CA型寬系列調心滾子軸承裝滾子缺口優化設計

杜嬌婧，公平，翁世席

(1.中國航發哈爾濱軸承有限公司，哈爾濱 150025；2.哈爾濱軸承集團公司，哈爾濱 150000)

符號說明

Bc1——保持架外徑圓柱面半寬

d2——內圈壓力線方向尺寸

Dc——保持架外徑

Dw——滾子直徑

Lw——滾子長度

r——滾子圓弧半徑

rmax——滾子軸向最大倒角

Ri——內圈溝曲率半徑

t——內圈裝滾子缺口深度

Yg——內圈小擋邊與內圈滾道的交點處直徑

α——軸承接觸角

δ——滾子相對內圈在徑向的總移動量

δ1——滾子在保持架中的徑向竄動引起滾子相對內圈的徑向偏移量

δ2——保持架徑向竄動引起滾子相對內圈的徑向偏移量

δ3——滾子傾覆轉動引起滾子相對內圈的徑向偏移量

μ1——保持架與內圈引導間隙

ε1——滾子長度公差

ρ——缺口圓弧半徑

Δc——保持架兜孔直徑

1 概述

CA型調心滾子軸承是調心滾子軸承的典型結構，軸承采用了對稱滾子[1]，內圈具有小擋邊以防止滾子在運轉過程中竄出。但該結構導致滾子只能從保持架軸向方向裝入，小擋邊會阻礙滾子裝配，為便于裝配，一般在內圈小擋邊處設計有2個裝滾子缺口。該缺口位于內圈小擋邊外徑處，且相隔180°，由半徑略大于滾子半徑的圓與內圈小擋邊徑相貫生成，如圖1所示。軸承設計標準中有裝滾子缺口的設計方法，但對軸承各系列裝滾子缺口的考慮并不充分，尤其是寬系列產品，按標準設計缺口尺寸易出現掉滾子問題。鑒于此，以寬系列調心滾子軸承為例，分析寬系列調心滾子軸承內圈裝滾子缺口的設計方法。

圖1 裝滾子缺口示意圖Fig.1 Diagram of roller filling slot

2 裝滾子缺口設計

調心滾子軸承裝滾子缺口尺寸主要包括缺口深度和缺口圓弧半徑。

2.1 缺口深度

缺口深度t直接關系著滾子裝配難易程度及滾子裝配后滾子是否會脫落。滾子在保持架兜孔中沿接觸點的法向竄動，保持架徑向竄動，滾子在保持架兜孔中的傾覆轉動導致靠近內圈小擋邊一端滾子相對內圈的徑向移動是影響裝滾子缺口深度的主要因素。現針對這3個因素進行分析。

2.1.1 滾子在保持架兜孔中的法向竄動

調心滾子軸承結構示意圖如圖2所示，滾子與保持架的安裝位置如圖3所示，由幾何關系可得

圖2 調心滾子軸承結構Fig.2 Structure spherical roller bearing

圖3 滾子與保持架的位置關系Fig.3 Positional relationship between roller and cage

(1)

(2)

由Helen公式可得

(3)

滾子在保持架兜孔中的法向竄動引起靠近內圈小擋邊一端滾子相對內圈的徑向移動為

(4)

2.1.2 保持架徑向竄動

保持架的徑向竄動量為保持架與內圈的引導間隙，則保持架徑向竄動引起靠近內圈小擋邊一端滾子相對內圈的徑向移動為

(5)

2.1.3 滾子在保持架兜孔中的傾覆轉動

滾子在保持架兜孔中的傾覆轉動如圖4所示，滾子的傾覆轉動極限為滾子左端素線終點與內圈滾道接觸，接觸點為滾子素線終點，轉動過程中滾子左端的下降量等于滾子右端的上升量，以滾子中心O′為圓心，滾子轉動前后素線終點與圓O′相交，可得到2條平行的弦，2條弦之間的距離即為滾子傾覆轉動引起靠近內圈小擋邊一端滾子相對內圈的徑向移動。

圖4 滾子在保持架兜孔中的傾覆轉動Fig.4 Overturning rotation of roller in cage pocket

圓O′的半徑r′為

(6)

2條弦分別為

HG=Lw-2rmax，

(7)

，(8)

則

。(9)

2.1.4 小結

調心滾子軸承靠近內圈小擋邊一側滾子相對內圈的總徑向位移量為

δ=δ1+δ2+δ3。

(10)

內圈小擋邊與內圈滾道的交點處直徑Yg為

(11)

則裝滾子缺口深度為

(12)

2.2 缺口圓弧半徑

為保證滾子通過缺口能夠順利裝配，裝滾子缺口圓弧半徑應略大于滾子半徑，缺口圓弧半徑過小，將使滾子不能落到缺口底部從而使深度t不能起到應有的作用。推薦缺口圓弧半徑為ρ=0.54Dw， 缺口圓弧半徑不是導致掉滾子的主要因素，在實際生產中可將圓弧半徑適當放寬至0.6Dw。

3 結束語

針對調心滾子軸承設計標準中裝滾子缺口設計并不適應于寬系列產品的問題，分析了CA型寬系列調心滾子軸承裝滾子缺口的設計方法，經實踐應用，滾子合套率明顯提高，在使用過程掉滾子現象得到遏制。分析結果可為該類軸承的設計提供參考。