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如何提高球軸承減振降噪技術及工藝設備
中國軸承網 發布時間:2009/04/21
目前我國的深溝密封球軸承與國外先進公司的產品內部結構參數幾乎相同，然而我國此類產品的振動與噪聲水平卻與國外產品相差甚遠，主要原因是在制造和工況因素的影響。從軸承行業角度來考慮，工況因素可以對主機提出合理要求來解決，而如何降低由制造因素引起的振動和噪聲是軸承行業必須解決的問題。
國內外大量試驗表明：保持架、套圈、鋼球的加工質量對軸承振動具有不同程度的影響，其中鋼球的加工質量對軸承振動影響最明顯，其次是套圈的加工質量，最主要影響因素是鋼球和套圈的圓度、波紋度、表面粗糙度、表面磕碰傷等。
我國鋼球產品最突出的問題是振動值離散大，表面缺陷嚴重（單點、群點、凹坑等），盡管表面粗糙度、尺寸、形狀、誤差都不低于圈外水平，但合套后軸承振動值高，甚至產生異音，主要問題是波紋度沒有控制（無標準、無合適測試分析儀器），同時說明機床的抗振性差，砂輪、研磨盤、冷卻液、工藝參數均存在問題；另一方面要提高管理水平，避免磕碰傷、劃傷、燒傷等隨時機性質量問題。
對于套圈，影響軸承振動最為嚴重的也是溝道波紋度和表面粗糙度。例如，中小型深溝球軸承內外溝道圓度大于2μm時，將對軸承振動產生明顯影響，內外溝道波紋度大于0.7μm時，軸承振動值隨波紋度增加而增加，溝道嚴重磕傷可使振動上升4dB以上，甚至出現異音。
無論是鋼球還是套圈，波紋度產生于磨削加工，超精研雖然可以改善波紋度并降低粗糙度，但最根本的措施是要降低磨削超精過程中的波紋度，避免隨機性磕碰傷，主要有兩方面措施：
一是降低滾動表面磨削超精時的振動，獲得良好的表面加工形狀精度和表面紋路質量為降低振動，磨超機床必須具有良好的抗振性，床身等重要結構件具有吸振性，超精機床的油石振蕩系統具有良好的抗振動性能；提高磨削速度，國外磨削6202外滾道普遍采用6萬電主軸，磨削速度60m/s以上，國內一般低得多，主要受主軸及主軸承性能的限制。在高速磨削時，磨削力小，磨削變質層薄，不容易燒傷，又可以提高加工精度和效率，對低噪聲球軸承影響很大；主軸動靜剛度及其速度特性對低噪聲球軸承磨削振動影響很大，剛度越高，磨削速度對磨削力的變化越不敏感，磨削系統振動越小；提高主軸軸承支剛性，采用隨機動平衡技術，提高磨削主軸的抗振性。國外磨頭振動速度（如Gamfior）約為國內一般主軸的十分之一；提高砂輪油石的切削性能及修整質量至關重要。我國目前砂輪油石主要問題是組織結構均勻性差，嚴重影響低噪聲球軸承磨超加工質量；充分冷卻，提高過濾精度；提高精給系統的進給分辨率，降低進給慣性；合理的磨超加工工藝參數和加工流程是不可忽視的因素，磨削留量要小，形位公差從嚴，中小型球軸承外徑不宜用超精研，粗精磨超不宜分開，以保證良好的表面質量。
二是提高加工基準面精度，降低磨超加工過程中的誤差復映外徑與端面是磨超加工過程中的定位基準。外徑對溝道超精的誤差復映是通過外徑對溝磨，溝磨對溝超的誤差復映間接傳遞的。如果工件在傳遞過程中產生磕碰傷，將直接復映到滾道加工表面上，影響軸承振動。所以必須采取以下措施：提高定位基準表面形狀精度；加工過程中傳遞平穩，無磕碰傷；毛坯留量形位誤差不能過大，特別是在留量較小時，過大誤差會造成終磨和超精結束時形狀精度尚未改善到最終的質量要求，嚴重影響加工質量的一致性。
從上面分析不難看出：由高性能、高穩定性機床系統組成的自動線方式磨超加工低噪聲球軸承最合適，可以避免磕碰傷，降低傳遞誤差，排除人工因素，提高加工效率和質量一致性，降低生產成本，提高企業效益。
如何降低球軸承噪聲呢？筆者認為應從以下兩方面著手努力：
（一）制造工藝。工藝流程精化，主要指工藝流程盡可能短，工序加工合并，生產無中間庫存，有效降低影響低噪聲球軸承性能工藝因素；生產潔凈化，這是一個系統的技術，包括磨削液、超精液、清洗液、空氣、高壓空氣、生產環境等技術工藝；自動化，從車加工到裝配全過程自動化，少人或無人化；規模化，此類軸承特別是靜音球軸承，必須形成大規模化，才能具備全球市場競爭能力。
（二）裝備。高速磨削、電主軸精度、剛度、壽命以及各種完善的檢測保護性能對磨削加工精度與效率起主要作用；磨床技術，國外內圓磨床一般都具備高速磨削，交流伺服控制，進給分辨率0.25μ，全自動簡易操作，自診斷功能等；超精技術，主要以日本大阪精機為代表的無心支承兩工位超精和以德國梯倫豪斯為代表的液壓定心四工位超精兩種方式；在線檢測技術，二十世紀八十年代以來，日本軸承工業以主動測量機外反饋控制的自動磨超短線應用最為普遍。我國以此方式構成的磨超自動線應用也比較成熟，目前國內已有100條左右。隨著工業先進國家主機技術不斷提高，聯線越來越簡單，逐步減少或不用主動測量和機外檢測；無心外圓磨床，圓外（KOYO、MIKROSA等）普遍采用滾動軸承砂輪主軸單元，具有高剛度、高精度、長壽命、裝卸方便、使用可靠等一系列優點；床身具有阻尼衰減減特性；進給采用高精度微動交流伺服系統，穩定的傳動交流變頻導輪調整系統，可具備在線隨機智能化測量，可實現CBN砂輪磨削等，可實現自動聯線，圓度可達0.3μm，尺寸分散可達3μm。
平面磨床，國外雙端（如KOYO、Landis Gardner）面磨床主軸都普遍采用高精度、高剛度滾動軸承主軸單元砂輪軸系統，油霧潤滑。以Gardner技術為例，該公司研究生產系統裝備已有九十多年歷史，可磨削軸承、陶瓷、玻璃、橡膠、塑料等材料。主要技術有自動砂輪修整和補償，砂輪磨頭進給以伺服電機絲杠同軸結構，砂輪向內外快速同步進給，進給精度可達到0.25μm，機身放置在兩個水平墊塊和平衡器上，平衡器具有自平衡支承桿，可自動調整與兩個水平墊塊成一水平面，使機床得到一個穩固的支承效果，平衡器重點是在維持砂輪軸同心度，增加修整砂輪間隔時間，工件進給有旋轉式、往復式、貫穿式和特殊四種形式，可使用超級磨料砂輪，金剛石砂輪和CBN磨削，磨削精度高、穩定性好，極長的砂輪使用壽命和方便的操作調整，可以根據加工要求專門配制磨料、結合劑、結構（圓環、鈕狀或環節狀），從而達到最佳磨削效果，平行差及平面度達1μm。
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