大型圓錐滾子軸承成品包裝改進

孫 斌，孟艷艷,2，王 清，王典仁，2

（1.洛陽LYC軸承有限公司；2.航空精密軸承國家重點實驗室，河南 洛陽 471039）

大型圓錐滾子軸承廣泛應用于冶金、礦山機械等場合，為了更好地滿足配套主機的工作性能，確保運行安全，除了必須保證軸承零件的制造誤差和裝配質量外，還應該特別關注包裝之后投入使用之前的質量，確保其工作表面及外觀完好無損，達到用戶的預期使用要求。

根據用戶反饋，拆開包裝后的外圈滾道與滾子之間存在假性布氏壓痕[1]。而該壓痕是不允許出現的，因為它會降低軸承套圈的斷裂強度，對服役期間的軸承工作性能產生不良影響。

雖然，現行的包裝方式在外圈與內組件之間襯墊了聚乙烯塑料薄膜，但是由于塑料薄膜厚度及減壓效果有限，軸承零件裝配后產生的自重及運輸過程中產的微小振動或擺動都會使薄膜失去防護作用，致使軸承零件滾動表面產生磨損或損傷，最終影響服役期間軸承的工作性能，如振動與噪聲加劇、運轉失靈或不穩定等；或者發生微振磨損失效，致使旋轉精度喪失達不到用戶的預期使用要求，造成早期失效[2-4]。

因此，為了解決傳統包裝缺陷對大型圓錐滾子軸承運輸過程或長期靜止存放時，軸承滾動表面產生的假性布氏壓痕問題，本文對大型圓錐滾子軸承成品的內包裝進行了研究與改進，即在外圈與內組件之間設計并增加了厚度為1mm的EPE珍珠棉隔離墊。

軸承生銹會影響它的精度等級，降低其使用壽命，造成報廢或者使用時發生安全事故[5]?，F在主流的軸承外包裝材料為牛皮紙，但大型軸承由于其自身重量過大，容易造成牛皮紙的破裂，導致軸承與空氣接觸，致使軸承出現銹蝕的質量問題，影響服役期間的使用性能。經試驗分析發現，用厚度為0.5mm的塑料袋代替牛皮紙進行密封包裝，可以有效隔絕空氣，防銹效果顯著。

1 在外圈與內組件之間設計并增加EPE隔離墊

根據圓錐滾子軸承外圈與內組件可分離的結構特點，設計了外圈與內組件之間的隔離墊。隔離墊的結構如圖1所示。

圖1 隔離墊結構

隔離墊的尺寸按如下方式確定：

隔離墊內環尺寸d=產品內圈內徑

隔離墊外環尺寸D=產品外圈滾道小端直徑尺寸+2×外滾道寬度尺寸

經反復試驗分析，按上述計算方式確定的隔離墊外環尺寸，在結構上可以將外滾道和滾子完全隔離開。而且以產品內圈內徑確定的內環尺寸可以更加方便準確定位，同時能夠最大程度節省材料，降低包裝成本。

最后，借助于EPE珍珠棉隔水防潮、防震、韌性強、環保、抗撞力強、質量輕、耐腐蝕性等諸多優點，制造了EPE隔離墊，該隔離墊在外圈和內組件之間的擺放位置如圖2所示。

圖2 EPE隔離墊的擺放位置

EPE隔離墊完全隔離了外滾道與內組件，避免了二者直接接觸，起到了有效隔離與防護作用，從而杜絕了外滾道與滾子接觸面間假性布氏壓痕的產生。

2 改進外包裝結構與材料

現行的外包裝多使用牛皮紙，但大型軸承由于其自身重量過大，運輸過程中的顛簸振動容易造成牛皮紙的破裂，導致軸承與空氣接觸，在長期存放過程中，容易出現表面銹蝕的質量問題，降低軸承工作性能的可靠性，給制造商和用戶帶來不必要的經濟損失。

基于圓錐滾子軸承裝配后可分離的特點，設計使用厚度為0.5mm的聚乙烯塑料袋分別對外圈和內組件進行熱塑包裝，然后用紙盒把包裝好的外圈與內組件一并裝盒，保證軸承處于密封狀態，杜絕其與空氣和水分子接觸，達到了防銹和防止磕碰傷的目的。

3 仿真試驗研究

對EPE珍珠棉的防護效果進行有限元仿真分析，SOLIDWORKS系統內EPE珍珠棉材料屬性如圖3所示，彈性模量為172000000N/m2，泊松比為0.439，質量密度為917kg/m3。

圖3 EPE珍珠棉材料屬性

試驗設置厚度為1mm、外徑為300mm、內徑為120mm的EPE珍珠棉的下表面為固定幾何體?？紤]到大型軸承外圈重量一般為3～10kg，因此，本試驗擬對珍珠棉的上表面施加100N/m2的壓力，有限元網格劃分采用SolidWorks Simulation里的系統生成節點總數為15716個，單元總數為7592個，網格質量高，滿足有限元數值計算的要求，相應的網格劃分結果如圖4所示。

圖4 網格劃分

按圖4網格劃分運算算例，可得厚度為1mm的EPE珍珠棉應力、位移、應變變化結果云圖分別如圖5～7所示。

圖5 應力變化

圖5的仿真結果顯示，當對厚度為1mm的EPE珍珠棉的上表面施加100N/m2的壓力時，EPE珍珠棉應力變化僅為25.23N/m2遠小于對其施加的100N/m2應力，說明EPE珍珠棉的抗壓能力極好。

圖6 位移變化

圖6的仿真結果顯示，當對厚度為1mm的EPE珍珠棉上表面施加100N/m2的壓力時，上表面位移變化極小僅為4.198e-7mm，所以，厚度為1mm的EPE珍珠棉具備很強的防震能力。

圖7的仿真結果顯示，當對厚度為1mm的EPE珍珠棉上表面施加100N/m2的壓力時，上表面應變變化為1.204×e-7，變形量很小，說明厚度為1mm的EPE珍珠棉具有很好的抗變形能力。

圖7 應變變化

其他條件保持不變，對厚度為1mm的EPE珍珠棉上表面的壓力從100N/m2增加到500N/m2時，系統生成節點總數為15716個，單元總數為7592個，網格質量高，滿足有限元數值計算的要求，相應的網格劃分結果如圖8所示。

圖8 網格劃分

按圖8網格劃分運算算例，可得厚度為1mm的EPE珍珠棉應力、位移、應變變化仿真結果云圖如圖9～11所示。

圖9 應力變化

圖9的仿真結果顯示，當對厚度為1mm的EPE珍珠棉上表面施加500N/m2的壓力時，上表面的應力變化僅為126.2N/m2，也遠小于500N/m2的壓力，再次驗證了EPE珍珠棉來良好的抗壓能力。

圖10的仿真結果顯示，當對厚度為1mm的EPE珍珠棉上表面施加500N/m2的壓力時，上表面的位移變化僅為為2.099×e-6mm。相對于厚度為1mm的EPE珍珠棉來說，此位移變化量也是極小的，再次證明了厚度為1mm的EPE珍珠棉防震能力很強。

圖10 位移變化

圖11 應變變化

圖11的仿真結果顯示，當對厚度為1mm的EPE珍珠棉上表面施加500N/m2的壓力時，上表面應變變化為僅為6.019×e-7，變形量很小，再次證明了厚度為1mm的EPE珍珠棉具有良好的抗變形能力。

圖4～11的仿真結果顯示，厚度為1mm的EPE珍珠棉可以對500N/m2以下的壓力起到極好的抗壓、防震及抗變形防護作用，因此，對于大型軸承而言，本文設計的采用厚度為1mm的EPE珍珠棉隔離墊進行外圈與內組件的隔離，可以起到有效的防護作用，避免假性布氏壓痕的產生。

4 結束語

根據圓錐滾子軸承自身可分離的結構特點及EPE珍珠棉防潮、防震等諸多優點，在外圈與內組件之間設計的EPE隔離墊，對外滾道與滾子的工作表面起到了有效的隔離與防護作用，從而避免了外滾道與滾子接觸面間假性布氏壓痕的產生。

基于圓錐滾子軸承裝配后可分離的特點，設計使用厚度為0.5mm的聚乙烯塑料袋分別對外圈和內組件進行熱塑包裝，保證軸承零件處于完全密封狀態，最終達到了防銹和防止磕碰傷的目的。