影响角接触球轴承沟道表面波纹度的因素分析

李彦，张旭，杨柳

(洛阳轴研科技股份有限公司，河南 洛阳 471039)

随着我国机床装备制造业的迅猛发展，对作为机床重要部件的角接触轴承的振动和噪声提出了更为严格的要求。由于受生产制造水平限制，国产高档低噪声角接触球轴承远不能满足国内电主轴配套市场的需求,且同国外先进水平相比，国产角接触球轴承存在的突出问题是振动值大、噪声大，不能很好地满足主机要求，所以研究影响其振动噪声的原因十分迫切。轴承的设计参数、加工精度以及装配工艺等都影响轴承振动，其中，加工过程中套圈沟道表面波纹度是影响轴承振动和噪声的主要因素之一[1]。套圈沟道的磨削加工是关键工序，直接影响沟道表面波纹度。下文以轴承外圈磨削加工中影响沟道表面波纹度的因素为例进行分析，并提出改进措施，以改善轴承的振动和噪声。

1 影响因素

1.1 机床

机床加工精度直接影响轴承精度。导致外圈沟道面产生振纹的主要原因为[2]：1)机床液压机构不稳定，引起砂轮轴、工件轴或修整器的振动；2)机床执行部件的爬行或抖动；3)机床砂轮轴刚性不足或功率不够，在高节拍的沟道磨削加工中产生振纹。

1.2 主轴及砂轮

1)沟道磨削时常采用高速电主轴，砂轮表面线速度可达60 m/s，砂轮与砂轮接杆的连接缺陷会造成主轴振动加大产生高频振荡，从而影响沟道的磨削精度，产生振纹。

2)沟道磨削过程中未及时修整砂轮，或修整器自身旋转精度低，金刚石变钝等因素均会影响砂轮的形状精度，从而影响沟形误差，甚至产生振动造成沟道表面出现振纹。

3)机床主轴自身振动大，造成在沟道加工中产生振纹。

1.3 磨削参数选择不当

套圈加工中，进给量过大;工件轴旋转速度不合适导致主轴或工件轴产生高频振荡；砂轮选择不合理等，磨削参数选择不当，易引起沟道振纹。

1.4 工装夹具

电磁无心夹具偏心量调整不到位，易造成沟道磨削精度降低(图1)。电磁无心夹具支承块的材料与几何形状直接影响套圈加工质量。

1—工件；2—前支承；3—砂轮；4—后支承图1 电磁无心内圆磨削

1.5 系统振动

套圈沟道磨削中，不均匀的回转运动引起机床-工件-砂轮系统的振动。存在激振力作用下引发的受迫振动和没有周期性外力作用下的稳定自激振动，2种振动均会产生砂轮与工件相对振动，降低沟道磨削加工质量，产生振纹。

2 改进措施

2.1 机床改进

1)检查磨床电主轴、工件轴的径向跳动和轴向窜动，并及时修复。

2)检查机床液压系统，根据温度(冬/夏季)选择合适的液压油，避免出现床身爬行或换向抖动问题。

3)改善润滑条件，保证工作台的压力稳定，避免机床导轨运动时产生的惯性力引起振动，以及工作台换向时的冲击振动等。

2.2 主轴及砂轮调整

机床主轴装上砂轮接杆后其振动值应控制在1.5 mm/s2以下，砂轮接杆与砂轮配合间隙(图2中偏心量c)会造成主轴振动过大，影响套圈沟道加工精度。因此，应控制偏心量为0.03～0.06 mm。

图2 砂轮接杆与砂轮的连接

主轴未安装接杆前，运转时若有明显振动增大，应及时修复或更换。停止磨削，关闭冷却液后，应继续让电主轴空转3～5 min(电动机冷却不关)，依靠离心力去掉砂轮及接杆上的冷却液，防止砂轮产生不平衡及冷却液渗入主轴。

合理确定砂轮的修整间隔，防止砂轮磨钝使磨削力和磨削温升增大，引起加工面颤振和烧伤。同时根据沟道的实际刮色检验情况，确定合适的金刚笔位置[3]。

2.3 磨削参数调整

制定合理磨削工艺规程，并严格遵照实施。合理选择砂轮和进给量、背吃刀量、光磨时间、加工节拍等机床关键参数。沟道磨削时，为避免因为砂轮直径小，砂轮圆周速度受限制或者磨削热集中，须提高工件的圆周速度，这时若磨削力加大，可以更换硬度高1～2级或粒度更细的砂轮。

2.4 电磁无心夹具的改进[4]

磨削前对电磁无心夹具偏心方位角、前后支承角进行调整，优化试验的参数见表1。支承块选用耐磨性好、寿命长和摩擦因数小的聚晶金刚石(PCD)和多晶纯金刚石(CVD)材料。

表1 电磁无心夹具调整参数[4]

2.5 系统振动改进

激振力作用下引起的受迫振动由不均匀回转运动引起，砂轮线速度越高，离心力越大，振动加剧，因此，在提高主轴速度时应考虑机床的刚性。

没有周期性外力作用下的稳定自激振动反映在加工表面上按频谱分析为高频的波谱，其振动值随工件转速的提高而增大，所以一般通过降低工件转速来减小沟道表面波纹度[5]。

3 结束语

角接触球轴承沟道表面波纹度受多种因素的影响，在生产工艺和加工要求相同的情况下，通过机床调整，选择合理的磨削参数，砂轮与接杆连接时有效控制偏心，合理调整电磁无心夹具等措施，可有效降低套圈沟道的表面波纹度，从而降低轴承的振动及噪声。