调心滚子轴承内滚道曲率和位置的精确测量

孟凡志，杨君，邵明，胡玉峰

( 瓦房店轴承集团有限责任公司 特大型精密轴承制造分公司，辽宁 瓦房店 116300)

传统采用样板测量调心滚子轴承内滚道曲率和位置的方法较落后，故探索先进测量方法进行替代，以提高测量精度。

1 样板测量方法的弊端

目前在加工和测量调心滚子轴承内滚道时，大多采用样板测量方法，通过观察经由三坐标检定合格的曲率样板和位置样板与内滚道的吻合程度即光隙来判断内滚道曲率和位置是否合格。光隙法虽然直观，但无法量化测量结果。当内滚道未能通过样板测量时，内滚道的修正量仅能凭借操作者或检查员的个人经验判断加工。这一过程产生的人为误差可能导致内滚道实际曲率和位置与理论设计值相差极大。样板测量示意图如图1所示。采用样板测量内滚道位置时还有一个严重缺陷，当轴承端面实际尺寸小于设计尺寸时，由于样板测量以端面A为基准面，导致内滚道z轴位置随端面尺寸减小而偏移，靠近滚道中心对称线。这一变化致使双内滚道与滚子本应形成的理论球体的中心发生位移，形成2个独立的偏心半球，导致滚子组件的外径与外滚道偏离理论接触点。

图1 样板测量示意图

调心滚子轴承示意图如图2所示，Ⅰ处为因端面尺寸减小而导致滚道z轴位置靠近中心线，此时滚子因滚道位置改变而导致接触点改变，致使滚子与外滚道的理论游隙值发生改变，是滚子与滚道的实际状态，而Ⅱ为理论状态，Ⅲ为对角线交点位置。改变的滚子与内滚道接触点导致滚道对角线不再相交于内圈的中心点，大大影响轴承的调心性能。

图2 调心滚子轴承示意图

由于内滚道位置与理论设计值发生偏差，极大影响轴承的回转性能，导致轴承在运转过程中滚道局部产生早期疲劳的可能性大大增加，最终直接影响轴承的使用寿命，对主机运行造成潜在威胁。

2 精确测量方法

基于不在同一直线上的3点确定一个圆的原理，可通过确定圆弧内滚道上3点的位置尺寸计算得到内滚道曲率半径和圆心位置。

测量原理如图3所示。图中，O为内滚道圆心，坐标为(xi，zi)；xi为内滚道径向位置；zi为内滚道轴向位置；Ri为内滚道曲率半径；B为内圈宽度；H1，H2和H3分别为A1，A2和A3点到内圈端面的距离；D1，D2和D3分别为A1，A2和A3处的滚道直径。

图3 测量原理

根据几何关系可列出

(1)

(2)

(3)

通过平台和高度卡规确定H1，H2和H3后，用现行的调心滚子轴承内滚道尺寸的测量方法，借助管尺和标准量块测量D1，D2和D3。将H1，H2，H3，D1，D2，D3代入(1)～(3)式，可计算出Ri，xi和zi，从而完成调心滚子轴承内滚道曲率和位置的测量计算。虽然采用手动计算较繁琐，但可通过计算机辅助计算方法得到简化。

3 应用

内滚道测量完毕后，通过对比检测值与理论值即可精确确定内滚道曲率和位置的加工误差。依据磨削方式，以检测数据为基础，校正砂轮修整器参数，直至产品合格后固定修整器参数。当内滚道曲率和位置的加工参数确定后可直接回归到原有管尺测量内滚道尺寸的检测方法上，从而实现加工测量。

上述方法避免了采用样板测量调心滚子轴承内滚道曲率和位置的诸多弊端，并可量化测量结果，但检测过程较繁琐，需要采集大量数据。针对目前企业的生产状况，可主要用于首件产品的检测，待设备调整稳定后回归到原有管尺测量内滚道尺寸的检测方法上。该方法为一种全新的检测思路，有待在生产实践中不断完善。