圆柱滚子端面研磨机行星轮的设计改进

王晔，王强，孙慧广，王玉红

(1.中航工业哈尔滨轴承有限公司，哈尔滨 150000；2. 中国人民解放军驻哈尔滨轴承集团公司军事代表室，哈尔滨 150000 )

行星轮是圆柱滚子端面研磨机的主要工装。在研磨机中，行星轮既有公转又有自转，滚子在行星轮内由内环带动做往复行星运动，并由上、下研磨盘旋转研磨。研磨中要求滚子运动轨迹均匀地遍及整个研具表面，以利于研具均匀磨损。行星研磨加工的研磨轨迹复杂，且内外加工情况一致，从而使滚子端面可以得到良好的垂直差和平行差[1]。

端面研磨机一般用于圆柱滚子端面的终磨加工，具有不同规格，目前普遍用于圆柱滚子加工的端面研磨机加工范围为φ3～50 mm。加工后滚子垂直差、平行差小于0.002 mm、端面粗糙度Ra小于0.125 μm；加工每盘滚子的时间为 5～10 min，根据滚子直径，每盘滚子加工数量为6～1 300粒，滚子加工精度和效率较高。

1 行星轮原设计方法

图1 原行星轮设计图

图2 滚子装夹状态示意图

1.1 行星轮内孔直径d

1)拟定行星轮内孔直径，根据拟定的直径初步计算出孔中心与滚子切线的角度。根据图中几何关系得

2α=2arcsin[(Dw+Δd)/d-(Dw+Δd)]，

(1)

式中：Dw为滚子公称直径；Δd为滚子外径留量；d为拟定行星轮内孔直径；2α为单粒滚子占据的全角。

2)根据2α计算出行星轮单个孔内摆放滚子的数量，以及拟定状态下圆周方向总间隙,即

360/2α=m+x，

(2)

x(Dw+d)=δ拟，

(3)

式中：m为整数部分(能摆放滚子的数量)；x为小数部分；δ拟为拟定状态下的圆周方向总间隙，一般取0.1～0.2 mm。

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3)根据总间隙应取的数值，由(3)式反算出x值，再根据(2)式反算出2α，最后根据(1)式反算出d。

1.2 中心孔直径D

D=A+2δ1-d，

(4)

式中：A为砂轮径向厚度，(砂轮外径-砂轮内径)/2；δ1为滚子直径方向露出砂轮的尺寸(一般取露出砂轮的1/4)。

1.3 行星轮厚度H

H=Lw-1，

(5)

式中：Lw为滚子公称长度。

1.4 隔套外径

根据滚子直径和行星轮内孔直径可以确定出隔套外径，并且要保证径向间隙为0.3～0.5 mm，因此隔套外径Dg为

Dg=d-2(Dw+Δd)-(0.3～0.5)。

(6)

1.5 存在的问题

行星轮的原设计方法计算较为复杂，尤其当滚子直径较小时(φ7 mm以下)，在计算过程中若总间隙δ和滚子直径方向露出砂轮尺寸δ1取值不当，或加工过程中孔的公差取值接近极限时，会产生滚子掉落或最后一粒滚子装不下的现象。如果加工过程中发生掉滚子现象，可能造成砂轮崩盘，存在安全隐患。

原行星轮两端面为平面，国产端面研磨机如MB43100，MB4363使用的砂轮为橡胶砂轮，由于砂轮材质和粒度较大，行星轮不会粘到砂轮盘上。而目前使用的高精度研磨机砂轮盘材质为CBN砂轮片，粒度较小，由于冷却系统不同，行星轮经常会粘到砂轮盘上，粘到下砂轮盘时，行星轮难以取下；粘到上砂轮盘时，容易掉落砸伤下砂轮盘。

另外，原径向间隙设计较大，是为了便于装夹工件时最后安放隔套和拆卸工件时最先取出隔套，对隔套外径尺寸精度要求较高。

2 行星轮的改进设计

2.1 行星轮外形结构

针对行星轮粘砂轮盘的现象改进行星轮材质及外形结构。行星轮材料由PVC板代替原45#钢，减轻了行星轮的质量，避免工装对砂轮盘的损伤。

在行星轮底部设计1 mm高的凸台(图3)，并均匀开设4个通透的槽(宽度为C)，在行星轮外圆均布48个φ6 mm的孔，这些改进有利于滚子加工过程中油性冷却液的排出，可以避免行星轮粘到砂轮盘上。

图3 改进后的行星轮及滚子的装夹

2.2 行星轮内孔直径d

行星轮内孔改为多个孔(图3)，每个孔内放7粒滚子，圆周方向6粒，中间1粒，改进后计算简便，省去了隔套的设计和加工。滚子与行星轮内孔接触面积较大，滚子露出砂轮边缘位置的尺寸较原有设计方法容易控制，不会产生掉滚子现象。

行星轮内孔直径为

d=3(Dw+Δd)，

(7)

当Dw≤8 mm时，进位保留一位小数；当Dw>8 mm时，加0.1进位保留一位小数。

根据(7)式计算反推轴、径向间隙，确定圆周方向的总间隙为0.1～0.2 mm，径向总间隙为0.05～0.15 mm，完全可以保障滚子在加工过程中良好的自转。行星轮中心圆直径D与厚度H的计算与原设计方法相同。

3 结束语

圆柱滚子端面研磨机行星轮改进设计后，计算更加简便，能够有效避免滚子掉落和行星轮粘到砂轮盘上，PVC材质行星轮可以有效避免工装对滚子的损伤，已广泛应用于实际生产加工。