汽車行業中發動機曲（qǔ）軸，凸輪軸類零件的（de）磨削（xuē）是重要工藝，汽車業的（de）飛速發展（zhǎn）對曲軸（zhóu）類零件的磨削加工也提出更高生產效（xiào）率的要求，磨削速（sù）度亦隨之越來越（yuè）高，隨之帶來（lái）一係列（liè）磨削燒（shāo）傷及應力產生等問題，現就這（zhè）些磨削質（zhì）量與技術問題進行探討。

關於（yú）高（gāo）速磨削燒傷及其應力問題

      軸類零（líng）件磨削燒傷一般可分為兩類（lèi），一是表麵（miàn）明顯過熱（rè）燒傷，肉眼可見，此時，零件加工表麵工作硬度已喪失，應力高度集中，屬報廢情況（kuàng）；另一類是肉（ròu）眼不可見的表麵磨削燒傷，使零件表（biǎo）麵工作硬度有所下降，由（yóu）於切削功（gōng）率（lǜ）熱（rè）效應，使金屬材料（liào）在一定深度的金相組織（zhī）發生變化，由溫度變化梯度產生了相應層麵的（de）熱變形（xíng）應力。此時零（líng）件如在（zài）短期中使用無大（dà）影響，但工作壽命（mìng）不長，在今後發動機長期（qī）工（gōng）作中，應力會（huì）逐步釋放而影響發動機工作，二加工應力產生除燒傷引起外，還可由切削擠壓產生的擠壓應力引起。由磨削機（jī）理可知，軸類零件（jiàn）表麵在經過高速磨削時，微觀表麵可看作工件表麵某質點（diǎn）在受到擠壓尚未彈性恢複時又再受到擠壓，從而部分失去材（cái）料的彈性變形，這些情（qíng）況是在砂輪主軸由滾動軸承支承下磨削產生的，即整個磨削在砂（shā）輪與零件、主軸（zhóu）與軸承之間完（wán）全剛性接觸中完成的。實際上，滾動軸承支（zhī）承砂輪主軸在磨削中會有振動及較大噪聲，這樣零件被磨削（xuē），表（biǎo）麵會額外產生振紋，並影響工件表麵光潔度（dù）的提高。而靜壓軸承支承的砂輪主軸，在磨削時軸承與主（zhǔ）軸是柔性接觸，不會出現剛性接觸（chù）中的那種（zhǒng）振動。

新型超音速磨削動靜壓軸承技術

      筆者長期研製高速、高精度，高承載力（lì）的動靜壓軸承，較典（diǎn）型的是具有專利技術的GL-01型（如圖（tú）1所（suǒ）示）和GL-02型（如圖2所示）。

      新型靜壓軸承均能達到超音速磨削主軸轉速120000r/min以（yǐ）上，主軸（zhóu）直徑為無密封（fēng）環。這（zhè）裏對GL-02型軸承（chéng）進行簡單介紹，這是（shì）一（yī）種內錐螺旋油腔的軸承係統，省去了傳統的平麵（miàn）止推軸承，也沒有密封圈。主軸大端120mm，使用CBN砂輪，砂輪直徑500mm，主軸轉速12000r/min，砂輪線速度370m/s，超出音速。 

      1.這裏CDEF是實際圓錐（zhuī）麵螺旋油腔，虛線部（bù）分CDGC’ 是假想圓錐麵油腔，DD’與軸心線QQ’平行（háng），DG與（yǔ）DD’夾角為圓錐半角，DF與DD’ 夾角為螺旋角，FA為（wéi）徑（jìng）向封（fēng）油麵（miàn）。假想DD’為主軸某一切麵線，沿n方向旋轉，從油腔（qiāng）A點依次轉過等，顯然當主軸任一切麵線一部分（fèn）進入某油腔（qiāng）時，該切麵線的另一部分正在逐（zhú）步移出上（shàng）個油腔，這就是螺旋（xuán）油腔。由於螺旋（xuán）油腔軸承受載荷是均衡無（wú）方向性的，主軸旋轉將是極其平穩的（de）。主軸運轉速度在相當大的範圍內（nèi）不受任何限製。 

      2. 由於是圓錐軸承（chéng），油膜對主軸表麵的法向反力（lì）分解成徑向分力和軸向分力;軸向分力的（de）存在使軸承係統中不需平麵止推軸承的介入（當然圓錐軸承需成對使用），結構簡單。更重要的是圓錐軸承是天然的（de）無（wú）需軸頸密封（fēng）環封油的軸承係統。無論主軸處於靜止或（huò）低速或高速旋轉狀態都無需密封環。可作如下證明：設油液從Z軸正向流出軸承時，在（zài）Z軸任意取二截麵Z1、Z2，並在Z1、Z2處取二小區域，分別求出Z1截麵Z2截麵的容積。

      當油液（yè）從Z1區域流向Z2區域時，由於不能填滿Z2區域的容積，需從Z1區域再補（bǔ）充一部分油（yóu）液作增量，這樣一次類（lèi）推，當油液從Z軸正（zhèng）向流（liú）出，油液將（jiāng）連續增量，即有一加速度，方向指向（xiàng）Z軸方向，使油液迅速流出Z軸正向（實踐由液（yè）體成噴射（shè）狀流出軸承，而（ér）不是傳統（tǒng）圓柱軸承那樣“從（cóng）容”地流出）。油液不可（kě）能逆加速（sù）度方向（xiàng）由（yóu）Z軸負向流出軸承。所以這是（shì）無需密封環的靜壓軸承係統。對於傳統的（de）靜壓（yā）軸承係（xì）統，單隻軸（zhóu）承（chéng）有壓力反饋，而（ér）前後軸（zhóu）相互（hù）間無反饋，即單隻軸（zhóu）承徑向剛度基本決定了整（zhěng）個軸承係統（tǒng）徑向剛度，而新型（xíng）軸承為圓錐（zhuī）孔，單隻軸承無剛度，需成對使用，即（jí）二隻軸承共同組成了（le）軸承係統剛度，顯然錐度孔軸承係統剛度，要（yào）遠大於傳統的（de）圓柱孔（kǒng）軸承係統剛度。且由於是螺旋油腔，其主（zhǔ）軸在工作旋轉中，整體無（wú）壓力極值變化，故工作穩定。

      筆者在實踐中看到，滾動軸承支撐主軸，在高速旋轉時的振動要比相同條件下低速旋轉時振動（dòng）小的多。而動靜壓軸承高速與低速旋轉時，其振動無變化。且高速滾動（dòng）軸承的有效工（gōng）作壽命較短（duǎn），一般僅幾個月就需要更換軸（zhóu）承，而動靜壓軸承正常使用（yòng）下，工作壽命（mìng）長達數十年之久。對造價來說，單套滾動（dòng）軸承要比滑動軸承價格便宜，但考（kǎo）慮其工作壽命來說，兩三年的消耗（hào）量就使（shǐ）滾動軸承的成本高於滑動軸承，且經常更換軸承影響主軸工（gōng）作精度。另外在大曲軸粗磨狀況下，用新型軸承磨削，生產效率提高了25%（不包括輔助工作時間的節省）。 

關於活塞環（huán）端麵新型磨削技術

      眾（zhòng）所周知，活塞環發動機中一個重要的（de）零件（jiàn），雖然件小，但技（jì）術要求頻高（gāo），不但要求行位精度高，表麵硬度、光潔度、應（yīng）力集中等問題也很嚴峻。和軸類零件磨削加工有所不同的是（shì），活塞環端麵磨削均為滾動軸承支撐的砂輪。工件、砂輪、主軸、軸承等完全是剛性接（jiē）觸。這是因（yīn）為傳統的靜（jìng）壓軸承其（qí）軸向（xiàng）力是靠環狀止推靜壓槽油腔（qiāng）產生。這個軸向力是較小的，無法承受活塞環端麵的磨（mó）削力。而GL新型軸承（chéng）是錐度軸承，在工作中無論是磨削零件外圓或是端麵，均是由軸承錐度麵承載，這個磨削力是巨大的，足以搞笑的磨削零（líng）件的端（duān）麵，且是（shì）柔性接觸（chù），這對活塞環表麵質量（liàng）提高有很大改善（shàn）。本公司在（zài）711所的（de）新中廠試磨大曲軸磨床法蘭時，用1450mm直徑的砂輪，磨800mm的大（dà）法蘭，磨削狀況良好。另外活塞環端麵磨床砂輪主軸，雖然是中低速工作，但卻（què）經（jīng）常更換主軸軸承，由於其特殊工作狀況所定（dìng），每次更換（huàn）軸承都（dōu）很困難，而采用新型錐度（dù）靜壓軸承可避免上（shàng）述情況。