大长径比圆柱滚子轴承实体保持器的结构改进

李启，刘高杰，王朋伟

（1. 洛阳 LYC 轴承有限公司，河南 洛阳 471039; 2. 航空精密轴承国家重点实验室，河南 洛阳 471039; 3. 河南省高端轴承产业研究院，河南 洛阳 471039; 4. 河南省轴承技术创新中心，河南 洛阳 471039）

1 前言

圆柱滚子轴承具有承载能力高、刚度大、安装方便等优点，被广泛应用在各个领域，在滚动轴承中占有重要地位[1]。保持器的主要作用是在轴承工作过程中避免滚动体之间的直接接触。通常圆柱滚子轴承保持器有冲压保持器、实体保持器、塑料保持器、支柱焊接保持器等。实体保持器又分为整体式和分体式两种结构，多为黄铜材料，也有青铜、钢和铸铁等。分体式结构由保持器本体、端盖和铆钉组成，也有保持器本体上自带铆钉头结构，装配时滚子装入保持器兜孔，将保持器本体和端盖通过铆钉铆结在一起，即完成滚子和保持器的装配。由于其具有易加工、强度高、安装简单等优点，在一些场合被广泛使用[2-3]。

2 宽系列圆柱轴承保持器结构

在保持器设计选型时，保持器结构应根据轴承结构、尺寸、工况、生产批量等合理选择。冲压保持器适用于大批量生产，但不适合高速、高精度的工况。要求运转平稳或高速轴承，多选用实体保持器，但加工效率低且加工成本也会增加。支柱焊接保持器多用于滚子尺寸大于 40 mm的轴承[4]，其滚动体为空心结构，支柱穿过滚动体内部，两端分别通过螺纹和焊接与保持器垫圈固定。轴承工作时支柱通过滚子中心孔引导滚子旋转，与其它结构保持器轴承相比其可以容纳更多数量的滚动体，轴承载荷较大。但较长的滚子中心孔加工难度大，且支柱孔与滚子外径同轴度等难以保证，工作过程中易引起轴承内部发热[5]；其滚子为空心结构，不适用于一些冲击载荷较大的工况。通常宽系列圆柱滚子轴承保持器多选用黄铜实体保持器，其结构如图1 所示。

图1 圆柱轴承黄铜实体保持器结构

黄铜实体保持器如图所示，把圆柱滚子装入兜孔内，通过铆钉或本体上自带的铆钉头将保持器端盖铆接在一起，形成滚子与保持器组件。滚子兜孔圆周均布于保持器本体上，保持器本体结构如图2 所示。兜孔圆周均布在黄铜实体保持器端面上，兜孔直径及深度根据圆柱滚动体尺寸确定。对于宽系列且内外径壁厚差较小的圆柱滚子轴承，其圆柱滚子直径较小，长度较长，滚子长度和直径的比值较大。如某一型号圆柱滚子轴承其滚子参数为φ30 mm×65 mm，保持器兜孔直径较小，深度较大，材料成本高，兜孔在加工过程中，加工效率低，兜孔精度难以保证，较宽的保持器整体重量较重，从而提高了保持器的加工成本，进而增加了轴承的整体成本。

图2 实体保持器本体结构

3 保持器结构改进

为解决宽系列圆柱滚子轴承保持器存在的问题，在满足轴承的使用要求，保证轴承承载能力，即滚子直径长度数量等不变的前提下，对实体保持器结构、铆钉连接方式进行改进。改进后的滚子与保持器组件如图3 所示。

图3 改进后的保持器结构

针对宽系列轴承保持器兜孔直径小、深度大的特点，如图3 所示将保持器结构改进为左右两个半保持器，中间通过支柱进行连接。左右两个半保持器结构尺寸完全一致，保持器兜孔在原结构的基础上直径不变，深度较以前减小，保持器内外径均可与原结构一致，在原钻孔的工艺下，仅改变钻孔深度。与原结构相比保持器的加工成本降低，改进后的左右两个半保持器结构如图4所示。

图4 改进后的两半保持器结构

优化后的保持器在设计时，其兜孔深度根据滚动体长度设计，保持器两个兜孔之间的端面上设计有支柱孔，支柱孔为通孔，孔口留有倒角，便于安装及铆钉焊接。支柱结构为左右对称台阶轴形状，其结构如图5 所示。

图5 改进后保持器支柱结构

实际设计时，左右两个半保持器的兜孔深度，可设计为滚动体长度的 1/3 再加上滚子与保持器的轴向间隙；支柱中部圆柱长度为滚动体长度的 1/3；支柱两侧圆柱长度为单个保持器的厚度加预留铆接形成铆钉头的长度。装配后支柱左右两台阶端面分别与左右两半保持器兜孔侧端面接触。

轴承保持器装配时，支柱及滚动体两端分别装入左右两个半保持器的支柱孔和保持器兜孔内，支柱两侧的铆钉头会凸出保持器，将凸出的支柱头铆接在保持器上，从而使圆柱滚子、保持器左右两半及支柱形成一个整体。

优化后的轴承保持器结构，圆柱滚子滚动面与兜孔内壁面接触减小，两者之间的摩擦发热降低。兜孔深度较小，加工难度降低，保持器整体重量降低，成本大大降低。以 NU23XX 系列三个圆柱滚子轴承型号为例，对比优化前后保持器重量，保持器重量降低了 30% 左右，见表1。

表 1 优化前后轴承保持器重量

4 结束语

在滚子主参数不变的前提下，对大长径比圆柱滚子轴承保持器结构、支柱结构等进行改进，效果显著：1）保持器兜孔在原结构的基础上直径不变、深度减小，降低了保持器兜孔的加工难度；2）采用优化后的保持器结构，可减小圆柱滚子与兜孔之间的接触面积，降低了轴承工作时两者之间的摩擦发热；3）改进后的保持器重量减少 30 % 左右，加工成本大幅降低且完全满足使用要求，可为同类型产品的结构优化提供参考。