帶壓力擋圈的圓錐滾子軸承壽命試驗(yàn)的改進(jìn)

張振潮，鐵曉艷，任文亮

(1.國(guó)家軸承質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，河南 洛陽(yáng) 471039；2.洛陽(yáng)軸研精密機(jī)械有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

1 帶壓力擋圈的圓錐滾子軸承

帶壓力擋圈的圓錐滾子軸承通常用于小型汽車、輕卡的車橋半軸以及機(jī)床主軸中，其擋圈位于圓錐滾子大端一側(cè)，用于防止?jié)L子從滾道間滑脫，并與內(nèi)圈小擋邊配合使?jié)L子具有良好的軸向定位。一些有孔隙的壓力擋圈允許潤(rùn)滑油滲透到擋圈與滾子的接觸面，進(jìn)而改善滾子大端面的潤(rùn)滑狀態(tài)。另外，軸承的軸向游隙在加工過(guò)程中形成，安裝到主機(jī)時(shí)無(wú)需調(diào)配游隙[1]。

客戶送檢某型號(hào)汽車輪轂用圓錐滾子軸承進(jìn)行壽命可靠性試驗(yàn)，軸承型號(hào)為U399F/U360LF，尺寸為φ39.688 mm×φ73.025 mm×19.395 mm，額定動(dòng)載荷Cr=64.5 kN，額定靜載荷Cor=78 kN，F(xiàn)a/Fr的極限值e=0.36，軸向動(dòng)載荷系數(shù)Y=1.67。軸承裝配圖如圖1所示，外圈、內(nèi)圈、滾子、壓力擋圈材料均為GCr15，保持架材料為聚酰胺。該軸承在車橋半軸中代替1套雙列軸承或成對(duì)的單列軸承使用，軸承可承受徑向力和一定的軸向力。軸承壓裝到車橋半軸后的狀態(tài)如圖2所示。

1—外圈；2—壓力擋圈；3—內(nèi)圈；4—滾子；5—保持架

圖2 軸承壓裝在車橋半軸后的狀態(tài)示意圖

2 壽命可靠性試驗(yàn)裝置

圓錐滾子軸承試驗(yàn)裝置如圖3所示，試驗(yàn)時(shí)一次裝機(jī)2套軸承，軸向載荷通過(guò)軸向加載活塞作用于試驗(yàn)軸承，徑向載荷通過(guò)徑向加載活塞作用于中間的2套陪試軸承，并通過(guò)主軸作用于試驗(yàn)軸承。采用該試驗(yàn)裝置對(duì)帶壓力擋圈的圓錐滾子軸承進(jìn)行壽命試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，開始運(yùn)轉(zhuǎn)0.5 h后壓力擋圈脫落，滾子大端面失去壓力擋圈的定位作用力，從內(nèi)外圈間的正常運(yùn)轉(zhuǎn)空間滑出，導(dǎo)致軸承無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1—軸向加載活塞；2—襯套；3，6—試驗(yàn)軸承；4—陪試軸承；5—徑向加載活塞；7—定位端；8—主軸

由于內(nèi)圈大端面處無(wú)引導(dǎo)擋邊，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，滾子將會(huì)擠壓與外圈配合的壓力擋圈。而壓力擋圈與外圈是可分離的兩部分，出廠時(shí)由黏合劑粘結(jié)在一起，試驗(yàn)時(shí)壓力擋圈與外圈未被鎖緊，擋圈受力后易從外圈上脫落。因此必須將壓力擋圈與外圈鎖緊，在此，分別采用鎖緊襯套和鎖緊螺母對(duì)試驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)。

2.1 采用鎖緊襯套鎖緊壓力擋圈

如圖4所示，軸承外部加裝鎖緊襯套，鎖緊襯套與壓力擋圈配合端設(shè)置有擋邊，鎖緊襯套與外圈采用M6過(guò)渡配合公差，與殼體孔采用外圈與外殼孔的配合。試驗(yàn)前將軸承壓裝進(jìn)鎖緊襯套，即通過(guò)外圈與鎖緊襯套間的過(guò)渡配合將外圈與壓力擋圈鎖緊。這樣即可采用原試驗(yàn)裝置，但對(duì)軸承襯套的尺寸精度要求較高，試驗(yàn)前需根據(jù)軸承外徑尺寸選配合適的鎖緊襯套，避免安裝后鎖緊力不足導(dǎo)致?lián)跞γ撀?，或配合過(guò)緊影響軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖4 鎖緊襯套

按照標(biāo)準(zhǔn)，在徑向載荷17.5 kN，軸向載荷7.5 kN，轉(zhuǎn)速1 500 r/min的試驗(yàn)條件下進(jìn)行完全試驗(yàn)。結(jié)果表明，試驗(yàn)過(guò)程中壓力擋圈無(wú)脫落現(xiàn)象，試驗(yàn)后軸承無(wú)異常磨損痕跡。

2.2 采用鎖緊螺母鎖緊壓力擋圈

如圖5所示，模仿軸承在主機(jī)的安裝情況，并在軸的兩端安裝鎖緊螺母鎖緊內(nèi)圈來(lái)定位內(nèi)圈在軸上的位置。裝置采用3套圓柱滾子軸承進(jìn)行陪試。裝機(jī)后，端蓋、調(diào)整墊片與凸緣相互配合，調(diào)整端蓋1上的螺栓將外圈與壓力擋圈鎖緊。鎖緊力矩通常為200～270 N·mm，具體大小可參考實(shí)際工況。擋圈鎖緊后的軸承還可承受一定軸向載荷。軸承配置方式為試驗(yàn)軸承雙向固定，陪試軸承游動(dòng)支承。因此，試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)軸承要承受軸自身旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的軸向竄動(dòng)力，故僅對(duì)試驗(yàn)軸承施加徑向載荷。

1，9—端蓋；2—調(diào)整墊片；3—鎖緊定位端蓋；4—外圈；5—內(nèi)圈；6—壓力擋圈；7—凸緣；8—陪試軸承

陪試軸承也可用圓錐滾子軸承替代，此時(shí)，試驗(yàn)前需調(diào)節(jié)定位端蓋9上的螺栓，對(duì)陪試軸承及試驗(yàn)軸承施加適當(dāng)?shù)妮S向預(yù)緊力，避免試驗(yàn)時(shí)軸向預(yù)緊載荷過(guò)小導(dǎo)致陪試軸承出現(xiàn)非正常接觸現(xiàn)象。因此，陪試軸承為圓錐滾子軸承時(shí)，試驗(yàn)軸承需承受一定的軸向預(yù)緊載荷。

對(duì)送檢的U399/U360軸承在徑向載荷11 kN，轉(zhuǎn)速2 500 r/min的試驗(yàn)條件下進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)軸承擋圈無(wú)脫落現(xiàn)象，且軸承未發(fā)現(xiàn)異常。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于帶壓力擋圈的圓錐滾子軸承，壽命試驗(yàn)時(shí)需鎖緊壓力擋圈，以防止壓力擋圈脫落造成軸承無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。采用鎖緊襯套，側(cè)重于對(duì)內(nèi)、外圈及滾子的考核，因試驗(yàn)時(shí)施加了軸向載荷,徑向載荷對(duì)應(yīng)的載荷分布系數(shù)較大，軸承承載能力也較大；采用鎖緊螺母，則偏重于考核軸承和壓力擋圈的綜合性能，試驗(yàn)時(shí)未對(duì)軸承施加軸向載荷，因軸承游隙緣故，徑向載荷對(duì)應(yīng)的載荷分布系數(shù)較小，軸承承載能力也較小。

如果要進(jìn)一步對(duì)軸承在主機(jī)上運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性進(jìn)行評(píng)估，需要進(jìn)行一些專項(xiàng)試驗(yàn)，模擬主機(jī)各種運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的載荷、轉(zhuǎn)速、外部環(huán)境等工況，對(duì)軸承壽命進(jìn)行考核。