带压力挡圈的圆锥滚子轴承寿命试验的改进

张振潮，铁晓艳，任文亮

(1.国家轴承质量监督检验中心，河南 洛阳 471039；2.洛阳轴研精密机械有限公司，河南 洛阳 471039)

1 带压力挡圈的圆锥滚子轴承

带压力挡圈的圆锥滚子轴承通常用于小型汽车、轻卡的车桥半轴以及机床主轴中，其挡圈位于圆锥滚子大端一侧，用于防止滚子从滚道间滑脱，并与内圈小挡边配合使滚子具有良好的轴向定位。一些有孔隙的压力挡圈允许润滑油渗透到挡圈与滚子的接触面，进而改善滚子大端面的润滑状态。另外，轴承的轴向游隙在加工过程中形成，安装到主机时无需调配游隙[1]。

客户送检某型号汽车轮毂用圆锥滚子轴承进行寿命可靠性试验，轴承型号为U399F/U360LF，尺寸为φ39.688 mm×φ73.025 mm×19.395 mm，额定动载荷Cr=64.5 kN，额定静载荷Cor=78 kN，Fa/Fr的极限值e=0.36，轴向动载荷系数Y=1.67。轴承装配图如图1所示，外圈、内圈、滚子、压力挡圈材料均为GCr15，保持架材料为聚酰胺。该轴承在车桥半轴中代替1套双列轴承或成对的单列轴承使用，轴承可承受径向力和一定的轴向力。轴承压装到车桥半轴后的状态如图2所示。

1—外圈；2—压力挡圈；3—内圈；4—滚子；5—保持架

图2 轴承压装在车桥半轴后的状态示意图

2 寿命可靠性试验装置

圆锥滚子轴承试验装置如图3所示，试验时一次装机2套轴承，轴向载荷通过轴向加载活塞作用于试验轴承，径向载荷通过径向加载活塞作用于中间的2套陪试轴承，并通过主轴作用于试验轴承。采用该试验装置对带压力挡圈的圆锥滚子轴承进行寿命试验时发现，开始运转0.5 h后压力挡圈脱落，滚子大端面失去压力挡圈的定位作用力，从内外圈间的正常运转空间滑出，导致轴承无法正常运转。

1—轴向加载活塞；2—衬套；3，6—试验轴承；4—陪试轴承；5—径向加载活塞；7—定位端；8—主轴

由于内圈大端面处无引导挡边，轴承运转时，滚子将会挤压与外圈配合的压力挡圈。而压力挡圈与外圈是可分离的两部分，出厂时由黏合剂粘结在一起，试验时压力挡圈与外圈未被锁紧，挡圈受力后易从外圈上脱落。因此必须将压力挡圈与外圈锁紧，在此，分别采用锁紧衬套和锁紧螺母对试验装置进行改进。

2.1 采用锁紧衬套锁紧压力挡圈

如图4所示，轴承外部加装锁紧衬套，锁紧衬套与压力挡圈配合端设置有挡边，锁紧衬套与外圈采用M6过渡配合公差，与壳体孔采用外圈与外壳孔的配合。试验前将轴承压装进锁紧衬套，即通过外圈与锁紧衬套间的过渡配合将外圈与压力挡圈锁紧。这样即可采用原试验装置，但对轴承衬套的尺寸精度要求较高，试验前需根据轴承外径尺寸选配合适的锁紧衬套，避免安装后锁紧力不足导致挡圈脱落，或配合过紧影响轴承的正常运转。

图4 锁紧衬套

按照标准，在径向载荷17.5 kN，轴向载荷7.5 kN，转速1 500 r/min的试验条件下进行完全试验。结果表明，试验过程中压力挡圈无脱落现象，试验后轴承无异常磨损痕迹。

2.2 采用锁紧螺母锁紧压力挡圈

如图5所示，模仿轴承在主机的安装情况，并在轴的两端安装锁紧螺母锁紧内圈来定位内圈在轴上的位置。装置采用3套圆柱滚子轴承进行陪试。装机后，端盖、调整垫片与凸缘相互配合，调整端盖1上的螺栓将外圈与压力挡圈锁紧。锁紧力矩通常为200～270 N·mm，具体大小可参考实际工况。挡圈锁紧后的轴承还可承受一定轴向载荷。轴承配置方式为试验轴承双向固定，陪试轴承游动支承。因此，试验时试验轴承要承受轴自身旋转产生的轴向窜动力，故仅对试验轴承施加径向载荷。

1，9—端盖；2—调整垫片；3—锁紧定位端盖；4—外圈；5—内圈；6—压力挡圈；7—凸缘；8—陪试轴承

陪试轴承也可用圆锥滚子轴承替代，此时，试验前需调节定位端盖9上的螺栓，对陪试轴承及试验轴承施加适当的轴向预紧力，避免试验时轴向预紧载荷过小导致陪试轴承出现非正常接触现象。因此，陪试轴承为圆锥滚子轴承时，试验轴承需承受一定的轴向预紧载荷。

对送检的U399/U360轴承在径向载荷11 kN，转速2 500 r/min的试验条件下进行试验，试验结束时轴承挡圈无脱落现象，且轴承未发现异常。

3 结束语

对于带压力挡圈的圆锥滚子轴承，寿命试验时需锁紧压力挡圈，以防止压力挡圈脱落造成轴承无法正常运转。采用锁紧衬套，侧重于对内、外圈及滚子的考核，因试验时施加了轴向载荷,径向载荷对应的载荷分布系数较大，轴承承载能力也较大；采用锁紧螺母，则偏重于考核轴承和压力挡圈的综合性能，试验时未对轴承施加轴向载荷，因轴承游隙缘故，径向载荷对应的载荷分布系数较小，轴承承载能力也较小。

如果要进一步对轴承在主机上运转的可靠性进行评估，需要进行一些专项试验，模拟主机各种运转条件下的载荷、转速、外部环境等工况，对轴承寿命进行考核。