無保持架圓柱滾子軸承在STR中橋主錐上的應用

周彬，郭嬋，王純，劉劍

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

無保持架圓柱滾子軸承在STR中橋主錐上的應用

周彬，郭嬋，王純，劉劍

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

文章對無保持架圓柱滾子軸承在STR中橋主錐上的應用進行了強度計算、結構優化和裝車驗證，結果表明：無保持架圓柱滾子軸承可以有效較低采購成本、提高軸承的承載能力和使用壽命。

圓柱滾子軸承；無保持架；承載能力；壽命

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.015

CLC NO.: U463.55 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-44-02

引言

主減速器是驅動橋上一個重要的傳動部件，其功能主要是傳遞扭矩并減速增扭，它的可靠性是驅動橋一個重要指標[1]。STR中橋主動錐齒輪采用懸臂式支承方式，其中，圓柱滾子軸承僅承受徑向力，一對圓錐滾子軸承承受部分徑向力和全部的軸向力。STR中橋在使用過程中，常發生主動錐齒輪支承軸承破壞的故障，為此，非常有必要對主錐的支承軸承進行綜合分析，以提高主錐的支承剛性。

STR中橋主錐的圓柱滾子軸承由于受軸承座結構的限制，采用了外圈帶止動槽的標準軸承，但在實際使用過程中，由于止動槽底至越程槽的距離過小，強度不足，軸承易于卡簧槽處斷裂，并且軸承的有效壁厚較小，額定載荷過小，軸承滾子及內圈易出現點蝕剝落。結合這些失效特征，將標準結構的圓柱滾子軸承優化為滿滾子無保持架圓柱滾子軸承，在增大最小有效壁厚的基礎上提高軸承的額定載荷，從而降低產品成本、提高軸承承載能力和使用壽命。

1、新舊結構的對比

1.1 標準結構

標準結構的NU314軸承[2]如圖1最小有效壁厚只有3.4mm，越程槽偏大，止動槽底部結構未做要求，然而在實際生產中部分軸承的止動槽根部呈現出直角過渡如圖2，從而在止動槽根部易產生應力集中，導致軸承外圈斷裂失效。

圖1 標準結構的NU314

圖2 卡簧槽根部呈直角

1.2 第一次結構優化

NU314軸承在第一次改進時，對軸承的外圈壁厚進行了改進，把標準設計的NU314軸承的滾動體改小如圖3，以犧牲軸承的承載力來加強止動槽處強度，止動槽處強度雖得到了加強，但是軸承疲勞失效剝落如圖4的現象卻更加嚴重，明顯是由軸承的額定動載荷降低所造成的。

圖3 第一次優化結構

圖4 軸承內圈疲勞點蝕剝落

1.3 第二次結構優化

由于第一次優化的結構降低了軸承的額定載荷，使得軸承內圈越易疲勞失效，點蝕剝落。因此，將NU314設計為滿滾子結構[3]如圖5，增加滾子數量，并將最小有效壁厚增加至7.43min，止動槽根部呈圓滑過渡，使軸承的額定動載荷增加，從而使軸承的抗疲勞性能得到加強，提高軸承壽命。

圖5 滿滾子結構

2、結構優化前后的性能對比

2.1 額定載荷及壽命對比

2.1.1 軸承的額定動載荷

根據GB/T6391-2003《滾動軸承額定動載荷和額定壽命》可知，額定動載荷的計算公式[4]為：中

α——外圈滾道角度，α=0°；

bm——高質量淬硬軸承剛良好加工方法的額定系數；

fc——與軸承材料、制造精度有關的系數；

I——軸承中球或滾子的列數；

Z——單列軸承中的球或滾子數。

經計算，產品改為滿滾子軸承后，軸承額定動載荷Cr= 227 KN；而第一次結構優化后的軸承額定動載荷Cr= 181KN，軸承額定載荷與承載能力大幅提高。其中軸承額定載荷增加了25.4%。

2.1.2 軸承的壽命

式中：P——當量動載荷；

C——額定動載荷；

ε——壽命指數，滾子軸承，ε =10/3

由上式可知，當軸承額定載荷提高時，軸承壽命也會相應提高。則此時 L10增加（227/181）10/3=2.13倍，即壽命相應提高2.13倍。

2.1.3 軸承止動槽結構

如圖6所示：

● 將NU314外圈止動槽的深度從原來的4毫米，改為3.4 mm，滾道處越程槽深度設計為最大0.5mm，使軸承的外圈有效厚度增加。

● 止動槽根部由R1.0-1.5改為R1.75，使得止動槽根部呈圓滑過渡，減少應力集中。

圖6 止動槽局部結構圖

2.2 裝車驗證效果

截止2015年年底（取改進后3年的有效數據），無保持架滿滾子圓柱滾子軸承自2012年1月批量切換至今，2012年生產的橋平均故障率較2011年降低了74%，從圖7中可以看出，2012年各月生產的橋的故障率均低于2011年，說明無保持架圓柱滾子軸承可有效提高軸承使用壽命。

圖7 2011年和2012年生產的橋各月故障率

3、結論

由以上分析可以看出，增加滾子數量，增加軸承的外圈有效厚度可以有效的改善軸承的承載能力和使用壽命。

[1] 縣鵬宇.載重卡車車橋主減速器軸承的技術發展[J].軸承,2010（10）:56.

[2] Koyo.滾動軸承綜合樣本.光洋精工株式會社,2005.

[3] 楊萍.滿滾動體圓柱滾子軸承的設計.軸承,2001（3）:4-7.

[4] 吳根生.滿圓柱滾子軸承的結構尺寸設計.軸承,2003（4）:12-14.

Maintains a cylindrical roller bearing in the STR tin the main applications of cone

Zhou Bin, Guo Chan, Wang Chun, Liu Jian
（Shaanxi Hande Axle Co. Ltd., Shaanxi Xi'an 710201）

This paper maintains a cylindrical roller bearing in the STR tin the main applications of cone strength calculation, structure optimization and loading test; the results showed that no cage cylindrical roller bearing can effectively reduceprocurement costs, improve the bearing capacity and service life.

cylindrical roller bearing; no cage; bearing capacity; life

U463.55

A

1671-7988 (2016)12-44-02

周彬，就職于陜西漢德車橋有限公司。