新型無外圈滿裝圓柱滾子軸承的設計

丁建強，賈松陽，王朋偉，范強

(1.洛陽LYC軸承有限公司 技術中心，河南 洛陽 471039； 2.航空精密軸承國家重點實驗室，河南 洛陽 471039)

圓柱滾子軸承因能承受較大的徑向載荷，被廣泛應用于車輛、機床、減速箱、軋鋼機、運輸機械等領域。常見的雙列圓柱滾子軸承有帶車制保持架的NN型、NNU型和無保持架的雙列滿裝圓柱滾子NNF型等。同外形尺寸無保持架的滿裝圓柱滾子軸承與傳統帶保持架圓柱滾子軸承相比，額定靜載荷可增加15%～25%，額定動載荷可增加20%～35%，更適應低速、重載工況[1-5]。

某主機廠齒軌輪軸承長期處于低速、重載且有沖擊載荷的工況下，為滿足使用工況，常采用無保持架的雙列滿裝圓柱滾子軸承，隨設備升級改造、產能增加，該軸承的承載能力已不能滿足使用要求，故需對軸承結構進行改進設計。

1 改進前軸承結構

改進前雙列滿裝圓柱滾子軸承結構如圖1所示，軸承由內、外圈和2列滾子組成，無保持架。外圈帶固定中擋邊，將雙列滾子分隔開；內圈無擋邊，可在軸向適當移動。

圖1 雙列滿裝圓柱滾子軸承Fig.1 Double row full complement cylindrical roller bearing

2 改進后軸承結構及優點

2.1 結構

由于設備更新升級，原軸承承載能力不足，另外受限于齒軌輪軸承座空間，提出了一種新型無外圈滿裝圓柱滾子軸承結構，如圖2所示。軸承主要由內圈、滾子及塑料固定套組成。內圈有固定中擋圈，其上設置油孔,內圈內部有O形圈安裝槽；滾子采用整體式結構，中部開凹槽，滾子素線采用圓弧修形，兩端為大圓弧修形，中部凹槽部分為小圓弧修形，以減少應力集中；成套軸承外部使用塑料固定套固定，裝配時固定套滑落，塑料固定套可重復利用。與原軸承結構相比，最大的不同是將原來的2列滾子合二為一，同時保持雙列形式。

1—圓柱滾子；2—內圈；3—油孔；4—O形圈安裝槽；5—塑料固定套圖2 新型無外圈滿裝圓柱滾子軸承Fig.2 New full complement cylindrical roller bearing without outer ring

2.2 優點

1)新型軸承的外形尺寸與原雙列滿裝圓柱滾子軸承相同，可在原軸承座內使用。由于無外圈，軸承座作為軸承外圈使用，滾子尺寸可適當增大，滾子組節圓直徑增大，滾子數也增多，從而大幅提高軸承的承載能力。

2)采用整體式滾子，既可起到雙列滾子的作用，又可保證軸承承載能力；同時方便安裝，不易散套。如圖3所示，在軸向力F作用下安裝軸承，安裝孔迫使塑料固定套滑落，內圈固定中擋圈阻擋滾子向外滑移，整個安裝過程滾子不會散落。塑料固定套也可重復利用。

1—軸；2—軸承座；3—塑料固定套；4—軸承圖3 軸承安裝示意圖Fig.3 Installation diagram of bearing

3)2列滾子分別加工時難免會出現尺寸偏差,而整體式滾子通過一道工序加工完成，尺寸一致性較好。

4)在軸或孔受力偏斜時雙列滾子易偏斜，致使某一列受力較大。整體式滾子長度大，剛性強,可防止軸或孔偏斜。

3 設計注意事項

1)滾子中間槽與內圈擋邊示意圖如圖4所示。滾子中間槽深度需大于內圈擋邊高度，槽寬度需大于內圈擋邊寬度。滾子與內圈無間隙會使軸承旋轉不靈活，摩擦力大。間隙L1，L2保證了潤滑油可通過油孔對滾道和滾子進行潤滑，同時使軸承有一定的軸向移動能力，受到軸向力時可適當調整，避免滾子受力過大。L1，L2的大小需根據滾子尺寸和使用工況(軸向調整能力要求)設計。

圖4 滾子中間槽與內圈擋邊Fig.4 Middle groove of roller and rib of inner ring

2)由于軸承座作為軸承外圈使用，需根據座孔公差和軸承游隙計算滾子組外徑尺寸公差，軸承裝配后應使徑向游隙符合使用工況。

3)為減少滾子和滾道的應力集中，滾子兩端采用大圓弧修形，滾子中間槽采用小圓弧修形(圖5)。在工況較好時，為加工方便也可僅對滾子兩端進行圓弧修形，中間槽倒角處理即可。

圖5 滾子修形Fig.5 Profiling of roller

4)設計完成后需驗算滾子的圓周總間隙，方法同一般滿裝圓柱滾子軸承。

4 結束語

按照上述設計方法設計了某型無外圈滿裝圓柱滾子軸承，安裝使用后效果良好，滿足了主機使用要求。無外圈滿裝圓柱滾子軸承適用于安裝位置小，低速重載工況,但因滾子較長，應避免在偏載較大的工況下使用。