新型无外圈满装圆柱滚子轴承的设计

丁建强，贾松阳，王朋伟，范强

(1.洛阳LYC轴承有限公司 技术中心，河南 洛阳 471039； 2.航空精密轴承国家重点实验室，河南 洛阳 471039)

圆柱滚子轴承因能承受较大的径向载荷，被广泛应用于车辆、机床、减速箱、轧钢机、运输机械等领域。常见的双列圆柱滚子轴承有带车制保持架的NN型、NNU型和无保持架的双列满装圆柱滚子NNF型等。同外形尺寸无保持架的满装圆柱滚子轴承与传统带保持架圆柱滚子轴承相比，额定静载荷可增加15%～25%，额定动载荷可增加20%～35%，更适应低速、重载工况[1-5]。

某主机厂齿轨轮轴承长期处于低速、重载且有冲击载荷的工况下，为满足使用工况，常采用无保持架的双列满装圆柱滚子轴承，随设备升级改造、产能增加，该轴承的承载能力已不能满足使用要求，故需对轴承结构进行改进设计。

1 改进前轴承结构

改进前双列满装圆柱滚子轴承结构如图1所示，轴承由内、外圈和2列滚子组成，无保持架。外圈带固定中挡边，将双列滚子分隔开；内圈无挡边，可在轴向适当移动。

图1 双列满装圆柱滚子轴承Fig.1 Double row full complement cylindrical roller bearing

2 改进后轴承结构及优点

2.1 结构

由于设备更新升级，原轴承承载能力不足，另外受限于齿轨轮轴承座空间，提出了一种新型无外圈满装圆柱滚子轴承结构，如图2所示。轴承主要由内圈、滚子及塑料固定套组成。内圈有固定中挡圈，其上设置油孔,内圈内部有O形圈安装槽；滚子采用整体式结构，中部开凹槽，滚子素线采用圆弧修形，两端为大圆弧修形，中部凹槽部分为小圆弧修形，以减少应力集中；成套轴承外部使用塑料固定套固定，装配时固定套滑落，塑料固定套可重复利用。与原轴承结构相比，最大的不同是将原来的2列滚子合二为一，同时保持双列形式。

1—圆柱滚子；2—内圈；3—油孔；4—O形圈安装槽；5—塑料固定套图2 新型无外圈满装圆柱滚子轴承Fig.2 New full complement cylindrical roller bearing without outer ring

2.2 优点

1)新型轴承的外形尺寸与原双列满装圆柱滚子轴承相同，可在原轴承座内使用。由于无外圈，轴承座作为轴承外圈使用，滚子尺寸可适当增大，滚子组节圆直径增大，滚子数也增多，从而大幅提高轴承的承载能力。

2)采用整体式滚子，既可起到双列滚子的作用，又可保证轴承承载能力；同时方便安装，不易散套。如图3所示，在轴向力F作用下安装轴承，安装孔迫使塑料固定套滑落，内圈固定中挡圈阻挡滚子向外滑移，整个安装过程滚子不会散落。塑料固定套也可重复利用。

1—轴；2—轴承座；3—塑料固定套；4—轴承图3 轴承安装示意图Fig.3 Installation diagram of bearing

3)2列滚子分别加工时难免会出现尺寸偏差,而整体式滚子通过一道工序加工完成，尺寸一致性较好。

4)在轴或孔受力偏斜时双列滚子易偏斜，致使某一列受力较大。整体式滚子长度大，刚性强,可防止轴或孔偏斜。

3 设计注意事项

1)滚子中间槽与内圈挡边示意图如图4所示。滚子中间槽深度需大于内圈挡边高度，槽宽度需大于内圈挡边宽度。滚子与内圈无间隙会使轴承旋转不灵活，摩擦力大。间隙L1，L2保证了润滑油可通过油孔对滚道和滚子进行润滑，同时使轴承有一定的轴向移动能力，受到轴向力时可适当调整，避免滚子受力过大。L1，L2的大小需根据滚子尺寸和使用工况(轴向调整能力要求)设计。

图4 滚子中间槽与内圈挡边Fig.4 Middle groove of roller and rib of inner ring

2)由于轴承座作为轴承外圈使用，需根据座孔公差和轴承游隙计算滚子组外径尺寸公差，轴承装配后应使径向游隙符合使用工况。

3)为减少滚子和滚道的应力集中，滚子两端采用大圆弧修形，滚子中间槽采用小圆弧修形(图5)。在工况较好时，为加工方便也可仅对滚子两端进行圆弧修形，中间槽倒角处理即可。

图5 滚子修形Fig.5 Profiling of roller

4)设计完成后需验算滚子的圆周总间隙，方法同一般满装圆柱滚子轴承。

4 结束语

按照上述设计方法设计了某型无外圈满装圆柱滚子轴承，安装使用后效果良好，满足了主机使用要求。无外圈满装圆柱滚子轴承适用于安装位置小，低速重载工况,但因滚子较长，应避免在偏载较大的工况下使用。