角接触球轴承沟形完整性磨削方法分析
2023-01-09尹延经李文超张振强徐润润
尹延经,李文超,张振强,徐润润
(1.西安交通大学,西安 710049;2.洛阳轴承研究所有限公司,河南 洛阳 471039;3.河南省高性能轴承技术重点实验室，河南 洛阳 471039;4.高性能轴承数字化设计国家国际科技合作基地,河南 洛阳 471039)
1 概述
除沟位置偏差外，沟道半径偏差、砂轮圆弧半径偏差以及磨削深度均会影响沟形的完整性。关于沟形加工的研究较少：文献[1]分析了砂轮进给量对角接触球轴承锁口高度的影响，但未涉及沟道磨削质量的分析； 文献[2]分析了砂轮修整对沟形完整性的影响，但侧重于砂轮自身的修整，未涉及磨削量的分析；文献[3-5]分析了如何改善沟道磨削质量，但侧重于微观性能，未涉及表面形貌的加工。
图1 砂轮磨削示意图Fig.1 Diagram of grinding by grinding wheel
在不考虑加工余量和精益生产的情况下，可以通过增加砂轮磨削量保证二次磨削后沟形的完整性，但可能会造成尺寸超差，不利于控制产品质量。本文以内圈沟道磨削为例，从沟形和砂轮磨削的关系出发，分析了沟位置、砂轮位移以及砂轮形状之间的关系，提出了保证二次磨削后沟形完整性的措施。
2 保证沟形完整性的措施
初次磨削导致沟位置偏大或偏小时，保证二次磨削后沟形完整性的措施不同，下文将具体分析。
2.1 沟位置偏大
2.1.1 锁口重合法
图2 沟位置偏大时沟道磨削几何关系示意图(锁口重合法)Fig.2 Geometrical relationship diagram of raceway grinding when raceway position is too large(counterbore consistence method)
在Rt△OFB中
lOF=Ri1-t1，
通过上述方法及太阳能系统的配置计算，得出常规安防系统、低功耗安防系统所需太阳能供电系统配置及耗电量对比情况，如表2所示。
(1)
lOB=Ri1，
(2)
(3)
则
(4)
在Rt△O′GB中
lBG=lBF+a，
(5)
lO′B=Ri2，
(6)
(7)
则
(8)
砂轮径向进给量为
b=lOF-lO′G=Ri1-t1-
(9)
锁口高为
t2=t1+b+Ri2-Ri1，
(10)
沟底直径减小量为
Δdi=2(b+Ri2-Ri1)。
(11)
2.1.2 最低锁口法
图3 沟位置偏大时沟道磨削几何关系示意图(最低锁口法)Fig.3 Geometrical relationship diagram of raceway grinding when raceway position is too large (minimum counterbore method)
(12)
(13)
联立(12)，(13)式可得F点坐标为(xF,yF)，锁口高t2为
t2=Ri2+b+yF。
(14)
若t2满足要求，联立(12)—(14)式可得砂轮最小径向进给量bmin为
(15)
2.2 沟位置偏小
为保证二次磨削后沟形的完整性，可采用图4的磨削方法，即砂轮F点移至沟道边缘A点。由图中几何关系可得砂轮径向进给量为
图4 沟位置偏小时沟道磨削几何关系示意图Fig.4 Geometrical relationship diagram of raceway grinding when raceway position is too small
(16)
式中：a为修磨时的沟道偏移量(砂轮右移量)；lDE为内圈挡边到原沟底的距离。
3 实例分析
以某角接触球轴承内圈初次磨削后沟位置偏大为例，Ri1=2.86 mm，t1=0.2 mm；二次磨削后，Ri2=2.88 mm，沟位置需向基面偏移0.1 mm。
采用锁口重合法时，根据(9)—(11)式可得b=0.019 mm，t2=0.239 mm，Δdi=0.078 mm，即该轴承沟底直径至少需要减小0.078 mm，才能保证沟形的完整性。
若要保证沟形的完整性，沟底直径减小量需根据沟位置偏移量和沟道半径R调整，见表1∶1)随沟道半径增大，沟底直径减小量减小，说明沟道半径增大在一定程度上可避免对沟底的过度磨削，且沟道半径对沟底直径减小量的影响较小，但为了保证沟形的完整性，建议初次磨削时采用较小的沟道半径，后续磨削时采用较大的沟道半径；2)随沟位置偏移量增大，沟底直径减小量增大，且其影响较大，说明在生产过程中应尽量避免多次磨削时存在较大的沟位置偏差。
表1 沟位置偏移量和沟道半径对沟底直径减小量的影响(锁口重合法)Tab.1 Influence of raceway position offset and raceway radius on reduction of raceway bottom diameter(counterbore consistence method) mm
采用最低锁口法时，若要保证最终锁口高度t2=0.1 mm，通过(15)式可得bmin=0.005 mm，通过(12)式可得沟底直径减小量为0.050 mm。
沟底直径减小量同样需要根据沟位置偏移量和沟道半径调整，见表2:1)沟位置偏移量对沟底直径减小量影响较大，实际生产中应严格控制；2)沟道半径对沟底直径减小量影响较小，但其对沟形加工质量影响较大，后续磨削中在不增加沟底直径减小量的基础上可适当增大沟道半径。
表2 沟位置偏移量和沟道半径对沟底直径减小量的影响(最低锁口法)
上述实例计算了保证沟形完整性的径向最小磨削量，采用不小于径向最小磨削量对沟道进行二次磨削，沟道及斜坡轮廓如图5所示，沟道为一条完整的圆弧，说明文中方法可为轴承实际生产提供参考。
图5 二次磨削后的沟道及斜坡轮廓Fig.5 Raceway and slope profile after secondary grinding
