雙列剖分圓柱滾子軸承優化設計

謝興會，王朋偉，范強

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

隨著工業技術的發展，許多領域因空間限制而使軸承安裝拆卸困難，剖分軸承安裝拆卸時不用拆除軸及其他零件，可縮短維修周期，應用廣泛[1-4]。在特殊部位，為增加軸承徑向承載能力，通常選擇雙列剖分圓柱滾子軸承。

1 雙列剖分圓柱滾子軸承結構特點

雙列剖分圓柱滾子軸承結構如圖1所示，其中一外圈為雙擋邊結構，可滿足軸向定位，另一外圈為無擋邊結構，在軸出現膨脹或收縮時可軸向移動。套圈有直線剖、V形剖及斜線剖等剖分形式，通常采用斜線剖[5]。

1—雙擋邊外圈；2—外隔圈；3—無擋邊外圈；4—滾子；5—保持架;6—緊固圈;7—內圈;8—外圈剖切線;9—內圈剖切線圖1 雙列剖分圓柱滾子軸承結構Fig.1 Structure of double row split cylindrical roller bearing

2 軸承加工和使用中出現的問題

2.1 加工過程中

套圈淬火后通過線切割進行剖分，套圈淬火后脆性和內應力大，線切割時的切割應力會使套圈在切割過程中爆裂。對于雙擋邊外圈，滾道兩側擋邊及油溝的存在使零件厚度不均，導致同一截面各位置金相組織不同，線切割時應力平衡不均，易造成零件崩裂或鉬絲斷裂，剖切及滾道加工難度均大于無擋邊外圈。

2.2 使用過程中

1)滾子通過剖切口時會產生沖擊和振動[6]。

2)兩半外圈無緊固裝置，安裝時兩半外圈斜切口貼合安裝，靠軸承座端蓋軸向壓緊，在軸向竄動時軸承兩半外圈斜切口會軸向錯位。

3)通過兩半緊固圈用螺釘將兩半剖分內圈緊固在軸上。若剖切后內圈、緊固圈與軸的同心度不好，擰緊螺釘時兩半緊固圈螺釘接口處緊固力較大，內圈中部緊固力較小，軸承工作時內圈與軸會發生相對運動，甚至出現內圈跑圈現象，且內圈剖切口處會劃傷軸配合面，從而使軸及軸承不能正常工作。

3 優化設計

3.1 軸承結構

將兩外圈設計為無擋邊結構，外隔圈設計為凸形結構，如圖2所示。兩外圈分別位于外隔圈兩側臺階上，2列滾子端面與外隔圈端面接觸，起軸向定位作用。原結構軸承的軸向載荷由外圈擋邊承受，優化后外隔圈可承受一定的軸向載荷。為滿足外隔圈承受軸向載荷的要求，外隔圈材料一般選用GCr15，熱處理技術要求符合GB/T 34891—2017《滾動軸承 高碳鉻軸承鋼零件 熱處理技術條件》的規定。

1—外圈；2—外隔圈；3—滾子；4—保持架；5—緊固圈；6—內圈圖2 優化后的雙列剖分圓柱滾子軸承結構Fig.2 Structure of double row split cylindrical roller bearing after optimization

為減小軸承運轉時滾子與外隔圈之間的摩擦[7]，將外隔圈與滾子接觸部位端面設計成斜面，斜面角通常為0°17′，如圖3所示。常規滾子與外隔圈斜端面的接觸可起到減摩的作用，在對發熱要求較高的工況，可將滾子設計為球基面，合適的滾子球基面半徑、擋邊傾斜角及接觸位置關系，可降低兩者之間的接觸應力，減少接觸應力非均勻性，改善兩者之間的接觸狀態，減小摩擦。

1—外圈；2—外隔圈；3—滾子圖3 外隔圈與滾子端面接觸示意圖Fig.3 Contact diagram between outer spacer ring and roller end face

3.2 外圈剖切方式

為防止兩半外圈發生軸向錯位，兩斜切口由平行變為交叉，對某些尺寸較大的外圈，可采用V形剖切方式，如圖4所示。剖切前在套圈中部鉆一個切割工藝孔，線切割時可從套圈中部向兩端面進行。

圖4 V形剖切示意圖Fig.4 Diagram of V-shaped cutting

3.3 內圈緊固圈

將兩半緊固圈改為4個緊固圈緊固，如圖5所示。

圖5 改進后緊固圈裝配示意圖Fig.5 Assembly diagram of fastening ring after improvement

4 優化后結構優點

1)優化后的軸承無擋邊外圈結構簡單，材料利用率高，且套圈剖切及滾道加工難度小。

2)相比原切割方式，外圈V形剖切時切割行程縮短了一半，降低了外圈剖切過程中零件崩裂或鉬絲斷裂的風險。在外圈安裝使用時，V形切口可減少軸承運轉過程中的沖擊和振動。兩半外圈切口部位V形面配合剖切口可起到軸向定位的作用，進一步提高了軸承運行穩定性。

3)通過4個位置對剖分內圈和軸進行約束，緊固力更均勻，緊固效果更好。

5 結束語

針對雙列剖分圓柱滾子軸承加工和使用中出現的問題進行優化設計，優化后的軸承加工難度低，生產周期短，滿足了用戶使用要求。