直角连杆轴承的改进设计

曾志彬，叶民强

(福建龙溪轴承(集团)股份有限公司，福建 漳州 363000)

1 存在的问题

直角连杆轴承具有自调心、耐磨、安装便捷等特点，广泛应用于食品、包装、纺织等轻工机械领域中。原有直角连杆轴承(图1)在使用时会出现伸出杆断裂、破裂以及承载能力达不到规定载荷值等质量问题，直接影响了产品的使用性能。而且该直角连杆轴承的伸出杆由于处理游隙的需要，在底部设计有1个台阶式底孔，并需要加装底盖。由于该伸出杆为锌基合金压铸成型，加工难度较大，加工出的底孔公差较大，底盖铆压上后，容易脱落，增加了返工率，影响产品的生产效率。

图1 直角连杆轴承结构示意图

2 伸出杆断裂分析

对原直角连杆轴承进行静载试验，即在伸出杆上装上螺杆，在拉伸试验机上拉伸(图2)，直至伸出杆出现断裂失效。静载试验拉断伸出杆时的最大载荷值见表1。其断裂部位出现在：(1)伸出杆颈部与斜面交界处；(2)伸出杆的底孔与底座下部处(图3)，也即伸出杆最小截面处。

图2 静载试验示意图

表1 原轴承静载试验的载荷值 kN

图3 轴承拉断试验断口示意图

从表1可以看出，原直角连杆轴承的承载能力均达不到额定载荷值，其平均载荷值大约仅为额定载荷值的80%。

根据静载试验结果并结合其结构分析可知：(1)伸出杆的杆部与球头的过渡锥角α较大，其交界处截面较小；(2)伸出杆的底孔直接削弱了球窝处的承载能力；(3)螺纹孔底部距球头座颈部与斜面交界线太近，此处易产生应力集中。

3 结构改进

根据以上的分析，对伸出杆进行如下的改进：(1)取消伸出杆的底孔，以增加球头部分的截面面积，由通过伸出杆底孔压挤球头杆改为通过球头杆的螺纹拉球头杆进行游隙的处理;(2)减小伸出杆杆部与球头的过渡锥角α，以增大球头座颈部与斜面交界处的截面(图4);(3)伸出杆的长度和螺纹底孔直接压铸成型，杆部端面及螺纹底孔在压铸后不再加工，直接加工螺纹，既提高生产效率，降低成本，又可以减少机加工过程对零件表面的损伤。改进后的直角连杆轴承如图4所示。

图4 改进后直角连杆轴承

对改进后的直角连杆轴承进行静载试验，其断口位置均位于伸出杆杆部位置(图5)，试验结果见表2。

图5 改进后轴承拉断试验的断口

表2 改进后轴承静载试验的载荷值 kN

由试验结果可以看出，改进后伸出杆的最薄弱处位置已经改变，承载能力均超过样本规定额定载荷值的15%，比原结构平均提高40%以上。

改进前、后A-A和B-B截面(图4)处截面面积见表3。从表3可以看出，改进后原伸出杆薄弱处截面面积变大，从而使得轴承的承载能力相应提高。

表3 A-A和B-B截面面积变化情况 mm2

4 结束语

改进后的直角连杆轴承承载能力超过了产品的额定载荷，使用中未再出现伸出杆断裂现象；并且伸出杆由于取消了底孔及底盖结构，降低了加工难度及返修率，提高了生产效率，降低了成本。