推力角接觸球軸承保持架的改進設計

呂明瑩，張國琴，劉志英

(西北軸承股份有限公司 技術中心，銀川 750021)

用于石油鉆采設備大型轉盤上的特大型推力角接觸球軸承在工作過程中有時會出現設備運轉噪聲較大及回轉精度較低等問題。分析其出現的問題，發現該軸承的保持架是主要影響因素。目前，推力角接觸球軸承保持架還沒有統一的專用設計方法，大多依據經驗采用傳統設計方法，但其存在諸多問題。現分析特大型推力角接觸球軸承保持架結構存在的問題，并對其進行合理改進。

1 存在問題

該保持架存在以下2個問題。(1)傳統設計為車制黃銅實體保持架，由于軸承軸向空間有限，保持架寬度(軸向尺寸)較小，不易增設鎖球點(圖1)，在正確安裝軸承下，保持架會因自身重力作用落在套圈端面上，在軸承運轉的過程中保持架和套圈間會產生摩擦，這不僅導致保持架磨損，出現早期疲勞失效，而且導致軸承的噪聲值嚴重超標。

圖1 改進前保持架結構圖

上述3類軸承的模擬試驗情況見表3。試驗表明，滾滑軸承不僅具有高速性，而且承載能力大，壽命也較長。相對滾動軸承和滑動軸承來說，滾滑軸承具有良好的綜合性能。

表3 試驗對比

推力角接觸球軸承屬于可分離型結構，如果保持架不增設鎖球點，軸承極易散套，給軸承的生產裝配和拆卸維修帶來不便。(2)采用傳統鉆通孔的方式加工兜孔(圖1)，對鉆孔精度要求較高，合套后很容易出現個別鋼球落不到溝道上，從而影響軸承的工作性能。

2 改進措施

針對以上問題，對傳統的車制黃銅實體保持架進行如下改進。

(1)將原平板形實體保持架改為階梯形結構(圖2)，在兜孔處加三點鎖球設計。這樣，軸承在裝機使用時無論是反向還是正向放置，均不會出現保持架落在座圈或軸圈端面的情況，并與其保留一定間隙，從根本上解決了軸承旋轉精度低，噪聲大，易磨損等系列問題。

圖2 改進后保持架結構圖

(2)將鉆通孔改為雙向鉆階梯孔，有效解決了設備的加工精度制約保持架兜孔加工精度的問題，降低了保持架的加工難度，保證了保持架兜孔中心的加工精度及軸承良好的回轉性能。

3 設計計算

圖3所示為鑿口后的保持架形狀和兜孔。各參數計算如下：

圖3 鑿口后的保持架形狀和兜孔

保持架高度Hc為

Hc=K1Dw，

式中：K1為系數(Dw≤16 mm時，K1=0.55；Dw≥16 mm時，K1=0.5)；Dw為鋼球直徑。

保持架外徑Dc為

Dc=Dcp+K2Dw，

式中：Dcp為保持架中心圓直徑；K2為系數(Dw≤16 mm時，K2=1.35；Dw≥16 mm時，K2=1.25)。

保持架內徑dc為

dc=2Dcp-Dc。

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斜坡面與軸心線的夾角θ=45°；保持架斜坡高度H1，H2為

H1=H2=[Hc-(0.5～0.6)Hc]/2=[(0.4～0.5)Hc]/2。

保持架斜坡外徑D1為

D1=Dcp+(0.75～0.8)Dw，

保持架斜坡內徑d1為

d1=Dcp-(0.75～0.8)Dw，

保持架兜孔鎖球的鑿口深度t為

t=K3Dw，

式中：K3為系數，取值見表1。

保持架兜孔鎖球的兩鑿口間的距離M為

M=Dw+3t,

保持架兜孔鎖球的鑿口寬度E為

E=K4Dw，

式中：K4為系數，取值見表1。

表1 系數K3和K4的取值

保持架兜孔鎖球的鑿口角度φ=30°。

4 結束語

改進后的保持架采用了階梯形結構，在兜孔處增加了三點鎖球設計，并且兜孔由雙向鉆削加工為階梯孔。改進后的保持架通過5617/520等多種特大型軸承的驗證，解決了軸承裝機運轉中出現的噪聲大、回轉精度較低等問題，滿足了主機用戶的使用要求。