圓錐滾子軸承保持架兜孔形狀及壓坡面素線改進設計

溫春國，張廣憲，柳雪芹，趙培振，鄭廣會

(山東金帝精密機械科技股份有限公司，山東 聊城 252000)

圓錐滾子軸承保持架將滾子等距隔開，使滾子均布在滾道圓周上，引導并帶動滾子在正確滾道上滾動，防止滾子間互相碰撞和摩擦。若保持架與滾子接觸位置不良，滾子與保持架會產生硬性摩擦，摩擦嚴重時會造成軸承卡滯、異常聲甚至滾子脫落無法使用。保持架與滾子的接觸形式(梁與滾子的接觸位置)會直接影響軸承壽命及使用狀態，是保持架設計的要點。

1 原保持架兜孔壓坡面素線接觸位置

以32048圓錐滾子軸承保持架為例進行分析，保持架主要結構參數：壁厚S為6.0 mm，兜孔公稱長度Lc為56.5 mm，公稱外徑Dc為338.2 mm。保持架兜孔形狀為等腰梯形，理論狀態下壓坡后壓坡倒角面平行于兩側梁，梁與滾子接觸示意圖如圖1所示。

圖1 保持架梁與滾子接觸示意圖

1.1 理論分析

采用輪廓儀測得保持架壓坡面素線輪廓如圖2所示，壓坡面素線接觸長度僅為保持架兜孔公稱長度Lc[1]的30%，梁兩端有明顯凸起, 與滾子接觸時凸起會與滾子產生點接觸摩擦。

圖2 保持架壓坡面素線輪廓圖

1.2 涂色試驗

在滾子上均勻涂上顏料，模擬滾子與保持架梁旋轉接觸，沾染到顏料的位置即為保持架兜孔壓坡面素線接觸位置，通過反復試驗，沾染顏料位置集中在保持架梁兩端，中間位置斷斷續續沾染到染料，如圖3所示。

圖3 保持架梁沾染位置示意圖

1.3 試驗分析

在靜音實驗室中，在350 N額定載荷下對圓錐滾子軸承進行壽命試驗，轉速為1 500 r/min，運轉7 h后軸承發出異常聲，拆解發現滾子兩端有明顯摩擦痕跡。

另取1套圓錐滾子軸承，同樣在350 N額定載荷下進行壽命試驗，轉速為1 500 r/min,運轉8.5 h后軸承發出異常聲，拆解發現滾子中間部位有明顯摩擦痕跡。

1.4 小結

理論分析和試驗結果均表明：滾子與壓坡面素線的接觸位置主要集中在保持架梁兩端，中間略微斷線接觸。

2 兜孔形狀及壓坡面素線改進設計

將等腰梯形兜孔改為兩端有凹陷缺口的梯形兜孔，如圖4所示,圖中：LL1為保持架窗孔大端凹陷長度,LL2為保持架窗孔小端凹陷長度,HH1為保持架窗孔大端凹陷深度,HH2為保持架窗孔小端凹陷深度,BB為保持架窗孔大端寬度，bb為保持架窗孔小端寬度。改進壓坡模具，使壓坡后的梁呈中間凸起形狀，保持架梁中間有凸起高度γ，如圖5所示。通過以上改進措施，使兜孔形狀及壓坡面得到改變，進而實現壓坡面素線接觸位置由兩端接觸改為中間接觸。

圖4 改進后保持架兜孔形狀

圖5 改進后保持架梁凸起形狀

3 保持架兜孔主要尺寸計算

在其他尺寸不變的情況下，僅改變兜孔形狀。根據經驗,HH1，HH2，LL1，LL2，γ可根據以下方法確定。

1)當1 mm≤S<4 mm時，HH1=0.048S，HH2=0.035S；

2)當4 mm≤S<6 mm時，HH1=0.031S，HH2=0.022S；

3)當6 mm≤S<12 mm時，HH1=0.025S，HH2=0.017S。

1)當8 mm≤Lc<25 mm時，LL1=0.125Lc，LL2=0.122Lc；

2)當25 mm≤Lc<50 mm時，LL1=0.163Lc，LL2=0.147Lc；

3)當50 mm≤Lc<80 mm時，LL1=0.156Lc，LL2=0.123Lc；

4)當80 mm≤Lc<150 mm時，LL1=0.186Lc，LL2=0.144Lc。

當1 mm≤S<3 mm時，

當3 mm≤S<5 mm時，

當5 mm≤S<9 mm時，

當9 mm≤S<12 mm時，

4 實際使用效果

改進后保持架主要結構參數為：HH1=0.155 mm，HH2=0.110 mm，LL1=6.210 3 mm，LL2=5.600 7 mm，γ=0.144 mm。用輪廓儀測得改進后保持架壓坡面素線輪廓如圖6所示，并進行涂色試驗，結果如圖7所示，由圖6和圖7可知：滾子與保持架接觸位置位于梁中間位置，接觸長度為Lc的70%左右，說明了保持架兜孔形狀改進設計的正確性。同樣對保持架改進后的軸承進行壽命試驗，滾子兩端無摩擦痕跡，僅滾子中間位置有輕微痕跡，進一步說明了保持架設計的正確性。

圖6 改進后保持架壓坡面素線輪廓圖

圖7 改進后保持架梁沾染位置示意圖