高承载圆锥滚子轴承保持架设计

　　摘　要：针对圆锥滚子轴承保持架与载荷之间的矛盾关系，提供了一种新型实心滚子支柱焊接保持架，其有效解决了小尺寸圆锥滚子轴承无法采用支柱焊接保持架的难题。
　　关键词：双列圆锥滚子轴承；支柱焊接保持架；实心滚子；可拆卸支柱
　　圆锥滚子轴承通常是分离型的，即带滚子与保持架组件的内圈组件可以与外圈分开安装。因圆锥滚子轴承可以承受较大的轴向及径向载荷，故被广泛用于汽车、轧机、矿山、冶金和塑料机械等行业。在轧机及一些特殊场合，需要圆锥滚子轴承既具有高承载能力，又可定期检查滚道，以便及时掌握滚道受损情况。目前，对于滚子直径较小的圆锥滚子轴承，因尺寸所限无法采用支柱焊接保持架，而采用冲压保持架将导致轴承的承载能力下降，且安装使用后不便于观察滚道情况。下面介绍一种可有效解决以上问题的新结构保持架。
　　1　轴承结构
　　圆锥滚子轴承的保持架有冲压保持架（图1）和支柱焊接保持架（图2）。在设计时出于应力及工艺方面考虑，当圆锥滚子大端直径D_w≤30mm时，采用钢板冲压保持架；当轴承外径尺寸D＞650mm时，一般采用支柱焊接保持架。 　　钢板冲压保持架在内圈组装滚子后收缩大端直径，这种结构的圆锥滚子轴承因为保持架拆卸不方便且不能多次拆卸，因此在需要检修滚道的场合并不适用；并且在设计中为保证冲压保持架的强度，保持架兜孔梁宽要大于一定的值，故与使用支柱焊接保持架的轴承相比，其滚子数量要少，相应地额定载荷也低。
　　目前，圆锥滚子轴承通用的支柱焊接保持架结构如图2所示，用支柱（图3）穿过空心滚子的支柱孔（图4）与保持架两垫片连接，连接方式为支柱螺纹端与保持架大垫片螺纹孔连接，支柱凹槽端与保持架小垫片焊接固定。该结构因要在滚子中心加工支柱孔，一般要求滚子直径D_w＞30mm，若滚子直径小于30mm，因可加工的支柱孔太小，选用的支柱强度不够；若加工的支柱孔太大，滚子在受载情况下，支柱孔所受应力较大，容易导致滚子碎裂。

图3 支柱

图4 空心圆锥滚子

　　在圆锥滚子直径D_w≤30mm的情况下，为了增加滚子数量，提高额定载荷，可以采用实心滚子支柱焊接保持架结构，如图5所示。该结构是将支柱通过滚子外侧与两垫片相连，从而对装入内圈的滚子进行限位，如图6所示。

图5 实心滚子支柱焊接保持架圆锥滚子轴承

1.保持架大垫片；2.支柱；3.滚子；4.保持架小垫片
图6 支柱安装位置示意图

　　2　实心滚子支柱焊接保持架设计
　　该保持架结构采用满装实心圆锥滚子和支柱焊接保持架，在内圈滚道内安装足够数量的实心圆锥滚子，连接支柱置于滚子外侧并与保持架大、小垫片进行焊接，且每组保持架中有两相邻支柱不进行焊接而采用可拆卸的安装方式。
　　支柱安装位置如图6和图7所示。

图7 滚子与保持架支柱位置

　　在设计中，滚子间平均间隙S根据轴承尺寸确定，一般取0.7～2.5mm，支柱与相邻滚子间的间隙S₁一般保证不卡死滚子而略小于S值，保持架垫片支柱孔倾斜角在空心滚子支柱焊接保持架倾斜角α基础上增加滚子半锥角β值为α+β，保持架采用滚子引导方式。支柱直径及保持架垫片厚度依据强度需要而定。
　　可拆卸支柱如图8所示，是在支柱（图3）基础上在其凹形端位置加工一圆形通孔，用钢丝穿孔固定支柱。通孔大小一般取1.5mm。

图8 可拆卸支柱

　　保持架小垫片端面支柱孔如图9所示，可拆卸孔处无倒角，其余采用大倒角，为保证焊接质量也可做沉孔处理，供支柱与其焊接；在可拆卸支柱 孔通孔中心位置开一凹槽，槽深使其与可拆卸支柱安装后，支柱凹槽端面通孔内能插入金属丝进行紧固及拆卸。

图9 保持架小垫片支柱孔

　　装配时保持架两垫片利用支柱连接，每列两支可拆卸支柱，其余用焊接支柱（图3），支柱穿过保持架小垫片端面通孔，支柱螺纹端与保持架大垫片螺纹相连，连接紧固后支柱凹槽段与保持架小垫片外侧面焊接固定。两支可拆卸支柱安装于保持架小垫片两可拆卸安装孔内，安装到位后，用硬性金属丝穿过凹槽端圆形通孔置于保持架小垫片端面加工的深槽内进行固定。轴承工作后需要检查滚道时，将金属丝取出，旋出两可拆卸支柱后，可将所限3列滚子取出，观察滚道使用情况，如图5所示。
　　3　结束语
　　采用实心滚子支柱焊接保持架，解决了圆锥滚子轴承装配使用后无法检查滚道的难题，从根本上解决了冲压保持架和轴承额定载荷之间存在的矛盾，提高了轴承承载能力和使用寿命。在实际生产中，对小批量小直径圆锥滚子轴承采用支柱焊接保持架，可以节省大量的保持架模具费用，降低了轴承制造成本及制造周期。