圓錐滾子軸承大擋邊結(jié)構(gòu)對(duì)潤(rùn)滑性能的影響

鄭文奎，吳麗麗，謝蘭萍

(甘肅海林中科科技股份有限公司，甘肅 天水 741018)

符號(hào)說(shuō)明

B——內(nèi)圈公稱寬度，mm

C——外圈公稱寬度，mm

d——軸承公稱內(nèi)徑，mm

d2——內(nèi)圈大擋邊直徑，mm

D——軸承公稱外徑，mm

T——軸承公稱寬度，mm

1 問(wèn)題的提出

隨著對(duì)軸承壽命、可靠性等要求的逐步提高，國(guó)內(nèi)、外眾多軸承設(shè)計(jì)和制造專家學(xué)者都認(rèn)為潤(rùn)滑劑是軸承 “第五大件”。潤(rùn)滑劑在滾動(dòng)軸承中的主要作用為：

(1)減少摩擦，減緩磨損；

(2)形成油膜增大接觸面積，減小接觸應(yīng)力；

(3)確保軸承在高接觸應(yīng)力作用下長(zhǎng)時(shí)間的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，延長(zhǎng)疲勞壽命；

(4)消除摩擦熱，降低軸承工作表面溫度，防止燒傷；

(5)防塵、防銹和防蝕。

軸承潤(rùn)滑劑分為潤(rùn)滑脂、固體潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑油三大類。其中，油潤(rùn)滑更適于在高速和高載荷條件下工作，溫度使用范圍更寬,并且可以帶走軸承內(nèi)部的摩擦熱，散熱好；同時(shí)，還可以與齒輪之類的摩擦副零件共用一種潤(rùn)滑劑，實(shí)行共同潤(rùn)滑。單從潤(rùn)滑劑使用效果而言，油潤(rùn)滑較為優(yōu)越。

從理論上講，圓錐滾子軸承工作時(shí)，在潤(rùn)滑油供應(yīng)充分的情況下，滾子與內(nèi)外圈滾道之間、滾子與內(nèi)圈擋邊之間將形成一層有效的潤(rùn)滑油膜，潤(rùn)滑油膜能將承受極高壓力的接觸表面完全隔開(kāi)，從而防止金屬表面直接接觸，減小摩擦和軸承零件間的相互磨損。但是研究資料表明[1]，大多數(shù)滾子軸承失效是由于潤(rùn)滑劑供應(yīng)中斷或者是不能恰當(dāng)?shù)貙?rùn)滑劑送到滾動(dòng)體與滾道接觸的區(qū)域，形成有效的潤(rùn)滑油膜。

在某些應(yīng)用場(chǎng)合，由于圓錐滾子軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理、軸承結(jié)構(gòu)不利于潤(rùn)滑劑到達(dá)工作區(qū)域，也將導(dǎo)致軸承摩擦增大，溫度升高，引起一系列的軸承失效。為了使軸承潤(rùn)滑更為充分，有必要對(duì)軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)軸承結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，使其更有利于引導(dǎo)潤(rùn)滑油進(jìn)入軸承工作區(qū)域，實(shí)現(xiàn)充分潤(rùn)滑。

2 解決方法

經(jīng)過(guò)分析和實(shí)踐，通過(guò)適當(dāng)增大軸承內(nèi)圈大擋邊外徑尺寸并在內(nèi)圈大擋邊面內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)30°左右的潤(rùn)滑油引導(dǎo)坡面，引導(dǎo)更多的潤(rùn)滑油進(jìn)入滾子外徑面與內(nèi)、外圈滾道之間和滾子球基面與內(nèi)圈大擋邊工作面之間，可以有效改善軸承潤(rùn)滑不充分的問(wèn)題。

具體實(shí)現(xiàn)方式如圖1所示，通過(guò)對(duì)軸承大擋邊結(jié)構(gòu)尺寸的改進(jìn)，使?jié)櫥屯ㄟ^(guò)引導(dǎo)坡面與滾子球基面形成的“漏斗”流入滾子球基面與內(nèi)圈大擋邊工作面之間，改善了滾子球基面與內(nèi)圈擋邊工作面之間的潤(rùn)滑條件，更易于在兩接觸面間形成動(dòng)壓油膜。

1—外圈；2—內(nèi)圈；3—滾子；4—保持架；5，6—軸承腔體；7—內(nèi)圈大擋邊；8—滾子球基面；9—潤(rùn)滑油引導(dǎo)坡面；10—內(nèi)圈大擋邊工作面

3 應(yīng)用實(shí)例

以非標(biāo)圓錐滾子軸承568980設(shè)計(jì)為例，軸承要求外形尺寸：d=65 mm，D=150 mm，T=38 mm，B=35 mm，C=30 mm； 潤(rùn)滑方式為飛濺潤(rùn)滑。改進(jìn)前原產(chǎn)品在使用過(guò)程中出現(xiàn)因潤(rùn)滑不足導(dǎo)致的軸承早期失效，但由于受安裝部位結(jié)構(gòu)和尺寸的限制，無(wú)法通過(guò)改進(jìn)潤(rùn)滑方式來(lái)改善軸承的潤(rùn)滑條件。

經(jīng)查找GB/T 273.1，發(fā)現(xiàn)非標(biāo)軸承568980外形尺寸與標(biāo)準(zhǔn)軸承30314(d=70 mm，D=150 mm，T=38 mm，B=35 mm，C=30 mm)較為接近，且30314軸承的額定動(dòng)、靜載荷都能滿足客戶對(duì)568980軸承的要求。考慮到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理性和實(shí)際生產(chǎn)加工的要求，套用30314軸承的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)568980進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中，30314軸承的外圈、滾子和保持架可以在非標(biāo)軸承568980中完全借用，只對(duì)內(nèi)圈進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。針對(duì)非標(biāo)軸承568980在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中存在潤(rùn)滑油不足的現(xiàn)象，在常規(guī)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，改進(jìn)軸承內(nèi)圈擋邊結(jié)構(gòu)，將d2值增大6 mm，并在內(nèi)圈大擋邊面內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)35°的潤(rùn)滑油引導(dǎo)坡面，改進(jìn)后內(nèi)圈大擋邊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 內(nèi)圈大擋邊結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

改進(jìn)設(shè)計(jì)的軸承實(shí)際生產(chǎn)后經(jīng)客戶大批量使用，有效滿足了各項(xiàng)使用要求，未出現(xiàn)因潤(rùn)滑不足而導(dǎo)致的軸承失效現(xiàn)象，軸承使用壽命得以提高。