滿滾子徑向自鎖軸承的優(yōu)化設(shè)計

葉泳，徐耀良，欒柏松

(浙江四通軸承集團(tuán)有限公司 技術(shù)中心,浙江 衢州 324200)

滿滾子徑向自鎖軸承無保持架，依靠滾子進(jìn)行徑向自鎖而不散套，能承受較大載荷，適用于低速重載場合[1-5]。國內(nèi)滿滾子徑向自鎖軸承生產(chǎn)廠家通常參考GB/T 283—2007《滾動軸承 圓柱滾子軸承 外形尺寸》進(jìn)行設(shè)計，為滿足滿滾子軸承徑向自鎖的要求，往往保持滾子組節(jié)圓直徑Dpw不變，通過改變滾子直徑和數(shù)量的方法來實(shí)現(xiàn)。由于滾子的生產(chǎn)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化，故采用該方法生產(chǎn)裝配時需定制特殊滾子，給該類軸承的設(shè)計帶來了不必要的麻煩。鑒于此，提出一種采用同系列標(biāo)準(zhǔn)滾子、通過改變滾子組節(jié)圓直徑來滿足滿滾子軸承徑向自鎖要求的設(shè)計方法。

1 設(shè)計思想

將參考GB/T 283—2007計算得到的滾子組節(jié)圓直徑Dpw0作為參考參數(shù)，選取同系列標(biāo)準(zhǔn)滾子，設(shè)計得到合適的滿滾子軸承的滾子組節(jié)圓直徑Dpw，考慮滾子間的間隙，修正滾子組節(jié)圓直徑，驗(yàn)證滾子組節(jié)圓直徑Dpw是否能滿足自鎖要求。

2 設(shè)計方法和過程

以NUP310EV型滿滾子軸承為例進(jìn)行分析，其主要外形尺寸有：滾子組內(nèi)徑Fw為65 mm，滾子組外徑Ew為97 mm。

2.1 初始設(shè)計

參考GB/T 283—2007可得NU310E的滾子組節(jié)圓直徑初始值為

Dpw0=0.5(Fw+Ew)=81 mm，

滾子直徑初始值為

Dw0=0.5(Ew-Fw)=16 mm。

假設(shè)滾子均布于中心圓(圖1)，則每個滾子所占半圓心角為

圖1 滿滾子軸承滾子排列圖Fig.1 Arrangement diagram of roller in full roller bearing

滾子數(shù)量為

取滾子數(shù)Z=16。

2.2 優(yōu)化設(shè)計

以上述滾子數(shù)Z0和滾子直徑Dw0為基本設(shè)計參數(shù)進(jìn)行滿滾子軸承的設(shè)計，滿滾子軸承滾子分布如圖2所示。Z=Z0=16，Dw=Dw0=16 mm,確定Z和Dw后可得到每個滾子所占半圓心角為

圖2 滿滾子軸承滾子組節(jié)圓直徑設(shè)計Fig.2 Design of pitch diameter of roller set of full roller bearing

滾子組節(jié)圓半徑為

滾子半圓切點(diǎn)弦長

考慮軸承的工作狀態(tài)，為防止軸承工作時抱死，滾子之間需保留合適的間隙。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)滾子間間隙t=0.001Dw0，如圖3所示，可通過增大滾子組節(jié)圓直徑實(shí)現(xiàn)。

圖3 滿滾子軸承滾子組節(jié)圓直徑修正Fig.3 Modification for pitch diameter of roller set of full roller bearing

增大滾子組節(jié)圓直徑后，滾子半圓弦長為

則

滾子組節(jié)圓半徑增加量為

K=O3P2-O2P2=0.04 mm，

從而可得滾子組節(jié)圓直徑為

Dpw=2(41.007+0.04)=82.09 mm。

3 滿滾子狀態(tài)自鎖驗(yàn)證

在間隙量t狀態(tài)下滿滾子軸承滾子組節(jié)圓半徑為R3，滾子排列示意圖如圖4所示。在Rt△OAC中，若滿足AC

圖4 滿滾子軸承滾子排列示意圖Fig.4 Arrangement diagram of roller in full roller bearing

每個滾子所占半圓心角為

arcsin(8/41.045)=11.239°，

軸承滾子間總間隙所占圓心角為

θ=360°-2Zω3=0.352°，

則

故NUP310EV的設(shè)計可滿足滾子徑向自鎖要求。

4 結(jié)束語

通過采用標(biāo)準(zhǔn)滾子、改變滾子組節(jié)圓直徑的方法進(jìn)行滿滾子徑向自鎖軸承的設(shè)計，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用很好地滿足了用戶需求，分析方法可為該類軸承的設(shè)計提供參考。