论文部分内容阅读
[摘 要]调心滚子轴承因其具有两列滚动体，不仅仅能够承受径向载荷，同时还能够承受来自任何一个方向的轴向载荷，且载荷能力很高，适用于重载或者振动载荷下的工作，在工作中调心滚子轴承能够补偿在安装过程中或者轴本身具有的形变所导致的同心度误差，被广泛的应用在钢铁、矿山、造纸和海运等行业的各种机械设备中。调心滚子轴承保持架是保证轴承正常工作，提高使用寿命的关键因素，而目前使用中的调心滚子轴承保持架存在一定的问题，影响轴承的使用。基于此，本文对调心滚子轴承保持架设计中存在的问题进行了探究，并提出了几点解决措施。
[关键词]调心滚子轴承；实体保持架；问题；改进
中图分类号：TH494 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
引言
良好的实体保持架能够提高轴承工作的可靠性，軸承在高速重载条件下工作时，依然具有较长的使用寿命。而实体保持架设计的关键点为：使外圈、内圈、滚子、保持架的性能相匹配。目前的实体保持架设计中有一定的缺陷，导致轴承难以承受冲击振动及重载荷，不仅仅影响使用寿命，并且在正常工作中非常容易断裂，严重时可能引发安全事故，需要引起人们的重视，并对实体保持架的设计进行改良。
1 调心滚子轴承保持架概述
调心滚子轴承保持架有以下几种：冲压窗式保持架、黄铜保持架、钢制车削保持架以及塑料保持架。保持架结构形式决定了制造保持架的材料、轴承的引导方式和轴承内部空间大小。考虑轴承内部容许滚动体的安装空间，冲压保持架和塑料保持架的轴承内部空间大一些，而黄铜保持架和钢制车削保持架的内部空间则较小。钢制保持架成本低，但其自重高、塑变能力差，且自润性能不高，同样结构的轴承，黄铜保持架有更加良好的效果。但是采用黄铜作为原材料时，在离心浇铸、机加工成形的过程中会产生大量的有害气体及金属碎屑，对周边的环境破坏较大，因此，在条件允许的情况下，可采用较环保的冲压窗式结构设计。冲压窗式保持架采用优质碳素结构钢，抗拉强度大，滚子数量以及滚子的直径与长度都有所增加，其径向承载能力较高，它的极限转速高、摩擦损耗低，使用寿命长。
2 原实体保持架设计中的问题
传统的调心滚子轴承在设计方面，其主参数、外圈、内圈及滚子设计强度和刚性等性能都没有问题，只是保持架设计存在一定的缺陷，其缺陷主要表现在以下几个方面：
2.1 轴承可靠性低，易断裂
加工时受到刀具顶部角度的影响，保持架兜孔底部会形成1500的工艺锥度，这个锥度的存在降低了保持架兜底壁的厚度，保持架的强度也会受到一定的影响。同时滚子和保持架兜底接触面积减小，保持架横梁根部较薄，横梁强度不高。在工作过程中，轴承承受冲击振动及重载荷时，保持架横梁易从根部裂断，大大降低了轴承的可靠性。
2.2 定位不准确，影响使用
保持架兜孔的形状为圆柱和圆台的组合，这样的形状特点决定了兜孔和滚子的接触面积较小，保持架兜孔难以对滚子进行引导。轴承受到冲击载荷时，会高速旋转，此时个别轴线容易发生较大角度的侧转，旦有一粒滚子轴线相对于保持架兜孔轴线发生较大角度的侧转，那么这粒滚子的滚动将落后于正常滚子的滚动，就容易发生保持架横梁裂断的现象；在加工兜孔时，锁刀和钻头不容易进行准确的定位，那么兜孔中心径和角度的准确度也难以保证，保持架的加工精度也会受到影响，保持架端面与兜孔轴线方向不垂直，合套后轴承旋转不灵活，工作中容易产生噪声，由于摩擦过大轴承温度过高，影响使用寿命。
图1为保持架改进之前的设计。
3 实体保持架的改进设计
针对上文中提到的保持架存在的缺陷，本文拟从三个方面对保持架进行改进，改进后的设计图如图2所示。
首先将保持架的兜底孔由传统的圆柱与圆锥台组合结构变为圆柱与圆球台组合结构，即为把滚子和保持架兜孔的接触方式进行了改变，将过去的线接触变为目前的面接触，兜孔对滚子的包容量变大了，其计算公式为：
上面式子中：
ε1和ε2為系数；Rd为兜孔曲率半径；R为滚子曲率半径，LP’为兜孔球台高度；LP为保持架兜孔斜边高度；Le为兜孔总深度；DP为保持架兜孔直径；DP’保持架兜孔底部直径；DW为滚子直径；LW为滚子长度；α为轴承公称接触角；Be为保持架宽度；Be’为车削钻孔面保持架宽度；De为外圆滚道直径；图2中的α角为车削面和保持架端面形成的角度。
其次，将传统保持架兜底孔的150°角工艺锥顶去掉，兜孔底部车成平面，如图2中B-B旋转图所示。
最后，沿着与兜孔中心线垂直的方面车削出一个片面，设道具的直径为D，那么和加工平面有关的参数有：
4 改进后的效果
通过上述方式将调心滚子轴承实体保持架进行改进，大大提高了成套轴承的可靠性。与过去传统的保持架设计方式相比，不仅提高了轴承的额定载荷，保证了轴承的旋转精度，并且轴承的使用寿命被大幅度延长，整体的产品质量得到提高，改进效果非常显著。
结语
综上所述，过去传统的设计方式不仅工作效率不高，而且在工作过程中容易断裂，影响整个机械设备。将其保持架进行适当的改进，其质量有了明显的提高。随着科学的不断发展，会有越来越多的新技术和新设备应用到轴承的设计与加工中来，其中存在的问题一定会得到改进，从而促进我国工业的进步，带动国民经济快速发展。
参考文献
[1] 崔明广，刘凡.调心滚子轴承实体保持架的改进设计[J].金属加工（冷加工），2010，23：42-43.
[2] 冯光波，马学芳.调心滚子轴承实体保持架镗孔工艺的改进[J].轴承，2007，05：12-13.
[3] 王丽君，马军，刘瑞实.24000CA型调心滚子轴承实体保持架的改进设计[J].轴承，2003，04：10-12.
[4] 陈龙，李中林，郑昊天，夏新涛，邱明.实体保持架调心滚子轴承主参数优化思路[J].轴承，2014，11：1-5.
[关键词]调心滚子轴承；实体保持架；问题；改进
中图分类号：TH494 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
引言
良好的实体保持架能够提高轴承工作的可靠性，軸承在高速重载条件下工作时，依然具有较长的使用寿命。而实体保持架设计的关键点为：使外圈、内圈、滚子、保持架的性能相匹配。目前的实体保持架设计中有一定的缺陷，导致轴承难以承受冲击振动及重载荷，不仅仅影响使用寿命，并且在正常工作中非常容易断裂，严重时可能引发安全事故，需要引起人们的重视，并对实体保持架的设计进行改良。
1 调心滚子轴承保持架概述
调心滚子轴承保持架有以下几种：冲压窗式保持架、黄铜保持架、钢制车削保持架以及塑料保持架。保持架结构形式决定了制造保持架的材料、轴承的引导方式和轴承内部空间大小。考虑轴承内部容许滚动体的安装空间，冲压保持架和塑料保持架的轴承内部空间大一些，而黄铜保持架和钢制车削保持架的内部空间则较小。钢制保持架成本低，但其自重高、塑变能力差，且自润性能不高，同样结构的轴承，黄铜保持架有更加良好的效果。但是采用黄铜作为原材料时，在离心浇铸、机加工成形的过程中会产生大量的有害气体及金属碎屑，对周边的环境破坏较大，因此，在条件允许的情况下，可采用较环保的冲压窗式结构设计。冲压窗式保持架采用优质碳素结构钢，抗拉强度大，滚子数量以及滚子的直径与长度都有所增加，其径向承载能力较高，它的极限转速高、摩擦损耗低，使用寿命长。
2 原实体保持架设计中的问题
传统的调心滚子轴承在设计方面，其主参数、外圈、内圈及滚子设计强度和刚性等性能都没有问题，只是保持架设计存在一定的缺陷，其缺陷主要表现在以下几个方面：
2.1 轴承可靠性低，易断裂
加工时受到刀具顶部角度的影响，保持架兜孔底部会形成1500的工艺锥度，这个锥度的存在降低了保持架兜底壁的厚度，保持架的强度也会受到一定的影响。同时滚子和保持架兜底接触面积减小，保持架横梁根部较薄，横梁强度不高。在工作过程中，轴承承受冲击振动及重载荷时，保持架横梁易从根部裂断，大大降低了轴承的可靠性。
2.2 定位不准确，影响使用
保持架兜孔的形状为圆柱和圆台的组合，这样的形状特点决定了兜孔和滚子的接触面积较小，保持架兜孔难以对滚子进行引导。轴承受到冲击载荷时，会高速旋转，此时个别轴线容易发生较大角度的侧转，旦有一粒滚子轴线相对于保持架兜孔轴线发生较大角度的侧转，那么这粒滚子的滚动将落后于正常滚子的滚动，就容易发生保持架横梁裂断的现象；在加工兜孔时，锁刀和钻头不容易进行准确的定位，那么兜孔中心径和角度的准确度也难以保证，保持架的加工精度也会受到影响，保持架端面与兜孔轴线方向不垂直，合套后轴承旋转不灵活，工作中容易产生噪声，由于摩擦过大轴承温度过高，影响使用寿命。
图1为保持架改进之前的设计。
3 实体保持架的改进设计
针对上文中提到的保持架存在的缺陷，本文拟从三个方面对保持架进行改进，改进后的设计图如图2所示。
首先将保持架的兜底孔由传统的圆柱与圆锥台组合结构变为圆柱与圆球台组合结构，即为把滚子和保持架兜孔的接触方式进行了改变，将过去的线接触变为目前的面接触，兜孔对滚子的包容量变大了，其计算公式为：
上面式子中：
ε1和ε2為系数；Rd为兜孔曲率半径；R为滚子曲率半径，LP’为兜孔球台高度；LP为保持架兜孔斜边高度；Le为兜孔总深度；DP为保持架兜孔直径；DP’保持架兜孔底部直径；DW为滚子直径；LW为滚子长度；α为轴承公称接触角；Be为保持架宽度；Be’为车削钻孔面保持架宽度；De为外圆滚道直径；图2中的α角为车削面和保持架端面形成的角度。
其次，将传统保持架兜底孔的150°角工艺锥顶去掉，兜孔底部车成平面，如图2中B-B旋转图所示。
最后，沿着与兜孔中心线垂直的方面车削出一个片面，设道具的直径为D，那么和加工平面有关的参数有：
4 改进后的效果
通过上述方式将调心滚子轴承实体保持架进行改进，大大提高了成套轴承的可靠性。与过去传统的保持架设计方式相比，不仅提高了轴承的额定载荷，保证了轴承的旋转精度，并且轴承的使用寿命被大幅度延长，整体的产品质量得到提高，改进效果非常显著。
结语
综上所述，过去传统的设计方式不仅工作效率不高，而且在工作过程中容易断裂，影响整个机械设备。将其保持架进行适当的改进，其质量有了明显的提高。随着科学的不断发展，会有越来越多的新技术和新设备应用到轴承的设计与加工中来，其中存在的问题一定会得到改进，从而促进我国工业的进步，带动国民经济快速发展。
参考文献
[1] 崔明广，刘凡.调心滚子轴承实体保持架的改进设计[J].金属加工（冷加工），2010，23：42-43.
[2] 冯光波，马学芳.调心滚子轴承实体保持架镗孔工艺的改进[J].轴承，2007，05：12-13.
[3] 王丽君，马军，刘瑞实.24000CA型调心滚子轴承实体保持架的改进设计[J].轴承，2003，04：10-12.
[4] 陈龙，李中林，郑昊天，夏新涛，邱明.实体保持架调心滚子轴承主参数优化思路[J].轴承，2014，11：1-5.