劉文水

(1.福建龍溪軸承(集團(tuán))股份有限公司，福建 漳州 363000；2.福建省關(guān)節(jié)軸承企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 漳州 363000)

擠壓型自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承是一種將粘貼有自潤(rùn)滑層的軸承外圈，通過擠壓塑性成型裝配到內(nèi)圈上的整體結(jié)構(gòu)軸承，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量小、承載大、零游隙和免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械工程等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1-3]。

密合度是考核擠壓型自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承制造質(zhì)量的重要指標(biāo)，是擠壓后外圈球面與內(nèi)球面接觸質(zhì)量的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)行密合度測(cè)量時(shí)，用塑料將軸承內(nèi)、外圈固定，防止內(nèi)圈相對(duì)外圈運(yùn)動(dòng)，再沿內(nèi)圈軸心線并垂直于外圈端面的方向上把軸承剖開[4-6](見圖1)。研磨拋光該表面后，獲得清晰內(nèi)、外圈球面的圓弧曲線，測(cè)量?jī)?nèi)、外圈間的徑向距離t值，從而判定擠壓成型的質(zhì)量。

密合度測(cè)量結(jié)果是關(guān)節(jié)軸承制造工藝改進(jìn)和判定軸承質(zhì)量是否滿足要求的重要依據(jù)，確保密合度測(cè)量準(zhǔn)確性具有重要的意義。

圖1 密合度測(cè)量示意圖

1 問題提出

在關(guān)節(jié)軸承研制過程中發(fā)現(xiàn)，某型號(hào)軸承的自潤(rùn)滑層厚度為(0.4±0.04) mm，軸承游隙值為0，密合度檢測(cè)結(jié)果顯示，t值達(dá)到0.7 mm以上。該測(cè)量結(jié)果必定存在問題，因?yàn)閠值如果超過自潤(rùn)滑層初始厚度，軸承游隙值不可能為0。

為了解決上述問題，本文以內(nèi)孔為60 mm的某型號(hào)關(guān)節(jié)軸承為研究對(duì)象，對(duì)軸承擠壓及剖分的應(yīng)力和變形進(jìn)行分析，并針對(duì)變形特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種測(cè)量密合度輔助工裝，以幫助抵消剖分后的變形力，解決采用塑料固定內(nèi)、外圈強(qiáng)度不足的缺點(diǎn)。

2 應(yīng)力分析

擠壓型自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承制造是通過擠壓軸承外圈，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外圈的裝配。在擠壓裝配過程中，軸承外圈受到縮口和彎曲這2種力的作用，產(chǎn)生的變形有塑性變形和彈性變形。應(yīng)用Abaqus軟件進(jìn)行擠壓仿真模擬，應(yīng)力分布如圖2所示。由圖2可以看出，在閉模狀態(tài)下，外圈兩端主要受縮口力的作用，兩端承受壓應(yīng)力使軸承兩端口部尺寸減小，外圈中部主要受彎曲力的作用，中部外側(cè)承受拉應(yīng)力使外側(cè)尺寸伸長(zhǎng)，中部?jī)?nèi)側(cè)承受壓應(yīng)力使內(nèi)側(cè)尺寸縮短，同時(shí)中部?jī)?nèi)側(cè)的壓應(yīng)力使外圈中部直徑有所減??；卸模后，外圈塑性變形殘留，彈性變形消失，外圈外側(cè)因彈性恢復(fù)而縮短，內(nèi)側(cè)因彈性恢復(fù)而伸長(zhǎng)[7]，整個(gè)外圈因彈性恢復(fù)向外脹大，直到外圈內(nèi)部應(yīng)力達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)尺寸暫時(shí)保持穩(wěn)定，此時(shí)，外圈兩端、中部?jī)?nèi)、外側(cè)主要承受拉應(yīng)力作用，外圈兩端內(nèi)側(cè)和中部中心小部分區(qū)域承受壓應(yīng)力作用。

圖2 軸承外圈擠壓應(yīng)力分布圖

由于擠壓殘余應(yīng)力的存在，且主要為拉應(yīng)力，當(dāng)軸承沿內(nèi)圈軸心線并垂直于外圈端面的方向剖開后，外圈剖分面的應(yīng)力平衡被打破，外圈受拉應(yīng)力作用繼續(xù)向外脹大，尋找新的平衡點(diǎn)，從而使內(nèi)外圈球面的圓弧曲線距離變大。

為了清晰地觀察外圈剖開后的變形情況，將未采用塑料固化封裝的某型號(hào)0游隙軸承剖開(見圖3)，明顯看出外圈與內(nèi)圈金屬弧線距離變大很多。

圖3 外圈剖分后脹大圖

因此，密合度測(cè)量結(jié)果中內(nèi)、外圈間的徑向距離t值大于襯墊厚度的主要原因是軸承剖分后向外脹大，且由于制備軸承密合度測(cè)量樣件的塑料強(qiáng)度和硬度有限，對(duì)于小型號(hào)軸承尚能克服剖分脹大力，對(duì)于大型號(hào)軸承就不能完全克服剖分脹大力。

3 密合度測(cè)量輔助工裝設(shè)計(jì)

為了保證密合度測(cè)量的準(zhǔn)確性，提出了樣件先用輔助工裝鎖緊，然后用塑料填充固定的方法。密合度測(cè)量輔助工裝(見圖4)起到限制外圈剖分后脹大的作用。

圖4 輔助工裝示意圖

圖4中，將關(guān)節(jié)軸承放入底座，固定心軸穿入軸承內(nèi)孔后，用螺母將固定心軸鎖在底座上，頂緊螺釘1頂緊軸承底部，同時(shí)用頂緊螺釘2和頂緊螺釘3頂緊軸承外徑兩側(cè)，安裝好輔助工裝后在填充塑料區(qū)域填充塑料，塑料固化后即可進(jìn)行剖分。

上述工裝中，頂緊螺釘1主要作用是頂緊軸承避免軸承移動(dòng)，同時(shí)可調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈軸心線位置，使不同規(guī)格軸承的軸心線都能正好露出底座上表面，利于剖分軸承，增強(qiáng)了工裝的通用性能。鎖緊螺釘2和3的主要作用是克服軸承剖分后外圈應(yīng)力釋放產(chǎn)生的變形力，防止軸承剖開后外圈向外脹大。

4 密合度測(cè)量輔助工裝使用效果

采用同批次、狀態(tài)完全相同的、內(nèi)孔為60 mm的某大型號(hào)關(guān)節(jié)軸承為研究對(duì)象，隨機(jī)選取4件合格產(chǎn)品，且初始游隙皆為0，其中2件未使用輔助工裝，另2件使用輔助工裝，分別制備密合度測(cè)量樣件。未使用輔助工裝制備的樣件如圖5所示。利用萬能工具顯微鏡獲得清晰內(nèi)、外圈球面的圓弧曲線，測(cè)得內(nèi)、外圈間的徑向距離t值見表1。

圖5 未使用輔助工裝制備的樣件

(mm)

使用輔助工裝制備的樣件如圖6所示。測(cè)得內(nèi)、外圈間的徑向距離t值見表2。

圖6 使用輔助工裝制備的樣件

(mm)

密合度測(cè)量輔助工裝使用前、后試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如圖7所示。

圖7 密合度輔助工裝使用前、后t值變化關(guān)系

從圖7可以看出，未使用輔助工裝時(shí)，測(cè)量樣件內(nèi)、外圈球面圓弧曲線上的徑向距離(t值)>0.5 mm，且不同軸承樣件因剖分后外脹量不同，導(dǎo)致t值差別很大。使用輔助工裝后，t值明顯變小，數(shù)值集中在0.4 mm附近，且與所使用的自潤(rùn)滑襯墊初始厚度(0.4±0.04) mm接近，說明使用輔助工裝后，密合度測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度得到明顯提高。

5 結(jié)語(yǔ)

介紹了使用輔助工裝進(jìn)行密合度測(cè)量樣件制備的方法。與原方法相比，使用輔助工裝后，有效地避免了關(guān)節(jié)軸承密合度樣件剖分后外圈脹大問題，測(cè)得的密合度結(jié)果準(zhǔn)確性有明顯提高，避免了密合度測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確對(duì)研制和驗(yàn)收造成誤導(dǎo)，間接提高了研制效率和產(chǎn)品質(zhì)量。試驗(yàn)表明，該方法可行，并可在同類產(chǎn)品中推廣應(yīng)用。

[1] 魏立保，陳有光. 自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承的研制與應(yīng)用[J]. 軸承，2008(5):8-10.

[2] 何兩加. T型自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承介紹[J]. 機(jī)械工程師，2011(4):127-128.

[3] 王兆昌. 擠壓型鋁合金自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承性能研究[J]. 軸承，2015(8):36-40.

[4] GJB 5502—2005，低速擺動(dòng)自潤(rùn)滑向心關(guān)節(jié)軸承規(guī)范[S].

[5] AS 81820D—2014, Bearings, plain, self-aligning, self-lubricating, low speed oscillation[S].

[6] HB 20331—2016，自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承密合度檢測(cè)方法[S].

[7] 張瑞芬，吳連平，楊曉翔. 自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承二次擠壓裝配的有限元仿真分析[J]. 軸承，2015(11):20-22，56.

*福建省重大專項(xiàng)專題項(xiàng)目(2018HZ0003-1)