大型调心滚子轴承的全互换合套方法

焦 靖，伊 静，张恩赫

（1. 瓦房店轴承集团有限责任公司，辽宁 瓦房店 116300；2. 哈尔滨哈轴精密轴承制造有限公司，黑龙江 哈尔滨150036）

大型调心滚子轴承的全互换合套方法

焦 靖1，伊 静2，张恩赫1

（1. 瓦房店轴承集团有限责任公司，辽宁 瓦房店 116300；2. 哈尔滨哈轴精密轴承制造有限公司，黑龙江 哈尔滨150036）

针对大型调心滚子轴承合套后游隙不稳定的问题，从合套理论入手，详细分析了产生问题的原因，采取了相应的解决方法，并制造了专用检测仪器，提高了合套率和生产效率，减小了返修品率。

大型调心滚子轴承；合套率；游隙；专用检测仪器；返修品率

1 前言

调心滚子轴承的合套就是内滚道、外滚道、滚子尺寸公差的良好配合，在保持架质量合格的情况下，达到合格的成品游隙要求。

2 合套原理

符号含义：

Dw——滚子直径，mm;

De——外滚道直径，mm;

dix——内滚道直径名义尺寸，mm；

di——内滚道直径测量尺寸，mm；

Gr——成品游隙，mm；

△Gr——成品游隙变化量，mm；

△De——外滚道直径公差，mm；

△di——内滚道直径测量尺寸公差，mm；△dix——内滚道直径名义尺寸公差，mm；△Dw——滚子直径尺寸公差，mm；

α—— 产品接触角。

图1 中显示出调心滚子轴承各尺寸间的几何关系 ，通常以实测偏差值参与计算，从图 1 中可看出，调心滚子轴承的游隙计算公式：△Gr=△De- △dix- 2△Dw。

但是△dix测量不出来，只能测量△di，从图1 可看出，在di和dix组成的三角形中di=dix×cosα通常用公差值来计算：△di=△dix×cosα，以FL-240/600/W33为例，△dix=△di/cosα，图纸中给定的α为11°20′，工艺规定△di为+0.03～ -0.03，则△dix=（+0.03～-0.03）mm/cos11°20′=0.0306～ -0.0306mm，即△dix与△di只相差(+0.0306～ -0.0306)-(+0.03～-0.03)=0.0006mm，千分表的表针检测不出来，可以忽略不计。

所以调心滚子轴承游隙计算公式：△Gr=△De-△dix- 2△Dw可近似由公式：△Gr=△De- △di- 2△Dw代替，则可导出： △De=△Gr+△di+2△Dw，△di=△De-2△Dw- △Gr。

3 原合套方法

图1 大型调心滚子轴承尺寸标注

（1）我们加工先到磨加工现场的内圈（或者外圈）所有工序，

（2）待滚子到分厂后，见滚子直径尺寸公差(尺寸散差大），计算出外圈滚道尺寸（或者内圈滚道）公差，并加工第一件。

（3）用加工好的内圈、外圈、滚子、保持架各一件一起合套，检测游隙合格后，根据滚子尺寸公差，计算出剩余外圈的滚道（或者内圈滚道）尺寸公差，再批量加工。

反之，外圈先到磨加工作业现场，也是一样。这样影响生产进度和交货期，还因为尺寸、曲率、位置检测不准确，影响合套率。

为此，我们研究、试验，采用全互换合套，避免此弊端。即内、外滚道同时按工艺要求加工，研究出确实可行的尺寸、曲率、位置的准确检测方法，等保持架、滚子来货即可装配合套，缩短了成品出产期，减少因配不上套引起的在制品积压。

4 现全互换合套方法

（1）所有产品内滚道尺寸公差保证在±0.03mm以内。

（2）滚子尺寸公差控制在±0.015mm以内。

（3）大型调心滚子轴承的保持架都是车制或压铸实体架。

（4）所有游隙公差反映在外滚道尺寸上。

基于前面两点，内滚道尺寸公差已知△di=±0.03mm，滚子尺寸公差

已知△Dw=±0.015mm，产品代号确定了，则内径尺寸查GB/T 4604-2006和企业大型调心滚子轴承的径向游隙标准，可知游隙数值Gr，则可计算出外滚道尺寸公差：△De=△Gr+△di+2△Dw，Demax(最大尺寸）= Grmax（最大游隙）+△dimin（最小尺寸）+2Dwmin（最小尺寸）；Demin（最小尺寸）= Grmin（最小游隙）+dimax（最大尺寸）+2Dwmax（最大尺寸），所以只要有产品图纸，就可确定出内、外滚道、滚子直径的尺寸公差，即可同时加工内、外圈滚道。

5 前期加工过程中出现的质量问题

5.1 内滚道尺寸检测的不准确性

内圈滚道的结构特点见图 2。

图2 内滚道结构特点

其中：

Bi——表高；

R——内滚道曲率；

X——内滚道曲率中心对内圈中心线的径向距离；

Y——内滚道曲率中心对内圈中心的轴向距离；

B——内圈宽度。

图3 内滚道直径检测位置

大型调心滚子内滚道检测仪器是用管尺在表高Bi的位置检测di，如图 3 表高Bi对应的滚道位置，是滚子和内滚道正确的接触点，Bi的位置点是用卡尺来定位，不准确，Bi不准，则di也会有变化，以FL-240/600/W33为例，产品图纸尺寸：Bi：68.791 di：670.662，R：480.5 X：735.866 Y：147.486 B：272。因为手误或眼观误差，用卡尺确定表高点时，表高Bi比名义尺寸高0.1mm或低0.1mm是很正常的。由图 2 可导出几何关系，di=2×{X-R2-[（Y-B/2）+Bi）2] }。若Bi+0.1mm时，即Bi+0.1=68.891mm则经计算理论尺寸di（Bi+0.01）=670.7032mm；比di：670.662mm大0.041mm，但实际上加工滚道时，操作者不知道Bi+0.01mm，还是用di=670.662mm对表，因为曲率不变，在不同点尺寸变动量是一致的。所以Bi+0.1mm处滚道实际加工尺寸di：670.662-0.041=670.621mm, Gr= De-di- 2Dw,如果De、2Dw是合格的，di减小了0.041mm故合套后，游隙增大0.041mm。若Bi-0.10时 即Bi-0.1=68.691mm，则经计算 di（Bi-0.01）=670.623mm，比di加大0.039mm，但实际加工滚道时，操作者不知道Bi：-0.01mm，还是用di=670.662mm来对表，所以Bi处滚道实际加工尺寸670.662+0.039=670.701mm故成品游隙减小0.039mm。而游隙△Gr只有0.31～0.48mm，经计算：外沟尺寸公差=△Gr+△di+2△Dw=（0.31～0.48）+（0.03～-0.03）+2×（+0.015～-0.015）= 0.28～0.45mm，合套时，当外滚道的最小公差与内滚道的最大公差及滚子的最大公差相配合时，即Gr=0.28是最小的游隙，是合格的；但因为表高Bi不准确，影响内滚道尺寸公差△di，会导致游隙比0.28mm小0.039mm左右，导致成品游隙不合格。当外滚道的最大公差与内滚道的最小公差及滚子的最小公差相配合时，原则上是最大游隙Gr=0.48mm，是合格的，但是因为表高Bi（-0.1mm）不准确，影响内滚道尺寸公差△di，导致实际游隙比最大许可游隙0.48mm大0.039mm左右，导致游隙不合格，影响合套率。

解决方法：见章节6，检测仪器设计。

5.2 加工工艺存在的问题

5.2.1 磨削量大导致工件变形

外滚道尺寸因硬车留量大，磨削热大，导致外滚道细磨后收缩量大、成品滚道尺寸公差不准确。

解决方法：压缩硬车留量，压严硬车的各种形位公差，给细磨留0.2～0.3mm磨量，保证外滚道细磨尺寸公差的准确性。

5.2.2 曲率和位置的不准确

以前加工内滚道时，曲率和位置用样板眼观，不能数字量化。

（1）曲率不合格会影响滚子和内滚道的接触点位置，曲率小了，滚道两边将滚子裹起，成品使用时容易快速疲劳、损坏、异音；曲率大了，滚子与内滚道的接触点位置也变了，不在正确的接触位置，会影响成品调心性能，影响承载能力并导致早期疲劳。

（2）内滚道位置不对，会导致滚子在保持架兜孔里的接触位置不对，滚子和内滚道的接触点不对，和外滚道的接触位置不对，所有的滚道尺寸和滚子尺寸都配合不好，会影响成品游隙。内滚道的位置不准确，会造成内滚道尺寸不准（同样的表高点Bi，因位置不合格，检测的di已不是实际滚子和内滚道接触点处的尺寸，所以会与理论di尺寸不一样），如图 4。

图4 内滚道位置不对示意图

图4 中，L为轴承的轴向中心线；当内滚道位置合格时，滚子和内、外滚道的接触点连线L1与L的夹角α，α为轴承回转时的正确压力角；当内滚道位置不合格时，滚子和内、外滚道的接触点连线L2与L的夹角为α2，α2为轴承回转时的不正确压力角。

滚子 2 是内滚道位置不合格时，当位置偏向右端面时，滚子在内滚道的束缚下与外滚道的运行轨迹L2与L的夹角为α2， α2大于α1，滚子会将外滚道顶起来，影响回转，造成游隙小或无游隙。要达到游隙合格，就必须加大外滚道尺寸公差，这样就偏离了计算的外滚道尺寸公差，使全互换合套无望。

6 检测仪器设计

为了使游隙准确，必须使曲率和位置准确。普通的用位置样板看缝隙的方法误差太大，不便于指导设备参数的调整。如果用三座标检测每一件内滚道位置的话，效率很低，而且因为数量多也不现实。

终上所述，要想达到全互换合套，必须解决加工过程中出现的问题，为此，我们设计了准确检测内滚道尺寸、位置、曲率的检测装置，如图5 。

图5 中，沟道表高点A点是尺寸检测百分表，与之在同一平面的相隔180°的B点是定位支承点，在支承点的上、下方距滚道边缘30mm处各有一个千分表，用来检测滚道曲率和位置；在检测产品时两块千分表的示值在±0.005mm公差范围内表示位置和曲率是合格的， 如果两块千分表的示值不在±0.005mm公差范围内表示位置和曲率不合格，就调整加工设备参数，直到两个千分表的示值在公差范围内为止，用此检具检测的沟道尺寸、位置和曲率合格的内滚道，在其它零件尺寸准确的情况下，成品游隙一定合格，而且效率高、节省时间、准确性很高，从而达到调心滚子轴承的全互换合套。

此仪器使用时，必须有内滚道标准样圈作为标准件，这样能够实现每一规格产品滚道检测时，对表都用同一标准件，保证每一批次内滚道尺寸检测的准确性与曲率、位置的一致性，从而实现调心滚子轴承的全互换合套。

图5 检测仪器测量示意图

7 结束语

经过上述一系列的分析和改进，实现了大型调心滚子轴承的全互换合套，提高了生产效率和产品质量，减少了劳动强度和返修率。

（编辑：林小江）

Interchangeble matching method of large-scale spherical roller bearing

Jiao Jing1,Yi Jing2, Zhang Enhe1
( 1. Wafangdian Bearing Group Co.,Ltd.,Wafangdian 116300,China; 2. Harbin Hazhou Precision Bearing Manufacturing Co., Ltd., Harbin 150036, China )

In view of the clearance instability problems of large-scale spherical roller bearing after matching, starting from the matching theory, analyzing detailedly the cause of the problems, putting forward the corresponding solving methods and making special detecting instruments, the matching rate and production efficiency are improved, meanwhile, the rate of rework is reduced.

large-scale spherical roller bearing; matching rate; clearance; special detecting instruments; rework rate

TH133.33+2

B

1672-4852（2017）01-0045-04

2017-03-23.

焦 靖（1968-），女， 中级工程师.