吳霓琪

(無錫正大軸承機械制造有限公司，江蘇 無錫 214191)

滾子軸承使用在載荷比較大的場合。直素線滾子在受載后，兩端不可避免地存在應(yīng)力集中現(xiàn)象(邊緣效應(yīng))，使軸承的疲勞壽命大大降低。為了克服這種邊緣效應(yīng)，實際應(yīng)用中采用了凸度滾子。但凸度滾子克服邊緣效應(yīng)的效果不僅與滾子素線的形狀有關(guān)，而且與滾子的凸度量大小有關(guān)，因此，在滾子軸承設(shè)計時必須針對具體的工況合理確定滾子的凸度形狀及凸度量，從而在滾子類型一定的情況下最大限度地降低滾子與內(nèi)、外滾道接觸引起的邊界應(yīng)力集中，提高軸承的承載能力和使用壽命。目前，在所有滾子軸承中，圓柱滾子軸承應(yīng)用最為廣泛，現(xiàn)對圓柱滾子的凸度形式及凸度量的選取進行介紹。

1 素線形式及設(shè)計方法

目前的工程應(yīng)用中，凸度圓柱滾子的素線主要采用3種形式：全圓弧素線、圓弧修緣素線和對數(shù)素線(圖1)。

(a)全圓弧素線 (b)圓弧修緣素線 (c)對數(shù)素線

全圓弧素線凸度滾子的素線為一段圓弧線。輕載時，接觸狀態(tài)幾近于點接觸，滾子的穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生偏斜。當(dāng)載荷增大時，可使?jié)L子全長進入接觸且不發(fā)生邊緣應(yīng)力效應(yīng)，但滾子中部往往有較高的壓力峰值。因此，該類型滾子存在接觸應(yīng)力集中。

圓弧修緣素線滾子的素線中部為直線，兩端為修緣圓弧，在圓弧與直線相交處有明顯的幾何交點。滾子的工作長度也隨載荷變化，滾子可全長進入接觸且不發(fā)生邊緣效應(yīng)，穩(wěn)定性比全圓弧素線滾子好。

上述兩種類型滾子都仍存在應(yīng)力集中的問題，比較而言，最為理想的是對數(shù)素線滾子。采用該類型滾子，可以使接觸載荷均勻分布。

由文獻[1]知，對數(shù)素線滾子的凸度量為

δ=2.81×10-6W{1.193 2+ln[Lwe/(2a)]}/

Lwe,

圓弧修緣素線滾子的凸度量為

δ=3.85×10-5W0.9/(Lw-2t1)0.8，

式中：W=Cr/Z；lu=Lw-2t1；lm=lu-2t；Lw為滾子長度；Cr為徑向額定動載荷；t為修整線圓弧部分長度；t1為滾子凸度測量點距滾子端面距離。

在圓柱滾子軸承優(yōu)化設(shè)計中推薦采用對數(shù)素線滾子。但在實際應(yīng)用中，由于加工成本和加工設(shè)備的限制，難以穩(wěn)定、可靠地獲得對數(shù)素線，因此，可采用圓弧修緣素線代替。

2 凸度量的確定

要獲得合理的凸度量,必須對不同凸度量的修形滾子進行分析,并在此基礎(chǔ)上進行凸度量的優(yōu)化設(shè)計。文獻[2]將滾子直徑作為滾子規(guī)格分類的依據(jù)?？紤]到設(shè)計的簡明和方便，同樣可以依據(jù)滾子名義外徑Dw來確定滾子凸度量。

表1為根據(jù)多年的實踐經(jīng)驗得出的滾子凸度量δ與滾子外徑Dw的關(guān)系式。考慮到明確統(tǒng)一和測量的方便,單邊修形圓弧長度t2為滾子凸度弧線與直線的理論交點距滾子端面的距離。t2取滾子名義長度的1/6。凸度量的上、下偏差分別為0和+0.005 mm。表2為綜合中國、德國、美國和日本標(biāo)準(zhǔn)得到的不同規(guī)格滾子的凸度量及其公差。

表1 滾子凸度量的計算 mm

表2 滾子凸度量及其公差 mm

滾子凸度與圓弧的關(guān)系如圖2所示，由圖中幾何關(guān)系可知

圖2 滾子凸度與圓弧關(guān)系示意圖

R2=H2+[(Lw-2r)/2]2，

(1)

R2=(H+δ)2+[(Lw-2t2)/2]2，

(2)

式中:r為倒角半徑。當(dāng)其他參數(shù)都確定時，H和R可一一對應(yīng)求出。因此,無論采用金剛筆還是金剛滾輪修整砂輪,都能達到要求。

3 結(jié)束語

由實踐經(jīng)驗總結(jié)得到的滾子凸度量與其外徑間的計算式，在滾子設(shè)計中較為實用。該方法能準(zhǔn)確得到各種規(guī)格滾子的凸度量，準(zhǔn)確而且簡便。