关节轴承内圈球面单程珩磨分析与改进.pdf

曼 二 鱼 C N 4 1 1148 T H 轴承2014 年12期 B eari ng 20 14 No 12 关节轴承 内圈球面单程珩磨分析与改进 蔡 士源 福建龙溪轴承 集团 股份有限公司 福建漳州 363000 摘要 基于关节轴承内圈球面单程珩磨工艺 分析单程珩磨的原理和光整作用过程 说明了单程珩磨光整的原 理性缺陷 提出了替代方法即球面双程珩磨和超精加工技术 并阐述了双程珩磨的作用和超精加工的工作原理 及特点 关键词 关 节轴 承 内圈球面 光整 珩磨 超精 中图分类号 TH 133 3 TG 580 67 文献标 志码 B 文章 编号 1000 3762 2O 14 12 0020 03 Im p ro v em en t an d A n a ly si s o f O n e Way H o n i n g to In n er B a ll S u rfa ce of S p h eri c al P la i n B e a ri n g C ai Sh i yuan Fuji an Longxi Beari ng G roup Co Ltd Zhangzhou 363000 Chi na A b stract B ased on th e on e w ay hon i ng p rocess of i nner su rface of spherical plai n b earin g the princi p le of on e w ay h oni ng and fini shi ng process are an yzed an d the pri nci p le d efects of one w ay h oni n g and fin i sh i n g are i llustrated A m eth od of the sph erical roun d tri p honi ng and sup er fi ni shi ng tech ni q ue to replace th e one w ay hon i n g i s pu t for w ard and the tun cti on of roun d trip honi ng and w ork i ng p rinci ple an d ch aracteri sti cs of su per fin i shi n g are expou n ded K ey w o rds sph eri cal p lai n bearing i nn er b all surface fini shi ng honi ng sup erfini shi n g 1 内图球面单程珩磨分析 关节轴承 内圈球面 的表面粗糙度 波纹度和 几何精度要求较高 通常需 要经过光整加工才能 达到技术要求 光整加工是产品经过磨削加工后 进行的最终精细加工 目前 关节轴承 内圈球面 光整加工多采用单程珩磨方法 该加工方法类似 范成磨削法 1 1 内圈球面单程珩磨工艺 珩磨常用于 内孑 L光 整加工 按其工作原理也 可用于外表面光整加 工 球面单程珩磨是一种 常 见的外表面珩磨方法 球 面单程珩磨 以下 简称 珩磨 工 艺采 用珩磨头夹持杯 形或碗形油石 图 收稿日期 2014 06 12 修回日期 2014 08 26 作者简介 蔡 士源 1963一 男 工程 师 主要从 事关 节轴 承专用生产设备研发设计工作 E m ai l esy19630803 163 corn 1 油石端面修整为球面 以一定压力浮动压在 内 圈球 面 以下简称球面 上 产生环形球面接触 同 时油石和球面均做单 向旋转 从而实现对球面 的 低速磨削 加工原理如 图2 所示 图 1 油石 断 面 图 图 2 球 面单程珩磨工 艺原理 图 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 蔡士源 关节轴承内圈球面单程珩磨分析与改进 1 2单程珩磨原理 珩磨时 端面修整为球面 的油 石以一定压力 与球面接触 在接触交界处 出现空隙和重叠接触 点 重叠接触点产生相互干涉 如图 3 所示 油石轮廓 图 3 油 石 与 球 面接 触 交界 状 态 当油石与球面相对运 动 一方面油石将球 面 上的干涉点磨去 另一方 面 球 面也相应地使油石 面上的干涉点 磨粒尖角或 整个磨粒 脱落 或破 碎 即油石面与球面在珩磨 中相互修整 这与两块 作平面运动 的平板对研 时相互 研磨 去干涉 点相 似 由于油石旋转轴与球面旋转轴垂直相交或交 叉 其相对转动相 当于磨粒相对 内圈球面做行星 运动 即绕珩磨轴 自转 的同时绕球面孑 L轴公转 油 石面上每一磨粒在球面上 的运动轨迹为交叉的螺 旋弧线 图 4 为油石转速 t 与球面转速 n 之 比 i 24 1 时 球面转动一圈生成的珩磨 网纹线 图 4 球 面珩 磨 网 纹 线 改变转速 比 i 的大小将改变螺旋角 和网纹 密度 i 越大 口角越小 值越大 珩磨精 度越 高 效率越低 反之 i 越小 角越大 值越小 珩 磨精度越低 效率越 高 i 为整数 时 各圈 网纹重 叠 网纹 密度 6 值不变 网纹重复加深 使 网纹 明 显 球面的表面粗糙度值增大 精度降低 i 为无理 数时 各 圈网纹不重叠 网纹密度 6 值 变大 密集 均布的网纹将使球面 的表 面粗糙 度值减小 球 面 轮廓度精度提高 1 3单程珩磨精度 批量 100 件 珩磨关节轴承 G E80ET 内圈球 面 随机抽取 10 件测量 得到球面的表面粗糙度 平均值 R a 0 2 txm 球面轮廓度平均值小于 0 02 m m 2 项指标均合格 但仍有待提高 2 球面单程珩磨缺陷分析 2 1 精度误差分析 图 5 为油石某一磨粒在 内圈球面上磨 削形成 的磨削圈 在后半球上取磨削点 1 在前半球上取 磨削点 2 切 削速度 V 在球 面空 问分布 图 中 v2为磨粒在 1 2 位置 的切 向速度 为 内 圈球面质点相对磨 粒在 1 2 位置 的转动切 向速 度 Vh2为磨粒在 1 2 位置的切削速度 Q 1t14 转 同 后 图5切削速度 在球面空间分布图 由图 5 可知 磨粒在球面上 的切削速度 大 小和方向都是变化 的 为方便观察 将磨削圈上 8 个点 的切削速度进行投影 如图 6 所示 周 前半 球 图6 切 削速度 投影 图 h 1 h VyCOS 0 si n 0 2 V y rrD yrty vq rrD q凡q 式中 V 为油石切向速度 为球面切 向速度 0 为 位置角 0 0 180 为后半球 区域 0 180 360 为前半球 区域 D D 分别为油石和球直径 n 分别为油石和球转速 由于切削速度 大小 和方 向周 向不断变化 V Y Y 时位于后半球 v 一 时位于 前半球 根据剥层理论 J 珩磨磨削率 y 主要取决于 表面压力P 和切削速度 V 即 Kp V 3 式 中 K 为工况条件系数 m n 为磨粒 磨损指数 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 轴承 2014 No 12 一 般取 m n 1 球面珩磨 中前 后半球工况条件一致 则系数 表面压力 P 相同 若切削速度 不同 则前 后 半球磨削率 不 同 磨削量 yt 不相等 切线 速度 越大 磨削率 越高 磨削量 越大 反之 切削速度 越小 磨削率 y 越低 磨削量 越小 由于在单程珩磨时 前 后半球切削速度 不等 后半球切削速度大于前半球切削速度 这将使后 半球磨削量大于前半球磨削量 造成加工误差 2 2 切削液飞溅现象 珩磨时需在珩磨处 添加切削液 以提 高珩磨 后球面的表面质量 添加的切削液布满油石表面 和球面 随油石和球面旋转 油石转速较高 表面 切线速度达到 0 25 0 4 m s 使切削液沿切线甩 出 造成切削液飞溅 不但使操作环境恶化 而且 造成浪费 3 球 面单程珩磨 工艺的改进 3 1球面双程珩磨 3 1 1 工作原理 单程珩磨工艺最直接 的改进方法是采用双程 珩磨 即油石单向高速转动 球面每正转一圈再反 转一网 反复循环 工艺原理如图 7 所示 图 7 双 程 珩 磨 工 艺原 理 图 双程珩磨正转 时 后半 球磨削量大于前半球 磨削量 反转后 前半球磨削速度大于后半球磨削 速度 使前半球磨 削量大于后半球磨削量 经过 一 个往复行程 前 后半球磨 削量趋于一致 可减 小加工误差 3 1 2 精 度 与单程珩磨相 同 用双程 珩磨批量 100 件 加工关节轴承 G E80ET 内圈球面 随机抽取 10 件 测量 得到球面 的表 面粗糙度平均值 R a 0 09 m 球面轮廓度小于 0 008 mm 比单程珩磨精度 有所提高 3 2 球面超精加工工艺 3 2 1 工 作原理 球面超精加工是油石块 图 8 在一定压力下压 向球面并连续地做短行程 的往复摆动 实现对旋转 球面的微量磨削加工的方法 如图 9 所示 球面超 精加工与珩磨的区别在于油石的运动方式不同 图 8 球面油石块 图 9球 面超精加 工 超精时油石面上任一磨粒在球面上的运动轨 迹为正弦曲线 图 10 其数学表达式为 y t A si n 2 4 A f 式中 A 为往复摆 幅 厂为往复频率 t 为时间 A 为 波长 内圈球面超精 网纹如 图 lO 所示 与珩磨 相 同 超精切 削速度 由油石面上任一磨粒 的往复 摆动速度 与磨粒接触的球面质点的圆周运动 的 切 向速度 合成 合成速度的方向为磨粒的切削 方 向 如图 1 1 所示 图 10 内圈球 面超精 网纹线 图 11 球 面 超精 切 削 速度 h 的 变化 h 5 a r c ta n y 6 q 7 2Afcos 8 q D q凡 q 60 9 式 中 为切削角 为油石驱动轮转角 下转第 57 页 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 陆汝华 等 基于雷达图重心特征提取的轴承故障诊断方法 57 上接第 22 页 由 7 9 式可得 h 2afoos卢 订 Dqnq 60 10 则 IUhmax 2Af rrDqnq 60 11 tv D qn q 60 由此可知 超精切削速度的最大值 和最 小值 Uhmin在球面上面积为 S A A 的区域上交变 hmax位于该区域 中部且切削角 达到最大 磨削量 最大 i 位于该区域边缘且切削角 Og达到最小 磨削量也最小 当摆幅 A n 时 即波长 A 很小 则任一磨粒 面积 S 很小 趋近 于点 因此 一个磨 粒 的一次往复磨削相 当于刮 刀的点刮研 一次往 复摆 动 油石上众多磨粒 的 磨N tl当于众多刮刀刮研球 面 球面旋转一周 其 表面被刮研一遍 与珩磨相 同 当转速 比 i n 为无理数时 各圈点刮研 面积不 重叠 网纹密度 6 值变大 刮研点均布使球 面的表面粗糙度值减小 精度提高 超精加工一次往 复摆动 油石上磨粒 的切 削 刃为双侧交替使用 与切削刃单侧使用的单 双程 珩磨相比 磨削效率 明显提高 另外 油石面绕球 轴线摆动 不会 出现滚动轴承套 圈沟道超精加工 时油石面与沟道面干涉的问题 即球 面超精加工 不存在原理性误差 j 3 2 2 精度 批量 100 件 超精加工关节轴承 GE80ET 内 圈球面 随机抽取 lO 件测量 得到球面的表面粗 糙度平均值 Ra 0 04 m 球面轮廓度小于 0 003 m m 比单 双程珩磨精度提高 4 结 论 球面珩磨可 以提高关节轴承内圈球面的表面 粗糙度 从而达到球 面光整加工 的 目的 但 由于 单程珩磨存在 自身 的原理性缺 陷 造成球面的表 面粗糙度值较大 双程珩磨加工是对球面单程珩 磨最直接的改进 可提高加工精度 球面超精加工过程与珩磨类似 但其 加工效 率和精度 比珩