圓錐滾子軸承大擋邊結構對潤滑性能的影響

鄭文奎，吳麗麗，謝蘭萍

(甘肅海林中科科技股份有限公司，甘肅 天水 741018)

符號說明

B——內圈公稱寬度，mm

C——外圈公稱寬度，mm

d——軸承公稱內徑，mm

d2——內圈大擋邊直徑，mm

D——軸承公稱外徑，mm

T——軸承公稱寬度，mm

1 問題的提出

隨著對軸承壽命、可靠性等要求的逐步提高，國內、外眾多軸承設計和制造專家學者都認為潤滑劑是軸承 “第五大件”。潤滑劑在滾動軸承中的主要作用為：

(1)減少摩擦，減緩磨損；

(2)形成油膜增大接觸面積，減小接觸應力；

(3)確保軸承在高接觸應力作用下長時間的正常運轉，延長疲勞壽命；

(4)消除摩擦熱，降低軸承工作表面溫度，防止燒傷；

(5)防塵、防銹和防蝕。

軸承潤滑劑分為潤滑脂、固體潤滑劑和潤滑油三大類。其中，油潤滑更適于在高速和高載荷條件下工作，溫度使用范圍更寬,并且可以帶走軸承內部的摩擦熱，散熱好；同時，還可以與齒輪之類的摩擦副零件共用一種潤滑劑，實行共同潤滑。單從潤滑劑使用效果而言，油潤滑較為優越。

從理論上講，圓錐滾子軸承工作時，在潤滑油供應充分的情況下，滾子與內外圈滾道之間、滾子與內圈擋邊之間將形成一層有效的潤滑油膜，潤滑油膜能將承受極高壓力的接觸表面完全隔開，從而防止金屬表面直接接觸，減小摩擦和軸承零件間的相互磨損。但是研究資料表明[1]，大多數滾子軸承失效是由于潤滑劑供應中斷或者是不能恰當地將潤滑劑送到滾動體與滾道接觸的區域，形成有效的潤滑油膜。

在某些應用場合，由于圓錐滾子軸承潤滑系統設計不合理、軸承結構不利于潤滑劑到達工作區域，也將導致軸承摩擦增大，溫度升高，引起一系列的軸承失效。為了使軸承潤滑更為充分，有必要對軸承潤滑系統進行改進，對軸承結構進行調整，使其更有利于引導潤滑油進入軸承工作區域，實現充分潤滑。

2 解決方法

經過分析和實踐，通過適當增大軸承內圈大擋邊外徑尺寸并在內圈大擋邊面內側設計30°左右的潤滑油引導坡面，引導更多的潤滑油進入滾子外徑面與內、外圈滾道之間和滾子球基面與內圈大擋邊工作面之間，可以有效改善軸承潤滑不充分的問題。

具體實現方式如圖1所示，通過對軸承大擋邊結構尺寸的改進，使潤滑油通過引導坡面與滾子球基面形成的“漏斗”流入滾子球基面與內圈大擋邊工作面之間，改善了滾子球基面與內圈擋邊工作面之間的潤滑條件，更易于在兩接觸面間形成動壓油膜。

1—外圈；2—內圈；3—滾子；4—保持架；5，6—軸承腔體；7—內圈大擋邊；8—滾子球基面；9—潤滑油引導坡面；10—內圈大擋邊工作面

3 應用實例

以非標圓錐滾子軸承568980設計為例，軸承要求外形尺寸：d=65 mm，D=150 mm，T=38 mm，B=35 mm，C=30 mm； 潤滑方式為飛濺潤滑。改進前原產品在使用過程中出現因潤滑不足導致的軸承早期失效，但由于受安裝部位結構和尺寸的限制，無法通過改進潤滑方式來改善軸承的潤滑條件。

經查找GB/T 273.1，發現非標軸承568980外形尺寸與標準軸承30314(d=70 mm，D=150 mm，T=38 mm，B=35 mm，C=30 mm)較為接近，且30314軸承的額定動、靜載荷都能滿足客戶對568980軸承的要求。考慮到產品結構的合理性和實際生產加工的要求，套用30314軸承的內部結構對568980進行設計，其中，30314軸承的外圈、滾子和保持架可以在非標軸承568980中完全借用，只對內圈進行重新設計。針對非標軸承568980在實際運轉中存在潤滑油不足的現象，在常規設計基礎上，改進軸承內圈擋邊結構，將d2值增大6 mm，并在內圈大擋邊面內側設計35°的潤滑油引導坡面，改進后內圈大擋邊結構如圖2所示。

圖2 內圈大擋邊結構的改進設計

改進設計的軸承實際生產后經客戶大批量使用，有效滿足了各項使用要求，未出現因潤滑不足而導致的軸承失效現象，軸承使用壽命得以提高。