高性能調心滾子軸承

潘杰宗

調心滾子軸承具有很高的承載能力，可以承受較高的運行轉速，其滾道呈球面形而具有自動調心功能，可以補償由于安裝不同心度和軸撓度而造成的軸承偏心。這些優點使得調心滾子軸承非常適合應用于重載、沖擊以及具有偏心的應用場合，是目前市場上應用最廣泛的軸承之一。

鐵姆肯公司在調心滾子軸承設計和制造領域具有60多年的歷史。Timken?調心滾子軸承廣泛用于齒輪箱、冶金、采礦、水泥集料、造紙、火力發電、石油天然氣、流體機械等各行各業，并得到了廣大客戶的普遍認可。近年來，結合材料技術、設計能力以及制造工藝等方面的進步，鐵姆肯公司對調心滾子軸承進行了升級設計，推出了全新一代的E系列調心滾子軸承。

1 E系列調心滾子軸承的設計特點和性能

1.1 保持架設計特點

保持架是軸承的重要部件，在軸承運轉過程中，保持架主要起著分離滾動體、防止滾動體之間的直接接觸、減少摩擦和發熱、改善潤滑效果以及在軸承非承載區域正確引導滾動體以防滾動體打滑和歪斜的作用。另外，在軸承的安裝和拆卸的過程中，保持架起著防止滾動體從套圈脫落的作用。因此，軸承保持架的材料和設計對軸承的可靠性和整體性能有著至關重要的作用。

E系列調心滾子軸承有兩種形式的保持架設計，一種是EJ型沖壓鋼保持架（圖1），常用于尺寸較小的調心滾子軸承，另一種是EM或EMB型機加工黃銅保持架（圖2），多用于中大型的調心滾子軸承。

1.1.1 EJ型沖壓鋼保持架

EJ型沖壓鋼保持架采用了獨特的創新設計，有以下幾個主要特點：

（1）EJ型沖壓鋼保持架由內圈引導，減少了滾動體的載荷。保持架支撐橫梁設計在滾動體中心線直徑以上，這種設計允許保持架橫梁有更寬的設計寬度，從而可提高保持架的強度和剛度，降低高沖擊載荷或頻繁加減速工況下保持架內部的應力。

（2）EJ型保持架采用先進的沖壓工藝保證良好的制造精度控制，保持架兜孔集成了滾子引導功能，可以引導滾子進出軸承承載區。由于不需要引導環對中引導，因此降低了滾子和內圈之間的摩擦。同時，這也留出了更多的空間，可以設計更長的滾子，提高負載能力，減少軸承應力。另外，更多的內部空間也改善了潤滑劑流動性，有利于帶走軸承工作產生的熱量。

（3）EJ型沖壓鋼保持架表面采用滲氮硬化處理工藝，提高了保持架的強度和耐磨性，使軸承可以在更惡劣的應用工況中正常運轉。

（4）EJ型沖壓鋼保持架端面具有獨特的開槽處理，有利于提高潤滑劑的流動性，降低軸承工作溫度，延長軸承使用壽命。同時，這種創新設計使得保持架具有更輕的重量和更小的離心力，更利于軸承在高轉速的應用工況中運行。

1.1.2 EM或EMB型黃銅保持架

圖1 EJ型沖壓鋼保持架

圖2 EM或EMB型機加工黃銅保持架

圖3 EM型黃銅保持架

圖4 EMB型黃銅保持架

這種類型的保持架為經過精密機加工的開放式指型保持架，分別如圖3和圖4所示。EM型、EMB型保持架均采用一片式設計，它們的區別在于保持架的引導方式不同。EM型保持架常用于中小尺寸調心滾子軸承設計，保持架較輕，由滾動體來引導；而EMB型保持架常用于中大尺寸的調心滾子軸承設計，保持架較重，由軸承內圈來引導。精密機加工黃銅保持架具有精確的外形尺寸，對滾動體有更好的引導作用，開放式的指型設計可使潤滑油輕易到達所有需要潤滑的工作表面，確保充分潤滑軸承并降低軸承的工作溫度。另外，黃銅保持架具有很高的強度、良好的高溫穩定性能和較低的摩擦系數。這些特點使得EM型和EMB型的調心滾子軸承常用于高溫、高速、具有沖擊載荷、潤滑不足等惡劣的工況環境中。

1.2 其他方面的改進及其效果

除了保持架的設計改進和創新外，E系列調心滾子軸承對內部幾何形狀也進行了優化設計：優化了滾道和滾動體接觸面的吻合度，優化了滾道面和滾動體的修型，在制造工藝上改善了滾道面和滾動體的表面粗糙度和表面紋理。這些改進和創新使得E系列調心滾子軸承整體性能得到很大程度的提高，主要體現在以下幾個方面：

（1）承載能力更高

E系列調心滾子軸承承荷能力比之前的軸承設計平均增長了18%，因此在同樣的應用工況下軸承設計壽命可以提高近75%。在設計空間受限的情況下，選用E系列調心滾子軸承可以實現更緊湊的結構設計。

（2）運行溫度更低

與傳統產品相比，新一代E系列產品憑借改進的表面處理和設計創新可以減少摩擦轉矩，降低軸承的運行溫度，延長潤滑劑壽命和軸承工作壽命，軸承可靠性也更高。

（3）熱轉速等級更高

由于采用了創新的保持架設計、優化的內部幾何設計以及更好的表面粗糙度和表面紋理，軸承運轉的溫度更低，軸承的熱轉速等級也得到相應提高。與之前的Timken?調心滾子軸承產品相比，在相同工況下，E系列調心滾子軸承平均參考轉速提高了17%。

2 E系列調心滾子軸承的應用

在歐洲某知名客戶的制粒機中，原裝軸承為其他知名品牌的調心滾子軸承，在最高工作溫度達到150℃，沖擊、重載和震動的惡劣工況下，調心滾子軸承平均500h就需更換一次。頻繁停機導致軸承更換成本昂貴，而客戶更換了兩個軸承后，供應商也未能解決這個問題。最后，客戶不得不要求其設備供應商尋找可替換的更可靠的軸承產品。最終設備供應商選擇了Timken?E系列調心滾子軸承。安裝后測試表明，在同樣運行條件下，E系列調心滾子軸承實際壽命達到2500h，是原軸承壽命的5倍。此外，客戶的溫度監控發現，E系列調心軸承的運行溫度比同類產品工作溫度低5%～8%。在這個應用中，正因為E系列調心滾子軸承運行溫度更低，從而改善了潤滑狀況，延長了潤滑劑和軸承的使用壽命。

另一個案例是水泥行業破碎機的應用。破碎機應用是最具挑戰性的軸承應用之一，在破碎機應用中，軸承往往處于極端載荷以及雜質入侵的工作環境中。在某歐洲客戶的破碎機皮帶輪里，原始設計是圓柱滾子軸承和球軸承的配置，在實際應用中，軸承每工作三個月左右時間就會損壞，給客戶帶來了昂貴的停機維護成本和軸承更換成本。針對這種在破碎石塊過程中存在偏心、變形和沖擊載荷的應用，鐵姆肯公司工程師選用E系列調心滾子軸承替代了原來的軸承方案，并且對應用進行了潤滑分析，向客戶推薦了合適的潤滑脂以及換脂周期。按照設計改動安裝調心滾子軸承后，破碎機運行了一年半時間軸承也未損壞過。

3 結語

綜上所述，憑借技術改進和創新，鐵姆肯公司E系列調心滾子軸承產品具有更高的承載能力，更低的運行溫度，以及更高的熱轉速等級，為客戶提供了滿足嚴苛應用需求的調心滾子軸承解決方案。這些產品和方案可以幫助原始設備制造商設計出更為精簡可靠的設備，幫助終端用戶減少停機時間和降低運營成本。