高載荷圓錐滾子軸承的設計

陳亞軍

（甘肅機電職業技術學院，甘肅 天水 741000）

1 標準圓錐滾子軸承結構分析

標準圓錐滾子軸承結構如圖1所示，屬于分離型軸承。圓錐滾子軸承因其結構的特殊性，可以承受較大的徑向載荷和單一方向的軸向載荷。單列圓錐滾子軸承由內、外圈、保持架和多個圓錐滾子組成。按照文獻[1]對圓錐滾子軸承外形尺寸標準的規定，標準型號的圓錐滾子軸承外圈或內圈組件均應具備完全互換性。

圖1 標準圓錐滾子軸承結構

單列圓錐滾子軸承的承載能力與軸承材料及相關設計尺寸有關，隨滾子母線有效長度的增大而增大。所以，只要能適當增大滾子母線有效長度，便可提高圓錐滾子軸承承載能力。分析標準圓錐滾子軸承結構知，軸承內圈上有大小兩處擋邊，大擋邊內側面承受圓錐滾子的擠壓應力，為主要受力面。小擋邊與在滾子軸承工作過程中不接觸，只為鎖住保持架與滾子而設計[2]。故只要保持架與滾子能自鎖，小擋邊便可去掉，同時圓錐滾子有效空間增大，長度便可加長。如此可簡化軸承結構，便于生產制造；同時可提升軸承承載能力，延長軸承使用壽命。

2 圓錐滾子軸承結構改進設計

在確保軸承力學及使用性能不降低、不改變軸承關鍵尺寸的前提下，對其結構做如下改進。

（1）改進內圈結構。首先在內圈大端面外徑處加工一小尺寸凸臺，接著去掉軸承內圈小擋邊，將內滾道面延長為圓錐面。此時，內滾道面形狀將簡化，制造工序也將減少，同時軸承生產成本隨著降低。同時，大擋邊厚度a可向內側加厚，此時大擋邊所受彎曲應力σb及剪切應力τ為[3]：

由上式知，隨著的增大，大擋邊所受應力減小，大擋邊強度將會提高。

（2）改進保持架結構。為鎖住保持架與滾子，在保持架的大端設計環形端蓋，將此端蓋扣在內圈大端面凸臺上，限制滾子與保持架的軸向移動，解決其軸向自鎖要求。

（3）增大滾子母線有效長度。隨著小擋邊的去除，滾子沿內滾道小端方向的空間將會增大，可將滾子母線有效長度在不超出內外滾道面的前提下依軸承型號尺寸適當延長。依據帕姆格林和德隆伯格理論及國標 ISO/1990，軸承基本額定動載荷 Cr為[4，5]：

式中：Lwe——滾子母線的有效長度。

可見，隨著Lwe的增大，軸承基本額定動載荷Cr也將提高。標準圓錐滾子軸承完成以上結構改進設計后，所得高載荷圓錐滾子軸承設計結構如圖2所示。

圖2 高載荷圓錐滾子軸承結構

3 結論

隨著標準圓錐滾子軸承結構的改進，軸承結構形狀將簡化，加工成本將會降低。同時，大擋邊強度及軸承基本額定動載荷都將提高，軸承壽命必將延長。