圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

多瑞明

河北安仁實業(yè)集團(tuán)軸承有限公司，河北 邢臺 054100

為了不斷提高機(jī)器的生產(chǎn)效率，最大限度的滿足用戶的要求，軸承制造廠一直把如何延長軸承壽命作為科技攻關(guān)的重點(diǎn)。

從軸承壽命L=a1*a23*（C/P）3/10可以看出，可采取各方面的技術(shù)措施來提高軸承壽命（L），其中提高軸承的承載能力（額定動負(fù)荷C），是延長軸承壽命的主要途徑。因此，我們必須對軸承進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，改進(jìn)軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

1 改進(jìn)圓柱滾子的型面

1）采用凸度滾子，消除或減輕滾子邊緣的應(yīng)力集中。實踐證明，由于疲勞剝落而損壞的絕大多數(shù)圓柱滾子軸承，幾乎全部是在滾子兩端的邊緣處開始疲勞損壞,這是因為滾子的邊緣效應(yīng)引起接觸應(yīng)力集中所致。如圖1滾子負(fù)荷應(yīng)力圖所示。滾子邊緣效應(yīng)所引起的滾子應(yīng)力，一般要比計算應(yīng)力大3～6倍，接觸應(yīng)力和變形顯著增大的那一段長度，相當(dāng)滾子長度的0.07～0.17倍。因此，需要改變一下滾子的母線形狀，將滾子做成帶有凸度形的，這樣就可以使其負(fù)荷應(yīng)力在接觸面上均勻分布，如圖2全凸形滾子負(fù)荷應(yīng)力圖和圖3修正線凸度滾子負(fù)荷應(yīng)力圖所示。全凸形狀的滾子主要問題在于形狀難制造加工；難以控制滾子在軸承中不產(chǎn)生偏斜；軸承的負(fù)荷容量有所損失，而修正線凸度滾子，卻無全凸?jié)L子的缺點(diǎn)。

2）圓柱滾子修正線凸度的計算。當(dāng)滾子的偏轉(zhuǎn)角度θ=0時，徑向負(fù)荷則正中作用于滾子的工作表面上，滾子的彈性變形δ（mm）與滾子（軸承鋼）的彈性常數(shù)Cb（kg/mm）和軸承滾子負(fù)荷PR（kg）的函數(shù)關(guān)系為：

式中：le-滾子的有效長度（mm）。

根據(jù)軸承的長期應(yīng)用實踐，通常把軸承徑向承載負(fù)荷歸納為：

滾子負(fù)荷的確定，應(yīng)考慮通用圓柱滾子軸承的常用實際工況條件，因而取式（3）中的“正常負(fù)荷”。同時，也考慮在“正常負(fù)荷”范圍內(nèi)的大多數(shù)軸承的實際應(yīng)用工況，一般?。?/p>

由式（1）、（2）和（4）可推導(dǎo)出滾子的彈性變形。

所謂滾子的修正線凸度量δΔ是滾子的單向彈性變形量，即滾子的彈性變形量δ的1/2。

修正線凸度滾子的直線部分占滾子全長的70%左右；兩頭凸度部分的長度各占滾子全長的15%左右。

2 增大圓柱滾子的體積

1）加大滾子的直徑和長度

當(dāng)軸承的當(dāng)量動負(fù)荷一定時，軸承的額定壽命L與額定動負(fù)荷C成正比變化，而圓柱滾子軸承的額定動負(fù)荷C為：

式中：fc—系數(shù)；

le—滾子的有效長度（mm）

Z—滾子的數(shù)量；

Δ—滾子的直徑（mm）。

從式（7）可看出，額定動負(fù)荷C是滾子的長度，直徑和數(shù)量的函數(shù)。因此，對軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計來講，亦力求增大圓柱滾子的體積，即加大滾子的直徑和長度，提高軸承的額定動負(fù)荷能力，從而達(dá)到提高軸承壽命的目的，這種軸承可稱為加強(qiáng)型圓柱滾子軸承。

2）加強(qiáng)型圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)

（1）加強(qiáng)型圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計主參數(shù)，適用于軸承的2、3、4、5和6系列。

滾子的長度一般可?。?/p>

（2）滾子的直徑一般取：

（3）一般型與加強(qiáng)型圓柱滾子軸承的承載能力及壽命的對比。通過計算，加強(qiáng)型比一般型的圓柱滾子軸承的額定動負(fù)荷平均提高43%、額定靜負(fù)荷平均提高33%、額定壽命平均提高3倍以上，詳見表1。

表1 加強(qiáng)型與一般型的圓柱滾子軸承負(fù)荷和壽命比較表

當(dāng)前，軸承工業(yè)正在繼續(xù)上質(zhì)量、上品種、上水平和上效益，應(yīng)當(dāng)十分重視采用凸度滾子。本文從軸承延壽出發(fā)，并考慮到技術(shù)上的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)上的合理性和加工制造的可能性，所提出的滾子凸度計算方法是可行的。

根據(jù)計算加強(qiáng)型圓柱滾子軸承比一般型圓柱滾子軸承的額定動負(fù)荷平均可提高43%、額定靜載荷平均可提高33%、額定壽命平均提高3倍以上。因此，在發(fā)展軸承品種、開發(fā)加強(qiáng)型圓柱滾子軸承時，本文（8）、（9）提出的軸承結(jié)構(gòu)主參數(shù)值，可以作為軸承供需雙方相互制約、共同遵守的技術(shù)依據(jù)。

[1]Eschman·Hasbargen·Weiand.Die Walzlagerpraxis，1978.

[2]徐學(xué)當(dāng)，方明岸.德國FAG軸承公司概況.軸承產(chǎn)品技術(shù)，1982.

[3]徐學(xué)當(dāng)，方明岸.德國FAG軸承公司概況.軸承研究中心，1981.

[4]Johannes Br·dlein; The Effect of Misalignment On the Life cylindrical Roller Bearings and Teperd Roller Bearing，1971.

[5]Johannes Br·dlein; The Fatigue Life of Axially Loaded Cylinderical Roller Bearings，1972.