高承載圓錐滾子軸承保持架設計

蘇軍偉，王金成，陳明育，范強

(洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039)

圓錐滾子軸承通常是分離型的，即帶滾子與保持架組件的內圈組件可以與外圈分開安裝。因圓錐滾子軸承可以承受較大的軸向及徑向載荷，故被廣泛用于汽車、軋機、礦山、冶金和塑料機械等行業。在軋機及一些特殊場合，需要圓錐滾子軸承既具有高承載能力，又可定期檢查滾道，以便及時掌握滾道受損情況。目前，對于滾子直徑較小的圓錐滾子軸承，因尺寸所限無法采用支柱焊接保持架，而采用沖壓保持架將導致軸承的承載能力下降，且安裝使用后不便于觀察滾道情況。下面介紹一種可有效解決以上問題的新結構保持架。

1 軸承結構

圓錐滾子軸承的保持架有沖壓保持架(圖1)和支柱焊接保持架(圖2)。在設計時出于應力及工藝方面考慮，當圓錐滾子大端直徑Dw≤30 mm時，采用鋼板沖壓保持架；當軸承外徑尺寸D>650 mm時，一般采用支柱焊接保持架。

圖1 沖壓保持架圓錐滾子軸承

圖2 支柱焊接保持架圓錐滾子軸承

鋼板沖壓保持架在內圈組裝滾子后收縮大端直徑，這種結構的圓錐滾子軸承因為保持架拆卸不方便且不能多次拆卸，因此在需要檢修滾道的場合并不適用；并且在設計中為保證沖壓保持架的強度，保持架兜孔梁寬要大于一定的值，故與使用支柱焊接保持架的軸承相比，其滾子數量要少，相應地額定載荷也低。

目前，圓錐滾子軸承通用的支柱焊接保持架結構如圖2所示，用支柱(圖3)穿過空心滾子的支柱孔(圖4)與保持架兩墊片連接，連接方式為支柱螺紋端與保持架大墊片螺紋孔連接，支柱凹槽端與保持架小墊片焊接固定。該結構因要在滾子中心加工支柱孔，一般要求滾子直徑Dw>30 mm，若滾子直徑小于30 mm，因可加工的支柱孔太小，選用的支柱強度不夠；若加工的支柱孔太大，滾子在受載情況下，支柱孔所受應力較大，容易導致滾子碎裂。

圖3 支柱

圖4 空心圓錐滾子

在圓錐滾子直徑Dw≤30 mm的情況下，為了增加滾子數量，提高額定載荷，可以采用實心滾子支柱焊接保持架結構，如圖5所示。該結構是將支柱通過滾子外側與兩墊片相連，從而對裝入內圈的滾子進行限位，如圖6所示。

圖5 實心滾子支柱焊接保持架圓錐滾子軸承

1—保持架大墊片；2—支柱;3 —滾子；4—保持架小墊片

2 實心滾子支柱焊接保持架設計

該保持架結構采用滿裝實心圓錐滾子和支柱焊接保持架，在內圈滾道內安裝足夠數量的實心圓錐滾子，連接支柱置于滾子外側并與保持架大、小墊片進行焊接，且每組保持架中有兩相鄰支柱不進行焊接而采用可拆卸的安裝方式。

支柱安裝位置如圖6和圖7所示。

圖7 滾子與保持架支柱位置

在設計中，滾子間平均間隙S根據軸承尺寸確定，一般取0.7～2.5 mm，支柱與相鄰滾子間的間隙S1一般保證不卡死滾子而略小于S值，保持架墊片支柱孔傾斜角在空心滾子支柱焊接保持架傾斜角α基礎上增加滾子半錐角β值為α+β，保持架采用滾子引導方式。支柱直徑及保持架墊片厚度依據強度需要而定。

可拆卸支柱如圖8所示，是在支柱(圖3)基礎上在其凹形端位置加工一圓形通孔，用鋼絲穿孔固定支柱。通孔大小一般取1.5 mm。

圖8 可拆卸支柱

保持架小墊片端面支柱孔如圖9所示，可拆卸孔處無倒角，其余采用大倒角，為保證焊接質量也可做沉孔處理，供支柱與其焊接；在可拆卸支柱孔通孔中心位置開一凹槽，槽深使其與可拆卸支柱安裝后，支柱凹槽端面通孔內能插入金屬絲進行緊固及拆卸。

圖9 保持架小墊片支柱孔

裝配時保持架兩墊片利用支柱連接，每列兩支可拆卸支柱，其余用焊接支柱(圖3)，支柱穿過保持架小墊片端面通孔，支柱螺紋端與保持架大墊片螺紋相連，連接緊固后支柱凹槽段與保持架小墊片外側面焊接固定。兩支可拆卸支柱安裝于保持架小墊片兩可拆卸安裝孔內，安裝到位后，用硬性金屬絲穿過凹槽端圓形通孔置于保持架小墊片端面加工的深槽內進行固定。軸承工作后需要檢查滾道時，將金屬絲取出，旋出兩可拆卸支柱后，可將所限3列滾子取出，觀察滾道使用情況，如圖5所示。

3 結束語

采用實心滾子支柱焊接保持架，解決了圓錐滾子軸承裝配使用后無法檢查滾道的難題，從根本上解決了沖壓保持架和軸承額定載荷之間存在的矛盾，提高了軸承承載能力和使用壽命。在實際生產中，對小批量小直徑圓錐滾子軸承采用支柱焊接保持架，可以節省大量的保持架模具費用，降低了軸承制造成本及制造周期。