圆锥滚子轴承筐形保持架的设计改进

县鹏宇

(甘肃海林中科科技股份有限公司 技术中心，甘肃 天水 741018)

符号说明

Db——保持架大端内径

Dc——未收口时保持架大端内径

Dw——滚子大端直径

ddb1——保持架小端内径

F——内滚道直径

lb——保持架窗孔长度

lb3——保持架大端内侧收口斜边长度

lc1——保持架窗孔大端筋宽

lc2——保持架小端底边至窗孔距离

S——保持架钢板厚度

α——外滚道半锥角

γ——保持架底部折角

θ——保持架内侧角

θ1——保持架窗孔压坡角

φ——滚子半锥角

ρ——滚子球面设计曲率

国内筐形保持架的设计主要是依据《圆锥滚子轴承设计方法》ZYB9—93。随着轴承制造和应用技术的提高，对筐形保持架提出了更多的使用要求，因此，需要对筐形保持架的设计进行改进。

1 大端口部收口设计

在许多使用场合，由于受主机空间的限制以及密封件安装的需要，要求保持架大端的口部外径不允许超过一定的尺寸范围。在这种情况下，可对保持架大端进行收口设计(图1)。

图1 轴承保持架收口后装配图

通常，用钢板冲压成形保持架时，由于塑性变形的作用，余出的材料一般都堆积在保持架大端口部外侧，造成该口部钢板厚度大于正常板厚。口部厚度的变化与材料的延伸性能有关，根据经验，一般增加的厚度为板厚的15%左右。同时由于钢板材料延伸性能的差异，还会在保持架大端口部形成褶皱。因此，在下料时，可以根据材料的延伸性能适当调整料片的尺寸，以保证成形后保持架大端筋的宽度尺寸符合设计要求。

筐形保持架收口后结构如图2所示。在进行收口设计时，保持架收口后的大端内径尺寸Db为：

图2 筐形保持架收口后结构

Db=ddb1+2(lc2+lb+lb3)sinθ

(1)

(2)

在ZYB9—93设计方法中给出了验算保持架外侧与外滚道间最小间隙ε3min的计算公式：

ε3min=(Dw-S)cos (α-φ)+0.5(Dc-F)+

(3)

(4)

保持架收口设计的优点在于可以增加保持架口部的强度，减少内组件收套装配时保持架梁的变形。特别是对于大锥角产品，可以减小保持架在收套后的径向游动量，防止过度收套后梁的变形，提高内组件的旋转灵活性，降低旋转噪声。对于薄壁系列产品可以防止保持架与外圈滚道相互接触。通常在一些小型号轴承上较易发生保持架与外滚道接触的问题，严重时会使保持架外径与外滚道发生摩擦，导致保持架的隔离作用丧失，保持架撕裂，滚子卡死。

根据(3)和(4)式，对32000系列和大锥角31300系列的间隙进行了计算比较，数据见表1。

表1 保持架收口前、后外径与外滚道之间间隙的对比 mm

由表1可以看出，保持架收口后，其外径与外滚道之间的间隙有了明显的增加，降低了保持架与外滚道接触的可能性。

在进行收口设计时，要特别注意保持架大端内侧斜边长度的取值，该数值的合理与否会直接影响到保持架梁在大端收口处的质量。若该尺寸偏小，会造成收口时在保持架外侧梁和大端筋连接处产生变形，即梁的大端外侧与大端筋外侧面上的过渡圆弧出现在梁上；而理想的过渡圆弧应该是避过梁后，从大端筋的外侧底部开始。对于板厚2.0 mm以下的钢板，内侧斜边的长度lb3一般取1.0 mm即可；但是对于2.0 mm以上厚度的钢板，可以取1.5～2 mm，也可根据材料的延伸性能适当取长一些。

2 底部的折角设计

随着保持架冲压技术的提高，国内、外圆锥滚子轴承保持架底部已普遍采用折角设计。其优点在于不但可以增加保持架的整体刚性，而且可以防止内组件收套时保持架底部的凸起变形，减小了保持架与轴承外圈大端面的凸出量(凸出量现在已被许多主机配套企业作为一项技术指标严格控制)；还可增大保持架内孔与内圈小挡边之间的间隙，防止两者之间相互接触。但是折角γ的数值目前还没有一个统一的设计标准。根据冲压钢板的性能，将折角γ设计为10°～20°，经过多年的实践，证明这一设计是切实可行的。

3 窗孔的压坡设计

在保持架的设计加工中，窗孔的压坡设计也是一个非常重要的环节，因为压坡面的深浅决定着保持架梁的宽窄，同时还直接影响到保持架的旋转灵活性。

一般按照设计方法将压坡角θ1取为20°和22°30′，板厚在1.5 mm内时采用20°的压坡角，板厚大于1.5 mm时采用22°30′的压坡角。如果在设计中经过验算，保持架梁宽小于许用梁宽，可以将压坡角适当加大，调整到25°，但是加大后会导致保持架窗孔变小，使保持架外移，这样又会减小保持架与外滚道之间的间隙。因此，对于一些比较特殊的圆锥滚子轴承，必须保证梁宽和最小间隙的合理匹配。如果设计验算中出现保持架与外滚道之间间隙偏小，也可适当地将压坡角调小至18°。

在保持架成形模设计时，应按照产品设计的要求，将保持架大端口部因收缩变形增加的厚度纳入工艺，供模具设计，以保证产品精度。

4 结束语

筐形保持架经过上述设计后，不但强度有所增加，而且旋转灵活性也有了大幅度提高，满足了用户的要求。