直角連桿軸承的改進設計

曾志彬，葉民強

(福建龍溪軸承(集團)股份有限公司，福建 漳州 363000)

1 存在的問題

直角連桿軸承具有自調心、耐磨、安裝便捷等特點，廣泛應用于食品、包裝、紡織等輕工機械領域中。原有直角連桿軸承(圖1)在使用時會出現伸出桿斷裂、破裂以及承載能力達不到規定載荷值等質量問題，直接影響了產品的使用性能。而且該直角連桿軸承的伸出桿由于處理游隙的需要，在底部設計有1個臺階式底孔，并需要加裝底蓋。由于該伸出桿為鋅基合金壓鑄成型，加工難度較大，加工出的底孔公差較大，底蓋鉚壓上后，容易脫落，增加了返工率，影響產品的生產效率。

圖1 直角連桿軸承結構示意圖

2 伸出桿斷裂分析

對原直角連桿軸承進行靜載試驗，即在伸出桿上裝上螺桿，在拉伸試驗機上拉伸(圖2)，直至伸出桿出現斷裂失效。靜載試驗拉斷伸出桿時的最大載荷值見表1。其斷裂部位出現在：(1)伸出桿頸部與斜面交界處；(2)伸出桿的底孔與底座下部處(圖3)，也即伸出桿最小截面處。

圖2 靜載試驗示意圖

表1 原軸承靜載試驗的載荷值 kN

圖3 軸承拉斷試驗斷口示意圖

從表1可以看出，原直角連桿軸承的承載能力均達不到額定載荷值，其平均載荷值大約僅為額定載荷值的80%。

根據靜載試驗結果并結合其結構分析可知：(1)伸出桿的桿部與球頭的過渡錐角α較大，其交界處截面較小；(2)伸出桿的底孔直接削弱了球窩處的承載能力；(3)螺紋孔底部距球頭座頸部與斜面交界線太近，此處易產生應力集中。

3 結構改進

根據以上的分析，對伸出桿進行如下的改進：(1)取消伸出桿的底孔，以增加球頭部分的截面面積，由通過伸出桿底孔壓擠球頭桿改為通過球頭桿的螺紋拉球頭桿進行游隙的處理;(2)減小伸出桿桿部與球頭的過渡錐角α，以增大球頭座頸部與斜面交界處的截面(圖4);(3)伸出桿的長度和螺紋底孔直接壓鑄成型，桿部端面及螺紋底孔在壓鑄后不再加工，直接加工螺紋，既提高生產效率，降低成本，又可以減少機加工過程對零件表面的損傷。改進后的直角連桿軸承如圖4所示。

圖4 改進后直角連桿軸承

對改進后的直角連桿軸承進行靜載試驗，其斷口位置均位于伸出桿桿部位置(圖5)，試驗結果見表2。

圖5 改進后軸承拉斷試驗的斷口

表2 改進后軸承靜載試驗的載荷值 kN

由試驗結果可以看出，改進后伸出桿的最薄弱處位置已經改變，承載能力均超過樣本規定額定載荷值的15%，比原結構平均提高40%以上。

改進前、后A-A和B-B截面(圖4)處截面面積見表3。從表3可以看出，改進后原伸出桿薄弱處截面面積變大，從而使得軸承的承載能力相應提高。

表3 A-A和B-B截面面積變化情況 mm2

4 結束語

改進后的直角連桿軸承承載能力超過了產品的額定載荷，使用中未再出現伸出桿斷裂現象；并且伸出桿由于取消了底孔及底蓋結構，降低了加工難度及返修率，提高了生產效率，降低了成本。