无保持架圆柱滚子轴承在STR中桥主锥上的应用

周彬，郭婵，王纯，刘剑

（陕西汉德车桥有限公司，陕西 西安 710201）

无保持架圆柱滚子轴承在STR中桥主锥上的应用

周彬，郭婵，王纯，刘剑

（陕西汉德车桥有限公司，陕西 西安 710201）

文章对无保持架圆柱滚子轴承在STR中桥主锥上的应用进行了强度计算、结构优化和装车验证，结果表明：无保持架圆柱滚子轴承可以有效较低采购成本、提高轴承的承载能力和使用寿命。

圆柱滚子轴承；无保持架；承载能力；寿命

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.015

CLC NO.: U463.55 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-44-02

引言

主减速器是驱动桥上一个重要的传动部件，其功能主要是传递扭矩并减速增扭，它的可靠性是驱动桥一个重要指标[1]。STR中桥主动锥齿轮采用悬臂式支承方式，其中，圆柱滚子轴承仅承受径向力，一对圆锥滚子轴承承受部分径向力和全部的轴向力。STR中桥在使用过程中，常发生主动锥齿轮支承轴承破坏的故障，为此，非常有必要对主锥的支承轴承进行综合分析，以提高主锥的支承刚性。

STR中桥主锥的圆柱滚子轴承由于受轴承座结构的限制，采用了外圈带止动槽的标准轴承，但在实际使用过程中，由于止动槽底至越程槽的距离过小，强度不足，轴承易于卡簧槽处断裂，并且轴承的有效壁厚较小，额定载荷过小，轴承滚子及内圈易出现点蚀剥落。结合这些失效特征，将标准结构的圆柱滚子轴承优化为满滚子无保持架圆柱滚子轴承，在增大最小有效壁厚的基础上提高轴承的额定载荷，从而降低产品成本、提高轴承承载能力和使用寿命。

1、新旧结构的对比

1.1 标准结构

标准结构的NU314轴承[2]如图1最小有效壁厚只有3.4mm，越程槽偏大，止动槽底部结构未做要求，然而在实际生产中部分轴承的止动槽根部呈现出直角过渡如图2，从而在止动槽根部易产生应力集中，导致轴承外圈断裂失效。

图1 标准结构的NU314

图2 卡簧槽根部呈直角

1.2 第一次结构优化

NU314轴承在第一次改进时，对轴承的外圈壁厚进行了改进，把标准设计的NU314轴承的滚动体改小如图3，以牺牲轴承的承载力来加强止动槽处强度，止动槽处强度虽得到了加强，但是轴承疲劳失效剥落如图4的现象却更加严重，明显是由轴承的额定动载荷降低所造成的。

图3 第一次优化结构

图4 轴承内圈疲劳点蚀剥落

1.3 第二次结构优化

由于第一次优化的结构降低了轴承的额定载荷，使得轴承内圈越易疲劳失效，点蚀剥落。因此，将NU314设计为满滚子结构[3]如图5，增加滚子数量，并将最小有效壁厚增加至7.43min，止动槽根部呈圆滑过渡，使轴承的额定动载荷增加，从而使轴承的抗疲劳性能得到加强，提高轴承寿命。

图5 满滚子结构

2、结构优化前后的性能对比

2.1 额定载荷及寿命对比

2.1.1 轴承的额定动载荷

根据GB/T6391-2003《滚动轴承额定动载荷和额定寿命》可知，额定动载荷的计算公式[4]为：中

α——外圈滚道角度，α=0°；

bm——高质量淬硬轴承刚良好加工方法的额定系数；

fc——与轴承材料、制造精度有关的系数；

I——轴承中球或滚子的列数；

Z——单列轴承中的球或滚子数。

经计算，产品改为满滚子轴承后，轴承额定动载荷Cr= 227 KN；而第一次结构优化后的轴承额定动载荷Cr= 181KN，轴承额定载荷与承载能力大幅提高。其中轴承额定载荷增加了25.4%。

2.1.2 轴承的寿命

式中：P——当量动载荷；

C——额定动载荷；

ε——寿命指数，滚子轴承，ε =10/3

由上式可知，当轴承额定载荷提高时，轴承寿命也会相应提高。则此时 L10增加（227/181）10/3=2.13倍，即寿命相应提高2.13倍。

2.1.3 轴承止动槽结构

如图6所示：

● 将NU314外圈止动槽的深度从原来的4毫米，改为3.4 mm，滚道处越程槽深度设计为最大0.5mm，使轴承的外圈有效厚度增加。

● 止动槽根部由R1.0-1.5改为R1.75，使得止动槽根部呈圆滑过渡，减少应力集中。

图6 止动槽局部结构图

2.2 装车验证效果

截止2015年年底（取改进后3年的有效数据），无保持架满滚子圆柱滚子轴承自2012年1月批量切换至今，2012年生产的桥平均故障率较2011年降低了74%，从图7中可以看出，2012年各月生产的桥的故障率均低于2011年，说明无保持架圆柱滚子轴承可有效提高轴承使用寿命。

图7 2011年和2012年生产的桥各月故障率

3、结论

由以上分析可以看出，增加滚子数量，增加轴承的外圈有效厚度可以有效的改善轴承的承载能力和使用寿命。

[1] 县鹏宇.载重卡车车桥主减速器轴承的技术发展[J].轴承,2010（10）:56.

[2] Koyo.滚动轴承综合样本.光洋精工株式会社,2005.

[3] 杨萍.满滚动体圆柱滚子轴承的设计.轴承,2001（3）:4-7.

[4] 吴根生.满圆柱滚子轴承的结构尺寸设计.轴承,2003（4）:12-14.

Maintains a cylindrical roller bearing in the STR tin the main applications of cone

Zhou Bin, Guo Chan, Wang Chun, Liu Jian
（Shaanxi Hande Axle Co. Ltd., Shaanxi Xi'an 710201）

This paper maintains a cylindrical roller bearing in the STR tin the main applications of cone strength calculation, structure optimization and loading test; the results showed that no cage cylindrical roller bearing can effectively reduceprocurement costs, improve the bearing capacity and service life.

cylindrical roller bearing; no cage; bearing capacity; life

U463.55

A

1671-7988 (2016)12-44-02

周彬，就职于陕西汉德车桥有限公司。