滾珠絲杠支撐用推力角接觸球軸承裝配質(zhì)量控制

趙 敏，徐永海

（紐威數(shù)控裝備（蘇州）股份有限公司，江蘇 蘇州 215163）

0 引言

機(jī)床驅(qū)動(dòng)部件最常見(jiàn)的故障就是滾珠絲杠兩端軸承損傷和機(jī)床定位精度超差，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)推力角接觸球軸承外圈施加外力來(lái)控制軸承外圈的緊固量，并測(cè)量不同緊固量導(dǎo)致軸承外圈受力變形的情況，從而使軸承外圈緊固量得到有效的控制。合理控制軸承外圈的緊固量，可以避免因外圈受力過(guò)大而導(dǎo)致的軸承異常溫升和失效損傷，使推力角接觸球軸承處于正常良好的工作狀態(tài)，保證機(jī)床定位精度的準(zhǔn)確性。從軸承的清洗、安裝到軸承外圈緊固量的控制，做好每一步工序的質(zhì)量控制，才能使機(jī)床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)長(zhǎng)期保持穩(wěn)定運(yùn)行，提升機(jī)床定位精度和精度保持性[1]。

1 滾珠絲杠支撐用推力角接觸球軸承的安裝

1.1 推力角接觸球軸承的安裝

1.1.1 軸承清洗

在實(shí)際工作中，由于軸承清洗不干凈,殘留的異物會(huì)損傷軸承的滾道。軸承清洗的目的在于徹底去除軸承內(nèi)部的油脂和異物，在軸承清洗過(guò)程中需注意以下情況[2]：

（1）用優(yōu)質(zhì)煤油或汽油清洗軸承，軸承清洗分為粗洗和精洗，清洗時(shí)，粗洗槽與精洗槽分開(kāi)不要混淆。

（2）在粗洗槽內(nèi)，避免轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，用刷子大致清除附著在軸承表面的雜質(zhì)之后，再將軸承放入精洗槽中。

（3）在精洗槽中，將軸承輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行清洗，精洗槽內(nèi)清洗油必須經(jīng)常更換始終保持清潔。

（4）精洗完成的軸承要進(jìn)行吹干或者晾干，避免用抹布直接擦拭軸承。

1.1.2 潤(rùn)滑脂填充

潤(rùn)滑脂可以減小摩擦，降低軸承磨損，延長(zhǎng)軸承的使用壽命，還有防塵和防銹的作用。在填充潤(rùn)滑脂時(shí)，用注脂器將潤(rùn)滑脂均勻的填充在各鋼球之間，用手轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，使?jié)櫥鶆蜻M(jìn)入滾道面、保持架內(nèi)部、鋼球間空隙和引導(dǎo)面等各處?？偺畛淞空伎臻g容積的10%～20%為宜，潤(rùn)滑脂填充量過(guò)少，易導(dǎo)致潤(rùn)滑不良，進(jìn)而加速軸承的磨損；潤(rùn)滑脂填充量過(guò)多，會(huì)產(chǎn)生異常發(fā)熱現(xiàn)象，尤其在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)初期易導(dǎo)致潤(rùn)滑脂劣化。

1.1.3 軸承安裝

安裝軸承時(shí)，注意保證軸承受力方向的正確性（圖1），錯(cuò)誤的受力方向會(huì)導(dǎo)致軸承滾道損傷（稱為滾動(dòng)體爬越鎖口壓痕），安裝軸承有兩種情況，一種情況是將軸承裝在絲杠軸上，另一種情況是將軸承裝入軸承座及電機(jī)座內(nèi)孔中，注意事項(xiàng)如下：

（1）當(dāng)軸承壓入在絲杠軸時(shí)，用軸承具對(duì)軸承內(nèi)圈均勻施力。

（2）當(dāng)軸承壓入在軸承座及電機(jī)座內(nèi)孔時(shí)，用軸承具對(duì)軸承外圈均勻施力。

圖1 角接觸球軸承安裝受力方向示意圖

1.2 消除引起軸承損傷的影響因素

滾珠絲杠支撐用推力角接觸球軸承在清洗安裝過(guò)程中，易出現(xiàn)軸承清洗不干凈，填充潤(rùn)滑脂時(shí)異物混入，安裝受力錯(cuò)誤等問(wèn)題，導(dǎo)致推力角接觸球軸承的內(nèi)外圈滾道和滾動(dòng)體上存在異物壓痕以及滾動(dòng)體爬越鎖口壓痕，這些是推力角接觸球軸承運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲異常的主要原因，安裝因素造成的軸承滾道異物壓痕損傷如圖2所示。

圖2 角接觸球軸承滾道異物壓痕損傷

要避免軸承因?yàn)榘惭b因素造成的損傷，在清洗和安裝工序中，要注意以下問(wèn)題：

（1）保證工作環(huán)境清潔無(wú)塵；

（2）安裝前將軸承和其他零件清洗干凈，軸承清洗和裝配時(shí)注意的問(wèn)題：軸承的粗洗和精洗工序分開(kāi)進(jìn)行；粗洗軸承時(shí)不要轉(zhuǎn)動(dòng)軸承；軸承清洗后吹干或晾干，不要用抹布擦干；專用工具填充潤(rùn)滑脂防止異物混入；軸承安裝工具不要采用脆性材料；安裝軸承時(shí)，保證受力方向的正確性。

2 推力角接觸球軸承外圈緊固量的控制

2.1 滾珠絲杠支撐用推力角接觸球軸承型號(hào)

機(jī)床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，滾珠絲杠軸承主要承受軸向載荷，徑向除了絲杠自身重量，一般無(wú)外載荷，最常用的滾珠絲杠軸承就是推力角接觸球軸承，這種滾珠絲杠支撐用的推力角接觸球軸承的接觸角為60°，具有較高的軸向剛度，以NSK推力角接觸軸承型號(hào)為例（圖3）。

圖3 NSK滾珠絲杠支撐用推力角接觸球軸承型號(hào)

其中組合記號(hào):表示滾珠絲杠支撐用推力角接觸球軸承的多種組合形式，包括DB、DBD、DBB、DBBB、DF、DFD、DFF、DFFF、DT、DTD、DTT、和SU自由組合（單件）等;預(yù)緊記號(hào):C10標(biāo)準(zhǔn)預(yù)緊/C9輕預(yù)緊;精度記號(hào):PN7A標(biāo)準(zhǔn)精度/PN7B內(nèi)外徑尺寸差特殊管理精度（SU組合專用）。

2.2 推力角接觸球軸承外圈緊固量試驗(yàn)裝置

機(jī)床驅(qū)動(dòng)部件一般由滾珠絲杠、隔套、軸承座、推力角接觸球軸承、壓蓋、鎖緊螺母等零件組成，機(jī)床驅(qū)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)圖參見(jiàn)圖4a。

推力角接觸球軸承外圈緊固量試驗(yàn)裝置以自由組合形式的滾珠絲杠支撐用推力角接觸球30TAC62-BSUC10PN7B的DB為例，為了測(cè)量軸承外圈的變形，試驗(yàn)中軸承被拆解只保留了軸承外圈，這樣可以直觀地測(cè)量軸承外圈的受力變形情況。推力角接觸球軸承外圈緊固量試驗(yàn)裝置（見(jiàn)圖4b）包括軸承座、推力角接觸球軸承外圈、壓蓋、扭矩扳手、轉(zhuǎn)臺(tái)、磁力表座、千分表（測(cè)量精度0.001 mm）、進(jìn)口數(shù)顯千分表（測(cè)量精度0.01μm）等。

圖4 機(jī)床驅(qū)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)圖和絲杠軸承外圈緊固量試驗(yàn)裝置

2.3 軸承外圈緊固量對(duì)外圈滾道面變形的影響

2.3.1 定量控制外圈緊固量

設(shè)計(jì)壓蓋時(shí)，壓蓋高度必須預(yù)留適當(dāng)?shù)难b配調(diào)節(jié)量，軸承外圈緊固方法為：

先測(cè)量軸承座的軸承孔深度，再測(cè)量軸承組件和壓蓋止口高度之和，加工調(diào)整壓蓋止口高度，使兩者之差滿足裝配調(diào)整量要求。

（1）定量控制外圈緊固量的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：軸承外圈的緊固量確定，壓蓋螺釘?shù)逆i緊力矩對(duì)軸承外圈緊固后變形的影響不大。

缺點(diǎn)：裝配和檢驗(yàn)工具多，如千分尺、深度尺、加工壓蓋的機(jī)床等；壓蓋的加工精度難以保證，對(duì)裝配操作工人的技術(shù)要求高，測(cè)量誤差和壓蓋及軸承座的加工精度對(duì)軸承外圈緊固量的影響無(wú)法消除，壓蓋的加工精度不良或緊固不均勻，會(huì)導(dǎo)致外圈緊固不均勻及外圈滾道面的變形。

（2）外圈緊固量及外圈滾道面變形之間的關(guān)系

試驗(yàn)中，首先測(cè)量軸承座的軸承孔深度，再測(cè)量軸承組件和壓蓋止口高度之和，加工調(diào)整壓蓋止口高度，使兩者之差即緊固量分別為0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm，檢測(cè)外圈滾道面各個(gè)測(cè)量的變形情況（圖5）。

圖5 外圈緊固量與外圈滾道面變形之間的關(guān)系

2.3.2 定量控制壓蓋螺釘鎖緊扭矩

壓蓋與軸承座端面留一定量的間隙，設(shè)計(jì)壓蓋高度時(shí)，不預(yù)留裝配調(diào)整量，壓蓋與軸承座端面之間保留一定量的間隙。裝配時(shí)，使用扭矩扳手控制壓蓋螺釘鎖緊扭矩保持一致。

（1）定量控制壓蓋螺釘鎖緊扭矩的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、裝配工具少，只需扭矩扳手鎖緊螺釘，控制壓蓋螺釘?shù)逆i緊力矩。

缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)壓蓋時(shí)，相同規(guī)格的滾珠絲杠支撐用推力角接觸球軸承采用了不同規(guī)格鎖緊螺釘，以規(guī)定扭矩鎖緊壓蓋的螺栓，導(dǎo)致相同結(jié)構(gòu)和規(guī)格的軸承外圈，因壓蓋螺栓的規(guī)格和數(shù)量不同，采用不同規(guī)定的扭矩鎖緊螺栓，軸承外圈的所受軸向力差別很大。

（2）壓蓋螺釘鎖緊扭矩與外圈滾道面變形之間的關(guān)系

在試驗(yàn)中增加壓蓋螺釘鎖緊扭矩的同時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)量軸承外圈滾道面各個(gè)位置的變形量，軸承外圈滾道面畸變?yōu)闄E圓，隨鎖緊力增大，畸變更加嚴(yán)重（圖6）。

圖6 壓蓋螺釘鎖緊扭矩與外圈滾道面變形之間的關(guān)系

2.4 零件設(shè)計(jì)改進(jìn)

通過(guò)有限元分析在總鎖緊力相同時(shí)，壓蓋以4個(gè)螺釘鎖緊與8個(gè)螺釘鎖緊是有所區(qū)別（圖7），鎖緊8個(gè)安裝螺釘時(shí)滾道變形均勻，不會(huì)使?jié)L道形狀畸變?yōu)闄E圓，任何位置都向內(nèi)收縮，總體來(lái)說(shuō)變形減小，同時(shí)壓蓋下表面變形均勻。對(duì)壓蓋設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，增加壓蓋安裝螺釘個(gè)數(shù)，保持安裝壓蓋總鎖緊力不變。

圖7 不同螺釘個(gè)數(shù)時(shí)外圈滾道面和壓蓋下表面受力變形對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于滾珠絲杠支撐用推力角接觸球軸承裝配的質(zhì)量控制，應(yīng)在裝配過(guò)程中得到足夠的重視。在裝配、檢驗(yàn)工具和加工設(shè)備齊全的條件下，盡量采用定量控制外圈緊固量的方法進(jìn)行裝配；當(dāng)采用定量控制壓蓋螺釘鎖緊扭矩的方法來(lái)緊固螺釘時(shí)，合理設(shè)計(jì)并核算壓蓋對(duì)軸承外圈施加軸向力。滾珠絲杠支撐用推力角接觸球軸承外圈緊固量和滾珠絲杠預(yù)拉伸量，對(duì)軸承承受的軸向載荷和整體剛性的影響非常大。做好滾珠絲杠支撐用推力角接觸球軸承的裝配工作，做好每一道工序，才能使推力角接觸球軸承處于良好的工作狀態(tài)，才能使機(jī)床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，提升機(jī)床定位精度和精度保持性，延長(zhǎng)機(jī)床的使用壽命。