圆柱滚子轴承结构的改进

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摘要 本文从轴承延寿出发，对圆柱滚子轴承从圆柱滚子的型面和滚子的体积两方面提出结构改进措施，进行优化设计。

关键词 圆柱滚子轴承；轴承寿命；结构改进

中图分类号TH16 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）46-0179-01

为了不断提高机器的生产效率，最大限度的满足用户的要求，轴承制造厂一直把如何延长轴承寿命作为科技攻关的重点。

从轴承寿命L=a1*a23*（C/P）3/10可以看出，可采取各方面的技术措施来提高轴承寿命（L），其中提高轴承的承载能力（额定动负荷C），是延长轴承寿命的主要途径。因此，我们必须对轴承进行优化设计，改进轴承内部结构。

1 改进圆柱滚子的型面

1）采用凸度滚子，消除或减轻滚子边缘的应力集中。实践证明，由于疲劳剥落而损坏的绝大多数圆柱滚子轴承，几乎全部是在滚子两端的边缘处开始疲劳损坏,这是因为滚子的边缘效应引起接触应力集中所致。如图1滚子负荷应力图所示。滚子边缘效应所引起的滚子应力，一般要比计算应力大3~6倍，接触应力和变形显著增大的那一段长度，相当滚子长度的0.07~0.17倍。因此，需要改变一下滚子的母线形状，将滚子做成带有凸度形的，这样就可以使其负荷应力在接触面上均匀分布，如图2全凸形滚子负荷应力图和图3修正线凸度滚子负荷应力图所示。全凸形状的滚子主要问题在于形状难制造加工；难以控制滚子在轴承中不产生偏斜；轴承的负荷容量有所损失，而修正线凸度滚子，却无全凸滚子的缺点。

2）圆柱滚子修正线凸度的计算。当滚子的偏转角度θ=0时，径向负荷则正中作用于滚子的工作表面上，滚子的弹性变形δ（mm）与滚子（轴承钢）的弹性常数Cb（kg/mm）和轴承滚子负荷PR（kg）的函数关系为：

δ=（PR/Cδ）0.93 （1）

Cδ=2680*le0.92 （2）

式中：le-滚子的有效长度（mm）。

根据轴承的长期应用实践，通常把轴承径向承载负荷归纳为：

轻负荷PR≤0.07C

正常负荷0.07C

重负荷PR>0.15C

滚子负荷的确定，应考虑通用圆柱滚子轴承的常用实际工况条件，因而取式（3）中的“正常负荷”。同时，也考虑在“正常负荷”范围内的大多数轴承的实际应用工况，一般取：

PR=0.1*C （4）

由式（1）、（2）和（4）可推导出滚子的弹性变形。

δ=[0.1*C/（2680* le0.92）]0.93 （5）

所谓滚子的修正线凸度量δΔ是滚子的单向弹性变形量，即滚子的弹性变形量δ的1/2。

δΔ=0.5*[（0.1*C）/（2680* le0.92）]0.93 （6）

修正线凸度滚子的直线部分占滚子全长的70%左右；两头凸度部分的长度各占滚子全长的15%左右。

2增大圆柱滚子的体积

1）加大滚子的直径和长度

当轴承的当量动负荷一定时，轴承的额定寿命L与额定动负荷C成正比变化，而圆柱滚子轴承的额定动负荷C为：

C=fc*le7/9*Z3/4*Δ29/27 （7）

式中：fc―系数；

le―滚子的有效长度（mm）

Z―滚子的数量；

Δ―滚子的直径（mm）。

从式（7）可看出，额定动负荷C是滚子的长度，直径和数量的函数。因此，对轴承结构设计来讲，亦力求增大圆柱滚子的体积，即加大滚子的直径和长度，提高轴承的额定动负荷能力，从而达到提高轴承寿命的目的，这种轴承可称为加强型圆柱滚子轴承。

2）加强型圆柱滚子轴承结构设计参数

（1）加强型圆柱滚子轴承结构设计主参数，适用于轴承的2、3、4、5和6系列。

滚子的长度一般可取：

小轴承L=0.60*B

中轴承L=0.73*B （8）

大轴承L=0.75*B

（2）滚子的直径一般取：

小轴承Δ=0.56*H

中轴承Δ=0.55*H （9）

大轴承Δ=0.54*H

（3）一般型与加强型圆柱滚子轴承的承载能力及寿命的对比。通过计算，加强型比一般型的圆柱滚子轴承的额定动负荷平均提高43%、额定静负荷平均提高33%、额定寿命平均提高3倍以上，详见表1。

表1加强型与一般型的圆柱滚子轴承负荷和寿命比较表

当前，轴承工业正在继续上质量、上品种、上水平和上效益，应当十分重视采用凸度滚子。本文从轴承延寿出发，并考虑到技术上的先进性、经济上的合理性和加工制造的可能性，所提出的滚子凸度计算方法是可行的。

根据计算加强型圆柱滚子轴承比一般型圆柱滚子轴承的额定动负荷平均可提高43%、额定静载荷平均可提高33%、额定寿命平均提高3倍以上。因此，在发展轴承品种、开发加强型圆柱滚子轴承时，本文（8）、（9）提出的轴承结构主参数值，可以作为轴承供需双方相互制约、共同遵守的技术依据。

参考文献

[1]Eschman・Hasbargen・Weiand.Die Walzlagerpraxis，1978.

[2]徐学当，方明岸.德国FAG轴承公司概况.轴承产品技术，1982.

[3]徐学当，方明岸.德国FAG轴承公司概况.轴承研究中心，1981.

[4]Johannes Br・dlein;The Effect of Mis alignment On the Life cylindrical Roller Bearings and Teperd Roller Bearing，1971.

[5]Johannes Br・dlein; The Fatigue Life of Axially Loaded Cylinderical Roller Bearings，1972.

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