裝配流程如圖6所示，除了與3.1節(jié)第2，4，5項(xiàng)相同的改進(jìn)措施外：

圖6 改進(jìn)后內(nèi)、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(nèi)圈一體、外圈可分離式結(jié)構(gòu)，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(diǎn)；3—千分表；4—活動測量支點(diǎn)。

2)通過精磨壓縮交叉圓柱滾子軸承內(nèi)、外圈滾道尺寸公差，不進(jìn)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(nèi)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(nèi)圈滾道直徑為(266.351±0.015)mm。

具有以下優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)、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(diào)整滾子直徑規(guī)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(guān)系如圖8所示，ΔGr=2ΔDw/sin 45°。以RU288CC0/P4軸承為例，根據(jù)內(nèi)、外滾道尺寸工藝要求，理論計(jì)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(guī)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(guī)值最大值與最小值差0.01 mm，理論合套率為100%。其他改進(jìn)后優(yōu)點(diǎn)同3.1節(jié)第1，3，5項(xiàng)。

圖8 交叉圓柱滾子軸承徑向游隙計(jì)算示意圖

4 結(jié)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(yīng)的改進(jìn)措施，提高了軸承合套率和生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本和勞動強(qiáng)度，保證了精密交叉圓柱滾子軸承的使用性能。