满滚子径向自锁轴承的优化设计

叶泳，徐耀良，栾柏松

(浙江四通轴承集团有限公司 技术中心,浙江 衢州 324200)

满滚子径向自锁轴承无保持架，依靠滚子进行径向自锁而不散套，能承受较大载荷，适用于低速重载场合[1-5]。国内满滚子径向自锁轴承生产厂家通常参考GB/T 283—2007《滚动轴承 圆柱滚子轴承 外形尺寸》进行设计，为满足满滚子轴承径向自锁的要求，往往保持滚子组节圆直径Dpw不变，通过改变滚子直径和数量的方法来实现。由于滚子的生产已经标准化、专业化，故采用该方法生产装配时需定制特殊滚子，给该类轴承的设计带来了不必要的麻烦。鉴于此，提出一种采用同系列标准滚子、通过改变滚子组节圆直径来满足满滚子轴承径向自锁要求的设计方法。

1 设计思想

将参考GB/T 283—2007计算得到的滚子组节圆直径Dpw0作为参考参数，选取同系列标准滚子，设计得到合适的满滚子轴承的滚子组节圆直径Dpw，考虑滚子间的间隙，修正滚子组节圆直径，验证滚子组节圆直径Dpw是否能满足自锁要求。

2 设计方法和过程

以NUP310EV型满滚子轴承为例进行分析，其主要外形尺寸有：滚子组内径Fw为65 mm，滚子组外径Ew为97 mm。

2.1 初始设计

参考GB/T 283—2007可得NU310E的滚子组节圆直径初始值为

Dpw0=0.5(Fw+Ew)=81 mm，

滚子直径初始值为

Dw0=0.5(Ew-Fw)=16 mm。

假设滚子均布于中心圆(图1)，则每个滚子所占半圆心角为

图1 满滚子轴承滚子排列图Fig.1 Arrangement diagram of roller in full roller bearing

滚子数量为

取滚子数Z=16。

2.2 优化设计

以上述滚子数Z0和滚子直径Dw0为基本设计参数进行满滚子轴承的设计，满滚子轴承滚子分布如图2所示。Z=Z0=16，Dw=Dw0=16 mm,确定Z和Dw后可得到每个滚子所占半圆心角为

图2 满滚子轴承滚子组节圆直径设计Fig.2 Design of pitch diameter of roller set of full roller bearing

滚子组节圆半径为

滚子半圆切点弦长

考虑轴承的工作状态，为防止轴承工作时抱死，滚子之间需保留合适的间隙。根据经验滚子间间隙t=0.001Dw0，如图3所示，可通过增大滚子组节圆直径实现。

图3 满滚子轴承滚子组节圆直径修正Fig.3 Modification for pitch diameter of roller set of full roller bearing

增大滚子组节圆直径后，滚子半圆弦长为

则

滚子组节圆半径增加量为

K=O3P2-O2P2=0.04 mm，

从而可得滚子组节圆直径为

Dpw=2(41.007+0.04)=82.09 mm。

3 满滚子状态自锁验证

在间隙量t状态下满滚子轴承滚子组节圆半径为R3，滚子排列示意图如图4所示。在Rt△OAC中，若满足AC

图4 满滚子轴承滚子排列示意图Fig.4 Arrangement diagram of roller in full roller bearing

每个滚子所占半圆心角为

arcsin(8/41.045)=11.239°，

轴承滚子间总间隙所占圆心角为

θ=360°-2Zω3=0.352°，

则

故NUP310EV的设计可满足滚子径向自锁要求。

4 结束语

通过采用标准滚子、改变滚子组节圆直径的方法进行满滚子径向自锁轴承的设计，经实际应用很好地满足了用户需求，分析方法可为该类轴承的设计提供参考。