大型圆锥滚子轴承成品包装改进

孙 斌，孟艳艳,2，王 清，王典仁，2

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

大型圆锥滚子轴承广泛应用于冶金、矿山机械等场合，为了更好地满足配套主机的工作性能，确保运行安全，除了必须保证轴承零件的制造误差和装配质量外，还应该特别关注包装之后投入使用之前的质量，确保其工作表面及外观完好无损，达到用户的预期使用要求。

根据用户反馈，拆开包装后的外圈滚道与滚子之间存在假性布氏压痕[1]。而该压痕是不允许出现的，因为它会降低轴承套圈的断裂强度，对服役期间的轴承工作性能产生不良影响。

虽然，现行的包装方式在外圈与内组件之间衬垫了聚乙烯塑料薄膜，但是由于塑料薄膜厚度及减压效果有限，轴承零件装配后产生的自重及运输过程中产的微小振动或摆动都会使薄膜失去防护作用，致使轴承零件滚动表面产生磨损或损伤，最终影响服役期间轴承的工作性能，如振动与噪声加剧、运转失灵或不稳定等；或者发生微振磨损失效，致使旋转精度丧失达不到用户的预期使用要求，造成早期失效[2-4]。

因此，为了解决传统包装缺陷对大型圆锥滚子轴承运输过程或长期静止存放时，轴承滚动表面产生的假性布氏压痕问题，本文对大型圆锥滚子轴承成品的内包装进行了研究与改进，即在外圈与内组件之间设计并增加了厚度为1mm的EPE珍珠棉隔离垫。

轴承生锈会影响它的精度等级，降低其使用寿命，造成报废或者使用时发生安全事故[5]。现在主流的轴承外包装材料为牛皮纸，但大型轴承由于其自身重量过大，容易造成牛皮纸的破裂，导致轴承与空气接触，致使轴承出现锈蚀的质量问题，影响服役期间的使用性能。经试验分析发现，用厚度为0.5mm的塑料袋代替牛皮纸进行密封包装，可以有效隔绝空气，防锈效果显著。

1 在外圈与内组件之间设计并增加EPE隔离垫

根据圆锥滚子轴承外圈与内组件可分离的结构特点，设计了外圈与内组件之间的隔离垫。隔离垫的结构如图1所示。

图1 隔离垫结构

隔离垫的尺寸按如下方式确定：

隔离垫内环尺寸d=产品内圈内径

隔离垫外环尺寸D=产品外圈滚道小端直径尺寸+2×外滚道宽度尺寸

经反复试验分析，按上述计算方式确定的隔离垫外环尺寸，在结构上可以将外滚道和滚子完全隔离开。而且以产品内圈内径确定的内环尺寸可以更加方便准确定位，同时能够最大程度节省材料，降低包装成本。

最后，借助于EPE珍珠棉隔水防潮、防震、韧性强、环保、抗撞力强、质量轻、耐腐蚀性等诸多优点，制造了EPE隔离垫，该隔离垫在外圈和内组件之间的摆放位置如图2所示。

图2 EPE隔离垫的摆放位置

EPE隔离垫完全隔离了外滚道与内组件，避免了二者直接接触，起到了有效隔离与防护作用，从而杜绝了外滚道与滚子接触面间假性布氏压痕的产生。

2 改进外包装结构与材料

现行的外包装多使用牛皮纸，但大型轴承由于其自身重量过大，运输过程中的颠簸振动容易造成牛皮纸的破裂，导致轴承与空气接触，在长期存放过程中，容易出现表面锈蚀的质量问题，降低轴承工作性能的可靠性，给制造商和用户带来不必要的经济损失。

基于圆锥滚子轴承装配后可分离的特点，设计使用厚度为0.5mm的聚乙烯塑料袋分别对外圈和内组件进行热塑包装，然后用纸盒把包装好的外圈与内组件一并装盒，保证轴承处于密封状态，杜绝其与空气和水分子接触，达到了防锈和防止磕碰伤的目的。

3 仿真试验研究

对EPE珍珠棉的防护效果进行有限元仿真分析，SOLIDWORKS系统内EPE珍珠棉材料属性如图3所示，弹性模量为172000000N/m2，泊松比为0.439，质量密度为917kg/m3。

图3 EPE珍珠棉材料属性

试验设置厚度为1mm、外径为300mm、内径为120mm的EPE珍珠棉的下表面为固定几何体。考虑到大型轴承外圈重量一般为3～10kg，因此，本试验拟对珍珠棉的上表面施加100N/m2的压力，有限元网格划分采用SolidWorks Simulation里的系统生成节点总数为15716个，单元总数为7592个，网格质量高，满足有限元数值计算的要求，相应的网格划分结果如图4所示。

图4 网格划分

按图4网格划分运算算例，可得厚度为1mm的EPE珍珠棉应力、位移、应变变化结果云图分别如图5～7所示。

图5 应力变化

图5的仿真结果显示，当对厚度为1mm的EPE珍珠棉的上表面施加100N/m2的压力时，EPE珍珠棉应力变化仅为25.23N/m2远小于对其施加的100N/m2应力，说明EPE珍珠棉的抗压能力极好。

图6 位移变化

图6的仿真结果显示，当对厚度为1mm的EPE珍珠棉上表面施加100N/m2的压力时，上表面位移变化极小仅为4.198e-7mm，所以，厚度为1mm的EPE珍珠棉具备很强的防震能力。

图7的仿真结果显示，当对厚度为1mm的EPE珍珠棉上表面施加100N/m2的压力时，上表面应变变化为1.204×e-7，变形量很小，说明厚度为1mm的EPE珍珠棉具有很好的抗变形能力。

图7 应变变化

其他条件保持不变，对厚度为1mm的EPE珍珠棉上表面的压力从100N/m2增加到500N/m2时，系统生成节点总数为15716个，单元总数为7592个，网格质量高，满足有限元数值计算的要求，相应的网格划分结果如图8所示。

图8 网格划分

按图8网格划分运算算例，可得厚度为1mm的EPE珍珠棉应力、位移、应变变化仿真结果云图如图9～11所示。

图9 应力变化

图9的仿真结果显示，当对厚度为1mm的EPE珍珠棉上表面施加500N/m2的压力时，上表面的应力变化仅为126.2N/m2，也远小于500N/m2的压力，再次验证了EPE珍珠棉来良好的抗压能力。

图10的仿真结果显示，当对厚度为1mm的EPE珍珠棉上表面施加500N/m2的压力时，上表面的位移变化仅为为2.099×e-6mm。相对于厚度为1mm的EPE珍珠棉来说，此位移变化量也是极小的，再次证明了厚度为1mm的EPE珍珠棉防震能力很强。

图10 位移变化

图11 应变变化

图11的仿真结果显示，当对厚度为1mm的EPE珍珠棉上表面施加500N/m2的压力时，上表面应变变化为仅为6.019×e-7，变形量很小，再次证明了厚度为1mm的EPE珍珠棉具有良好的抗变形能力。

图4～11的仿真结果显示，厚度为1mm的EPE珍珠棉可以对500N/m2以下的压力起到极好的抗压、防震及抗变形防护作用，因此，对于大型轴承而言，本文设计的采用厚度为1mm的EPE珍珠棉隔离垫进行外圈与内组件的隔离，可以起到有效的防护作用，避免假性布氏压痕的产生。

4 结束语

根据圆锥滚子轴承自身可分离的结构特点及EPE珍珠棉防潮、防震等诸多优点，在外圈与内组件之间设计的EPE隔离垫，对外滚道与滚子的工作表面起到了有效的隔离与防护作用，从而避免了外滚道与滚子接触面间假性布氏压痕的产生。

基于圆锥滚子轴承装配后可分离的特点，设计使用厚度为0.5mm的聚乙烯塑料袋分别对外圈和内组件进行热塑包装，保证轴承零件处于完全密封状态，最终达到了防锈和防止磕碰伤的目的。