调心滚子轴承掉滚子原因分析及改进措施
摘要：针对调心滚子轴承装配时掉滚子现象，根据轴承内组件各零件加工中存在的问题，对掉滚子产生的原因进行了分析和总结，并提出了相应的改进方案，同时为加工工艺的改进、有关参数的优化等方面提供了参考。
关键词：调心滚子轴承；缺口；滚子
1 概述
调心滚子轴承常见的三种结构，其中有两种结构如下图所示，内圈02均带小挡边，分布于两端面，并且各有一装滚子缺口，间隔180度，缺口的作用是便于装入合适的滚子04。此类结构的保持架46或66一般采用黄铜材料。完成装配成品后需检查轴承回转灵活性，但转动外圈01后发现有滚子从保持架中脱落，或在缺口处手稍加用力拨出，滚子沿缺口就脱离轴承。
图1 调心滚子轴承结构
2 原因分析
调心滚子轴承装配大致过程：将保持架46或66套在内圈02的外径上，从内圈小挡边的装滚子缺口装入合适滚子04，形成内圈组件，但每列对称留一或两个保持架兜孔空位，先不装滚子。将内组件放入外圈01中，从缺口处在保持架兜孔空位再补装同组滚子。而在检查回转灵活时，有部分滚子从保持架中脱落，或在缺口处用手稍加用力，滚子就从缺口脱出，为此需要从轴承相关零件逐一进行分析，其分析归纳如下： 2.1轴承套圈加工的影响
2.1.1轴承内圈小挡边车加工的影响
轴承内圈车加工小挡边外径按照产品图纸要求为“-”公差，通常为-0.35～-0.15mm,而设计的缺口的深度尺寸一般只有基本尺寸,无公差。实际加工根据目前的机床精度公差控制在±0.2mm范围之内，而缺口深口尺寸测量是以小挡边的外径基准测量的（如下图2）。油沟的深度尺寸公差根据目前加工行业标准按±0.15mm控制，这样对于深度（小挡边外径至
油沟中心的距离）浅的小挡边，通常深度尺寸不超过3mm，实际加工中有可能产生公差累积叠加效应（挡边外径、缺口深度尺寸为最小尺寸，油沟深度为最大尺寸），最终造成滚子端面与挡边接触面积最小，有时接触部位甚至接近油沟处。因此，在缺口处稍加用力将滚子沿缺口拨出。而对于较深挡边，由于其本身与挡边接触面积较大，相对来说公差影响小，有时甚至可以忽略。
图2 缺口深度测量方法
2.1.2轴承内圈小挡边磨加工的影响
轴承内圈磨加工小挡边采用定程法磨削，有时发现有个别小挡边磨后有黑皮。由于车加工的原因造成小挡边磨加工余量偏小或磨平面工序的非等量磨削，从而造成磨加工后仍有黑皮。通常将黑皮磨掉可正常下移，这样造成小挡边厚度偏小。而对于深度较浅的小挡边，本身滚子端面与其接触面积小，小挡边过磨后滚子沿内圈轴向的距离增大，从而使滚子沿缺口较易脱出，如下图3所示。
图3小挡过边过磨
2.1.3轴承套圈滚道磨加工的影响
轴承外圈磨加工滚道磨削，有时发现有个别磨后仍有黑皮。由于车加工和热处理的原因造成磨加工余量偏小或外滚道变形，从而造成磨加工后仍有黑皮。通常将外滚道过磨，黑皮磨掉可正常下移，这样需要对内滚道欠磨以实现装配工序的正常合套。这样造成滚子组中心径整体偏外，使滚子与挡边的接触部位偏外，在缺口处偏外后实际接触面积偏小，从而使滚子沿缺口较易脱出。
2.2保持架加工的影响
保持架加工通常在钻床上钻孔，通过等分模具的定位进行钻孔加工。由于模具本身制造没有专用的机床加工，制造精度较低，另外由于有时平端面工序加工保持架基面平面度超差，造成兜孔加工深度尺寸不统一，一般通过调整机床重新定位钻孔，结果造成兜孔较深、兜孔直径较大，从而装入滚子后，滚子与保持架间隙大，而且沿保持架轴向窜动量大，最终在装满滚子后，滚子与保持架的整体间隙较大。在测试轴承回转很容易滚子从保持架脱落出来。另外测量保持架中心径，通过测测量柱的距离控制，卡尺用力大小不一样，支柱的歪斜程度也不一样（支柱在兜孔所处的位置），因此最终测量尺寸只能作为参考，不能有效地反映中心径的真实测量值。对于中大型轴承而言，因其挡边一般较深，此种测量方法影响较小。而对于小型轴承，因其挡边较浅，影响较大，有时实际中心径偏大，而测量时却合格，这样的情况经常出现。中心径偏大后，滚子组整体中心偏外，导致滚子与小挡边接触部位偏外，在缺口处偏外后实际接触面积偏小，最终造成滚子从缺口脱出。
3 改进方案
根据上述综合分析之后，并结合现场实际装配后发现滚子脱落，对各个零件的测量，造成滚子脱落的原因往往不是单一的一个因素造成的，而是两个或多个因素共同产生的结果。要从根本上解决问题，需多方面入手有针对性地解决。有针对性地提出了改进方案,其具体方案如下：
（1）轴承内圈小挡边车加工
对于深度浅的小挡边内圈， 车加工工艺根据目前的车床加工精度，进行适当的压缩小挡边外径，公差调整在-0.2～-0.1mm范围内。缺口深度尺寸应增加适当的公差，应为“-”公差，可以调整在-0.2～-0.1mm m范围内。而对于深度较深的小挡边内圈，只需要将缺口公差控制在±0.2mm之内。这样在加工中减小了小挡边外径、深度公差对滚子与挡边接触面积的影响量。
（2）轴承内圈小挡边磨加工 严格控制小挡边磨加工余量，同时内圈磨平面工序在双端面磨床加工，以保证两端面等量磨削。另外小挡边磨削后仍有黑皮，对于深度浅的小挡边内圈允许过磨最大量控制量0.1mm,否则报废；而对于深度较深的小挡边内圈勿须考虑。 （3）保持架加工
严格控制保持架底面的平面度以保证钻孔工序一次完成，同时测量保持架中心孔的测量方法进行改进。。对于中大型轴承而言，仍采用测量样柱测量。而对于小型轴承保持架中心径，其测量方法需要对其改进，改进方法如下图4所示。将两个与保持兜孔直径大小相同的钢球Dw 放入两对应兜孔中，H、h可以用卡尺直接测量，兜孔倾角α用标准滚子及卡规测量，用卡尺测量两球外径D，以保证中心径Dcp，可使测量误差减小，而且兜孔的深度、直径对测量误差影响较小。由图4可推出如下公式：
兜孔数目为偶数：
中心径Dcp=D-Dw-2（Dw/2+h-H）×tgα； 兜孔数目为奇数：
中心径Dcp=（D-Dw）/cos(90/n)-2（Dw/2+h-H）×tgα。
图4保持架中心径测量示意图
4结束语
通过对调心滚子轴承掉滚子产生的原因分析并结合实际，结果表明造成滚子脱落的原因并不是单一的一个因素造成的，而是两个或多个因素产生的结果。同时为加工工艺中的改进、有关参数的优化等方面提供了参考。
