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        圓錐滾子軸承保持架兜孔形狀及壓坡面素線改進設計

        2021-07-21 08:19:26溫春國張廣憲柳雪芹趙培振鄭廣會
        軸承 2021年5期

        溫春國,張廣憲,柳雪芹,趙培振,鄭廣會

        (山東金帝精密機械科技股份有限公司,山東 聊城 252000)

        圓錐滾子軸承保持架將滾子等距隔開,使?jié)L子均布在滾道圓周上,引導并帶動滾子在正確滾道上滾動,防止?jié)L子間互相碰撞和摩擦。若保持架與滾子接觸位置不良,滾子與保持架會產生硬性摩擦,摩擦嚴重時會造成軸承卡滯、異常聲甚至滾子脫落無法使用。保持架與滾子的接觸形式(梁與滾子的接觸位置)會直接影響軸承壽命及使用狀態(tài),是保持架設計的要點。

        1 原保持架兜孔壓坡面素線接觸位置

        以32048圓錐滾子軸承保持架為例進行分析,保持架主要結構參數(shù):壁厚S為6.0 mm,兜孔公稱長度Lc為56.5 mm,公稱外徑Dc為338.2 mm。保持架兜孔形狀為等腰梯形,理論狀態(tài)下壓坡后壓坡倒角面平行于兩側梁,梁與滾子接觸示意圖如圖1所示。

        圖1 保持架梁與滾子接觸示意圖

        1.1 理論分析

        采用輪廓儀測得保持架壓坡面素線輪廓如圖2所示,壓坡面素線接觸長度僅為保持架兜孔公稱長度Lc[1]的30%,梁兩端有明顯凸起, 與滾子接觸時凸起會與滾子產生點接觸摩擦。

        圖2 保持架壓坡面素線輪廓圖

        1.2 涂色試驗

        在滾子上均勻涂上顏料,模擬滾子與保持架梁旋轉接觸,沾染到顏料的位置即為保持架兜孔壓坡面素線接觸位置,通過反復試驗,沾染顏料位置集中在保持架梁兩端,中間位置斷斷續(xù)續(xù)沾染到染料,如圖3所示。

        圖3 保持架梁沾染位置示意圖

        1.3 試驗分析

        在靜音實驗室中,在350 N額定載荷下對圓錐滾子軸承進行壽命試驗,轉速為1 500 r/min,運轉7 h后軸承發(fā)出異常聲,拆解發(fā)現(xiàn)滾子兩端有明顯摩擦痕跡。

        另取1套圓錐滾子軸承,同樣在350 N額定載荷下進行壽命試驗,轉速為1 500 r/min,運轉8.5 h后軸承發(fā)出異常聲,拆解發(fā)現(xiàn)滾子中間部位有明顯摩擦痕跡。

        1.4 小結

        理論分析和試驗結果均表明:滾子與壓坡面素線的接觸位置主要集中在保持架梁兩端,中間略微斷線接觸。

        2 兜孔形狀及壓坡面素線改進設計

        將等腰梯形兜孔改為兩端有凹陷缺口的梯形兜孔,如圖4所示,圖中:LL1為保持架窗孔大端凹陷長度,LL2為保持架窗孔小端凹陷長度,HH1為保持架窗孔大端凹陷深度,HH2為保持架窗孔小端凹陷深度,BB為保持架窗孔大端寬度,bb為保持架窗孔小端寬度。改進壓坡模具,使壓坡后的梁呈中間凸起形狀,保持架梁中間有凸起高度γ,如圖5所示。通過以上改進措施,使兜孔形狀及壓坡面得到改變,進而實現(xiàn)壓坡面素線接觸位置由兩端接觸改為中間接觸。

        圖4 改進后保持架兜孔形狀

        圖5 改進后保持架梁凸起形狀

        3 保持架兜孔主要尺寸計算

        在其他尺寸不變的情況下,僅改變兜孔形狀。根據(jù)經驗,HH1,HH2,LL1,LL2,γ可根據(jù)以下方法確定。

        1)當1 mm≤S<4 mm時,HH1=0.048S,HH2=0.035S;

        2)當4 mm≤S<6 mm時,HH1=0.031S,HH2=0.022S;

        3)當6 mm≤S<12 mm時,HH1=0.025S,HH2=0.017S。

        1)當8 mm≤Lc<25 mm時,LL1=0.125Lc,LL2=0.122Lc;

        2)當25 mm≤Lc<50 mm時,LL1=0.163Lc,LL2=0.147Lc;

        3)當50 mm≤Lc<80 mm時,LL1=0.156Lc,LL2=0.123Lc;

        4)當80 mm≤Lc<150 mm時,LL1=0.186Lc,LL2=0.144Lc。

        當1 mm≤S<3 mm時,

        當3 mm≤S<5 mm時,

        當5 mm≤S<9 mm時,

        當9 mm≤S<12 mm時,

        4 實際使用效果

        改進后保持架主要結構參數(shù)為:HH1=0.155 mm,HH2=0.110 mm,LL1=6.210 3 mm,LL2=5.600 7 mm,γ=0.144 mm。用輪廓儀測得改進后保持架壓坡面素線輪廓如圖6所示,并進行涂色試驗,結果如圖7所示,由圖6和圖7可知:滾子與保持架接觸位置位于梁中間位置,接觸長度為Lc的70%左右,說明了保持架兜孔形狀改進設計的正確性。同樣對保持架改進后的軸承進行壽命試驗,滾子兩端無摩擦痕跡,僅滾子中間位置有輕微痕跡,進一步說明了保持架設計的正確性。

        圖6 改進后保持架壓坡面素線輪廓圖

        圖7 改進后保持架梁沾染位置示意圖

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