王朝峰，王朋偉，劉高杰

（1. 洛陽(yáng)LYC軸承有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039； 2. 航空精密軸承國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng) 471039）

1 前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各工業(yè)企業(yè)正在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)，機(jī)器設(shè)備的工作能力不斷提高，相應(yīng)地對(duì)軸承的承載能力要求也提高了，傳統(tǒng)的軸承已不能滿足現(xiàn)在的工況要求。推力圓柱滾子軸承多用于軋機(jī)壓下機(jī)構(gòu)、鉆機(jī)等重型工程機(jī)械上，需承受較大的軸向載荷。推力圓柱滾子軸承由軸圈、座圈、保持架和圓柱滾子組成。GB/T 4663-2017 《滾動(dòng)軸承 推力圓柱滾子軸承外形尺寸》和 JB/T 8211-2005 《滾動(dòng)軸承 推力圓柱滾子和保持架組件及推力墊圈》對(duì)推力圓柱滾子軸承外形尺寸及保持架組件及推力墊圈的結(jié)構(gòu)形式、尺寸等做了規(guī)定。圓柱滾子在軸圈和座圈之間轉(zhuǎn)動(dòng)，其實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)是存在滑動(dòng)的現(xiàn)象，且是一直存在的。對(duì)于單向推力圓柱滾子軸承，JB/T 8211-2005《滾動(dòng)軸承 推力圓柱滾子和保持架組件及推力墊圈》 僅給出推力墊圈及保持器的尺寸，對(duì)滾動(dòng)體未做要求，而設(shè)計(jì)時(shí)為了提高軸承的額定載荷，通常選用長(zhǎng)度較大的滾動(dòng)體。較長(zhǎng)的滾動(dòng)體兩端的線速度差別較大，轉(zhuǎn)動(dòng)中滾動(dòng)體發(fā)生打滑現(xiàn)象較嚴(yán)重，滾動(dòng)體與套圈滾道磨損，溫升較高，影響軸承運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，進(jìn)而降低軸承的使用壽命[1-5]。

2 推力軸承結(jié)構(gòu)

目前傳統(tǒng)的推力圓柱滾子軸承是由軸圈、座圈、滾動(dòng)體、保持器組成，為改善滾動(dòng)體內(nèi)外兩端的線速度差，目前多采用雙排滾動(dòng)體組合，其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

圖1 推力圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)

推力圓柱滾子軸承其保持器通常為內(nèi)外兩件黃銅實(shí)體保持器，滾動(dòng)體裝入后，由螺釘通過(guò)外側(cè)保持器外徑將兩件保持器鎖緊，即可完成滾子及保持器的裝配, 見(jiàn)圖 2。

圖2 滾子保持器組件局部視圖

從上圖可以看出，雙排圓柱滾子圓周布置在座圈和軸圈之間，為改善滾動(dòng)體與套圈滾道之間的接觸狀態(tài)，雙排滾動(dòng)體也可用直徑相同長(zhǎng)短不一的滾動(dòng)體交錯(cuò)排列。在設(shè)計(jì)時(shí)通常通過(guò)增大滾動(dòng)體直徑、長(zhǎng)度和增多滾動(dòng)體數(shù)量的方式來(lái)提高軸承承載能力。在靠近保持架內(nèi)徑的地方受材料強(qiáng)度限制，兩相鄰兜孔之間的距離不可能再進(jìn)一步減小，也就是說(shuō)不可能再通過(guò)進(jìn)一步地增大滾動(dòng)體直徑或增多滾動(dòng)體數(shù)量的方式來(lái)提高軸承承載能力。但在靠近保持架外徑的地方兩相鄰兜孔間的距離明顯大于靠近保持架內(nèi)徑的地方，該部分空間未被充分利用[6]。

3 軸承優(yōu)化設(shè)計(jì)

為充分利用推力圓柱滾子軸承內(nèi)部的空間，進(jìn)一步提高軸承承載能力, 根據(jù)推力圓柱滾子軸承中滾動(dòng)體布置位置對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化布置，從而提高軸承空間的利用率，提高軸承承載能力。提出兩種優(yōu)化方案：1、內(nèi)外兩側(cè)分別均布式設(shè)計(jì); 2、球柱組合式設(shè)計(jì)。

3.1 內(nèi)外兩側(cè)分別均布式

內(nèi)外兩側(cè)分別均布式是指在軸承座圈和軸圈之間，滾動(dòng)體布置為內(nèi)外兩側(cè)兩列均布，如圖 3所示。

圖3 內(nèi)外兩側(cè)分別均布式設(shè)計(jì)

從圖中可以看出，將軸承內(nèi)部空間分為內(nèi)外兩側(cè)，將滾動(dòng)體分別均布，其保持架為整體式結(jié)構(gòu)，其上內(nèi)外兩側(cè)布置有方形兜孔，安裝時(shí)滾動(dòng)體裝在保持器方形兜孔內(nèi)，在保持器上下兩端面兜孔中部?jī)蓚?cè)鑿印鎖緊滾動(dòng)體，保證滾動(dòng)體不掉出。設(shè)計(jì)時(shí)座圈與軸圈之間的距離為滾子直徑，而滾子長(zhǎng)度要考慮保持器相鄰兩兜孔之間的距離，確保保持器強(qiáng)度，由于內(nèi)側(cè)一列空間位置有限，內(nèi)側(cè)一列可適當(dāng)減短滾動(dòng)體長(zhǎng)度，以確保保持器相鄰兩兜孔之間的強(qiáng)度。

3.2 球柱組合式

球柱組合式是指在軸承座圈和軸圈之間，滾動(dòng)體采用圓柱滾子和鋼球進(jìn)行排列布置。通常采取內(nèi)外兩側(cè)兩列均布，由于內(nèi)側(cè)一列布置滾動(dòng)體時(shí)空間位置受限較多，采用鋼球和圓柱滾子交錯(cuò)均布，如圖 4 所示。

圖4 球柱組合式設(shè)計(jì)

球柱組合式中，鋼球直徑和圓柱滾子直徑是相等的，其保持架為整體式結(jié)構(gòu)，其上布置有三種兜孔形狀：方形長(zhǎng)兜孔、方形短兜孔、圓形兜孔。 兜孔布置位置大致如下：多個(gè)方形長(zhǎng)兜孔沿圓周均布；相鄰兩個(gè)方形長(zhǎng)兜孔之間外側(cè)一列布置方形短兜孔，內(nèi)側(cè)一列布置圓形兜孔；兜孔數(shù)量根據(jù)實(shí)際空間位置確定。方形長(zhǎng)兜孔的長(zhǎng)度為方形短兜孔長(zhǎng)度的兩倍，裝配時(shí)長(zhǎng)兜孔內(nèi)放置兩個(gè)圓柱滾子。 滾動(dòng)體裝配后, 在保持器上下兩端面兜孔中部?jī)蓚?cè)鑿印鎖緊滾動(dòng)體，保證滾動(dòng)體不掉出。

4 結(jié)論

為適應(yīng)較大載荷的工況，結(jié)合雙列推力圓柱滾子軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，針對(duì)保持器結(jié)構(gòu)及滾動(dòng)體布置方式，提出內(nèi)外兩側(cè)分別均布式和球柱組合式兩種優(yōu)化方案。 優(yōu)化后軸承充分利用軸承內(nèi)部的空間，不僅能提高軸承的承載能力，還可以改善因滾動(dòng)體長(zhǎng)度較長(zhǎng)，滾動(dòng)體內(nèi)外線速度不一導(dǎo)致的回轉(zhuǎn)不平穩(wěn)現(xiàn)象。 與同尺寸的傳統(tǒng)推力圓柱滾動(dòng)體軸承相比，其額定載荷有了大幅度的提高，具有承載能力高、結(jié)構(gòu)緊湊、回轉(zhuǎn)穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)；且座圈、軸圈可與一般推力圓柱滾動(dòng)體軸承通用，這可大大提高軸承的使用范圍。