單列圓柱滾子軸承油孔的設(shè)計

姜巖，王學(xué)輝

(西北軸承股份有限公司 ，銀川 750021)

符號說明

b——接觸半寬

Cr——徑向額定動載荷

d0——油孔直徑

Dw——滾子直徑

E——外滾道直徑

F——內(nèi)滾道直徑

Fr——徑向載荷

Gr——徑向工作游隙

Jr——載荷分布系數(shù)

Lh——軸承壽命

Peano軌跡在加工平面零件時得到了良好的效果，但對于非球面零件的加工，Peano軌跡無法確保達(dá)到預(yù)期的加工結(jié)果。因此，文獻(xiàn)[42] 在Peano軌跡(圖5(a))的基礎(chǔ)上提出了更適合于非球面零件加工的類Peano軌跡(圖5(b))，在對直徑為100 mm的非球面零件加工的實驗中，經(jīng)過145 min的加工，使得面型誤差由PV=0.386 λ，RMS=0.056 λ收斂至PV=0.097 λ，RMS=0.011 λ(其中λ=632.8 nm)。

Lwe——滾子有效長度

n——軸承轉(zhuǎn)速

Qmax——最大滾動體載荷

T——載荷分布參數(shù)

z0——油孔個數(shù)

Z——滾子數(shù)

∑ρ——主曲率和

φ0——載荷范圍角

δmax——滾子與內(nèi)、外圈間的最大彈性變形量

圓柱滾子軸承為線接觸，能夠承受較大的徑向載荷，與其他類型的滾子軸承相比，摩擦因數(shù)較小，更易加工成精密級軸承。因此該類軸承被廣泛用于電動機(jī)、機(jī)車車輛軸箱、機(jī)床主軸、減速器、石油機(jī)械和軋鋼等工程設(shè)備中。

實際工作中，圓柱滾子軸承內(nèi)部除存在滾動運動外，還存在滑動運動，諸如滾子在滾道上的差動滑動、滾子端面與擋邊之間的滑動、保持架兜孔與滾子間的滑動、保持架引導(dǎo)面與套圈間的滑動等。通常，軸承需進(jìn)行充分潤滑，以降低摩擦和溫升，保證其良好運轉(zhuǎn)。軸承再潤滑通常是將潤滑劑通過軸承端面或內(nèi)、外徑面上的注油(脂)孔(簡稱油孔)注入軸承中。四列及雙列圓柱滾子軸承通常在外圈中擋邊上開設(shè)油孔，油孔與滾子不直接接觸。對于單列圓柱滾子軸承，潤滑劑大多數(shù)是從軸承端面內(nèi)、外圈之間的間隙進(jìn)入軸承內(nèi)部。但也有部分主機(jī)從經(jīng)濟(jì)性考慮而簡化潤滑通道，直接在滾道上開設(shè)油孔，使?jié)櫥瑒┲苯訌膬?nèi)、外徑面進(jìn)入軸承內(nèi)部。這種情況下，油孔將與滾子直接接觸，滾道易產(chǎn)生應(yīng)力集中，因此，有必要對軸承潤滑油孔個數(shù)及直徑進(jìn)行合理設(shè)計，避免因開設(shè)油孔降低軸承的性能。

1 理論計算

軸承工況已知時，當(dāng)量載荷按用戶提供值計算。若工況不清楚，則有2種計算方法：(1)根據(jù)轉(zhuǎn)速系數(shù)、壽命系數(shù)、額定動載荷近似計算；(2)對實際載荷很難精確計算的工況，通常根據(jù)機(jī)械的工作情況乘以經(jīng)驗系數(shù)進(jìn)行計算，詳細(xì)內(nèi)容見文獻(xiàn)[1]。

軸承的曲率和∑ρ為

滾子與內(nèi)、外圈間的最大彈性變形量δmax為

(1)

Lwe的計算方法見文獻(xiàn)[2]。

載荷分布參數(shù)T為[1]

(2)

Gr計算方法見文獻(xiàn)[3]。

最大滾動體載荷Qmax為

(3)

Jr的取值見文獻(xiàn)[1]。當(dāng)徑向游隙不為零時，最大滾動體載荷Qmax需通過徑向工作游隙Gr用逼近法計算，較為繁瑣。在實際工程計算中，如果具體工況不清楚，精確計算較難，可用當(dāng)量載荷及(4)式進(jìn)行近似計算[4]

(4)

接觸半寬b為

(5)

鋼制軸承材料的彈性模量E1=2.079×105N/mm2，泊松比ν=0.3，則(5)式化簡為

(6)

載荷范圍角φ0為

φ0=arccos(1-2T)。

(7)

2 油孔設(shè)計

油孔直徑d0為

d0≤2kyb，

(8)

根據(jù)經(jīng)驗ky=7.5～8.5，d0最終取最鄰近并小于計算值的標(biāo)準(zhǔn)鉆頭直徑。

油孔個數(shù)z0為

z0≤180°/φ0，

(9)

通常z0≤4，一般z0=2或3，從而使得油孔避開承載區(qū)。

3 設(shè)計舉例

由(8)式得，油孔直徑d0≤min{6.9,6.44}，取d0=6 mm。

內(nèi)、外圈溫差取10 ℃，計算得徑向工作游隙為0.04～0.102 mm，用最小工作游隙0.04 mm計算載荷范圍角，最終得z0≤3.28，取z0=3。同時，油孔分布在滾道中部。

4 結(jié)束語

根據(jù)主機(jī)用戶對軸承潤滑通道的布置，有時需要在單列圓柱滾子軸承滾道上開設(shè)油孔。油孔直徑與滾子和滾道間接觸面的寬度有近似為8倍的關(guān)系。油孔位置需避開載荷區(qū)或重載荷區(qū)。實際應(yīng)用中，油孔個數(shù)選取3個的較多。盡管文中設(shè)計方法滿足了工程需要，但油孔大小與潤滑效果的最優(yōu)關(guān)系有待進(jìn)一步探討。有時根據(jù)工況需要，還要在軸承內(nèi)、外徑面上開設(shè)油槽。