孫 斌，孟艷艷,2，王 清，王典仁，2

（1.洛陽LYC軸承有限公司；2.航空精密軸承國家重點實驗室，河南 洛陽 471039）

大型圓錐滾子軸承廣泛應(yīng)用于冶金、礦山機(jī)械等場合，為了更好地滿足配套主機(jī)的工作性能，確保運行安全，除了必須保證軸承零件的制造誤差和裝配質(zhì)量外，還應(yīng)該特別關(guān)注包裝之后投入使用之前的質(zhì)量，確保其工作表面及外觀完好無損，達(dá)到用戶的預(yù)期使用要求。

根據(jù)用戶反饋，拆開包裝后的外圈滾道與滾子之間存在假性布氏壓痕[1]。而該壓痕是不允許出現(xiàn)的，因為它會降低軸承套圈的斷裂強(qiáng)度，對服役期間的軸承工作性能產(chǎn)生不良影響。

雖然，現(xiàn)行的包裝方式在外圈與內(nèi)組件之間襯墊了聚乙烯塑料薄膜，但是由于塑料薄膜厚度及減壓效果有限，軸承零件裝配后產(chǎn)生的自重及運輸過程中產(chǎn)的微小振動或擺動都會使薄膜失去防護(hù)作用，致使軸承零件滾動表面產(chǎn)生磨損或損傷，最終影響服役期間軸承的工作性能，如振動與噪聲加劇、運轉(zhuǎn)失靈或不穩(wěn)定等；或者發(fā)生微振磨損失效，致使旋轉(zhuǎn)精度喪失達(dá)不到用戶的預(yù)期使用要求，造成早期失效[2-4]。

因此，為了解決傳統(tǒng)包裝缺陷對大型圓錐滾子軸承運輸過程或長期靜止存放時，軸承滾動表面產(chǎn)生的假性布氏壓痕問題，本文對大型圓錐滾子軸承成品的內(nèi)包裝進(jìn)行了研究與改進(jìn)，即在外圈與內(nèi)組件之間設(shè)計并增加了厚度為1mm的EPE珍珠棉隔離墊。

軸承生銹會影響它的精度等級，降低其使用壽命，造成報廢或者使用時發(fā)生安全事故[5]?，F(xiàn)在主流的軸承外包裝材料為牛皮紙，但大型軸承由于其自身重量過大，容易造成牛皮紙的破裂，導(dǎo)致軸承與空氣接觸，致使軸承出現(xiàn)銹蝕的質(zhì)量問題，影響服役期間的使用性能。經(jīng)試驗分析發(fā)現(xiàn)，用厚度為0.5mm的塑料袋代替牛皮紙進(jìn)行密封包裝，可以有效隔絕空氣，防銹效果顯著。

1 在外圈與內(nèi)組件之間設(shè)計并增加EPE隔離墊

根據(jù)圓錐滾子軸承外圈與內(nèi)組件可分離的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計了外圈與內(nèi)組件之間的隔離墊。隔離墊的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 隔離墊結(jié)構(gòu)

隔離墊的尺寸按如下方式確定：

隔離墊內(nèi)環(huán)尺寸d=產(chǎn)品內(nèi)圈內(nèi)徑

隔離墊外環(huán)尺寸D=產(chǎn)品外圈滾道小端直徑尺寸+2×外滾道寬度尺寸

經(jīng)反復(fù)試驗分析，按上述計算方式確定的隔離墊外環(huán)尺寸，在結(jié)構(gòu)上可以將外滾道和滾子完全隔離開。而且以產(chǎn)品內(nèi)圈內(nèi)徑確定的內(nèi)環(huán)尺寸可以更加方便準(zhǔn)確定位，同時能夠最大程度節(jié)省材料，降低包裝成本。

最后，借助于EPE珍珠棉隔水防潮、防震、韌性強(qiáng)、環(huán)保、抗撞力強(qiáng)、質(zhì)量輕、耐腐蝕性等諸多優(yōu)點，制造了EPE隔離墊，該隔離墊在外圈和內(nèi)組件之間的擺放位置如圖2所示。

圖2 EPE隔離墊的擺放位置

EPE隔離墊完全隔離了外滾道與內(nèi)組件，避免了二者直接接觸，起到了有效隔離與防護(hù)作用，從而杜絕了外滾道與滾子接觸面間假性布氏壓痕的產(chǎn)生。

2 改進(jìn)外包裝結(jié)構(gòu)與材料

現(xiàn)行的外包裝多使用牛皮紙，但大型軸承由于其自身重量過大，運輸過程中的顛簸振動容易造成牛皮紙的破裂，導(dǎo)致軸承與空氣接觸，在長期存放過程中，容易出現(xiàn)表面銹蝕的質(zhì)量問題，降低軸承工作性能的可靠性，給制造商和用戶帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

基于圓錐滾子軸承裝配后可分離的特點，設(shè)計使用厚度為0.5mm的聚乙烯塑料袋分別對外圈和內(nèi)組件進(jìn)行熱塑包裝，然后用紙盒把包裝好的外圈與內(nèi)組件一并裝盒，保證軸承處于密封狀態(tài)，杜絕其與空氣和水分子接觸，達(dá)到了防銹和防止磕碰傷的目的。

3 仿真試驗研究

對EPE珍珠棉的防護(hù)效果進(jìn)行有限元仿真分析，SOLIDWORKS系統(tǒng)內(nèi)EPE珍珠棉材料屬性如圖3所示，彈性模量為172000000N/m2，泊松比為0.439，質(zhì)量密度為917kg/m3。

圖3 EPE珍珠棉材料屬性

試驗設(shè)置厚度為1mm、外徑為300mm、內(nèi)徑為120mm的EPE珍珠棉的下表面為固定幾何體?？紤]到大型軸承外圈重量一般為3～10kg，因此，本試驗擬對珍珠棉的上表面施加100N/m2的壓力，有限元網(wǎng)格劃分采用SolidWorks Simulation里的系統(tǒng)生成節(jié)點總數(shù)為15716個，單元總數(shù)為7592個，網(wǎng)格質(zhì)量高，滿足有限元數(shù)值計算的要求，相應(yīng)的網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖4所示。

圖4 網(wǎng)格劃分

按圖4網(wǎng)格劃分運算算例，可得厚度為1mm的EPE珍珠棉應(yīng)力、位移、應(yīng)變變化結(jié)果云圖分別如圖5～7所示。

圖5 應(yīng)力變化

圖5的仿真結(jié)果顯示，當(dāng)對厚度為1mm的EPE珍珠棉的上表面施加100N/m2的壓力時，EPE珍珠棉應(yīng)力變化僅為25.23N/m2遠(yuǎn)小于對其施加的100N/m2應(yīng)力，說明EPE珍珠棉的抗壓能力極好。

圖6 位移變化

圖6的仿真結(jié)果顯示，當(dāng)對厚度為1mm的EPE珍珠棉上表面施加100N/m2的壓力時，上表面位移變化極小僅為4.198e-7mm，所以，厚度為1mm的EPE珍珠棉具備很強(qiáng)的防震能力。

圖7的仿真結(jié)果顯示，當(dāng)對厚度為1mm的EPE珍珠棉上表面施加100N/m2的壓力時，上表面應(yīng)變變化為1.204×e-7，變形量很小，說明厚度為1mm的EPE珍珠棉具有很好的抗變形能力。

圖7 應(yīng)變變化

其他條件保持不變，對厚度為1mm的EPE珍珠棉上表面的壓力從100N/m2增加到500N/m2時，系統(tǒng)生成節(jié)點總數(shù)為15716個，單元總數(shù)為7592個，網(wǎng)格質(zhì)量高，滿足有限元數(shù)值計算的要求，相應(yīng)的網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖8所示。

圖8 網(wǎng)格劃分

按圖8網(wǎng)格劃分運算算例，可得厚度為1mm的EPE珍珠棉應(yīng)力、位移、應(yīng)變變化仿真結(jié)果云圖如圖9～11所示。

圖9 應(yīng)力變化

圖9的仿真結(jié)果顯示，當(dāng)對厚度為1mm的EPE珍珠棉上表面施加500N/m2的壓力時，上表面的應(yīng)力變化僅為126.2N/m2，也遠(yuǎn)小于500N/m2的壓力，再次驗證了EPE珍珠棉來良好的抗壓能力。

圖10的仿真結(jié)果顯示，當(dāng)對厚度為1mm的EPE珍珠棉上表面施加500N/m2的壓力時，上表面的位移變化僅為為2.099×e-6mm。相對于厚度為1mm的EPE珍珠棉來說，此位移變化量也是極小的，再次證明了厚度為1mm的EPE珍珠棉防震能力很強(qiáng)。

圖10 位移變化

圖11 應(yīng)變變化

圖11的仿真結(jié)果顯示，當(dāng)對厚度為1mm的EPE珍珠棉上表面施加500N/m2的壓力時，上表面應(yīng)變變化為僅為6.019×e-7，變形量很小，再次證明了厚度為1mm的EPE珍珠棉具有良好的抗變形能力。

圖4～11的仿真結(jié)果顯示，厚度為1mm的EPE珍珠棉可以對500N/m2以下的壓力起到極好的抗壓、防震及抗變形防護(hù)作用，因此，對于大型軸承而言，本文設(shè)計的采用厚度為1mm的EPE珍珠棉隔離墊進(jìn)行外圈與內(nèi)組件的隔離，可以起到有效的防護(hù)作用，避免假性布氏壓痕的產(chǎn)生。

4 結(jié)束語

根據(jù)圓錐滾子軸承自身可分離的結(jié)構(gòu)特點及EPE珍珠棉防潮、防震等諸多優(yōu)點，在外圈與內(nèi)組件之間設(shè)計的EPE隔離墊，對外滾道與滾子的工作表面起到了有效的隔離與防護(hù)作用，從而避免了外滾道與滾子接觸面間假性布氏壓痕的產(chǎn)生。

基于圓錐滾子軸承裝配后可分離的特點，設(shè)計使用厚度為0.5mm的聚乙烯塑料袋分別對外圈和內(nèi)組件進(jìn)行熱塑包裝，保證軸承零件處于完全密封狀態(tài)，最終達(dá)到了防銹和防止磕碰傷的目的。