降低高精度薄壁转盘轴承摩擦力矩的工艺改进

何萌，杨会超，王涛，庞电杰

(洛阳LYC轴承有限公司 a.特大型轴承厂；b.031轴承厂，河南 洛阳 471039)

1 转盘轴承摩擦力矩分析

某型高精度薄壁四点接触球转盘轴承结构如图1所示，使用在方位转塔上,主机要求轴承精度达到P4。对轴承的摩擦力矩要求也十分严格：轴承空载下，启动摩擦力矩不大于60 N·m；1×105N载荷下，启动摩擦力矩不大于120 N·m；偏心300 mm,8×104N载荷下，启动摩擦力矩不大于400 N·m。

1—外齿圈；2—密封圈；3—内圈；4—隔离块；5—锥销；6—钢球；7—塞子；8—不锈钢丝；9—第2密封圈；10—活门注油嘴

(1)精度要求高，工序相对较多，在多次搬运、装夹过程中，由于零件刚性较差，易产生变形；

(2)套圈轴向刚性差，两端面平面度、平行差难以保证；

(3)游隙范围小，不易配制；

(4)启动摩擦力矩要求严格，套圈沟曲率、沟形加工的离散性大，沟道表面粗糙度影响较大。

2 改进措施

针对高精度薄壁四点接触球转盘轴承在生产中存在的加工工艺问题，采取了系列改进措施。

2.1 工艺改进

2.1.1 加工工艺优化

2.1.2 降低表面粗糙度

选用石墨砂轮作为抛光砂轮，采用专用金刚石滚轮修整砂轮，砂轮修整后采用切入法对终磨合格的沟道进行抛光处理，抛光后沟道表面粗糙度达到0.16 μm。

2.1.3 确定沟道表面淬火工艺

当沟道接触点硬度不均匀时，会对摩擦力矩产生较大影响，因此，沟道表面淬火工艺十分重要。以外齿圈为试验件，重新制作淬火感应器，在套圈圆周上均匀选取6段长度(每段2个测点)，采用不同的工件转速、淬火频率进行工艺试验，测得淬火后硬度和淬硬层深度见表1。由表可知，3#工艺条件符合预期工艺要求，淬火后硬化层深度为4.5～5 mm,沟道表面硬度为55～60 HRC。

表1 淬火后工件测量数据

2.1.4 提高合套率

采用金刚石滚轮砂轮修整器(图2)代替金刚石修整盘修整砂轮，降低了终磨沟道后沟曲率、沟形的离散性和人工操作对技能水平高低的依赖性，提高了沟道磨加工精度，使质量更加稳定。加工零件组装后，对连续5套产品的摩擦力矩(水平状态、偏心300 mm、载荷8×104N)进行测量，结果见表2。采用金刚石滚轮修整器后降低了摩擦力矩及其变动量。

图2 外齿圈、内圈成形金刚石滚轮结构示意图

表2 修整器改进前、后轴承摩擦力矩 N·m

采用选配套圈和钢球相结合的方法保证游隙要求，在轴承内、外圈沟道加工后，使用基准球测量实际游隙[1]。根据测量的实际游隙，通过钢球尺寸变化和游隙变化的比例关系计算出需重新定制的钢球尺寸，通过调整钢球尺寸满足轴承游隙要求。此种方法减少了磨配次数，相应地降低了工件吊装变形的概率。

2.2 工装改进

2.2.1 专用胎具

由于轴承为薄壁结构，刚性差，端面易变形。工装改进前，被加工工件在自由(松弛)状态下放在数控磨床工作平台上，机床通电上磁后通过电磁吸力定位，工件产生弹性变形，加工后机床退磁，工件恢复自由状态，由于弹性变形造成加工后工件尺寸不符合要求。改进后采用专用胎具(图3)，其圆周有8个压板，按照尺寸设置端面台阶对轴承套圈内(外)径进行限位。加工时首先把胎具平放在数控磨床的工作平台上，将被加工工件在自由(松弛)状态下放在胎具上，进行工件找正，如加工内圈沟道时找正内径(加工外圈沟道时找正齿轮节圆)；然后把内圈或外齿圈与胎具用压板、紧固螺钉固定在一起，安装方法如图4所示。加工时磨床不上磁，磨削一端面消除弯曲变形后，将零件翻转，再对另一面进行磨削，避免了装夹引起的弹性变形。

图3 外齿圈、内圈专用胎具结构示意图

1—胎具；2—螺钉；3—压板；4—外齿圈；5—内圈

2.2.2 专用吊具

采用十字专用吊具，减少套圈搬运过程中产生的变形，更好地保证工件精度。

3 结束语

采取改进措施，将新装配出的轴承在摩擦力矩试验机上进行试验。水平状态下偏心300 mm、载荷为8×104N时，启动摩擦力矩不大于400 N·m；在倾角为5°、中心载荷为1×105N条件下，轴承运转正常，未出现急停、卡滞、爬行等现象。