提高深沟球轴承动态性能的意见

!专题综述#提高深沟球轴承动态性能的意见洛阳轴承研究所(河南洛阳　471039)　宋如英【ABSTRACT】The paper discusses the current status in our country and the forming mechanism of dynamics performance of deep groove ball bearing.In order to decrease the bearing vibration,the coun2 termeasures should be adopted as follows:according to user demand of quality properties,formulating and m odifying standard of vibration level;formulating interior control profession standard of main production technology parameters,this standard can guide enterprise to produce bearings whose vibration level is over Z3group,and conscientiously tackling key problems of technology of key procedure for production of deep groove ball bearing with lower vibration.1　深沟球轴承动态性能的现状深沟球轴承是滚动轴承中用量最大、适用面最广的一种通用轴承。

因此,国内外都致力于提高深沟球轴承的产品质量,特别是动态性能的质量。

动态性能一般指的是:旋转精度、振动、噪声、摩擦力矩、漏脂及防尘等。

由于国内外深沟球轴承旋转精度都早已满足要求(对于通用轴承来说),所以以下讨论的动态性能着重指振动、噪声、温升(摩擦力矩)、漏脂及防尘等。

根据国家轴承质量检测中心多年来对轴承行业检测提供的数据表明:我国轴承行业通过十年的努力,目前轴承行业深沟球轴承振动值达到Z1组的超过80%,达到Z2组的占40%,达到Z3组的不足5%。

当然也有少部分企业根据用户的需要,开始向Z3-5dB的目标努力。

而国外深沟球轴承高档次产品的振动值为Z3-8dB,而且没有“异常声”。

密封型深沟球轴承除了对振动、噪声有要求外,同时要求温升、漏脂和防尘指标达到JBΠT77521995《密封深沟球轴承技术条件》的要求。

根据机械工业部1991年组织的密封深沟球轴承可靠性考核,国家轴承质量检测中心对24家企业生产的密封深沟球轴承进行了考核测试,合格率仅为58.3%;1997年根据国家技术监督局的部署,又对67个企业生产的深沟球轴承的密封性能进行了检测,其合格率为64.7%,不合格项目就是漏脂和防尘性能。

综上所述,不难看出我国深沟球轴承动态性能质量和国外先进水平仍有相当的一段差距。

主要问题还是振动噪声大,有异常声,密封性差。

2　深沟球轴承振动噪声形成的机理关于振动噪声的机理,国内外都做了大量的研究,可以说基本透澈,大部明了,无需再花太大气力研讨。

但是,关于振动和噪声的关系仍有不同的看法;由于看法的不同,在控制振动和噪声方面就有两种不同的做法。

轴承振动主要有两个来源,一是轴承受外来激励引起轴承的固有振动,指轴承内圈、外圈、滚动体及保持架的固有振动;二是由于运动件互相接触碰撞而引起的强迫振动,包括由于滚动体不是理想的球体、内外沟道接触点运动的轨迹不是理想圆(圆度、波纹度)、滚动面不是理想的光滑表面(粗糙度)以及滚动体和保持架在运动中的冲撞和润滑剂里的杂质等引起的强迫振动。

振动和声音有密切的关系,但从某种意义上略有差别,那就是声起源于振动,声是振动在空气中的传播给人以听力的感觉,因此超高频的振动人是听不到的。

然而,如果振动接收器和声音接收器频响特性相同的话,两个接收器接收的信号是完全相关的。

依据这种观点,控制振动或噪声都能起到同样的效果,又因为控制振动简单易行,所以国内外均以控制振动来保证产品质量。

因此,对于通用轴承,建议集中有限的人力和财力搞好轴承振动的控制。

不宜将噪声另立质量标准,使得企业摸不着头脑。

当然根据国外的经验,对于特别产品,如计算机硬盘驱动系统、录像机光盘驱动系统中・1・的轴承,不便于用振动考核时,可制订噪声测量方法标准来考核。

3　降低振动应采取的措施3.1　制(修)订符合用户质量特性要求的振动分级标准我们的振动分级标准,目前有JBΠT7074-93《深沟球轴承振动(加速度)技术条件》和JBΠT5009 -94《深沟球轴承振动(加速度)技术条件》。

这两个标准已修订过多次,对行业轴承降振工作起到了良好的作用。

但是,现在用户不单是要求增加Z4组、V4组的问题,更重要的是,用户提出的要避免轴承有异常声或杂音的要求怎么从标准中体现出来。

尽管异常声和杂音没有确切的定义,但基本可以认为是一种不规律、突发或阵发的不悦耳刺激声。

追其原因不外乎是由于滚动面有伤、润滑剂中有异物、保持架和滚动体不规则的摩擦等造成的,从接收到的信号来说是脉冲式的峰值。

然而,目前我们执行的两个轴承振动技术条件标准,尽管分了Z1、Z2、Z3组及V1、V2、V3组,速度型甚至还分了三个频段,但其数值均取的是有效值(基本上接近算术平均值),异常声、杂音的振动脉。

近年来,我们已经注意到了SK F和NSK公司振动分级标准都是既考虑振动有效值,又考虑振动的峰值。

现将SK F分级代号列出:(1)Q05振动峰值极低。

(2)Q06振动峰值低于普通级。

(3)Q5振动平均值极低。

(4)Q6振动平均值低于普通级。

(5)Q55振动峰值、平均值极低。

(6)Q66振动峰值、平均值均低于普通级。

日本NSK按振动峰值和平均值分四级:普通级、C M级、C MR级及C MF级(最高级)。

因此,建议JBΠT7047和JBΠT5009同时修订,两种物理量(速度、加速度)都应按频段和有效值、平均值三个方面对振动技术条件重新分级。

3.2　制订能够指导企业生产Z3组以上振动级别的主要生产工艺参数的行业内控标准振动形成机理已经谈到沟道、滚动体不是理想表面是形成振动的主要原因。

涉及到非理想表面的参数有:圆度、波纹度、粗糙度、沟形偏差及球形偏差等。

这些参数达到什么程度才能保证振动值达到Z3组以上,尽管各企业多年来积累了一些经验,但作为行业应统一制订一个通用的内部参考标准。

另外,为了达到上述参数规定数值,工艺过程的基准面应达到什么程度、磨削液、超精液洁净度达到什么程度等都应在总结经验的基础上形成标准,推荐给行业参考使用。

这个标准统称为深沟球轴承Z3组工艺参数标准。

3.3　认真抓好生产低振动深沟球轴承关键工序的工艺攻关要使深沟球轴承振动值达到Z3组以上,关键的关键是靠工艺。

为了达到Z3组,我们必须抓如下关键工序。

3.3.1　双端面磨削工序轴承双端面可以说是轴承零件加工的第一基准面。

这两个面要求平行,如果不平行将会影响第二基准面(外径)的形状和对第二基准面的垂直度,从而对磨沟和超精沟道造成沟形畸变,直接影响轴承振动。

因此,双端面平行差最理想是能控制在1μm,如果双端面磨削达不到此要求,宁可增加一道精研工序。

3.3.2　外径(小外径)无心磨削工序外径是轴承零件加工的第二基准面。

由于磨削沟道都是无心支承磨削,外径作为支承面尽可能是理想圆柱体,只有这样沟道磨削后才能达到理想形状。

但是真正做到理想圆柱是不可能的。

因此,在工艺过程中要尽量把基准圆的圆度波度控制到最低水平,特别要注意控制疏波的数值,即椭圆至15棱的数值。

小型尺寸段的深沟球轴承基圆疏波数值我们建议控制在0.5μm以下。

为达到这个数值,宜采取如下措施:砂轮实行动平衡;正确选择导板高度、导轮角度和砂轮;套圈通过砂轮的前后必须有引导,每次调整工艺参数必须用圆度仪测量套圈来验证,连续生产过程中每一小时都要抽两件套圈在圆度仪上测量圆度。

3.3.3　沟磨和超精工序前面已经说过,只要上述两个基准加工得当,沟磨和超精后圆度、波纹度可以说不会出现什么问题。

这两道工序主要应保证表面粗糙度和沟形。

为此,必须注意合理的砂轮、油石、切削参数选择及磨削液、超精液的清洁,有条件的企业可采取磨削液、超精液集中过滤供应。

3.3.4　退磁清洗工序除了滚动表面不理想是影响振动的第一因素外,第二就是异物的影响。

异物有两个来源:一是轴承零件加工过程中残存的磨粒和脏物,二是润滑脂中的异物。

因此,轴承零件成品的清洗至关重要,退磁是清洗的先决条件。

行业现在清洗存・2・在的问题有两个,一个是重成品清洗,轻零件清洗;二是不注意清洗液的质量。

事实说明,光靠成品清洗是很难清洗干净的,即便成品能清洗净,残存的磨粒和脏物也很容易将滚动面划伤,因此应高度重视零件清洗,建议零件清洗进行两次,一次放在磨削后,一次放在超精后组装前,最好采用超声波清洗。

成品清洗可采用喷淋式。

过滤器必须采用两级过滤,以提高清洗液的洁净度。

4　密封性能应采取的措施我国密封深沟球轴承主要存在的问题是漏脂和防尘超差,简而言之密封性能差,非接触式密封没什么大问题,主要是接触式密封问题多。

究其原因,主要是我国密封结构形式比较落后。

密封结构的关键在旋转件的密封槽和密封盖的密封唇上。

密封槽大体有三种形式,一种实际上没有槽;第二种是内径小外径上有一个台阶;第三种是有一完整的密封槽。

密封唇有单唇和双唇之分,我们认为应当发展双唇密封和槽密封的结构,因为这种形式是接触密封和迷宫密封的结合,密封效果比较好,但工艺复杂,成本稍高。

5　探索降振降噪的新途径(1)通过化学改性,提高轴承滚动表面质量,降低振动、噪声,同时提高轴承动性能寿命。

化学改性指的是通过化学药品对工作表面进行处理形成一种化学膜。

这种工艺在国外已在航空发动机轴承断油试验方面取得了可喜进展。

可想而知对降振降噪和提高动态寿命也会大有益处。

(2)研究降振、降噪的新型保持架。

深沟球轴承保持架多少年来都是球兜孔、自引导的浪形保持架,它的兜孔和滚动体的径向间隙、轴向间隙多大为最好,最有利于降振,兜孔形是球形好,还是椭球好,还是别的形状好,从来没人认真研究过。

在深沟球轴承振动值要求Z 3组以上时,不考虑保持架对振动的影响是不全面的。

(3)研究滚动体研磨盘的材质,继续提高滚动体表面质量。

日本NSK 轴承公司1997年曾对我国三大钢球厂生产的G 5、G 10级钢球做过质量调研和测试。

测试结果表明:我国钢球的精度与日本不相上下,但钢球的表面质量纹络不均匀,波纹峰值大,比日本的差得远,而且认为我们的钢球保留了金属研磨盘特有的加工痕迹。