李啟，劉高杰，王朋偉

（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; 3. 河南省高端軸承產(chǎn)業(yè)研究院，河南 洛陽(yáng) 471039; 4. 河南省軸承技術(shù)創(chuàng)新中心，河南 洛陽(yáng) 471039）

1 前言

圓柱滾子軸承具有承載能力高、剛度大、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，在滾動(dòng)軸承中占有重要地位[1]。保持器的主要作用是在軸承工作過(guò)程中避免滾動(dòng)體之間的直接接觸。通常圓柱滾子軸承保持器有沖壓保持器、實(shí)體保持器、塑料保持器、支柱焊接保持器等。實(shí)體保持器又分為整體式和分體式兩種結(jié)構(gòu)，多為黃銅材料，也有青銅、鋼和鑄鐵等。分體式結(jié)構(gòu)由保持器本體、端蓋和鉚釘組成，也有保持器本體上自帶鉚釘頭結(jié)構(gòu)，裝配時(shí)滾子裝入保持器兜孔，將保持器本體和端蓋通過(guò)鉚釘鉚結(jié)在一起，即完成滾子和保持器的裝配。由于其具有易加工、強(qiáng)度高、安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在一些場(chǎng)合被廣泛使用[2-3]。

2 寬系列圓柱軸承保持器結(jié)構(gòu)

在保持器設(shè)計(jì)選型時(shí)，保持器結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)軸承結(jié)構(gòu)、尺寸、工況、生產(chǎn)批量等合理選擇。沖壓保持器適用于大批量生產(chǎn)，但不適合高速、高精度的工況。要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)或高速軸承，多選用實(shí)體保持器，但加工效率低且加工成本也會(huì)增加。支柱焊接保持器多用于滾子尺寸大于 40 mm的軸承[4]，其滾動(dòng)體為空心結(jié)構(gòu)，支柱穿過(guò)滾動(dòng)體內(nèi)部，兩端分別通過(guò)螺紋和焊接與保持器墊圈固定。軸承工作時(shí)支柱通過(guò)滾子中心孔引導(dǎo)滾子旋轉(zhuǎn)，與其它結(jié)構(gòu)保持器軸承相比其可以容納更多數(shù)量的滾動(dòng)體，軸承載荷較大。但較長(zhǎng)的滾子中心孔加工難度大，且支柱孔與滾子外徑同軸度等難以保證，工作過(guò)程中易引起軸承內(nèi)部發(fā)熱[5]；其滾子為空心結(jié)構(gòu)，不適用于一些沖擊載荷較大的工況。通常寬系列圓柱滾子軸承保持器多選用黃銅實(shí)體保持器，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 圓柱軸承黃銅實(shí)體保持器結(jié)構(gòu)

黃銅實(shí)體保持器如圖所示，把圓柱滾子裝入兜孔內(nèi)，通過(guò)鉚釘或本體上自帶的鉚釘頭將保持器端蓋鉚接在一起，形成滾子與保持器組件。滾子兜孔圓周均布于保持器本體上，保持器本體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。兜孔圓周均布在黃銅實(shí)體保持器端面上，兜孔直徑及深度根據(jù)圓柱滾動(dòng)體尺寸確定。對(duì)于寬系列且內(nèi)外徑壁厚差較小的圓柱滾子軸承，其圓柱滾子直徑較小，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，滾子長(zhǎng)度和直徑的比值較大。如某一型號(hào)圓柱滾子軸承其滾子參數(shù)為φ30 mm×65 mm，保持器兜孔直徑較小，深度較大，材料成本高，兜孔在加工過(guò)程中，加工效率低，兜孔精度難以保證，較寬的保持器整體重量較重，從而提高了保持器的加工成本，進(jìn)而增加了軸承的整體成本。

圖2 實(shí)體保持器本體結(jié)構(gòu)

3 保持器結(jié)構(gòu)改進(jìn)

為解決寬系列圓柱滾子軸承保持器存在的問(wèn)題，在滿足軸承的使用要求，保證軸承承載能力，即滾子直徑長(zhǎng)度數(shù)量等不變的前提下，對(duì)實(shí)體保持器結(jié)構(gòu)、鉚釘連接方式進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的滾子與保持器組件如圖3 所示。

圖3 改進(jìn)后的保持器結(jié)構(gòu)

針對(duì)寬系列軸承保持器兜孔直徑小、深度大的特點(diǎn)，如圖3 所示將保持器結(jié)構(gòu)改進(jìn)為左右兩個(gè)半保持器，中間通過(guò)支柱進(jìn)行連接。左右兩個(gè)半保持器結(jié)構(gòu)尺寸完全一致，保持器兜孔在原結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上直徑不變，深度較以前減小，保持器內(nèi)外徑均可與原結(jié)構(gòu)一致，在原鉆孔的工藝下，僅改變鉆孔深度。與原結(jié)構(gòu)相比保持器的加工成本降低，改進(jìn)后的左右兩個(gè)半保持器結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 改進(jìn)后的兩半保持器結(jié)構(gòu)

優(yōu)化后的保持器在設(shè)計(jì)時(shí)，其兜孔深度根據(jù)滾動(dòng)體長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，保持器兩個(gè)兜孔之間的端面上設(shè)計(jì)有支柱孔，支柱孔為通孔，孔口留有倒角，便于安裝及鉚釘焊接。支柱結(jié)構(gòu)為左右對(duì)稱臺(tái)階軸形狀，其結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 改進(jìn)后保持器支柱結(jié)構(gòu)

實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，左右兩個(gè)半保持器的兜孔深度，可設(shè)計(jì)為滾動(dòng)體長(zhǎng)度的 1/3 再加上滾子與保持器的軸向間隙；支柱中部圓柱長(zhǎng)度為滾動(dòng)體長(zhǎng)度的 1/3；支柱兩側(cè)圓柱長(zhǎng)度為單個(gè)保持器的厚度加預(yù)留鉚接形成鉚釘頭的長(zhǎng)度。裝配后支柱左右兩臺(tái)階端面分別與左右兩半保持器兜孔側(cè)端面接觸。

軸承保持器裝配時(shí)，支柱及滾動(dòng)體兩端分別裝入左右兩個(gè)半保持器的支柱孔和保持器兜孔內(nèi)，支柱兩側(cè)的鉚釘頭會(huì)凸出保持器，將凸出的支柱頭鉚接在保持器上，從而使圓柱滾子、保持器左右兩半及支柱形成一個(gè)整體。

優(yōu)化后的軸承保持器結(jié)構(gòu)，圓柱滾子滾動(dòng)面與兜孔內(nèi)壁面接觸減小，兩者之間的摩擦發(fā)熱降低。兜孔深度較小，加工難度降低，保持器整體重量降低，成本大大降低。以 NU23XX 系列三個(gè)圓柱滾子軸承型號(hào)為例，對(duì)比優(yōu)化前后保持器重量，保持器重量降低了 30% 左右，見(jiàn)表1。

表 1 優(yōu)化前后軸承保持器重量

4 結(jié)束語(yǔ)

在滾子主參數(shù)不變的前提下，對(duì)大長(zhǎng)徑比圓柱滾子軸承保持器結(jié)構(gòu)、支柱結(jié)構(gòu)等進(jìn)行改進(jìn)，效果顯著：1）保持器兜孔在原結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上直徑不變、深度減小，降低了保持器兜孔的加工難度；2）采用優(yōu)化后的保持器結(jié)構(gòu)，可減小圓柱滾子與兜孔之間的接觸面積，降低了軸承工作時(shí)兩者之間的摩擦發(fā)熱；3）改進(jìn)后的保持器重量減少 30 % 左右，加工成本大幅降低且完全滿足使用要求，可為同類型產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供參考。