一種自鎖型圓柱滾子軸承保持架

陳懷剛，趙圣卿，宗曉明，劉致文，梁興江

(1.河南科技大學，河南 洛陽 471003；2.洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039；3.河南省高性能軸承技術重點實驗室，河南 洛陽 471039；4.滾動軸承產業技術創新戰略聯盟，河南 洛陽 471039)

圓柱滾子軸承廣泛應用在重載荷和振動沖擊較大的機器中，具有較高的徑向承載能力和較大的剛度,其保持架主要有乙型、筒形、槽形和組合式等幾種結構，乙型保持架應用廣泛。但乙型保持架存在諸多問題，為了解決這些問題，設計了一種新型的自鎖型保持架。

1 乙型保持架結構分析

乙型保持架[1]可分為外彎爪和內彎爪2種類型,結構如圖1所示。

(a)外彎爪 (b)內彎爪圖1 乙形保持架結構示意圖

乙型保持架在實際的加工和使用過程中，存在以下不足:

1)乙型保持架材料一般為低碳鋼，在沖制彎爪時，容易在彎爪根部引起裂口，需用退火工序來改善鋼材組織。

2)由于結構限制，窗孔的寬度一般比滾子直徑大近一個板厚，在一定程度上限制了窗孔數量，進而影響軸承的承載能力和壽命。

3)裝配時需要裝配模，而且在裝配時，當保持架預彎爪較輕時，套圈擋邊有可能劃傷滾子。

4)保持架不具有自鎖滾子的功能，因此在裝配過程中必須與套圈一起移動，待放入裝配模具中取出套圈后再進行壓彎，裝配不便。

5)保持架和滾子接觸面積大，軸承運轉時噪聲較大。

2 自鎖型保持架結構分析

自鎖型保持架為彎腰形結構，在每個窗孔邊緣中點處都有一個鎖點，用于鎖住滾子端面的凹穴，控制滾子的掉落。孔梁兩側各有一個斜坡，對滾子有良好的引導接觸面，不致劃傷滾子并能控制保持架的徑向游隙。根據孔梁彎曲方向的不同，該保持架分為內引導和外引導2種，結構如圖2所示，其結構特點如下：

(a)外引導 (b)內引導圖2 自鎖型保持架結構示意圖

1)取消了彎爪 ，可以省去因彎爪根部裂口問題而在工藝上采取的退火工序，并取消了彎爪模具和加工設備，裝配簡單。

2)采用鎖點，可以單獨與滾子組成組件，而且該鎖點在保持架成品時已加工好，裝配時用手推入，裝配更為方便，降低了成本，提高了工作效率[2]。

3)孔梁需壓坡，坡面對滾子有良好的引導作用，不僅能夠可靠的限制滾子向外(外引導)或向內(內引導)掉落，而且還能減小滾子和保持架的接觸面，進而降低軸承在運轉過程中的旋轉噪聲問題。

4)對于同尺寸的圓柱滾子軸承，自鎖型保持架在窗孔數相同時，其孔梁寬，強度大，而且在滿足保持架強度的前提下，可以增加窗孔數、容納更多滾子，提高軸承的承載能力。

3 自鎖型保持架的設計

自鎖型保持架的底孔直徑d、凸緣外徑D2、節圓直徑dcp、窗孔底高h等參數的設計均與同一外形尺寸的乙型保持架相同，現對其他參數設計進行說明，設計圖如圖3、圖4所示。

圖3 自鎖型保持架設計圖

圖4 孔梁彎曲前窗孔尺寸

1)板厚t

t=KsDw，

(1)

式中：Dw為滾子直徑；板厚系數Ks由文獻[2]中保持架系數查得。

2)保持架外徑D

D=dcp+t。

(2)

3)彎腰外徑D1(或內徑)

D1≥D+2t。

(3)

4)彎腰角度α=45°。

5)窗孔長度Lc

Lc=Lw+0.2，

(4)

式中：Lw為滾子長度。

6)保持架高度H

H=Lc+2h，

(5)

式中：h=(D1-D)/2cosα。

7)保持架孔梁寬度c

按照經驗系數，窄系列軸承c=1.8t；中、寬系列軸承c=1.5t。

另外，在此原則上應盡量考慮增加1粒滾子。

8)窗孔寬度F

F=Dw+(0.5～1)，

(6)

式中：Dw為滾子直徑。

9)彎曲前窗孔角度β一般取45°。

10)彎曲前窗孔長度L

L=(1.022～1.025)Lc。

(7)

11)彎曲前窗孔尺寸L1

L1=L/3。

(8)

12)彎曲前窗孔鎖口寬度f1

f1=fD/D1，

(9)

式中：f為彎曲后鎖口寬度，且一般f=(0.91～0.93)Dw。

13)鎖點高度一般不小于0.3 mm。

14)壓坡角度θ一般取40°～50°。

4 自鎖型保持架軸承的裝配

自鎖型保持架軸承的裝配簡單。外引導保持架軸承裝配時，先將保持架放入外圈，然后把滾子從保持架內徑輕輕壓入外滾道，整個外組件即裝配完成；內引導保持架軸承裝配時，將內圈放入保持架，再把滾子從保持架外徑輕輕壓入內滾道，內組件即裝配完成[3]。

5 設計舉例

以N305圓柱滾子軸承為例，將保持架改為自鎖型結構，并采用自鎖型保持架的設計方法對其進行重新設計，2種保持架軸承的主要參數對比見表1。

表1 2種保持架的主要參數對比

由表1可知，改進后的自鎖型保持架結構，在新的窗孔寬度和孔梁寬度設計原則下，保持架窗孔數由10個增加到11個，相應軸承滾子數增加1粒，軸承的承載能力提高了約10%。自鎖型保持架結構對N310,N314等圓柱滾子軸承同樣適用。

6 結束語

自鎖型保持架在加工和裝配上，彎爪模具改為壓彎模具，增加了壓坡模具，取消了復雜的裝配模具；工藝上取消了彎爪的退火工序，增加了壓坡工序；結構上窗孔數增加，整體上提高了軸承的承載能力和壽命。