雙向推力圓錐滾子軸承整體保持架設(shè)計(jì)要點(diǎn)

趙麗，王學(xué)輝，張騰

（1.北方民族大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，銀川 750021；2.寶塔實(shí)業(yè)股份有限公司，銀川 750021）

1 雙向推力圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)及其保持架加工難點(diǎn)

雙向推力圓錐滾子軸承為可分離型軸承，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，由2個(gè)座圈、1個(gè)軸圈組成，可分別安裝軸圈、座圈和滾子保持架組件。該類型軸承適用于轉(zhuǎn)速較低，承受較大雙向軸向載荷的工況，但不能限制軸的徑向位移，廣泛用于粗軋機(jī)。

圖1 雙向推力圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of double direction thrust tapered roller bearing

該結(jié)構(gòu)軸承使用的傳統(tǒng)保持架由保持架座和蓋組成，保持架座沿徑向鉆、鏜兜孔，裝配時(shí)將保持架蓋箍緊在保持架座外徑面上，然后在保持架座和保持架蓋徑向鉆銷釘孔，用銷釘將兩者連接起來，如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)組合式保持架結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of traditional combined cage

傳統(tǒng)保持架在加工中存在一些缺陷，主要表現(xiàn)為：

1）保持架座需沿徑向鉆、鏜兜孔，由于保持架徑向剛度較差，鉆、鏜孔時(shí)保持架座變形大，加工精度較差；保持架座與保持架蓋沿外徑面鉆裝配用銷釘孔，孔的直徑較小，加工難度大。

2）保持架蓋外徑和內(nèi)徑差較小，也就是保持架蓋壁薄，車削裝卡變形較大。

3）保持架由座、蓋和銷釘3部分構(gòu)成，隨著零件個(gè)數(shù)增多，保持架整體可靠性降低。

2 整體保持架特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

基于傳統(tǒng)組合式保持架存在的加工缺陷，改進(jìn)設(shè)計(jì)成整體式保持架，在雙向圓錐滾子軸承主參數(shù)（滾子半錐角、滾子直徑、滾子長度、滾子個(gè)數(shù)）確定后，可進(jìn)行整體式保持架的設(shè)計(jì)。

2.1 保持架結(jié)構(gòu)

整體保持架結(jié)構(gòu)如圖3所示，沿軸向鉆、鏜加工保持架兜孔，保持架（靠座圈）端面一側(cè)兜孔伸展出一臺(tái)階，限制滾子從座圈方向脫落；在另一側(cè)端面橫梁上銑削一擴(kuò)脹槽，裝配合套時(shí)，先把滾子放入兜孔，通過專用工裝壓擴(kuò)脹槽，迫使槽向滾子側(cè)延伸，從而鎖住滾子。通過對保持架結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，裝配后使?jié)L子與保持架形成組件，便于主機(jī)用戶安裝軸承。

圖3 整體式保持架結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of integral cage

2.2 保持架設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.2.1 材料選擇

雙向推力圓錐滾子軸承整體式保持架要求材料既有良好的機(jī)械切削性能，又具有好的延展性，可選用錳黃銅ZCuZn38Mn2Pb2或鋁青銅ZCuAl10Fe3。另外，需要選擇合適的鑄造表面硬度，根據(jù)實(shí)踐，ZCuAl10Fe3鑄造硬度為80～120 HB，效果較好，ZCuAl10Fe3可作為保持架材料。

2.2.2 兜孔錐角

兜孔錐角與滾子錐角一致，伸展出的臺(tái)階也與滾子錐角一致，確保圓錐滾子大小頭與兜孔間隙一致，減小軸承工作中滾子的差動(dòng)滑動(dòng)。

2.2.3 兜孔臺(tái)階

保持架兜孔（靠座圈）一側(cè)有一擋住滾子沿軸向向座圈側(cè)脫落的臺(tái)階（圖3），臺(tái)階設(shè)計(jì)為銑削加工工藝性能好的梯形；臺(tái)階位于兜孔正中央，長度約為0.7Lw（滾子長度），高度為2～3 mm；伸出的臺(tái)階擋住滾子的鎖量為0.6～1 mm較為合適。

2.2.4 鎖緊擴(kuò)脹槽

保持架（靠軸圈）一側(cè)過梁端面上銑一鎖滾子擴(kuò)脹槽，該槽有5°～10°擴(kuò)脹導(dǎo)向槽，軸承合套時(shí)，用專用擴(kuò)脹工裝，迫使擴(kuò)脹槽向滾子側(cè)延伸，鎖住滾子；槽長度為（0.15～0.20）Lw，寬度約為橫梁寬度的0.55倍，擴(kuò)脹槽的深度為2～3 mm。

2.2.5 引導(dǎo)臺(tái)階

保持架靠內(nèi)徑側(cè)有一引導(dǎo)臺(tái)階，臺(tái)階端面與橫梁相對部位加工圓弧槽，以減小與軸圈接觸面積，并存儲(chǔ)少量潤滑油，減小摩擦；另一端面靠外徑側(cè)，也有一臺(tái)階與橫梁相對部位加工圓弧槽；根據(jù)軸承安裝位置的不同內(nèi)徑臺(tái)階與軸圈接觸引導(dǎo)保持架；或者外徑臺(tái)階與座圈擋邊端面接觸引導(dǎo)保持架回轉(zhuǎn)，應(yīng)注意保持架引導(dǎo)間隙應(yīng)小于兜孔與滾子的間隙，避免干涉。

2.2.6 保持架厚度

保持架兜孔兩端面相互平行，并與滾子半錐角相近，滾子半錐角與兜孔端面傾斜角差異應(yīng)在1°以內(nèi)，保持架厚度約為（0.55～0.70）Dw（滾子直徑）時(shí)，可以保證保持架的剛度及兜孔對滾子的包容量較好。

3 改進(jìn)效果

雙向推力圓錐滾子軸承改為整體式保持架，采用銅合金毛坯鑄造一次成形，強(qiáng)度好；兜孔軸向加工，兜孔表面粗糙度Ra可達(dá)到1.6μm，保持架軸向剛度好，變形小，尺寸精度容易保證；保持架端面與套圈接觸處加工圓弧槽可儲(chǔ)存少量油脂，減少了摩擦發(fā)熱；成套軸承噪聲小。

通過對產(chǎn)品927/351 Q/HCYA保持架（整體結(jié)構(gòu)）進(jìn)行尺寸檢測，兜孔寬度尺寸滿足技術(shù)要求，相互差不大于0.08 mm；厚度變動(dòng)量不大于0.05 mm，內(nèi)徑圓度不大于0.10 mm，保持架尺寸一致性較好。但整體式保持架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對加工設(shè)備要求較高，兜孔加工須在數(shù)控加工中心上鉆、銑，加工效率較低，成本較高。