一种轴承套圈磨削加工用弹性浮动支承

张志华，任得余，南建辉

(天马轴承集团股份有限公司 技术部，杭州 310015)

1 套圈磨削加工用浮动支承

1.1 普通浮动支承

轴承套圈外圆或内沟(滚道)磨加工(非贯穿无心磨)中，目前多采用普通浮动支承来承受套圈在磨加工中所受的径向力，浮动支承结构如图1所示，其中，支承座与支承头通过销钉连接。该浮动支承结构简单，但存在以下缺点：

(1)当磨削力过大或套圈原始圆度误差较大时，磨加工中非常容易发生套圈变形，套圈原始形变修正能力差。

1—支承座；2—销钉；3—支承头

(2)只能使用一个支承头，与套圈接触面较小，导致套圈加工精度不高。

1.2 弹性浮动支承

为解决现用浮动支承存在的缺点，设计了弹性浮动支承，其结构如图2所示。支承结构由支承座、弹性浮动块销钉、弹性浮动块、2个支承头和2个支承头销钉组成。支承座固定在磨床夹具上，支承座与弹性浮动块通过弹性浮动块销钉连接；弹性浮动块以弹性浮动块销钉为中心，相对支承座可以调整一定的旋转角度。支承头从上往下放入弹性浮动块上的支承头孔，然后通过支承头销钉与弹性浮动块连接；支承头以支承头销钉为中心，相对弹性浮动块可以调整一定的旋转角度，支承头上设有硬质合金块，并采用铜焊接。弹性浮动块上的2个支承头增大了与加工套圈的包络面；弹性浮动块上对称设置有2个缺口，缺口为长方形+圆弧组合，当磨削力过大时，弹性浮动块中的缺口可增加弹性，起一定的缓冲作用，可提高工件的加工精度。

1—支承座；2—弹性浮动块销钉；3—弹性浮动块；4—支承头；5—支承头销钉

2 弹性浮动支承原理

弹性浮动支承利用磨削过程中浮动支承具有的弹性缓冲作用，减少磨削过程中套圈的弹性变形，避免套圈毛坯圆度误差较大时引起套圈的磨削变形。套圈磨削时受力[1]情况如图3所示，所受径向力(不考虑套圈偏心引起的力)为

图3 套圈磨削受力示意图

G=F左cosα+F右cosβ，

(1)

F磨=F左sinα-F右sinβ，

(2)

套圈磨削过程中，假定F磨不变，套圈重力基本保持不变。采用的浮动支承具有2个支承头，减少了单个支承的磨损，提高了支承的使用寿命；当套圈的圆度误差较大时，F磨增大，这时，弹性浮动块安装支承头的部位相对于弹性浮动块弹性缺口或圆弧产生弹性变形(图4)，起到弹性缓冲的作用，套圈在磨削过程中不会产生变形。

图4 套圈磨削过程弹性浮动支承状态

弹性浮动支承的支承面采用与工件外径曲率相同的硬质合金材料,使工件在加工时水平方向的支承由原来的4个面接触变为8个面接触,有效地增加了套圈的接触面积,并且消除了由于支承引起的工件表面波纹；由于弹性浮动头可绕轴作一定的回转,能保证支承与工件之间始终保持良好的接触,从而获得了高质量的加工表面，也方便操作人员调整。

3 支承的设计与制造

除弹性浮动支承块外，其余部件均与现用支承相同，弹性浮动支承块材料采用65Mn，并进行调质处理,弹性缺口的深度由加工套圈的大小和磨削力决定。对薄系列产品可采用以大圆弧代替弹性缺口(图5)。

图5 大圆弧浮动支承块

4 对比试验

在3MZ2150外圆磨床上磨削N1036外圈外径面，在支承位置角、偏心量和磨削速度不变的情况下各加工5件工件，对比采用传统浮动支承和弹性浮动支承后工件的圆度，结果见表1。

表1 采用不同浮动支承后工件圆度对比 μm

由表1可以看出，在同等条件下，弹性浮动支承能有效改善工件圆度，特别是对重系列和薄系列产品效果更加明显。