圓柱滾子軸承結構的改進

多瑞明

河北安仁實業集團軸承有限公司，河北 邢臺 054100

為了不斷提高機器的生產效率，最大限度的滿足用戶的要求，軸承制造廠一直把如何延長軸承壽命作為科技攻關的重點。

從軸承壽命L=a1*a23*（C/P）3/10可以看出，可采取各方面的技術措施來提高軸承壽命（L），其中提高軸承的承載能力（額定動負荷C），是延長軸承壽命的主要途徑。因此，我們必須對軸承進行優化設計，改進軸承內部結構。

1 改進圓柱滾子的型面

1）采用凸度滾子，消除或減輕滾子邊緣的應力集中。實踐證明，由于疲勞剝落而損壞的絕大多數圓柱滾子軸承，幾乎全部是在滾子兩端的邊緣處開始疲勞損壞,這是因為滾子的邊緣效應引起接觸應力集中所致。如圖1滾子負荷應力圖所示。滾子邊緣效應所引起的滾子應力，一般要比計算應力大3～6倍，接觸應力和變形顯著增大的那一段長度，相當滾子長度的0.07～0.17倍。因此，需要改變一下滾子的母線形狀，將滾子做成帶有凸度形的，這樣就可以使其負荷應力在接觸面上均勻分布，如圖2全凸形滾子負荷應力圖和圖3修正線凸度滾子負荷應力圖所示。全凸形狀的滾子主要問題在于形狀難制造加工；難以控制滾子在軸承中不產生偏斜；軸承的負荷容量有所損失，而修正線凸度滾子，卻無全凸滾子的缺點。

2）圓柱滾子修正線凸度的計算。當滾子的偏轉角度θ=0時，徑向負荷則正中作用于滾子的工作表面上，滾子的彈性變形δ（mm）與滾子（軸承鋼）的彈性常數Cb（kg/mm）和軸承滾子負荷PR（kg）的函數關系為：

式中：le-滾子的有效長度（mm）。

根據軸承的長期應用實踐，通常把軸承徑向承載負荷歸納為：

滾子負荷的確定，應考慮通用圓柱滾子軸承的常用實際工況條件，因而取式（3）中的“正常負荷”。同時，也考慮在“正常負荷”范圍內的大多數軸承的實際應用工況，一般取：

由式（1）、（2）和（4）可推導出滾子的彈性變形。

所謂滾子的修正線凸度量δΔ是滾子的單向彈性變形量，即滾子的彈性變形量δ的1/2。

修正線凸度滾子的直線部分占滾子全長的70%左右；兩頭凸度部分的長度各占滾子全長的15%左右。

2 增大圓柱滾子的體積

1）加大滾子的直徑和長度

當軸承的當量動負荷一定時，軸承的額定壽命L與額定動負荷C成正比變化，而圓柱滾子軸承的額定動負荷C為：

式中：fc—系數；

le—滾子的有效長度（mm）

Z—滾子的數量；

Δ—滾子的直徑（mm）。

從式（7）可看出，額定動負荷C是滾子的長度，直徑和數量的函數。因此，對軸承結構設計來講，亦力求增大圓柱滾子的體積，即加大滾子的直徑和長度，提高軸承的額定動負荷能力，從而達到提高軸承壽命的目的，這種軸承可稱為加強型圓柱滾子軸承。

2）加強型圓柱滾子軸承結構設計參數

（1）加強型圓柱滾子軸承結構設計主參數，適用于軸承的2、3、4、5和6系列。

滾子的長度一般可取：

（2）滾子的直徑一般取：

（3）一般型與加強型圓柱滾子軸承的承載能力及壽命的對比。通過計算，加強型比一般型的圓柱滾子軸承的額定動負荷平均提高43%、額定靜負荷平均提高33%、額定壽命平均提高3倍以上，詳見表1。

表1 加強型與一般型的圓柱滾子軸承負荷和壽命比較表

當前，軸承工業正在繼續上質量、上品種、上水平和上效益，應當十分重視采用凸度滾子。本文從軸承延壽出發，并考慮到技術上的先進性、經濟上的合理性和加工制造的可能性，所提出的滾子凸度計算方法是可行的。

根據計算加強型圓柱滾子軸承比一般型圓柱滾子軸承的額定動負荷平均可提高43%、額定靜載荷平均可提高33%、額定壽命平均提高3倍以上。因此，在發展軸承品種、開發加強型圓柱滾子軸承時，本文（8）、（9）提出的軸承結構主參數值，可以作為軸承供需雙方相互制約、共同遵守的技術依據。

[1]Eschman·Hasbargen·Weiand.Die Walzlagerpraxis，1978.

[2]徐學當，方明岸.德國FAG軸承公司概況.軸承產品技術，1982.

[3]徐學當，方明岸.德國FAG軸承公司概況.軸承研究中心，1981.

[4]Johannes Br·dlein; The Effect of Misalignment On the Life cylindrical Roller Bearings and Teperd Roller Bearing，1971.

[5]Johannes Br·dlein; The Fatigue Life of Axially Loaded Cylinderical Roller Bearings，1972.