圓錐滾子軸承的滾子借用設計

縣鵬宇

(甘肅海林中科科技股份有限公司 技術中心，甘肅 天水 741018)

符號說明

a0——內圈大擋邊寬度

Dw——滾子大頭直徑

E——外圈公稱小內徑

K——圓錐滾子軸承的回轉中心到內圈大擋邊的距離(簡稱“回轉中心距”)

l——滾子總長度

T——軸承裝配寬度

α——軸承公稱接觸角

β——圓錐滾子軸承內滾道半錐角

ρ——圓錐滾子球基面的曲率半徑

φ——滾子半錐角

1 借用的意義

對于圓錐滾子軸承，通常情況下其內徑、外徑、裝配寬度、公稱接觸角和外圈公稱小內徑為給定的基本技術參數，在相關標準中均可查到；而滾子直徑、滾子半錐角、滾子球基面曲率半徑和滾子長度為結構設計參數，需在軸承設計中確定。圓錐滾子的這幾個基本參數一旦確定，內圈和保持架的基本結構也就確定了，由此可見滾子的基本參數在圓錐滾子軸承設計中起著決定性的作用，因此在圓錐滾子軸承的設計中，在保證內圈和保持架結構合理的情況下，對于新設計的圓錐滾子軸承，可以考慮采用已有規格的圓錐滾子，也就是文中所講的滾子的借用。滾子借用的優點在于：(1)可以利用現有規格的滾子，從而減少了滾子的規格；(2)可以減少工裝模具的投入；(3)便于現場的生產管理。

在設計實踐中發現，滾子的借用與否與軸承公稱接觸角和外圈公稱小內徑有關。同一系列的軸承，可以以一個基本型軸承為基礎，通過內徑、外徑、內圈寬度、外圈寬度、裝配高、內圈裝配倒角、外圈裝配倒角等參數的任意組合變換，形成多個內組件和外圈，這些內組件和外圈間可以任意組合，形成多個型號的軸承。設計中發現，公制軸承中的32000，33200，33100，32900，33000等特輕、超輕和輕寬系列軸承容易做到同一系列的幾個型號同時借用一種滾子；而在其他公制系列中滾子借用情況較少。與公制圓錐滾子軸承相比，英制圓錐滾子軸承的系列較為龐大，尺寸范圍覆蓋較全；因此，其不同系列間滾子借用的情況較多。

2 借用分析

圓錐滾子軸承如圖1所示，內圈大擋邊寬度為

a0=K-ρcosβ，

(1)

(2)

β=α-2φ。

(3)

圖1 圓錐滾子軸承

滾子大端直徑為[1]

Dw=2ρsinφ。

(4)

則滾子球基面的曲率半徑為

(5)

將(3)，(5)式代入(1)式得

(6)

通常情況下，圓錐滾子軸承的T，E，α為一標準值，因此對于圓錐滾子軸承來講回轉中心距K為一固定值。由(6)式可以看出，a0是由K，α，Dw和φ決定的。由于被借用滾子的直徑Dw和半錐角φ為已知數值，若兩軸承的K和α相近，那么兩軸承內圈大擋邊寬度a0就會相近，這時可初步判斷這兩套軸承的滾子可以相互借用。

要判斷滾子是否可以通用，首先要看兩軸承的公稱接觸角α和回轉中心距K是否接近。一般情況下，兩軸承中α的差值小于2°30′，回轉中心距K的差值小于3 mm，就有可能做到滾子直徑尺寸的一致，則可以考慮滾子的借用設計。然后利用借用滾子的3個基本尺寸參數(滾子的大頭直徑、長度和半錐角)對借用滾子軸承內圈和保持架結構進行設計。通常情況下，在內圈設計時需首先保證內圈大擋邊具有一定的強度(一般情況下要保證a0為內圈寬度的0.16～0.20倍)，然后再判斷各項約束條件是否滿足要求，若各項結構參數滿足要求，則滾子可以借用。

但是在一些非標準軸承的設計過程中，有時為了降低設計成本，減少滾子的規格，也可以對滾子進行借用，在這種情況下，如果借用滾子軸承的回轉中心距與基本型軸承的回轉中心距不一致，為了保證滾子的通用性，就需要利用(2)式，對借用滾子軸承的E和α進行調整，使兩軸承K值較為接近，然后以借用滾子的直徑、長度、半錐角為基本設計參數，對借用滾子的軸承內圈和保持架進行設計，保證其內部結構合理有效。

3 結束語

滾子可以借用的前提條件是兩軸承的回轉中心距和公稱接觸角應當相近，并需驗算以借用滾子的基本參數為基礎得到的軸承內圈和保持架的結構參數，如果各結構參數均滿足約束條件，則滾子可以借用。采取滾子的借用設計，可以減少滾子的規格，降低設計成本，便于生產組織和管理。