关于角接触球轴承套圈沟道位置的改进设计探讨

角接触球轴承磨削工艺的优化改进摘要：介绍了角接触球轴承磨削加工的优化改进工艺，实现了轴承套圈的快速高效磨削。

关键词：角接触球轴承；斜坡；台阶；磨削1 现状分析角接触球轴承与深沟球轴承在结构上的区别为角接触球轴承内圈或者外圈含有锁口，深沟球轴承的加工工艺已经相对成熟，而由于角接触球轴承的结构的差别、转速、精度的要求以及各生产厂家加工设备的不同，不同的生产厂家对角接触球轴承的生产加工有不同的工艺方法。

我厂在长时间的生产实践中发现，对于含有锁口和台阶的轴承套圈运用传统的加工工艺进行生产时，在磨斜坡工序加工完后，需操作工人手动去毛刺，造成操作人员工作量加大，检验人员工作量加大，而该工序的日班产量也较低，这说明传统工艺已经无法适应现在的生产方法，为了解决该问题，现针对我厂生产的轴承型号为H7005C-2RZ的轴承内圈的生产进行监控。

2 角接触球轴承内圈的结构特点角接触球轴承的内圈结构如图1所示。

1)轴承内圈上含有锁口，锁口处的斜坡有一定的角度；2)轴承内圈的斜坡侧含有台阶；3)台阶的深度比斜坡的长度短。

3轴承套圈磨削工艺的改进思路分析3.1 传统工艺流程分析为了找出传统工艺的不足，需要对该工艺进行拆解分析。

我厂的角接触球轴承内圈的生产工艺如下：车加工→热处理→精研平面→粗磨外径→粗磨内径→粗磨沟→磨台阶→精磨外径→精磨内径→精磨沟→超精沟→磨斜坡（去毛刺）上述工艺和传统的深沟球轴承的加工工艺相差不多，不同的是增加了磨台阶工序和磨斜坡工序。

而平面、外径、内径和沟道的加工对磨斜坡工序的外观质量和加工余量基本没有影响，只有磨台阶工序与磨斜坡工序之间有交集。

那么，原来为什么将磨台阶工序安排在轴承套圈加工的粗磨阶段呢？原因是考虑到轴承对台阶的性能要求相对较低，而且可以降低在台阶磨削的过程中由于摩擦热对轴承的组织所产生的影响，使轴承的尺寸稳定性等降低的不良因素。

而在磨斜坡工序的后面又增加了一道去毛刺的工序，这是因为轴承套圈在磨斜坡后会在斜坡与台阶的交界处产生整圈的毛刺，必须采取措施将毛刺去除，否则一旦将带有毛刺的轴承套圈压装成轴承成品，那么轴承在后序的检测将受到影响，最后造成拆套，而拆套后的钢球将报废，保持架和套圈也可能会造成报废现象，这样不仅增加后序工序的操作人员的工作量，而且还会造成公司资源的浪费，增加公司运营成本。

角接触球轴承设计方法优化设计目前已有很多成熟的方法，对于维数不高的具有离散型变量的设计系统，用网格法来进行优化筛选是方便的，该方法将设计变量直接在标准值上进行离散，使设计空间成为一个网格系统，然后在每一个网点上进行约束检验与有关计算，从中可挑选出最佳点，如果将以往的设计经验作为参考点，则优化只需要在附近的局部空间中进行，这便是“局部网格法”的思想。

1主参数优化角接触轴承的优化设计原则是确定Dw、球数Z和球组中心圆直径Dwp 在满足一定约束条件下，使轴承的额定动载荷尽可能地大。

目标函数在充分保证轴承的使用性能的前提下，以轴承径向基本额定动载荷Cr 最大为目标函数。

根据GB/T6391的规定：当Dw≤25.4mm时，约束条件①球径约束：②球数约束：上式表明Kz随Dw的增大而减小，但应满足：Kz≥Kzmin根据设计经验和国外样品分析，可取对金属保持架bmin=1.5，Kzmin=1.11对胶木保持架bmin=1.9，Kzmin=1.134Kz值保持架结构示意图注：若②式不成立，则可按步长0.002（D+d）逐步增大Dwp值。

③球组中心圆直径约束为保证轴承套圈的最小壁厚不小于0.09（D-d），球组中心圆直径受下式约束：0.5（D+d）≤Dwp≤0.515（D+d）④K B ×Dw≤0.96B “C”型冲压保持架K B = 2.8Dw +1.12实体保持架K B=1.14Dw+1.202局部网格法2.1当已知轴承的外形尺寸内径d 、外径D 、宽度B 和公称接触角α（GB/T292）以后，根据设计经验确定球数、球径和球组中心圆直径Z 0，Dw 0，Dwp 0：Dwp 0=0.5（d+D），Dw 0=Kw＇（D-d），Z 0=π×Dwp 0Kz×Dw 0其中Kw＇按下表采用，Kz 按上面的表（Kz 值）采用。

Kw＇值直径系列123Kw＇0.30.310.3172.2将Z 和Dw 各取N 档数值（N 为奇数，一般为5或7），这样就构成一个N×N 的二维网格系统，每个网点的坐标Dwi 和Zj（i，j=1，2，3…，N）按下式取值：设常用钢球表中的每档球径为D Twk （K=1，2，…，M，其中M 为球径总数），将Dw 0与D Twk 按由小到大的顺序逐一进行比较，一旦Dw 0≤D Twk 成立，则停止比较，并记下此时的K 值，则3设计参数的研究一般的轴承设计，如果单纯追求轴承的额定动载荷能力，在限定的轴承横截面积内，一味加大钢球直径和增加球数是不现实的，必须对轴承进行精心的设计，在充分利用轴承横截面积的情况下，选择最佳的结构参数，改善轴承零件接触应力分布状态，采用有利于润滑油膜形成的最优接触形状，来提高轴承的使用性能和使用寿命。

我国轴承套圈超精研技术的改进要点我曾经在《怎么样提高高精度轴承的超精质量？》一文中写到：“超精加工主要要提高和改善被加工工件表面的微观质量，这些微观质量包括粗糙度、沟形、圆度和金属条纹的走向。

”轴承套圈沟道超精研工序主要是为了降低被加工沟道的粗糙度，这是最基本的要求，无论是最原始的棍棒超精机还是采用无心支撑结构的自动化超精机，原理大同小异，都是如此。

高水平的和低档的轴承套圈超精研设备的主要区别是轴承套圈沟道形状精度的改善程度和被加工工件表面应力状态的差异。

轴承套圈沟道形状精度的改善主要取决于三个方面：首先，要约束超精前的轴承沟道磨加工形状的基础精度，轴承沟道的基准精度和位置精度在磨削工序也要精确地控制，因为这些需要约束的被加工工件的磨削工序的精度及其对超精加工的结果的影响是不容忽视的；其次，超精研设备的制造精度也会对被超精工件沟道表面形状的变化起到很大的影响，品质较差的超精机非但不能够改善磨削工序形成的形状精度，反而会破坏磨削工序形成的形状精度；第三，超精余量的大小不仅与超精加工的节拍有关，而且也与轴承沟道超精后的表面质量有关系。

假如我们的轴承产品没有对轴承的噪音和轴承的寿命提出特殊的要求，假如我们的轴承产品仅仅满足于参与国内外市场的低价格竞争，假如我们的轴承产品不想走出国门或者不想替代进口产品，那么，使用低价位的超精研设备是可以的。

因为，在中低档产品的轴承市场上，中国的轴承企业打了很多顽强的战役，在空调类家电市场和电机市场，我们的微型和小型轴承取得了不俗的销售业绩，这些成绩的取得也部分得益于我国轴承加工设备的发展和进步。

而在我国高精尖产品领域，大量的高附加值高利润轴承还是依靠进口。

我国生产的最好的轴承设备，即使出口到国外，也只是应用在普通轴承生产线上；部分大陆境内的外资和合资的轴承加工企业采购国内的轴承设备，也主要用在中低档轴承的生产线上。

迄今为止，我国高水平的进口轴承设备所占的比率很小，部分原因是由于高水平的进口轴承设备的价格普遍高于国产的轴承设备，其主要原因还是国内大部分企业生产的轴承精度和效率要求偏低，在引进更好水平的进口轴承设备方面的要求还不是特别强烈。

Ｇ８０Ｃｒ４Ｍｏ４Ｖ钢角接触球轴承套圈锻件辗扩工艺改进吴玉成，刘明，付中元，王教翔（中国航发哈尔滨轴承有限公司，哈尔滨　１５００２５）摘要：针对目前航空发动机轴承套圈锻造工艺存在锻造次数较多，加热时间长，表面质量较差及金属流线分布不合理等问题，提出了采用棒料车环坯＋直接辗扩成形的新锻造工艺，解决了锻件由于加热火次较多产生的晶粒粗大和脱碳较深问题，以及后续沟道车削产生的金属流线露头等现象。

新锻造工艺提高了生产效率和轴承的使用寿命。

关键词：滚动轴承；角接触球轴承；套圈；高温轴承钢；锻造；辗扩；金属流线中图分类号：ＴＨ１３３．３３＋１；ＴＧ３１６ 文献标志码：Ｂ ＤＯＩ：１０．１９５３３／ｊ．ｉｓｓｎ１０００－３７６２．２０２１．０１．００８ＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｎＲｏｌｌｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓｏｆＡｎｇｕｌａｒＣｏｎｔａｃｔＢａｌｌＢｅａｒｉｎｇＲｉｎｇＦｏｒｇｉｎｇｓＭａｄｅｏｆＧ８０Ｃｒ４Ｍｏ４ＶＳｔｅｅｌＷＵＹｕｃｈｅｎｇ，ＬＩＵＭｉｎｇ，ＦＵＺｈｏｎｇｙｕａｎ，ＷＡＮＧＪｉａｏｘｉａｎｇ（ＡＥＣＣＨａｒｂｉｎＢｅａｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｒｂｉｎ１５００２５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｅｄａｔｅｘｃｅｓｓｉｖｅｆｏｒｇｉｎｇｔｉｍｅｓ，ｌｏｎｇｈｅａｔｉｎｇｔｉｍｅ，ｐｏｏｒｓｕｒｆａｃｅｑｕａｌｉｔｙａｎｄｕｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍｅｔ ａｌｆｌｏｗｌｉｎｅｄｕｒｉｎｇｆｏｒｇｉｎｇｏｆａｅｒｏｅｎｇｉｎｅｂｅａｒｉｎｇｒｉｎｇｓａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｎｅｗｆｏｒｇｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｗｈｉｃｈｒｉｎｇｂｌａｎｋｉｓｔｕｒｎｅｄｆｒｏｍｂａｒａｎｄｒｏｌｌｅｄ，ａｎｄｌａｒｇｅｇｒａｉｎｓｉｚｅａｎｄｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎｄｅｐｔｈａｎｄｐｏｏｒｍｅｔａｌｆｌｏｗｌｉｎｅａｆｔｅｒｔｕｒｎｉｎｇｏｆｇｒｏｏｖｅｉｓｓｏｌｖｅｄ．Ｔｈｅｎｅｗｆｏｒｇｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅｏｆｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇ；ａｎｇｕｌａｒｃｏｎｔａｃｔｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇ；ｒｉｎｇ；ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｂｅａｒｉｎｇｓｔｅｅｌ；ｆｏｒｇｉｎｇ；ｒｏｌｌｉｎｇ；ｍｅｔａｌｆｌｏｗｌｉｎｅ Ｇ８０Ｃｒ４Ｍｏ４Ｖ钢具有高强度、高硬度和好的高温下尺寸稳定性以及优良的接触疲劳性能，广泛应用于航空发动机主轴轴承。

角接触球轴承内外圈的应力分析与优化角接触球轴承作为一种常见的轴承类型，广泛应用于各种机械设备中。

在使用过程中，轴承内外圈之间的应力分布情况对其性能和寿命有着重要影响。

因此，在设计和优化角接触球轴承时，对其内外圈的应力分析与优化至关重要。

一、角接触球轴承的工作原理和结构角接触球轴承是一种能够承受轴向和径向负荷的轴承，它通过球与内外圈的接触来传递负荷。

其结构主要包括内圈、外圈、保持架和钢球。

内圈和外圈之间夹着一定数量的钢球，保持架用于固定钢球的位置。

当轴受到力的作用时，力通过钢球传递到内外圈，由此带来应力分布，下面将对其应力分析进行探讨。

二、角接触球轴承内外圈的应力分析1.径向力的作用下的应力分析当角接触球轴承承受径向负荷时，力将通过钢球传递到内外圈，从而产生应力分布。

由于内外圈的形状和尺寸不同，因此其应力分布也存在差异。

通常情况下，内圈的应力分布相对均匀，而外圈则在接触点处应力最大，逐渐向外递减。

这是由于在球与内外圈的接触面上，由于尺寸差异而产生相应的接触应力，因此接触点的应力最大。

这一点需要在设计和制造过程中加以考虑，以确保外圈能够承受足够大的应力，从而保证轴承的寿命和性能。

2.轴向力的作用下的应力分析当轴承承受轴向负荷时，力将主要通过保持架和钢球传递到内外圈。

在这种情况下，内外圈的应力分布与径向力下的应力分布有所不同。

在轴向负荷的作用下，内外圈的应力分布呈现出椭圆形，即内外圈在水平方向上的应力大于在垂直方向上的应力。

这是由于轴向力的作用使得内外圈的形状变形，导致应力分布的不均匀。

因此，在设计角接触球轴承时，需要考虑轴向负荷的影响，合理选择材料和优化结构，以增强其承载能力。

三、角接触球轴承内外圈应力的优化方法为了提高角接触球轴承的性能和寿命，需要对其内外圈的应力进行优化。

以下是一些常用的优化方法：1.材料的选择对于内外圈来说，材料的选择对应力分布至关重要。

通常情况下，内圈采用高硬度和高强度的材料，以增强其抗疲劳性能；而外圈则需要选择具有适当的韧性和耐磨性的材料，以增强其承载能力和抗裂性能。

单列角接触轴承车加工沟位置测量的改进0. 前言车加工的单列角接触球轴承外沟工序测量时，由于历年来我公司在角接触球轴承测量沟位置偏差时，采用沟道位置样板运用光隙法进行检查，此种方法对车加工的环境条件、检查人员的视力、检查技能要求较高，而且测量时必须把套圈和样板擦干净，以免造成沟位置测量误差，从而使在磨外沟工序时造成沟边漏黑皮，因此我们决定更改外沟沟位置测量方法。

1. 改进前测量1.1 测量方法由于角接触轴承外沟是偏沟，沟位置采用沟道位置样板，运用光系法进行测量，此种方法检查时，必须在外沟道圆周上检查三点以上，样板通过被检套圈几何中心，以其定为面仅靠套圈的基准端面，在灯光下观察大、小范的圆弧与套圈外沟道所所形成光系的分布情况，当大范靠近基准端面一边有透缝，小范靠近非基准端面一边透缝，则沟位置合格，当大范或小范靠近基准端面时，两边均不透缝或透缝相等，则沟位置为最大或最小尺寸，当样板小范靠近靠近套圈非基准一边透缝，而大范靠近两边都透缝，且里边缝比外边大，或大范靠近基准端面一边透缝而小范两边都透缝，且外边缝比里边大时，沟位置均合格，当大范靠近套圈基准端面一边透缝，小范也是靠近基准端面一边透缝，或小范两边都透缝且靠近基准面一边比靠近非基准端面一边缝大时则沟位置过小，相反沟位置过大。

其测量方法如（图1 所示）1.2 测量缺陷此测量方法不能像仪器一样测出偏差值，测量时套圈、样板必须擦干净否则影响测量，而且每个检查员检查技能、视力不一样，测量结果也不同，因此磨加工外沟工序时，角接触轴承外圈外沟位置反应的质量问题较多，针对这种情况，我们决定改进角接触轴承沟位置采用与所加工角接触球轴承型号对应的深沟球轴承的车加工套圈，自制角接触轴承车外沟工序的沟位置标准件。

2.改进后的测量2.1 加工基准件设计和加工一个幅高、沟曲率、沟径均与所加工的角接触轴承相同正沟套圈，且沟与端面平行差均在0〜0.01伽之间，以正沟套圈作为测量偏沟套圈沟位置的基准键，以此基准件作为基准对表，在D0 1 2沟位置测量仪上测量沟位置。