李啟，劉高杰，王朋偉

（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實驗室，河南 洛陽 471039; 3. 河南省高端軸承產(chǎn)業(yè)研究院，河南 洛陽 471039; 4. 河南省軸承技術(shù)創(chuàng)新中心，河南 洛陽 471039）

1 前言

圓柱滾子軸承具有承載能力高、剛度大、安裝方便等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域，在滾動軸承中占有重要地位[1]。保持器的主要作用是在軸承工作過程中避免滾動體之間的直接接觸。通常圓柱滾子軸承保持器有沖壓保持器、實體保持器、塑料保持器、支柱焊接保持器等。實體保持器又分為整體式和分體式兩種結(jié)構(gòu)，多為黃銅材料，也有青銅、鋼和鑄鐵等。分體式結(jié)構(gòu)由保持器本體、端蓋和鉚釘組成，也有保持器本體上自帶鉚釘頭結(jié)構(gòu)，裝配時滾子裝入保持器兜孔，將保持器本體和端蓋通過鉚釘鉚結(jié)在一起，即完成滾子和保持器的裝配。由于其具有易加工、強度高、安裝簡單等優(yōu)點，在一些場合被廣泛使用[2-3]。

2 寬系列圓柱軸承保持器結(jié)構(gòu)

在保持器設(shè)計選型時，保持器結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)軸承結(jié)構(gòu)、尺寸、工況、生產(chǎn)批量等合理選擇。沖壓保持器適用于大批量生產(chǎn)，但不適合高速、高精度的工況。要求運轉(zhuǎn)平穩(wěn)或高速軸承，多選用實體保持器，但加工效率低且加工成本也會增加。支柱焊接保持器多用于滾子尺寸大于 40 mm的軸承[4]，其滾動體為空心結(jié)構(gòu)，支柱穿過滾動體內(nèi)部，兩端分別通過螺紋和焊接與保持器墊圈固定。軸承工作時支柱通過滾子中心孔引導滾子旋轉(zhuǎn)，與其它結(jié)構(gòu)保持器軸承相比其可以容納更多數(shù)量的滾動體，軸承載荷較大。但較長的滾子中心孔加工難度大，且支柱孔與滾子外徑同軸度等難以保證，工作過程中易引起軸承內(nèi)部發(fā)熱[5]；其滾子為空心結(jié)構(gòu)，不適用于一些沖擊載荷較大的工況。通常寬系列圓柱滾子軸承保持器多選用黃銅實體保持器，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 圓柱軸承黃銅實體保持器結(jié)構(gòu)

黃銅實體保持器如圖所示，把圓柱滾子裝入兜孔內(nèi)，通過鉚釘或本體上自帶的鉚釘頭將保持器端蓋鉚接在一起，形成滾子與保持器組件。滾子兜孔圓周均布于保持器本體上，保持器本體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。兜孔圓周均布在黃銅實體保持器端面上，兜孔直徑及深度根據(jù)圓柱滾動體尺寸確定。對于寬系列且內(nèi)外徑壁厚差較小的圓柱滾子軸承，其圓柱滾子直徑較小，長度較長，滾子長度和直徑的比值較大。如某一型號圓柱滾子軸承其滾子參數(shù)為φ30 mm×65 mm，保持器兜孔直徑較小，深度較大，材料成本高，兜孔在加工過程中，加工效率低，兜孔精度難以保證，較寬的保持器整體重量較重，從而提高了保持器的加工成本，進而增加了軸承的整體成本。

圖2 實體保持器本體結(jié)構(gòu)

3 保持器結(jié)構(gòu)改進

為解決寬系列圓柱滾子軸承保持器存在的問題，在滿足軸承的使用要求，保證軸承承載能力，即滾子直徑長度數(shù)量等不變的前提下，對實體保持器結(jié)構(gòu)、鉚釘連接方式進行改進。改進后的滾子與保持器組件如圖3 所示。

圖3 改進后的保持器結(jié)構(gòu)

針對寬系列軸承保持器兜孔直徑小、深度大的特點，如圖3 所示將保持器結(jié)構(gòu)改進為左右兩個半保持器，中間通過支柱進行連接。左右兩個半保持器結(jié)構(gòu)尺寸完全一致，保持器兜孔在原結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上直徑不變，深度較以前減小，保持器內(nèi)外徑均可與原結(jié)構(gòu)一致，在原鉆孔的工藝下，僅改變鉆孔深度。與原結(jié)構(gòu)相比保持器的加工成本降低，改進后的左右兩個半保持器結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 改進后的兩半保持器結(jié)構(gòu)

優(yōu)化后的保持器在設(shè)計時，其兜孔深度根據(jù)滾動體長度設(shè)計，保持器兩個兜孔之間的端面上設(shè)計有支柱孔，支柱孔為通孔，孔口留有倒角，便于安裝及鉚釘焊接。支柱結(jié)構(gòu)為左右對稱臺階軸形狀，其結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 改進后保持器支柱結(jié)構(gòu)

實際設(shè)計時，左右兩個半保持器的兜孔深度，可設(shè)計為滾動體長度的 1/3 再加上滾子與保持器的軸向間隙；支柱中部圓柱長度為滾動體長度的 1/3；支柱兩側(cè)圓柱長度為單個保持器的厚度加預留鉚接形成鉚釘頭的長度。裝配后支柱左右兩臺階端面分別與左右兩半保持器兜孔側(cè)端面接觸。

軸承保持器裝配時，支柱及滾動體兩端分別裝入左右兩個半保持器的支柱孔和保持器兜孔內(nèi)，支柱兩側(cè)的鉚釘頭會凸出保持器，將凸出的支柱頭鉚接在保持器上，從而使圓柱滾子、保持器左右兩半及支柱形成一個整體。

優(yōu)化后的軸承保持器結(jié)構(gòu)，圓柱滾子滾動面與兜孔內(nèi)壁面接觸減小，兩者之間的摩擦發(fā)熱降低。兜孔深度較小，加工難度降低，保持器整體重量降低，成本大大降低。以 NU23XX 系列三個圓柱滾子軸承型號為例，對比優(yōu)化前后保持器重量，保持器重量降低了 30% 左右，見表1。

表 1 優(yōu)化前后軸承保持器重量

4 結(jié)束語

在滾子主參數(shù)不變的前提下，對大長徑比圓柱滾子軸承保持器結(jié)構(gòu)、支柱結(jié)構(gòu)等進行改進，效果顯著：1）保持器兜孔在原結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上直徑不變、深度減小，降低了保持器兜孔的加工難度；2）采用優(yōu)化后的保持器結(jié)構(gòu)，可減小圓柱滾子與兜孔之間的接觸面積，降低了軸承工作時兩者之間的摩擦發(fā)熱；3）改進后的保持器重量減少 30 % 左右，加工成本大幅降低且完全滿足使用要求，可為同類型產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供參考。