圆锥滚子轴承的滚子借用设计

2011-07-26县鹏宇

轴承 2011年11期

关键词：公称保持架滚子

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

a0——内圈大挡边宽度

Dw——滚子大头直径

E——外圈公称小内径

K——圆锥滚子轴承的回转中心到内圈大挡边的距离(简称“回转中心距”)

l——滚子总长度

T——轴承装配宽度

α——轴承公称接触角

β——圆锥滚子轴承内滚道半锥角

ρ——圆锥滚子球基面的曲率半径

φ——滚子半锥角

1 借用的意义

对于圆锥滚子轴承，通常情况下其内径、外径、装配宽度、公称接触角和外圈公称小内径为给定的基本技术参数，在相关标准中均可查到；而滚子直径、滚子半锥角、滚子球基面曲率半径和滚子长度为结构设计参数，需在轴承设计中确定。圆锥滚子的这几个基本参数一旦确定，内圈和保持架的基本结构也就确定了，由此可见滚子的基本参数在圆锥滚子轴承设计中起着决定性的作用，因此在圆锥滚子轴承的设计中，在保证内圈和保持架结构合理的情况下，对于新设计的圆锥滚子轴承，可以考虑采用已有规格的圆锥滚子，也就是文中所讲的滚子的借用。滚子借用的优点在于：(1)可以利用现有规格的滚子，从而减少了滚子的规格；(2)可以减少工装模具的投入；(3)便于现场的生产管理。

在设计实践中发现，滚子的借用与否与轴承公称接触角和外圈公称小内径有关。同一系列的轴承，可以以一个基本型轴承为基础，通过内径、外径、内圈宽度、外圈宽度、装配高、内圈装配倒角、外圈装配倒角等参数的任意组合变换，形成多个内组件和外圈，这些内组件和外圈间可以任意组合，形成多个型号的轴承。设计中发现，公制轴承中的32000，33200，33100，32900，33000等特轻、超轻和轻宽系列轴承容易做到同一系列的几个型号同时借用一种滚子；而在其他公制系列中滚子借用情况较少。与公制圆锥滚子轴承相比，英制圆锥滚子轴承的系列较为庞大，尺寸范围覆盖较全；因此，其不同系列间滚子借用的情况较多。

2 借用分析

圆锥滚子轴承如图1所示，内圈大挡边宽度为

a0=K-ρcosβ，

(1)

(2)

β=α-2φ。

(3)

图1 圆锥滚子轴承

滚子大端直径为[1]

Dw=2ρsinφ。

(4)

则滚子球基面的曲率半径为

(5)

将(3)，(5)式代入(1)式得

(6)

通常情况下，圆锥滚子轴承的T，E，α为一标准值，因此对于圆锥滚子轴承来讲回转中心距K为一固定值。由(6)式可以看出，a0是由K，α，Dw和φ决定的。由于被借用滚子的直径Dw和半锥角φ为已知数值，若两轴承的K和α相近，那么两轴承内圈大挡边宽度a0就会相近，这时可初步判断这两套轴承的滚子可以相互借用。

要判断滚子是否可以通用，首先要看两轴承的公称接触角α和回转中心距K是否接近。一般情况下，两轴承中α的差值小于2°30′，回转中心距K的差值小于3 mm，就有可能做到滚子直径尺寸的一致，则可以考虑滚子的借用设计。然后利用借用滚子的3个基本尺寸参数(滚子的大头直径、长度和半锥角)对借用滚子轴承内圈和保持架结构进行设计。通常情况下，在内圈设计时需首先保证内圈大挡边具有一定的强度(一般情况下要保证a0为内圈宽度的0.16～0.20倍)，然后再判断各项约束条件是否满足要求，若各项结构参数满足要求，则滚子可以借用。

但是在一些非标准轴承的设计过程中，有时为了降低设计成本，减少滚子的规格，也可以对滚子进行借用，在这种情况下，如果借用滚子轴承的回转中心距与基本型轴承的回转中心距不一致，为了保证滚子的通用性，就需要利用(2)式，对借用滚子轴承的E和α进行调整，使两轴承K值较为接近，然后以借用滚子的直径、长度、半锥角为基本设计参数，对借用滚子的轴承内圈和保持架进行设计，保证其内部结构合理有效。