CA型調(diào)心滾子軸承調(diào)心性能影響因素淺析

翁世席，公平

（1. 哈爾濱軸承集團有限公司，哈爾濱 150025； 2. 中國航發(fā)哈爾濱軸承有限公司，哈爾濱 150025）

1 前言

CA 型調(diào)心滾子軸承（以下簡稱“調(diào)心滾子軸承”）是調(diào)心滾子軸承的典型結(jié)構(gòu)[1]，市場應(yīng)用廣泛，已經(jīng)屬于成熟產(chǎn)品。但是各生產(chǎn)企業(yè)之間并未形成統(tǒng)一的內(nèi)部結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計理念有所差距，導(dǎo)致各家的同型號產(chǎn)品性能亦有差距。這其中，一個比較容易被忽略的軸承性能就是裝配時候的調(diào)心性，一般客戶會以調(diào)心滾子軸承的內(nèi)組件是否能順滑地從外圈滾道中轉(zhuǎn)出和轉(zhuǎn)入來評定軸承的質(zhì)量。在實際生產(chǎn)過程中，調(diào)心滾子軸承的調(diào)心性是受到多個因素影響的，而且由于部分零件的偏差在實際生產(chǎn)過程中難以控制，所以很多企業(yè)在生產(chǎn)調(diào)心滾子軸承時需要進行“試套”， 目的一個是驗證內(nèi)組件是否掉滾子，另一個就是試驗裝配的調(diào)心性能。遺憾的是，經(jīng)過試套對于效果不好的產(chǎn)品，廠家往往從經(jīng)濟方面考慮，采用盲目調(diào)整某些保持架結(jié)構(gòu)尺寸的方法來彌補和掩蓋導(dǎo)致產(chǎn)品產(chǎn)生問題的真因。這就導(dǎo)致同樣的型號不同批次需要反復(fù)“試套”，得不償失。

2 調(diào)心性能的影響因素

2.1 內(nèi)圈滾道寬度的影響

調(diào)心滾子軸承內(nèi)圈滾道的寬度取決于套圈車削時的擋邊厚度控制，對于 CA 型調(diào)心滾子軸承，其內(nèi)圈具有兩個對稱的小擋邊，用于引導(dǎo)滾子端面，每個小擋邊各有一個裝滾子缺口，相隔180°。該小擋邊是車工控制尺寸，并通過擋邊樣板進行定性測量，即內(nèi)圈滾道的寬度是通過控制小擋邊厚度來間接保證的。在實際生產(chǎn)加工過程中，裝配人員往往發(fā)現(xiàn)那些小擋邊厚度較薄，也就是內(nèi)圈滾道寬度更寬的產(chǎn)品在成品裝保持架和滾子的時候，更容易裝入滾子，加之小擋邊厚度的公差本身就是減方向，加之熱處理變形的影響，導(dǎo)致成品內(nèi)圈的滾道寬度往往大于設(shè)計尺寸。這就導(dǎo)致了滾子受到小擋邊的限位效果減弱，易導(dǎo)致兩列滾子分別滑向小擋邊側(cè)，則導(dǎo)致滾子的兩個端面邊緣位置凸出理想圓的直徑，即產(chǎn)生了滾子容易卡住，參見圖1。

圖1 內(nèi)圈滾道寬度影響軸承調(diào)心性

2.2 內(nèi)圈退刀槽的影響

內(nèi)圈在加工過程中，擋邊與滾道交接處需要加工退刀槽，該退刀槽不但便于擋邊車削和滾道磨削，而且可以避免因銳角而產(chǎn)生的局部應(yīng)力集中。但是在實際加工過程中，由于刀具形狀以及磨損的影響，該退刀槽往往容易超差。較大的退刀槽往往大于滾子倒角很多，導(dǎo)致滾子與滾道的接觸線變短，不但會影響軸承的承載能力，而且會造成裝配調(diào)心性不好，參見圖2。因為退刀槽過大，會導(dǎo)致滾子易產(chǎn)生基于退刀槽部位的傾覆，這時如果內(nèi)組件在外圈之外，則會產(chǎn)生滾子倒角處與外圈滾道邊緣相干涉的現(xiàn)象，即導(dǎo)致內(nèi)組件難以順滑地回到外圈滾道之內(nèi)。

圖2 內(nèi)圈退刀槽影響軸承調(diào)心性

2.3 保持架兜孔間隙以及對滾子包容量的影響

保持架兜孔與滾子表面的間隙按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)一般為 0.2~0.4 mm，根據(jù)軸承尺寸大小有所差距。這一間隙是為了保證保持架對滾子的引導(dǎo)作用，同時保證軸承在運轉(zhuǎn)過程中保持架與滾子留有合適的間隙，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的兜孔形狀是圓柱形兜孔加一段縮小的圓錐形兜孔，如圖3。

圖3 保持架兜孔形狀

保持架對滾子的包容量主要包括保持架的寬度和徑向方向的厚度，此外與保持架包容滾子的部位也相關(guān)。實際裝配過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)滾子在保持架兜孔中發(fā)生傾覆時，保持架兜孔對于這種傾覆運動的限制作用是極其有限的，只有保持架的有效壁厚足夠包容滾子滾動表面時，才能夠有效限制滾子的傾覆運動，也就是防止軸承內(nèi)組件回位時滾子倒角卡在外圈滾道邊緣的倒角上?；谶@樣的表面現(xiàn)象，很多廠家往往采用減小兜孔中心徑、減小兜孔間隙等方法來強行限制滾子的傾覆運動，以達到調(diào)心性能好的裝配效果。殊不知這樣的貿(mào)然調(diào)整將致使?jié)L子被保持架過度壓向內(nèi)圈滾道方向，從而使軸承運轉(zhuǎn)過程中，非承載范圍的滾子極易與外圈產(chǎn)生有害的打滑，最終導(dǎo)致軸承過早失效，而且，減小的間隙也在溫度升高后容易產(chǎn)生軸承抱死的風(fēng)險。

3 關(guān)于調(diào)心性能的淺析

3.1 調(diào)心性能對軸承應(yīng)用的影響

調(diào)心滾子軸承在實際裝機應(yīng)用時，其內(nèi)圈相對于外圈的允許調(diào)心角度是有限的，根據(jù)產(chǎn)品系列不同，允許的調(diào)心角度亦有差距，一般最大不應(yīng)超過 3°，當(dāng)使用的調(diào)心角度超過軸承允許的調(diào)心角度時，將會產(chǎn)生滾子有效接觸范圍超出套圈滾道而導(dǎo)致有害的邊緣應(yīng)力效應(yīng)，從而導(dǎo)致軸承早期失效。因此，對于實際應(yīng)用的角度，軸承的調(diào)心性能僅在 3°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)順暢無卡滯即可，而不應(yīng)苛求于整個內(nèi)組件在外圈滾道內(nèi)任意角度的調(diào)心性能。

3.2 改善調(diào)心性能的幾點建議

1）內(nèi)圈與保持架的加工精度

內(nèi)圈滾道的整體寬度和退刀槽的寬度均是車加工完成的，因此控制車加工的精度是很重要的。傳統(tǒng)的車削內(nèi)圈小擋邊是采用車工樣本來定性檢測小擋邊厚度， 間接保證滾道寬度，但是在尺寸鏈公差的累計下，很容易造成非直接控制的滾道寬度超差，而且，小擋邊厚度實際并非需要控制的關(guān)鍵尺寸，該尺寸實際測量時可參考文獻 [2] 。因此，采用直接測量滾道寬度的方式應(yīng)為更加合理，即將原來的小擋邊厚度樣板改為滾道寬度樣板。

退刀槽的寬度在實際加工中由于刀具刀頭的形狀所限，加工尺寸往往超出圖紙的要求，即寬度超差。原始設(shè)計中，退刀槽的寬度普遍已經(jīng)大于滾子倒角的寬度，即軸承的載荷能力已經(jīng)有所下降，但是在退刀槽寬度超差較多的情況下，這一趨勢將更加明顯。在嚴格控制退刀槽尺寸的情況下，磨削滾道時砂輪倒角也應(yīng)注意，避免產(chǎn)生滾道邊緣磨削“閃邊”。

2）保持架結(jié)構(gòu)優(yōu)化

保持架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)從包容滾子位置和兜孔底部形狀兩方面進行。

首先，保持架包容滾子的包容量在允許的情況下，越大越有利于保持架限制滾子的傾覆運動，但是受到軸承裝配的限制以及成本的考慮，保持架的有效壁厚不宜增加過多。為了盡可能地限制滾子內(nèi)側(cè)端部的傾覆運動，保持架對滾子的包容部位應(yīng)在允許的情況下，采用較大的外徑尺寸以達到包容滾子內(nèi)側(cè)端部的效果，即保持架外徑應(yīng)盡可能地增大。此外，保持架外徑傾斜表面的位置也應(yīng)注意，參見圖4，該斜面起到穩(wěn)定滾子的作用，傳統(tǒng)的設(shè)計中，該斜面是自滾子中部開始向外的，即斜面與兜孔相貫產(chǎn)生的直線使?jié)L子容易產(chǎn)生原始的不平衡量，易產(chǎn)生傾覆，因此可調(diào)整斜面位置至滾子中部或者偏向內(nèi)側(cè)，則會較好地限制滾子內(nèi)側(cè)端面的傾覆。

圖4 保持架外徑斜面

保持架兜孔底部為錐形收縮（見圖3），導(dǎo)致當(dāng)角度略大或者錐形深度較小的時候，極易致使?jié)L子端部與保持架的間隙較大，從而產(chǎn)生滾子內(nèi)側(cè)端部易轉(zhuǎn)向保持架外徑方向。因此須嚴格控制這兩個尺寸，與此同時，可以嘗試采用與滾子同形狀的保持架兜孔形狀，但是會一定程度上增加加工成本。

4 結(jié)論

調(diào)心滾子軸承的調(diào)心性能的影響因素是多方面的，本文僅從幾個主要的方面進行論述，并且定性地進行了淺析，希望能從理論的角度給與調(diào)心滾子軸承的加工提供一定的支持，從而對軸承的調(diào)心性能的改善有所幫助。對于軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，隨著加工水平的提升以及新材料的應(yīng)用，相信在不久的將來，這一方面的工作必將取得突破性的進展。