7005C/P4精密角接触球轴承振动因素分析

2016-07-25李献会敖正红张伟徐润润周海波

轴承 2016年7期

李献会，敖正红，张伟，徐润润，周海波

(1.洛阳轴研科技股份有限公司，河南洛阳 471039；2.河南省高性能轴承技术重点实验室，河南洛阳 471039；3.滚动轴承产业技术创新战略联盟，河南洛阳 471039))

振动和噪声性能一直是衡量精密角接触球轴承质量和性能的重要指标，其反映轴承的综合性能[1-2]。精密轴承的使用与普通轴承不同，其寿命的考察方式以精度寿命为准，精度失效是精密轴承的主要失效形式。实践表明，轴承精度寿命与轴承的振动和噪声特性紧密相连，一定程度上优良的振动和噪声性能预示着较长的精度寿命。因此，精密角接触球轴承对振动有着更高的要求。

研究表明[3-4]，球轴承的振动是由接触副接触特性激励引起的，而接触副接触特性很大程度上取决于接触面的表面精度特性，如沟道圆度、波纹度、表面粗糙度和沟道对端面的平行度(沟摆)等。现以7005C/P4精密角接触球轴承为试验对象，通过正交试验方法对其影响振动的主要因素进行研究。

1 正交试验设计

正交试验设计是一种利用正交表和数理统计原理合理地安排试验、科学地分析试验结果，从而处理多因素问题的方法[5-6]。

1.1 试样及设备

试样：7005C/P4轴承；钢球精度等级G5。套圈参数要求：内沟径偏差±0.003 μm；外沟径偏差±0.003 μm；内、外沟摆偏差±0.002 μm；游隙(0.040±0.003) μm。试验温度(20±1) ℃。

试验设备：S0910型轴承振动测试仪；Y9025圆度测量仪；XM-200表面形貌测量仪；PGI820泰勒仪。

1.2 试验方法

1)影响因素与水平选择。研究表明，影响轴承振动的因素很多，其中沟道圆度、波纹度、表面粗糙度是影响振动的重要因素。因此，分别选取外圈沟道的圆度、波纹度和表面粗糙度以及内圈沟道的圆度、波纹度和表面粗糙度共6个因素，分别记为A，B，C，D，E，F。各因素选取3个水平，各因素水平范围见表1。

表1 影响轴承振动的因素及水平

2)正交试验设计。研究精密角接触球轴承振动的影响因素为6个，各因素有3水平，选用正交表L18(37)进行试验，确定试验方案。

3)试验过程。由于所选因素均为沟道精度参数，其加工中具有不确定性，因此需要从众多套圈中选取满足试验要求的轴承内、外圈，再装配成品轴承，分组按正交试验设计进行试验。为减小试验误差，每次测试进行3次，取均值为有效值。最终得到正交试验结果见表2。

表2 正交试验结果

2 试验数据分析

2.1 影响因素相对重要性确定

根据正交试验方法理论，利用因素在各个水平上试验值的平均数的极差分析，可以分析其对试验结果的影响。极差越大，表明因素对试验结果作用越大，该因素对试验结果就越重要[6]。

利用极差分析对试验结果进行分析的过程如下：

表3 极差分析结果

从表3可以看出，外圈沟道表面粗糙度极差值RC很大，即外圈沟道表面粗糙度对7005C/P4精密轴承振动影响最大，是对振动加速度值影响最明显的因素。内圈沟道圆度的极差值RD很小，表明其对7005C/P4精密轴承振动影响不大，是对轴承振动加速度值影响最小的因素。综合分析，极差关系为：RC>RB>RF>RA>RE>RD，即所选取的6因素对精密角接触球轴承振动值影响重要性关系为：外圈沟道表面粗糙度>外圈沟道波纹度>内圈沟道表面粗糙度>外圈沟道圆度>内圈沟道波纹度>内圈沟道圆度。分析结果与相关球轴承振动研究基本一致[7-10]。因此，在7005C/P4精密角接触球轴承设计和加工中，若考虑其振动值，要重点关注以上参数。

2.2 水平趋势分析

将因素的水平作为横坐标，该因素相应水平所导致的指标结果Ki值作为纵坐标，绘制水平趋势图，内、外圈沟道圆度因素与7005C/P4精密角接触球轴承振动加速度值的水平趋势关系如图1所示，内、外圈沟道波纹度因素与7005C/P4精密角接触球轴承振动加速度值的水平趋势关系如图2所示，内、外圈沟道表面粗糙度因素与7005C/P4精密角接触球轴承振动加速度值的水平趋势关系如图3所示。由图及表3可知，内、外圈沟道表面粗糙度是影响7005C/P4精密轴承振动的关键因素，C，F因素水平极差都很大，为关键因素，且随着内、外圈沟道表面粗糙度的增大，轴承振动加速度值均呈现上升趋势，因此，控制内、外圈沟道表面粗糙度是精密角接触球轴承减小振动的关键。从沟道波纹度上看，外圈沟道波纹度值增大，轴承振动变大，振动值最低点外圈波纹度为0.08 μm；外圈沟道波纹度为0.08 μm时，轴承振动最低。对于沟道圆度来说，内、外圈沟道圆度分别为0.5，0.8 μm时，各自振动值为最低。综合分析可以判断，水平趋势最优组合为：A3B1C1D2E2F1。