圆锥滚子轴承外圈滚道凸度磨削工艺及装备的研究应用_胡栋

圆锥滚子轴承外圈滚道凸度磨削工艺及装备的研究应用

胡 栋

（瓦房店轴承集团有限责任公司 辽宁 116300）

摘 要：论述圆锥滚子轴承外圈滚道磨削加工方法，凸度形状稳定性的保证装置的研究。

关键词： 滚道凸度 磨削工艺 装备

一、问题提出：

随着铁路事业的快速发展，对铁路轴承的使用寿命、可靠性和稳定性都有更高的要求。在这种情况下，寻求和应用新的铁路货车轴承设计理论成为了一种必然。圆锥滚子轴承的“三凸”设计理论在国内外

本文阐述的即是如何通过设计新的装备实现圆锥轴承外圈滚道凸度加工的往复式磨削工艺。

二、原磨削工艺分析

目前，国内实现铁路货车轴承外圈滚道凸度的磨削方式为砂轮切入式磨削；

与往复式磨削方式相比，在同等条件下，获得的工件表面粗糙度较差，砂轮曲

线修整麻烦，工作效率较低。

1．原滚道凸度磨削工艺

以图2所示圆锥轴承7716外圈为例， 磨削时砂轮被斜线修整为如图3形状，其凹陷深度为0.008mm，

1所示的成品，这就是典型的切入式磨削。这种磨削方式需要粗、精加工两道工序来产生滚道的凸度，而且成品的凸度量随着砂轮的消耗会产生较大的变化。因此,在同等磨削条件下，其工作效率及所加工产品的表面粗糙度都远不如往复磨削。

三、新滚道凸度磨削工艺

1.凸度磨削原理

首先将工件在竖直平面内倾斜一角度，再将工件按自身半锥角值在水平面内旋转，保证工件的几何中心与砂轮轴线等高；砂轮仍为水平直线修整，砂轮自身高速旋转并随工作台往复运动，工件横向进给，形成典型的往复式磨削方式，因此，滚道就被磨削成单叶双曲面形状，滚道母线就是单叶双曲线，曲线的最高点就是实际获得的凸度量。

2.理论计算及实例

(1)理论计算

图5为新工艺磨削示意图，磨削时使工件绕其几何中心在竖直平面内倾斜θ角。为了简化视图，如图

6所示，可设想为一细长砂轮磨削内径为D＝D1＋C*tgα,宽度为C／cosα,壁厚足够的圆柱孔内表面磨削。

图中θ为获得凸度量Δ所需的竖直平面内转角，下面给出转角与凸度量Δ之间的函数关系。 由于轴承精度及使用环境不同，滚道Δ值也就不同，加工Δ时工件拨角计算式如下：

y = r 2

-(r-Δ)2

= 2rΔ-Δ2 = DΔ-Δ2 = DΔ

式中D＝D1＋C＊tgα tgθ= 2y

C/cosα

=

2Δ(D1+C*tgα)

C/cosα = 2 cosαΔ(D1+C*tgα) C

式中：Δ：工件所需凸度值

θ：获得Δ凸度值工件的倾斜角度（如图5） D1：工件滚道小头直径（如图2） C ：工件的宽度（如图2） α：滚道的半锥角（如图2） (2) 实例

已知：轴承型号为7716，套圈宽度为C＝25，半锥角α＝14°05′41″D1=110.687，终磨滚道凸度值为0.007mm,求θ。

由公式：tgθ= 2 cosαΔ(D1+C*tgα)

C

= 2cos14°05′41"(110.687+25tg14°05′41")*0.007 25

= 0.060

θ= arctg0.060 = 3.4336°= 3°26′01"

故工件立面拨角度为3°26′01"，水平面拨角度为14°05′41″。

四、新装备的设计、制造

根据新的磨削工艺原理，我们设计制造了样机，进行了上述实际的产品加工，取得了较为理想的凸度曲线形状和凸度值。然而，样机的机械结构复杂，操作调整极为麻烦；若采用滚珠丝杠伺服系统，则改造费用太多，制造难度大，故不易推广。

在寻求实现新工艺的新机械过程中，我们发现：在磨削圆锥轴承外圈滚道生产实践中，当工件轴轴线与砂轮轴轴线不等高时，磨削的滚道不是正常的直母线，会产生中间略高的情况。经仔细分析，这样获得的凸度曲线也是单叶双曲线，与前面所获得的曲线类似。

表 1 几种轴承规格试验数据记录

表中符号说明:

C——外圈宽度，mm

α——外圈滚道锥角，mm

H——工件轴线与砂轮轴线的差值，mm

Δ——滚道凸度值，mm

可知影响凸度Δ的几个因素分别为滚道锥角α、滚道宽度C、工件轴轴线与砂轮轴轴线的高差H ，其相互关系如下：

1、对于具体的产品规格，其滚道锥角α和滚道宽度C都已确定，则滚道凸度Δ随着高差H的增加而增加；

2、对于不同规格的轴承外圈，要达到同样的凸度Δ，滚道锥角越小所需的高差H越大，滚道宽度C 越小所需的高差H越大。

根据上面的工艺实验结果，我们对图8所示机械装置进行了完善与改进，得到了工人师傅的认可，接着又成功推广应用到3MZ2116、M8861内圈滚道磨床等设备上。

五、结论

综上所述，由于实现了往复式磨削，砂轮仍为直线修整，大大方便操作者调整机床和加工产品，减少了大量的辅助时间，提高了工作效率2倍，体现在整套轴承中可降低成本0.1%；每年的铁路货车轴承产值约为2.0~2.2亿元，则体现降成本200~220万元；改造费用仅为0.5万元/每台，效益巨大；另一方面，轴承零件设计的创新及加工精度的提高，提升了整套轴承的精度及寿命，为公司稳定与扩大开发铁路货车轴承市场创造了有利条件，铁路货车轴承的市场占有率逐步上升。