圓錐滾子軸承筐形保持架的設(shè)計(jì)改進(jìn)

縣鵬宇

(甘肅海林中科科技股份有限公司 技術(shù)中心，甘肅 天水 741018)

符號說明

Db——保持架大端內(nèi)徑

Dc——未收口時(shí)保持架大端內(nèi)徑

Dw——滾子大端直徑

ddb1——保持架小端內(nèi)徑

F——內(nèi)滾道直徑

lb——保持架窗孔長度

lb3——保持架大端內(nèi)側(cè)收口斜邊長度

lc1——保持架窗孔大端筋寬

lc2——保持架小端底邊至窗孔距離

S——保持架鋼板厚度

α——外滾道半錐角

γ——保持架底部折角

θ——保持架內(nèi)側(cè)角

θ1——保持架窗孔壓坡角

φ——滾子半錐角

ρ——滾子球面設(shè)計(jì)曲率

國內(nèi)筐形保持架的設(shè)計(jì)主要是依據(jù)《圓錐滾子軸承設(shè)計(jì)方法》ZYB9—93。隨著軸承制造和應(yīng)用技術(shù)的提高，對筐形保持架提出了更多的使用要求，因此，需要對筐形保持架的設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。

1 大端口部收口設(shè)計(jì)

在許多使用場合，由于受主機(jī)空間的限制以及密封件安裝的需要，要求保持架大端的口部外徑不允許超過一定的尺寸范圍。在這種情況下，可對保持架大端進(jìn)行收口設(shè)計(jì)(圖1)。

圖1 軸承保持架收口后裝配圖

通常，用鋼板沖壓成形保持架時(shí)，由于塑性變形的作用，余出的材料一般都堆積在保持架大端口部外側(cè)，造成該口部鋼板厚度大于正常板厚。口部厚度的變化與材料的延伸性能有關(guān)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般增加的厚度為板厚的15%左右。同時(shí)由于鋼板材料延伸性能的差異，還會在保持架大端口部形成褶皺。因此，在下料時(shí)，可以根據(jù)材料的延伸性能適當(dāng)調(diào)整料片的尺寸，以保證成形后保持架大端筋的寬度尺寸符合設(shè)計(jì)要求。

筐形保持架收口后結(jié)構(gòu)如圖2所示。在進(jìn)行收口設(shè)計(jì)時(shí)，保持架收口后的大端內(nèi)徑尺寸Db為：

圖2 筐形保持架收口后結(jié)構(gòu)

Db=ddb1+2(lc2+lb+lb3)sinθ

(1)

(2)

在ZYB9—93設(shè)計(jì)方法中給出了驗(yàn)算保持架外側(cè)與外滾道間最小間隙ε3min的計(jì)算公式：

ε3min=(Dw-S)cos (α-φ)+0.5(Dc-F)+

(3)

(4)

保持架收口設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于可以增加保持架口部的強(qiáng)度，減少內(nèi)組件收套裝配時(shí)保持架梁的變形。特別是對于大錐角產(chǎn)品，可以減小保持架在收套后的徑向游動量，防止過度收套后梁的變形，提高內(nèi)組件的旋轉(zhuǎn)靈活性，降低旋轉(zhuǎn)噪聲。對于薄壁系列產(chǎn)品可以防止保持架與外圈滾道相互接觸。通常在一些小型號軸承上較易發(fā)生保持架與外滾道接觸的問題，嚴(yán)重時(shí)會使保持架外徑與外滾道發(fā)生摩擦，導(dǎo)致保持架的隔離作用喪失，保持架撕裂，滾子卡死。

根據(jù)(3)和(4)式，對32000系列和大錐角31300系列的間隙進(jìn)行了計(jì)算比較，數(shù)據(jù)見表1。

表1 保持架收口前、后外徑與外滾道之間間隙的對比 mm

由表1可以看出，保持架收口后，其外徑與外滾道之間的間隙有了明顯的增加，降低了保持架與外滾道接觸的可能性。

在進(jìn)行收口設(shè)計(jì)時(shí)，要特別注意保持架大端內(nèi)側(cè)斜邊長度的取值，該數(shù)值的合理與否會直接影響到保持架梁在大端收口處的質(zhì)量。若該尺寸偏小，會造成收口時(shí)在保持架外側(cè)梁和大端筋連接處產(chǎn)生變形，即梁的大端外側(cè)與大端筋外側(cè)面上的過渡圓弧出現(xiàn)在梁上；而理想的過渡圓弧應(yīng)該是避過梁后，從大端筋的外側(cè)底部開始。對于板厚2.0 mm以下的鋼板，內(nèi)側(cè)斜邊的長度lb3一般取1.0 mm即可；但是對于2.0 mm以上厚度的鋼板，可以取1.5～2 mm，也可根據(jù)材料的延伸性能適當(dāng)取長一些。

2 底部的折角設(shè)計(jì)

隨著保持架沖壓技術(shù)的提高，國內(nèi)、外圓錐滾子軸承保持架底部已普遍采用折角設(shè)計(jì)。其優(yōu)點(diǎn)在于不但可以增加保持架的整體剛性，而且可以防止內(nèi)組件收套時(shí)保持架底部的凸起變形，減小了保持架與軸承外圈大端面的凸出量(凸出量現(xiàn)在已被許多主機(jī)配套企業(yè)作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)嚴(yán)格控制)；還可增大保持架內(nèi)孔與內(nèi)圈小擋邊之間的間隙，防止兩者之間相互接觸。但是折角γ的數(shù)值目前還沒有一個統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)沖壓鋼板的性能，將折角γ設(shè)計(jì)為10°～20°，經(jīng)過多年的實(shí)踐，證明這一設(shè)計(jì)是切實(shí)可行的。

3 窗孔的壓坡設(shè)計(jì)

在保持架的設(shè)計(jì)加工中，窗孔的壓坡設(shè)計(jì)也是一個非常重要的環(huán)節(jié)，因?yàn)閴浩旅娴纳顪\決定著保持架梁的寬窄，同時(shí)還直接影響到保持架的旋轉(zhuǎn)靈活性。

一般按照設(shè)計(jì)方法將壓坡角θ1取為20°和22°30′，板厚在1.5 mm內(nèi)時(shí)采用20°的壓坡角，板厚大于1.5 mm時(shí)采用22°30′的壓坡角。如果在設(shè)計(jì)中經(jīng)過驗(yàn)算，保持架梁寬小于許用梁寬，可以將壓坡角適當(dāng)加大，調(diào)整到25°，但是加大后會導(dǎo)致保持架窗孔變小，使保持架外移，這樣又會減小保持架與外滾道之間的間隙。因此，對于一些比較特殊的圓錐滾子軸承，必須保證梁寬和最小間隙的合理匹配。如果設(shè)計(jì)驗(yàn)算中出現(xiàn)保持架與外滾道之間間隙偏小，也可適當(dāng)?shù)貙浩陆钦{(diào)小至18°。

在保持架成形模設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求，將保持架大端口部因收縮變形增加的厚度納入工藝，供模具設(shè)計(jì)，以保證產(chǎn)品精度。

4 結(jié)束語

筐形保持架經(jīng)過上述設(shè)計(jì)后，不但強(qiáng)度有所增加，而且旋轉(zhuǎn)靈活性也有了大幅度提高，滿足了用戶的要求。