周彬，郭嬋，王純，劉劍

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

無保持架圓柱滾子軸承在STR中橋主錐上的應(yīng)用

周彬，郭嬋，王純，劉劍

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

文章對(duì)無保持架圓柱滾子軸承在STR中橋主錐上的應(yīng)用進(jìn)行了強(qiáng)度計(jì)算、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和裝車驗(yàn)證，結(jié)果表明：無保持架圓柱滾子軸承可以有效較低采購成本、提高軸承的承載能力和使用壽命。

圓柱滾子軸承；無保持架；承載能力；壽命

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.015

CLC NO.: U463.55 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-44-02

引言

主減速器是驅(qū)動(dòng)橋上一個(gè)重要的傳動(dòng)部件，其功能主要是傳遞扭矩并減速增扭，它的可靠性是驅(qū)動(dòng)橋一個(gè)重要指標(biāo)[1]。STR中橋主動(dòng)錐齒輪采用懸臂式支承方式，其中，圓柱滾子軸承僅承受徑向力，一對(duì)圓錐滾子軸承承受部分徑向力和全部的軸向力。STR中橋在使用過程中，常發(fā)生主動(dòng)錐齒輪支承軸承破壞的故障，為此，非常有必要對(duì)主錐的支承軸承進(jìn)行綜合分析，以提高主錐的支承剛性。

STR中橋主錐的圓柱滾子軸承由于受軸承座結(jié)構(gòu)的限制，采用了外圈帶止動(dòng)槽的標(biāo)準(zhǔn)軸承，但在實(shí)際使用過程中，由于止動(dòng)槽底至越程槽的距離過小，強(qiáng)度不足，軸承易于卡簧槽處斷裂，并且軸承的有效壁厚較小，額定載荷過小，軸承滾子及內(nèi)圈易出現(xiàn)點(diǎn)蝕剝落。結(jié)合這些失效特征，將標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的圓柱滾子軸承優(yōu)化為滿滾子無保持架圓柱滾子軸承，在增大最小有效壁厚的基礎(chǔ)上提高軸承的額定載荷，從而降低產(chǎn)品成本、提高軸承承載能力和使用壽命。

1、新舊結(jié)構(gòu)的對(duì)比

1.1 標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)

標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的NU314軸承[2]如圖1最小有效壁厚只有3.4mm，越程槽偏大，止動(dòng)槽底部結(jié)構(gòu)未做要求，然而在實(shí)際生產(chǎn)中部分軸承的止動(dòng)槽根部呈現(xiàn)出直角過渡如圖2，從而在止動(dòng)槽根部易產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致軸承外圈斷裂失效。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的NU314

圖2 卡簧槽根部呈直角

1.2 第一次結(jié)構(gòu)優(yōu)化

NU314軸承在第一次改進(jìn)時(shí)，對(duì)軸承的外圈壁厚進(jìn)行了改進(jìn)，把標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的NU314軸承的滾動(dòng)體改小如圖3，以犧牲軸承的承載力來加強(qiáng)止動(dòng)槽處強(qiáng)度，止動(dòng)槽處強(qiáng)度雖得到了加強(qiáng)，但是軸承疲勞失效剝落如圖4的現(xiàn)象卻更加嚴(yán)重，明顯是由軸承的額定動(dòng)載荷降低所造成的。

圖3 第一次優(yōu)化結(jié)構(gòu)

圖4 軸承內(nèi)圈疲勞點(diǎn)蝕剝落

1.3 第二次結(jié)構(gòu)優(yōu)化

由于第一次優(yōu)化的結(jié)構(gòu)降低了軸承的額定載荷，使得軸承內(nèi)圈越易疲勞失效，點(diǎn)蝕剝落。因此，將NU314設(shè)計(jì)為滿滾子結(jié)構(gòu)[3]如圖5，增加滾子數(shù)量，并將最小有效壁厚增加至7.43min，止動(dòng)槽根部呈圓滑過渡，使軸承的額定動(dòng)載荷增加，從而使軸承的抗疲勞性能得到加強(qiáng)，提高軸承壽命。

圖5 滿滾子結(jié)構(gòu)

2、結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后的性能對(duì)比

2.1 額定載荷及壽命對(duì)比

2.1.1 軸承的額定動(dòng)載荷

根據(jù)GB/T6391-2003《滾動(dòng)軸承額定動(dòng)載荷和額定壽命》可知，額定動(dòng)載荷的計(jì)算公式[4]為：中

α——外圈滾道角度，α=0°；

bm——高質(zhì)量淬硬軸承剛良好加工方法的額定系數(shù)；

fc——與軸承材料、制造精度有關(guān)的系數(shù)；

I——軸承中球或滾子的列數(shù)；

Z——單列軸承中的球或滾子數(shù)。

經(jīng)計(jì)算，產(chǎn)品改為滿滾子軸承后，軸承額定動(dòng)載荷Cr= 227 KN；而第一次結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的軸承額定動(dòng)載荷Cr= 181KN，軸承額定載荷與承載能力大幅提高。其中軸承額定載荷增加了25.4%。

2.1.2 軸承的壽命

式中：P——當(dāng)量動(dòng)載荷；

C——額定動(dòng)載荷；

ε——壽命指數(shù)，滾子軸承，ε =10/3

由上式可知，當(dāng)軸承額定載荷提高時(shí)，軸承壽命也會(huì)相應(yīng)提高。則此時(shí) L10增加（227/181）10/3=2.13倍，即壽命相應(yīng)提高2.13倍。

2.1.3 軸承止動(dòng)槽結(jié)構(gòu)

如圖6所示：

● 將NU314外圈止動(dòng)槽的深度從原來的4毫米，改為3.4 mm，滾道處越程槽深度設(shè)計(jì)為最大0.5mm，使軸承的外圈有效厚度增加。

● 止動(dòng)槽根部由R1.0-1.5改為R1.75，使得止動(dòng)槽根部呈圓滑過渡，減少應(yīng)力集中。

圖6 止動(dòng)槽局部結(jié)構(gòu)圖

2.2 裝車驗(yàn)證效果

截止2015年年底（取改進(jìn)后3年的有效數(shù)據(jù)），無保持架滿滾子圓柱滾子軸承自2012年1月批量切換至今，2012年生產(chǎn)的橋平均故障率較2011年降低了74%，從圖7中可以看出，2012年各月生產(chǎn)的橋的故障率均低于2011年，說明無保持架圓柱滾子軸承可有效提高軸承使用壽命。

圖7 2011年和2012年生產(chǎn)的橋各月故障率

3、結(jié)論

由以上分析可以看出，增加滾子數(shù)量，增加軸承的外圈有效厚度可以有效的改善軸承的承載能力和使用壽命。

[1] 縣鵬宇.載重卡車車橋主減速器軸承的技術(shù)發(fā)展[J].軸承,2010（10）:56.

[2] Koyo.滾動(dòng)軸承綜合樣本.光洋精工株式會(huì)社,2005.

[3] 楊萍.滿滾動(dòng)體圓柱滾子軸承的設(shè)計(jì).軸承,2001（3）:4-7.

[4] 吳根生.滿圓柱滾子軸承的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì).軸承,2003（4）:12-14.

Maintains a cylindrical roller bearing in the STR tin the main applications of cone

Zhou Bin, Guo Chan, Wang Chun, Liu Jian
（Shaanxi Hande Axle Co. Ltd., Shaanxi Xi'an 710201）

This paper maintains a cylindrical roller bearing in the STR tin the main applications of cone strength calculation, structure optimization and loading test; the results showed that no cage cylindrical roller bearing can effectively reduceprocurement costs, improve the bearing capacity and service life.

cylindrical roller bearing; no cage; bearing capacity; life

U463.55

A

1671-7988 (2016)12-44-02

周彬，就職于陜西漢德車橋有限公司。