CA型寬系列調(diào)心滾子軸承裝滾子缺口優(yōu)化設(shè)計

杜嬌婧，公平，翁世席

(1.中國航發(fā)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(nèi)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(nèi)圈溝曲率半徑

t——內(nèi)圈裝滾子缺口深度

Yg——內(nèi)圈小擋邊與內(nèi)圈滾道的交點處直徑

α——軸承接觸角

δ——滾子相對內(nèi)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(nèi)圈的徑向偏移量

δ2——保持架徑向竄動引起滾子相對內(nèi)圈的徑向偏移量

δ3——滾子傾覆轉(zhuǎn)動引起滾子相對內(nèi)圈的徑向偏移量

μ1——保持架與內(nèi)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(diào)心滾子軸承是調(diào)心滾子軸承的典型結(jié)構(gòu)，軸承采用了對稱滾子[1]，內(nèi)圈具有小擋邊以防止?jié)L子在運轉(zhuǎn)過程中竄出。但該結(jié)構(gòu)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(nèi)圈小擋邊處設(shè)計有2個裝滾子缺口。該缺口位于內(nèi)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(nèi)圈小擋邊徑相貫生成，如圖1所示。軸承設(shè)計標準中有裝滾子缺口的設(shè)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(chǎn)品，按標準設(shè)計缺口尺寸易出現(xiàn)掉滾子問題。鑒于此，以寬系列調(diào)心滾子軸承為例，分析寬系列調(diào)心滾子軸承內(nèi)圈裝滾子缺口的設(shè)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(shè)計

調(diào)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(guān)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(zhuǎn)動導致靠近內(nèi)圈小擋邊一端滾子相對內(nèi)圈的徑向移動是影響裝滾子缺口深度的主要因素。現(xiàn)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(diào)心滾子軸承結(jié)構(gòu)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(guān)系可得

圖2 調(diào)心滾子軸承結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure spherical roller bearing

圖3 滾子與保持架的位置關(guān)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(nèi)圈小擋邊一端滾子相對內(nèi)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(nèi)圈的引導間隙，則保持架徑向竄動引起靠近內(nèi)圈小擋邊一端滾子相對內(nèi)圈的徑向移動為

(5)

2.1.3 滾子在保持架兜孔中的傾覆轉(zhuǎn)動

滾子在保持架兜孔中的傾覆轉(zhuǎn)動如圖4所示，滾子的傾覆轉(zhuǎn)動極限為滾子左端素線終點與內(nèi)圈滾道接觸，接觸點為滾子素線終點，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動引起靠近內(nèi)圈小擋邊一端滾子相對內(nèi)圈的徑向移動。

圖4 滾子在保持架兜孔中的傾覆轉(zhuǎn)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(jié)

調(diào)心滾子軸承靠近內(nèi)圈小擋邊一側(cè)滾子相對內(nèi)圈的總徑向位移量為

δ=δ1+δ2+δ3。

(10)

內(nèi)圈小擋邊與內(nèi)圈滾道的交點處直徑Y(jié)g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?jié)L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(chǎn)中可將圓弧半徑適當放寬至0.6Dw。

3 結(jié)束語

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