新型無(wú)外圈滿裝圓柱滾子軸承的設(shè)計(jì)

丁建強(qiáng)，賈松陽(yáng)，王朋偉，范強(qiáng)

(1.洛陽(yáng)LYC軸承有限公司 技術(shù)中心，河南 洛陽(yáng) 471039； 2.航空精密軸承國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng) 471039)

圓柱滾子軸承因能承受較大的徑向載荷，被廣泛應(yīng)用于車(chē)輛、機(jī)床、減速箱、軋鋼機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械等領(lǐng)域。常見(jiàn)的雙列圓柱滾子軸承有帶車(chē)制保持架的NN型、NNU型和無(wú)保持架的雙列滿裝圓柱滾子NNF型等。同外形尺寸無(wú)保持架的滿裝圓柱滾子軸承與傳統(tǒng)帶保持架圓柱滾子軸承相比，額定靜載荷可增加15%～25%，額定動(dòng)載荷可增加20%～35%，更適應(yīng)低速、重載工況[1-5]。

某主機(jī)廠齒軌輪軸承長(zhǎng)期處于低速、重載且有沖擊載荷的工況下，為滿足使用工況，常采用無(wú)保持架的雙列滿裝圓柱滾子軸承，隨設(shè)備升級(jí)改造、產(chǎn)能增加，該軸承的承載能力已不能滿足使用要求，故需對(duì)軸承結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

1 改進(jìn)前軸承結(jié)構(gòu)

改進(jìn)前雙列滿裝圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示，軸承由內(nèi)、外圈和2列滾子組成，無(wú)保持架。外圈帶固定中擋邊，將雙列滾子分隔開(kāi)；內(nèi)圈無(wú)擋邊，可在軸向適當(dāng)移動(dòng)。

圖1 雙列滿裝圓柱滾子軸承Fig.1 Double row full complement cylindrical roller bearing

2 改進(jìn)后軸承結(jié)構(gòu)及優(yōu)點(diǎn)

2.1 結(jié)構(gòu)

由于設(shè)備更新升級(jí)，原軸承承載能力不足，另外受限于齒軌輪軸承座空間，提出了一種新型無(wú)外圈滿裝圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)，如圖2所示。軸承主要由內(nèi)圈、滾子及塑料固定套組成。內(nèi)圈有固定中擋圈，其上設(shè)置油孔,內(nèi)圈內(nèi)部有O形圈安裝槽；滾子采用整體式結(jié)構(gòu)，中部開(kāi)凹槽，滾子素線采用圓弧修形，兩端為大圓弧修形，中部凹槽部分為小圓弧修形，以減少應(yīng)力集中；成套軸承外部使用塑料固定套固定，裝配時(shí)固定套滑落，塑料固定套可重復(fù)利用。與原軸承結(jié)構(gòu)相比，最大的不同是將原來(lái)的2列滾子合二為一，同時(shí)保持雙列形式。

1—圓柱滾子；2—內(nèi)圈；3—油孔；4—O形圈安裝槽；5—塑料固定套圖2 新型無(wú)外圈滿裝圓柱滾子軸承Fig.2 New full complement cylindrical roller bearing without outer ring

2.2 優(yōu)點(diǎn)

1)新型軸承的外形尺寸與原雙列滿裝圓柱滾子軸承相同，可在原軸承座內(nèi)使用。由于無(wú)外圈，軸承座作為軸承外圈使用，滾子尺寸可適當(dāng)增大，滾子組節(jié)圓直徑增大，滾子數(shù)也增多，從而大幅提高軸承的承載能力。

2)采用整體式滾子，既可起到雙列滾子的作用，又可保證軸承承載能力；同時(shí)方便安裝，不易散套。如圖3所示，在軸向力F作用下安裝軸承，安裝孔迫使塑料固定套滑落，內(nèi)圈固定中擋圈阻擋滾子向外滑移，整個(gè)安裝過(guò)程滾子不會(huì)散落。塑料固定套也可重復(fù)利用。

1—軸；2—軸承座；3—塑料固定套；4—軸承圖3 軸承安裝示意圖Fig.3 Installation diagram of bearing

3)2列滾子分別加工時(shí)難免會(huì)出現(xiàn)尺寸偏差,而整體式滾子通過(guò)一道工序加工完成，尺寸一致性較好。

4)在軸或孔受力偏斜時(shí)雙列滾子易偏斜，致使某一列受力較大。整體式滾子長(zhǎng)度大，剛性強(qiáng),可防止軸或孔偏斜。

3 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1)滾子中間槽與內(nèi)圈擋邊示意圖如圖4所示。滾子中間槽深度需大于內(nèi)圈擋邊高度，槽寬度需大于內(nèi)圈擋邊寬度。滾子與內(nèi)圈無(wú)間隙會(huì)使軸承旋轉(zhuǎn)不靈活，摩擦力大。間隙L1，L2保證了潤(rùn)滑油可通過(guò)油孔對(duì)滾道和滾子進(jìn)行潤(rùn)滑，同時(shí)使軸承有一定的軸向移動(dòng)能力，受到軸向力時(shí)可適當(dāng)調(diào)整，避免滾子受力過(guò)大。L1，L2的大小需根據(jù)滾子尺寸和使用工況(軸向調(diào)整能力要求)設(shè)計(jì)。

圖4 滾子中間槽與內(nèi)圈擋邊Fig.4 Middle groove of roller and rib of inner ring

2)由于軸承座作為軸承外圈使用，需根據(jù)座孔公差和軸承游隙計(jì)算滾子組外徑尺寸公差，軸承裝配后應(yīng)使徑向游隙符合使用工況。

3)為減少滾子和滾道的應(yīng)力集中，滾子兩端采用大圓弧修形，滾子中間槽采用小圓弧修形(圖5)。在工況較好時(shí)，為加工方便也可僅對(duì)滾子兩端進(jìn)行圓弧修形，中間槽倒角處理即可。

圖5 滾子修形Fig.5 Profiling of roller

4)設(shè)計(jì)完成后需驗(yàn)算滾子的圓周總間隙，方法同一般滿裝圓柱滾子軸承。

4 結(jié)束語(yǔ)

按照上述設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了某型無(wú)外圈滿裝圓柱滾子軸承，安裝使用后效果良好，滿足了主機(jī)使用要求。無(wú)外圈滿裝圓柱滾子軸承適用于安裝位置小，低速重載工況,但因滾子較長(zhǎng)，應(yīng)避免在偏載較大的工況下使用。