方頭鉚保持架性能分析

杜姍珊，徐　猛，郭玉飛

方頭鉚保持架性能分析

杜姍珊，徐猛，郭玉飛

（瓦房店軸承集團有限責任公司 工程中心，遼寧 瓦房店 116300）

主要闡述了保持架座支柱伸出保持架蓋部分的鉚后的長度與高度對保持架性能的影響。運用SolidWorks有限元軟件計算出在不同的支柱鉚后長度、不同的支柱鉚后高度時保持架的強度，最后根據不同情況下的對比結果選擇合理的鉚后長度和鉚后高度，為保持架支柱的鉚合參數提供一個理論依據。

支柱鉚后長度；支柱鉚后高度；保持架強度；SolidWorks有限元軟件

1　前言

目前，軸承保持架按其生產工藝和所用材料分主要有沖壓保持架、金屬實體保持架和工程塑料保持架，不同結構設計及材料的保持架對軸承的使用性能影響很大。因此，對保持架結構、材料的研究和改進設計在一定程度上保證和推動了軸承技術的發展。

本文主要針對其中一種結構對保持架強度進行有限元分析—金屬實體保持架。金屬實體保持架所用材料主要為黃銅、青銅合金，也有鑄鐵和鋼，其結構主要為整體式和分體式 2 種。整體式結構的特點體現在對軸承摩擦、運轉和承載等性能的改進上；分體式結構的特點在于連接方式上。

本文分析的方頭鉚保持架屬于分體式自鉚接保持架，由保持架座和保持架蓋兩部份組成，保持架座支柱端部帶鉚接頭，保持架蓋帶鉚接孔，可實現自鉚接。

2　方頭鉚型保持架支柱長度

方頭鉚型保持架由保持架座與保持架蓋兩部份組成，見圖 1。

圖1　方頭鉚釘保持架

支柱伸出保持架蓋部分的體積鉚前鉚后是不變的，所以以下的公式成立。

鉚前鉚后的體積相同：S1× δ1=S2× δ2，

保持架鉚后的支柱面積與長度見圖 2。

圖2　保持架支柱面積與鉚后長度

3　有限元分析

本文以軸承NJ2236EM為例，運用有限元軟件SolidWorks對其保持架的屈服強度進行分析計算。SolidWorks是一個集計算機輔助設計、制造和工程分析為一體的三維參數化軟件，其結構設計提供了有限元分析功能。在SolidWorks中完成零部件三維造型后，可以進入到SolidWorks simulation模塊中進行分析。在SolidWorks 的有限元分析模塊中，可以進行靜態分析、模態分析、穩態熱傳導分析和熱結構分析等工作。下面詳細介紹方頭鉚保持架屈服強度的分析過程。方頭鉚保持架的鉚前、鉚后結構見圖 3。

3.1創建有限元模型

根據鉚后保持架結構圖建立有限元模型，見圖 4 。

圖3　方頭鉚保持架鉚前、鉚后結構

圖4　有限元模型

3.2設置邊界條件及網格化分

為了使保持架方頭鉚達到屈服，在有限元模型中將保持架的底面固定不動，在方頭鉚與保持架蓋頂面接觸處設置接觸，在保持架蓋的底面上加載軸向載荷，其約束和載荷見圖 5。

圖5　約束和載荷模型

約束和載荷創建好后，定義模型的材料屬性，最后利用SolidWorks simulation提供的網格劃分工具將模型劃分成具有六面體單元的網格，網格模型見圖 6。

3.3計算結果

在計算的過程中，改變軸向作用載荷，使得保持架方頭鉚達到屈服強度。通過計算得到當軸向載荷達到41.78kN時，保持架方頭鉚達到屈服強度239.7MPa，其計算應力分布圖見圖 7。

圖6　網格化分

圖7　應力分布圖

此計算結果是在確定了保持架鉚后支柱的長度為3mm、高度為3mm時得到的。從應力分布圖中可以看出，保持架方頭鉚達到屈服強度的位置在方頭鉚端頭支柱的拐角處，且確定了保持架達到屈服強度時的軸向載荷。若保持架鉚后支柱的長度和高度選擇不同時，方頭鉚保持架達到屈服強度的位置和軸向載荷大小都會有所改變，所以選擇合適的支柱鉚后長度和高度至關重要。

4　方頭鉚尺寸的選擇

方頭鉚保持架鉚后支柱的長度δ2和高度h1的選擇對保持架的性能有重要影響，因此鉚后支柱的長度和高度的選擇至關重要。下面分別對鉚后支柱長度δ2=2（3，4，5）mm，高度h1=0.5，0.8，1.0，1.3，1.5，1.8，2.0，2.3，2.5，2.8，3mm時的保持架強度進行了分析。鉚后尺寸見圖8。

圖8　鉚后尺寸

保持架的材料選取黃銅，其許用屈服強度為239.7MPa。以鉚后支柱長度δ2=2（3，4，5）mm，高度h1=3mm時保持架達到許用屈服強度時的軸向載荷為基礎，計算鉚后支柱長度相同、高度不同時保持架所受的應力分布情況，其應力布曲線見圖 9。

圖9　保持架所受應力隨鉚后支柱高度的變化曲線

從圖 9 中可以看出，相同鉚后支柱長度時，保持架所受應力隨鉚后支柱高度的增加呈現出降低的趨勢，當鉚后支柱高度值達到2mm以上時，應力的變化趨于平穩且小于保持架的許用屈服強度，所以鉚后支柱高度值應大于2mm。根據軸承保持架生產的經驗，鉚后支柱的高度值一般不超過3mm，所以保持架鉚后支柱高度選擇2～3mm較為合適。將圖 9 局部放大，分布圖見圖 10。

圖10　局部結果分析圖

圖10曲線對比結果顯示，當鉚后支柱高度大于2mm時，鉚后的支柱長度選擇3～5mm比較合適。當鉚后支柱高度等于2mm時，鉚后的支柱長度選擇3～4mm較為合適。

5　結論

經過上述分析計算可知，保持架支柱鉚后的長度和高度的選擇對保持架的屈服強度有很大的影響，進而影響軸承的工作性能，所以正確地選擇支柱鉚后長度和高度至關重要。

（1）固定保持架鉚后支柱長度。對比不同鉚后支柱高度時保持架所受的應力，得出保持架鉚后支柱高度選擇2～3mm較為合適。

（2）固定保持架鉚后支柱高度。對比不同鉚后支柱長度時保持架所受的應力，可以得出當鉚后支柱高度大于2mm時，鉚后的支柱長度選擇3～5mm比較合適。當鉚后支柱高度等于2mm時，鉚后的支柱長度選擇3～4mm較為合適。

［1］ 溫朝杰，曾獻智.圓柱滾子軸承保持架技術發展［J］.軸承，2015，（7）.［2］ 孫福利，陰紅.浪形保持架特殊鉚合模的設計及工藝改進［J］.哈爾濱軸承，2011（2）.

［3］ 繁雨晴，馬瑩，姜韶峰.高精密軸承常用保持架材料［J］.軸承，2010（12）.

［4］ 鄭志功，頓涌泉，李定語.塑料保持架的性能及實驗分析［J］.軸承，2010（7）.

（編輯：林小江）

Performance analysis of cage with square rivet

Du Shanshan， Xu Meng， Guo Yufei
（ Engineering Center，Wafangdian Bearing Group Co.， Ltd.， Wafangdian116300， China ）

Impact of length and height after riveting of cage pedestal pillar out of cage cover part on cage performance were mainly elaborated. Using the finite element software Solid Works to calculate the strength of the cage when the length and height were different after the pillars riveting， Finally according to the comparison results of different circumstances to choose reasonable length and height after riveting to provide a theoretical basis for pillar riveting parameters of cage.

pillar riveting length； pillar riveting height； strength of cage； finite element software Solid Works

TH133.33+2

B

1672-4852（2016）03-0006-03

2016-07-13.

杜姍珊（1985-），女，工程師.