李錦紅，孫曉梅，李建輝

（1.中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司 研發(fā)中心，黑龍江 哈爾濱 150036；2.哈爾濱軸承集團公司 進出口公司，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

2 兩面帶密封罩的雙列圓錐滾子軸承的優(yōu)化設計

兩面帶密封罩的雙列圓錐滾子軸承用在地鐵A型車上，下文采用優(yōu)化設計方法對某雙列圓錐滾子軸承的結構設計參數進行了計算。結果表明，通過優(yōu)化軸承內部結構可以顯著提高軸承的額定載荷，從而提高軸承的額定壽命。同時對地鐵軸承的應用進行了闡述。軸承結構圖見圖1。

2.1 主參數的符號

圖1 軸承結構

外滾道接觸角 α

圓錐滾子半錐角 φ

滾子中心線與軸承中心線夾角 γ=α-φ

內圈錐角 β=α-2φ

滾子直徑 Δ

滾子長度 l

外滾道小端直徑 E

2.2 外圈計算公式

外滾道大端直徑

D2=D1+2C*tg(α)

外圈打印中心徑

Dk=0.5[(D-2*r3max)+(D1+2*r6max)]

外圈打印面高度

hw=0.5[(D-2*r3max)-(D1+2*r6max)]

2.3 內圈計算公式

內圈弧擋邊曲率半徑

ρ=0.5Δ/sin(φ)

內圈弧擋邊厚度

a0=T+0.5D1/tg(α)-ρ*cos(β)

內圈滾道與弧擋邊交點處直徑

d1=2ρ*sin(β)

外圈滾道母線與滾子大端面交點直徑

D3=2ρ*sin(α)

內圈滾道寬度

L=(l+εl)*cos(β)/cos(φ)

內圈小擋邊厚度

a1=B-L-a0

滾子母線中點的垂線與軸線的交點至外圈寬端面距離

a=[ρ-0.5 l/cos(φ)]/cos(α)-0.5*D1/tg(α)

驗算軸承裝配高

ΔT=T-[a0+Δ*cos(φ)/sin(α)-0.5(D1-d1)/tg(α)]-0.0001

必須保證 ΔT≤ 0.002

大擋邊直徑

d2=d1+Kd2*Δ

小擋邊端面與內滾道母線的交點直徑

d4=d1-2L*tg(β)

小擋邊直徑

d3=d4+Kd3*Δ

做成直端面時:a2=D1/[2*tg(α)]+T-sqrt(ρ2-d22/4)

λ=arctg[2*(a2-a0)/(d2-d1)]

λ1=90°-λ+β

d1'=d1/cos(λ-β)

a0'=D1/[2*tg(α)]+T-ρ*cos(β)/cos(λ-β)

內圈打印中心徑

dnk=0.5[(d2min-2*r7max)+(d+2*r1max)]

打印面寬度

hn=0.5[(d2min-2*r7max)-(d+2*r1max)]

內圈最小有效壁厚

Sn=0.5[d1-2L*tg(β)-d]

Sn-Ksn*(D-d)≥0

驗算內、外套圈最小有效壁厚差G

2.4 外圈最小有效壁厚計算公式

Sw=0.5(D-D3)9.33G=Sn-Sw

驗算圓錐滾子是否凸出外圈端面

c2min=C-(T-a0-Δ*sin(γ)+r6max-cmin)≥0

c3min=(Tmin-a0-Δ*sin(γ)

-r6max-l*cos(α)*sec(φ)+c1min)≥0

2.5 檢查滾子及檢查直徑的計算公式

檢查滾子長度

lj=lb-0.15

ox1=ρ+0.5(lb-ln)

檢查滾子大端直徑

Δj=2(ox1-0.15)tg(φ)

檢查滾子小端直徑

Δj1=2(ox1-lb)tg(φ)

Cj=0.5Δj

Cj1=0.5Δj1

檢查滾子外接圓直徑

D5=2(ox1-0.15)sin(γ)cos(90°/Z) +Δj*cos(γ)+εΔ*

cosec(θ1)

檢查滾子內接圓直徑

D6=2(ox1-lb)sin(γ)cos(90°/Z)-Δj1*cos(γ)+εΔ*cosec(θ1)

2.6 額定載荷計算公式

滾子平均直徑

Δm=Δ-l*tg(φ)

滾子有效長度

lu=0.94*l

滾子節(jié)圓直徑

Dm=d1+Δ*cos(γ)-l*sin(γ)

γ0=Δm*cos(α)/Dm

額定動負荷

Ca=1.1*fc[i*lu*cos(α)]ZΔ

額定靜負荷

Co=44(1-Δm*cos(α)/Dm)*i*Z*lu*Δm*cos(α)

2.7 滾子計算公式

滾子小頭直徑

Δ1=Δ-2 l*tg(φ)

大端凹穴直徑

Δp=Δ-(d2-d1)sec(γ)+2*r8并查表取值

滾子大端面球基面半徑

ρr=0.95ρ

圓錐滾子半凸度尺寸計算如下

弧坡寬度

lco=0.12 lu

滾子大端處到滾子母線直線部分的寬度

lc'=lco+c

滾子小端處到滾子母線直線部分的寬度

lc1'=lco+c1

lc',lc1'的允差為+0.04 lu

滾子母線直線部分的寬度

l1=l-lc'-lc1'

弧坡高度(半凸度量)

δmax=0.1*lu*tg(0°20')

δmin=0.7δmax

弧坡的曲率半徑

2.8 保持架采用塑鋼尼龍材料的筐形架

3 地鐵軸承的應用

（1）BT2-8545產品結構（見圖1）采用一側輕接觸橡膠密封圈，一側帶傳感器的防塵蓋密封的雙列圓錐滾子軸承，其內、外滾道及滾子表面圓弧凸度，用于減少應力集中，延長疲勞壽命，消除邊緣應力效應，凸度值為：0.011～0.015；保持架結構是國際最新結構，材料采用PA66-GF25-JB/T7048增強尼龍；這種材質摩擦系數小，噪聲低、能自潤滑。技術性能：載荷:Cr=868kN,C0r=1598kN,轉速120km/h，使用溫度不超過50°C，扭矩不得小于122.5N·m城市軌道交通進入史無前例快速發(fā)展階段，僅北京、天津建成42公里，到2006年底15個城市建585km,在建20條線路603公里，目前經國家批準21個城市在今后10年左右將建設62條線路17000多公里，總投資6200多億。中國機車車輛制造業(yè)是世界各國中生產規(guī)模最大，加工設備最先進的企業(yè)，每年出口機車車輛及配件約5億美元，中國南車集團公司和中國北車集團公司是中國機車車輛制造業(yè)的核心。開發(fā)機車車輛用軸承刻不容緩，勢在必行。

（2）軌道交通技術裝備是城軌系統(tǒng)技術水平的標志，涉及機械、電氣、電子、自動化、材料科學等多個領域。技術裝備種類繁多、涉及面廣，既有移動設備，又有固定設備，涵蓋了車輛、供電、信號、通信、自動售票、通風、空調采暖、防災與報警、環(huán)保、設備監(jiān)控、行車綜合監(jiān)控等各種機電和自動化設備。這些設備的技術參數必須合理匹配，使城市軌道交通系統(tǒng)的建設和運營實現(xiàn)高速度、高效益、高效率。21世紀中國軌道交通發(fā)展由中國鐵路向中國軌道交通全面發(fā)展；中國軌道交通由干線鐵路網、地區(qū)鐵路網、城市軌道交通網三部分組成，干線鐵路網發(fā)展規(guī)劃已經國務院通過，至2020年達10萬公里，其中新建客運專線7100公里。其中京滬、京廣、京哈、隴海均建時速300km/h的高速鐵路，地區(qū)網是中國鐵路建設的空白，是和發(fā)達國家鐵路相比最主要的差距。

城市軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢；1965-1995年僅北京、天津建成42公里，1995-2006年底全國15個城市共建585km;郊區(qū)鐵路（市域快線）開始發(fā)展津濱線、大連3號線（火車站-金石灘），上海9號線、上海11號線郊區(qū)段；使用最廣泛的具有自動駕駛性能的地鐵A、B型車輛，跨座式單軌線路車輛、線性電機車輛、輪胎式自動導向車輛、輕軌線路低地板車輛。運營最大客運量單向4.5-7.5萬人次/小時，車輛定員310人/m2，最大運行速度120km/h，列車控制方式：ATC（具有自動駕駛性能、ATC信息系統(tǒng)）

建設上海1號線和廣州1號線地鐵開始，廣泛采用各國最新技術裝備，建成了具有一流水平的城軌交通系統(tǒng)。

（3）車輛-轉向架，A型車和B型車均采用國際上普遍應用的無搖枕轉向架；自動控制及列車自動監(jiān)控，可實現(xiàn)ATO（自動駕駛模式）；即，列車啟動、加速、運行、惰行、制動、精確停車、開門，均不需司機操作。列車上裝有自動監(jiān)控系統(tǒng)，建立列車通信網絡，對列車重要設備實現(xiàn)監(jiān)視、控制和管理，具有旅客信息系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)。

地鐵車輛已全面國內制造，B型車已全部由國內企業(yè)自主設計、系統(tǒng)集成和組裝，A型車也已開始國內企業(yè)自行設計、系統(tǒng)集成和組裝，國產化工作效果顯著，城市軌道交通機電技術設備已由上世紀90年代全面進口到現(xiàn)在基本立足國內。

4 結束語

BT2-8545軸承廣泛應用于北京、上海、廣州、天津、大連、長春、南京、重慶、武漢、深圳、杭州、成都、西安、蘇州、哈爾濱、沈陽等地；線路數62條，建設長度1733.16km，有廣闊的發(fā)展空間。