高載荷圓錐滾子軸承的設(shè)計

陳亞軍

（甘肅機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741000）

1 標準圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)分析

標準圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示，屬于分離型軸承。圓錐滾子軸承因其結(jié)構(gòu)的特殊性，可以承受較大的徑向載荷和單一方向的軸向載荷。單列圓錐滾子軸承由內(nèi)、外圈、保持架和多個圓錐滾子組成。按照文獻[1]對圓錐滾子軸承外形尺寸標準的規(guī)定，標準型號的圓錐滾子軸承外圈或內(nèi)圈組件均應(yīng)具備完全互換性。

圖1 標準圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)

單列圓錐滾子軸承的承載能力與軸承材料及相關(guān)設(shè)計尺寸有關(guān)，隨滾子母線有效長度的增大而增大。所以，只要能適當增大滾子母線有效長度，便可提高圓錐滾子軸承承載能力。分析標準圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)知，軸承內(nèi)圈上有大小兩處擋邊，大擋邊內(nèi)側(cè)面承受圓錐滾子的擠壓應(yīng)力，為主要受力面。小擋邊與在滾子軸承工作過程中不接觸，只為鎖住保持架與滾子而設(shè)計[2]。故只要保持架與滾子能自鎖，小擋邊便可去掉，同時圓錐滾子有效空間增大，長度便可加長。如此可簡化軸承結(jié)構(gòu)，便于生產(chǎn)制造；同時可提升軸承承載能力，延長軸承使用壽命。

2 圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)改進設(shè)計

在確保軸承力學(xué)及使用性能不降低、不改變軸承關(guān)鍵尺寸的前提下，對其結(jié)構(gòu)做如下改進。

（1）改進內(nèi)圈結(jié)構(gòu)。首先在內(nèi)圈大端面外徑處加工一小尺寸凸臺，接著去掉軸承內(nèi)圈小擋邊，將內(nèi)滾道面延長為圓錐面。此時，內(nèi)滾道面形狀將簡化，制造工序也將減少，同時軸承生產(chǎn)成本隨著降低。同時，大擋邊厚度a可向內(nèi)側(cè)加厚，此時大擋邊所受彎曲應(yīng)力σb及剪切應(yīng)力τ為[3]：

由上式知，隨著的增大，大擋邊所受應(yīng)力減小，大擋邊強度將會提高。

（2）改進保持架結(jié)構(gòu)。為鎖住保持架與滾子，在保持架的大端設(shè)計環(huán)形端蓋，將此端蓋扣在內(nèi)圈大端面凸臺上，限制滾子與保持架的軸向移動，解決其軸向自鎖要求。

（3）增大滾子母線有效長度。隨著小擋邊的去除，滾子沿內(nèi)滾道小端方向的空間將會增大，可將滾子母線有效長度在不超出內(nèi)外滾道面的前提下依軸承型號尺寸適當延長。依據(jù)帕姆格林和德隆伯格理論及國標 ISO/1990，軸承基本額定動載荷 Cr為[4，5]：

式中：Lwe——滾子母線的有效長度。

可見，隨著Lwe的增大，軸承基本額定動載荷Cr也將提高。標準圓錐滾子軸承完成以上結(jié)構(gòu)改進設(shè)計后，所得高載荷圓錐滾子軸承設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 高載荷圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)

3 結(jié)論

隨著標準圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)的改進，軸承結(jié)構(gòu)形狀將簡化，加工成本將會降低。同時，大擋邊強度及軸承基本額定動載荷都將提高，軸承壽命必將延長。