方头铆保持架性能分析

杜姗珊，徐　猛，郭玉飞

方头铆保持架性能分析

杜姗珊，徐猛，郭玉飞

（瓦房店轴承集团有限责任公司 工程中心，辽宁 瓦房店 116300）

主要阐述了保持架座支柱伸出保持架盖部分的铆后的长度与高度对保持架性能的影响。运用SolidWorks有限元软件计算出在不同的支柱铆后长度、不同的支柱铆后高度时保持架的强度，最后根据不同情况下的对比结果选择合理的铆后长度和铆后高度，为保持架支柱的铆合参数提供一个理论依据。

支柱铆后长度；支柱铆后高度；保持架强度；SolidWorks有限元软件

1　前言

目前，轴承保持架按其生产工艺和所用材料分主要有冲压保持架、金属实体保持架和工程塑料保持架，不同结构设计及材料的保持架对轴承的使用性能影响很大。因此，对保持架结构、材料的研究和改进设计在一定程度上保证和推动了轴承技术的发展。

本文主要针对其中一种结构对保持架强度进行有限元分析—金属实体保持架。金属实体保持架所用材料主要为黄铜、青铜合金，也有铸铁和钢，其结构主要为整体式和分体式 2 种。整体式结构的特点体现在对轴承摩擦、运转和承载等性能的改进上；分体式结构的特点在于连接方式上。

本文分析的方头铆保持架属于分体式自铆接保持架，由保持架座和保持架盖两部份组成，保持架座支柱端部带铆接头，保持架盖带铆接孔，可实现自铆接。

2　方头铆型保持架支柱长度

方头铆型保持架由保持架座与保持架盖两部份组成，见图 1。

图1　方头铆钉保持架

支柱伸出保持架盖部分的体积铆前铆后是不变的，所以以下的公式成立。

铆前铆后的体积相同：S1× δ1=S2× δ2，

保持架铆后的支柱面积与长度见图 2。

图2　保持架支柱面积与铆后长度

3　有限元分析

本文以轴承NJ2236EM为例，运用有限元软件SolidWorks对其保持架的屈服强度进行分析计算。SolidWorks是一个集计算机辅助设计、制造和工程分析为一体的三维参数化软件，其结构设计提供了有限元分析功能。在SolidWorks中完成零部件三维造型后，可以进入到SolidWorks simulation模块中进行分析。在SolidWorks 的有限元分析模块中，可以进行静态分析、模态分析、稳态热传导分析和热结构分析等工作。下面详细介绍方头铆保持架屈服强度的分析过程。方头铆保持架的铆前、铆后结构见图 3。

3.1创建有限元模型

根据铆后保持架结构图建立有限元模型，见图 4 。

图3　方头铆保持架铆前、铆后结构

图4　有限元模型

3.2设置边界条件及网格化分

为了使保持架方头铆达到屈服，在有限元模型中将保持架的底面固定不动，在方头铆与保持架盖顶面接触处设置接触，在保持架盖的底面上加载轴向载荷，其约束和载荷见图 5。

图5　约束和载荷模型

约束和载荷创建好后，定义模型的材料属性，最后利用SolidWorks simulation提供的网格划分工具将模型划分成具有六面体单元的网格，网格模型见图 6。

3.3计算结果

在计算的过程中，改变轴向作用载荷，使得保持架方头铆达到屈服强度。通过计算得到当轴向载荷达到41.78kN时，保持架方头铆达到屈服强度239.7MPa，其计算应力分布图见图 7。

图6　网格化分

图7　应力分布图

此计算结果是在确定了保持架铆后支柱的长度为3mm、高度为3mm时得到的。从应力分布图中可以看出，保持架方头铆达到屈服强度的位置在方头铆端头支柱的拐角处，且确定了保持架达到屈服强度时的轴向载荷。若保持架铆后支柱的长度和高度选择不同时，方头铆保持架达到屈服强度的位置和轴向载荷大小都会有所改变，所以选择合适的支柱铆后长度和高度至关重要。

4　方头铆尺寸的选择

方头铆保持架铆后支柱的长度δ2和高度h1的选择对保持架的性能有重要影响，因此铆后支柱的长度和高度的选择至关重要。下面分别对铆后支柱长度δ2=2（3，4，5）mm，高度h1=0.5，0.8，1.0，1.3，1.5，1.8，2.0，2.3，2.5，2.8，3mm时的保持架强度进行了分析。铆后尺寸见图8。

图8　铆后尺寸

保持架的材料选取黄铜，其许用屈服强度为239.7MPa。以铆后支柱长度δ2=2（3，4，5）mm，高度h1=3mm时保持架达到许用屈服强度时的轴向载荷为基础，计算铆后支柱长度相同、高度不同时保持架所受的应力分布情况，其应力布曲线见图 9。

图9　保持架所受应力随铆后支柱高度的变化曲线

从图 9 中可以看出，相同铆后支柱长度时，保持架所受应力随铆后支柱高度的增加呈现出降低的趋势，当铆后支柱高度值达到2mm以上时，应力的变化趋于平稳且小于保持架的许用屈服强度，所以铆后支柱高度值应大于2mm。根据轴承保持架生产的经验，铆后支柱的高度值一般不超过3mm，所以保持架铆后支柱高度选择2～3mm较为合适。将图 9 局部放大，分布图见图 10。

图10　局部结果分析图

图10曲线对比结果显示，当铆后支柱高度大于2mm时，铆后的支柱长度选择3～5mm比较合适。当铆后支柱高度等于2mm时，铆后的支柱长度选择3～4mm较为合适。

5　结论

经过上述分析计算可知，保持架支柱铆后的长度和高度的选择对保持架的屈服强度有很大的影响，进而影响轴承的工作性能，所以正确地选择支柱铆后长度和高度至关重要。

（1）固定保持架铆后支柱长度。对比不同铆后支柱高度时保持架所受的应力，得出保持架铆后支柱高度选择2～3mm较为合适。

（2）固定保持架铆后支柱高度。对比不同铆后支柱长度时保持架所受的应力，可以得出当铆后支柱高度大于2mm时，铆后的支柱长度选择3～5mm比较合适。当铆后支柱高度等于2mm时，铆后的支柱长度选择3～4mm较为合适。

［1］ 温朝杰，曾献智.圆柱滚子轴承保持架技术发展［J］.轴承，2015，（7）.［2］ 孙福利，阴红.浪形保持架特殊铆合模的设计及工艺改进［J］.哈尔滨轴承，2011（2）.

［3］ 繁雨晴，马莹，姜韶峰.高精密轴承常用保持架材料［J］.轴承，2010（12）.

［4］ 郑志功，顿涌泉，李定语.塑料保持架的性能及实验分析［J］.轴承，2010（7）.

（编辑：林小江）

Performance analysis of cage with square rivet

Du Shanshan， Xu Meng， Guo Yufei
（ Engineering Center，Wafangdian Bearing Group Co.， Ltd.， Wafangdian116300， China ）

Impact of length and height after riveting of cage pedestal pillar out of cage cover part on cage performance were mainly elaborated. Using the finite element software Solid Works to calculate the strength of the cage when the length and height were different after the pillars riveting， Finally according to the comparison results of different circumstances to choose reasonable length and height after riveting to provide a theoretical basis for pillar riveting parameters of cage.

pillar riveting length； pillar riveting height； strength of cage； finite element software Solid Works

TH133.33+2

B

1672-4852（2016）03-0006-03

2016-07-13.

杜姗珊（1985-），女，工程师.