雙列剖分圓柱滾子軸承優(yōu)化設(shè)計(jì)

謝興會，王朋偉，范強(qiáng)

(1.洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039；2.航空精密軸承國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽 471039)

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，許多領(lǐng)域因空間限制而使軸承安裝拆卸困難，剖分軸承安裝拆卸時(shí)不用拆除軸及其他零件，可縮短維修周期，應(yīng)用廣泛[1-4]。在特殊部位，為增加軸承徑向承載能力，通常選擇雙列剖分圓柱滾子軸承。

1 雙列剖分圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

雙列剖分圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中一外圈為雙擋邊結(jié)構(gòu)，可滿足軸向定位，另一外圈為無擋邊結(jié)構(gòu)，在軸出現(xiàn)膨脹或收縮時(shí)可軸向移動。套圈有直線剖、V形剖及斜線剖等剖分形式，通常采用斜線剖[5]。

1—雙擋邊外圈；2—外隔圈；3—無擋邊外圈；4—滾子；5—保持架;6—緊固圈;7—內(nèi)圈;8—外圈剖切線;9—內(nèi)圈剖切線圖1 雙列剖分圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of double row split cylindrical roller bearing

2 軸承加工和使用中出現(xiàn)的問題

2.1 加工過程中

套圈淬火后通過線切割進(jìn)行剖分，套圈淬火后脆性和內(nèi)應(yīng)力大，線切割時(shí)的切割應(yīng)力會使套圈在切割過程中爆裂。對于雙擋邊外圈，滾道兩側(cè)擋邊及油溝的存在使零件厚度不均，導(dǎo)致同一截面各位置金相組織不同，線切割時(shí)應(yīng)力平衡不均，易造成零件崩裂或鉬絲斷裂，剖切及滾道加工難度均大于無擋邊外圈。

2.2 使用過程中

1)滾子通過剖切口時(shí)會產(chǎn)生沖擊和振動[6]。

2)兩半外圈無緊固裝置，安裝時(shí)兩半外圈斜切口貼合安裝，靠軸承座端蓋軸向壓緊，在軸向竄動時(shí)軸承兩半外圈斜切口會軸向錯(cuò)位。

3)通過兩半緊固圈用螺釘將兩半剖分內(nèi)圈緊固在軸上。若剖切后內(nèi)圈、緊固圈與軸的同心度不好，擰緊螺釘時(shí)兩半緊固圈螺釘接口處緊固力較大，內(nèi)圈中部緊固力較小，軸承工作時(shí)內(nèi)圈與軸會發(fā)生相對運(yùn)動，甚至出現(xiàn)內(nèi)圈跑圈現(xiàn)象，且內(nèi)圈剖切口處會劃傷軸配合面，從而使軸及軸承不能正常工作。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 軸承結(jié)構(gòu)

將兩外圈設(shè)計(jì)為無擋邊結(jié)構(gòu)，外隔圈設(shè)計(jì)為凸形結(jié)構(gòu)，如圖2所示。兩外圈分別位于外隔圈兩側(cè)臺階上，2列滾子端面與外隔圈端面接觸，起軸向定位作用。原結(jié)構(gòu)軸承的軸向載荷由外圈擋邊承受，優(yōu)化后外隔圈可承受一定的軸向載荷。為滿足外隔圈承受軸向載荷的要求，外隔圈材料一般選用GCr15，熱處理技術(shù)要求符合GB/T 34891—2017《滾動軸承 高碳鉻軸承鋼零件 熱處理技術(shù)條件》的規(guī)定。

1—外圈；2—外隔圈；3—滾子；4—保持架；5—緊固圈；6—內(nèi)圈圖2 優(yōu)化后的雙列剖分圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of double row split cylindrical roller bearing after optimization

為減小軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滾子與外隔圈之間的摩擦[7]，將外隔圈與滾子接觸部位端面設(shè)計(jì)成斜面，斜面角通常為0°17′，如圖3所示。常規(guī)滾子與外隔圈斜端面的接觸可起到減摩的作用，在對發(fā)熱要求較高的工況，可將滾子設(shè)計(jì)為球基面，合適的滾子球基面半徑、擋邊傾斜角及接觸位置關(guān)系，可降低兩者之間的接觸應(yīng)力，減少接觸應(yīng)力非均勻性，改善兩者之間的接觸狀態(tài)，減小摩擦。

1—外圈；2—外隔圈；3—滾子圖3 外隔圈與滾子端面接觸示意圖Fig.3 Contact diagram between outer spacer ring and roller end face

3.2 外圈剖切方式

為防止兩半外圈發(fā)生軸向錯(cuò)位，兩斜切口由平行變?yōu)榻徊?，對某些尺寸較大的外圈，可采用V形剖切方式，如圖4所示。剖切前在套圈中部鉆一個(gè)切割工藝孔，線切割時(shí)可從套圈中部向兩端面進(jìn)行。

圖4 V形剖切示意圖Fig.4 Diagram of V-shaped cutting

3.3 內(nèi)圈緊固圈

將兩半緊固圈改為4個(gè)緊固圈緊固，如圖5所示。

圖5 改進(jìn)后緊固圈裝配示意圖Fig.5 Assembly diagram of fastening ring after improvement

4 優(yōu)化后結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)

1)優(yōu)化后的軸承無擋邊外圈結(jié)構(gòu)簡單，材料利用率高，且套圈剖切及滾道加工難度小。

2)相比原切割方式，外圈V形剖切時(shí)切割行程縮短了一半，降低了外圈剖切過程中零件崩裂或鉬絲斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。在外圈安裝使用時(shí)，V形切口可減少軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的沖擊和振動。兩半外圈切口部位V形面配合剖切口可起到軸向定位的作用，進(jìn)一步提高了軸承運(yùn)行穩(wěn)定性。

3)通過4個(gè)位置對剖分內(nèi)圈和軸進(jìn)行約束，緊固力更均勻，緊固效果更好。

5 結(jié)束語

針對雙列剖分圓柱滾子軸承加工和使用中出現(xiàn)的問題進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的軸承加工難度低，生產(chǎn)周期短，滿足了用戶使用要求。