軋機用雙(四)列圓錐滾子軸承沖壓保持架的設計改進

何召集，王貴吉，袁星輝

(洛陽匯工大型軸承制造有限公司，河南 洛陽 471000)

1 出現的問題

目前軋機用雙(四)列圓錐滾子軸承的常規設計中，保持架大端與隔圈之間的徑向間隙A1通常較小，且隔圈與軸承箱之間有一定間隙，徑向沒有定位。因此，在軸承使用過程中隔圈會偏向一側；軸承使用一段時間后，保持架窗孔由于磨損會變大，致使保持架的徑向竄動量加大。這些因素都會使保持架大端與隔圈之間的徑向間隙A1變小，甚至兩者產生接觸(圖1)。 一旦保持架大端與隔圈發生干涉，將加劇兩者之間的磨損；并且保持架與外滾道之間間隙較小，保持架窗孔磨損后竄動量將增大，引起噪聲增大，保持架與外滾道間也會相互摩擦，甚至出現擠夾滾子現象，導致軸承溫升增加。這兩種情況均會導致軸承出現早期失效。針對上述問題，為避免干涉及磨損現象的發生，對保持架進行了改進。

圖1 保持架大端與外隔圈間隙示意圖

2 理論分析

為避免保持架與隔圈產生干涉及磨損，在確保滾子組內、外接圓直徑不變的前提下，對保持架的內、外徑等尺寸在現有設計方法的基礎上進行了整體縮減。

整體縮減是指在不改變滾子組的內、外接圓直徑的基礎上,使保持架大頭外徑、小頭內底徑及其他外形尺寸整體沿滾子徑向向中心縮減(圖2～圖3)。現以滾子組的外接圓直徑不變為例進行分析，即滾子組外測量點A位置(外檢查尺寸)不變，保持架窗孔沿滾子徑向減小尺寸，如圖2所示。

圖2 保持架收縮前、后局部示意圖

現假設窗孔與滾子相切接觸(不考慮間隙)，如果保持架收縮量為a，則收縮后保持架窗口寬度單邊縮小量為c，要保證外檢查尺寸不變，需增加窗孔寬度，單邊增大值為c，

c=atan 22.5°，

(1)

所以窗孔寬度應在原設計的基礎上增大2c。保持架與滾子的間隙值ξ在改進前、后不變。為更明了地闡述此問題，以下通過作圖的方式進行更進一步的驗證，如圖3所示。

圖3 保持架收縮前、后整體示意圖

3 改進方法

保持架內、外徑等尺寸縮小后，要保證總體外徑不變，可通過兩種方法實現：(1)增大窗孔寬度，增加值為2c；(2)不改變窗孔寬度，增大壓坡深度。由于保持架板厚較薄，其接觸位置應在壓坡中間部位(圖3中切點處)。

方法1中，若只是按計算尺寸增大窗孔寬度，那么滾子與保持架接觸部位將會處于離保持架壓坡與窗孔的過渡部位較近處，若收縮量a大的話，最終滾子與保持架的接觸部位會處于壓坡與窗孔的過渡部位，有可能出現轉動過程中保持架夾滾子現象，并且還會加劇保持架窗孔的磨損，導致窗孔變大，從而致使軸承溫升及噪聲增大。根據經驗，收縮后窗孔位置在滾子端面直徑的0.70～0.73處為宜(標準設計窗孔位置在滾子端面直徑的0.75處左右)。

方法2中，增大壓坡深度(增大深度為a)，從而使得保持架壓坡面寬度增大，這有利于軸承在使用過程中滾子與保持架之間形成油膜，從而降低兩者之間的摩擦，使軸承運轉平穩，使用壽命得到提高。

若保持架的收縮量相對過小，作用不太明顯；若收縮量相對過大，將增加滾子與保持架間的摩擦，反而不利于軸承運轉。因此，保持架的收縮量應根據軸承的具體型號及保持架的厚度適當選取，保證滾子與保持架在其窗孔壓坡面的中間部位接觸。

4 改進實例

某軋機用推力軸承37040X3(共計8套)在保持架改進前、后的使用情況對比見表1。該軸承承受60 kN當量載荷，工作轉速800 r/min。

表1 保持架改進前、后37040X3軸承使用情況

對3806/133.35軸承按方法2進行改進，對370652X2軸承按兩種方法相結合的方式進行改進，改進后的軸承均運轉良好；并在此后對多種此類的雙(四)列圓錐滾子軸承按此法進行改進，軸承都運轉良好，沒有再發生上述失效。