圆柱滚子轴承结构的改进

1、圆柱滚子轴承结构的改进为了不断提高机器的生产效率，最大限度的满足用户的要 求，轴承制造厂一直把如何延长轴承寿命作为科技攻关的重点。从轴承寿命 L=a1*a23* （C/P）3/10 可以看出，可采取各方 面的技术措施来提高轴承寿命（L）,其中提高轴承的承载能力 （额定动负荷C）,是延长轴承寿命的主要途径。因此，我们必 须对轴承进行优化设计，改进轴承内部结构。1 改进圆柱滚子的型面1）采用凸度滚子，消除或减轻滚子边缘的应力集中。实践 证明，由于疲劳剥落而损坏的绝大多数圆柱滚子轴承， 几乎全部 是在滚子两端的边缘处开始疲劳损坏 , 这是因为滚子的边缘效应 引起接触应力集中所致。 如图 1 滚子负荷

2、应力图所示。 滚子边缘 效应所引起的滚子应力， 一般要比计算应力大 36 倍，接触应力 和变形显著增大的那一段长度，相当滚子长度的 0.070.17 倍。 因此，需要改变一下滚子的母线形状， 将滚子做成带有凸度形的， 这样就可以使其负荷应力在接触面上均匀分布， 如图 2 全凸形滚 子负荷应力图和图 3 修正线凸度滚子负荷应力图所示。 全凸形状 的滚子主要问题在于形状难制造加工； 难以控制滚子在轴承中不 产生偏斜；轴承的负荷容量有所损失，而修正线凸度滚子，却无 全凸滚子的缺点。2）圆柱滚子修正线凸度的计算。当滚子的偏转角度e =0时，径向负荷则正中作用于滚子的工作表面上，滚子的弹性变形5(mm与

3、滚子(轴承钢)的弹性常数 Cb (kg/mm和轴承滚子负 荷PR( kg)的函数关系为：5 =( PR/C5 )0.93 ( 1)C5 =2680*le0.92( 2)式中： le- 滚子的有效长度( mm)。根据轴承的长期应用实践，通常把轴承径向承载负荷归纳为：轻负荷PRC 0.07C正常负荷 0.07C0.15C滚子负荷的确定， 应考虑通用圆柱滚子轴承的常用实际工况条件，因而取式( 3)中的“正常负荷”。同时，也考虑在“正 常负荷”范围内的大多数轴承的实际应用工况，一般取：PR=0.1*C ( 4)由式( 1)、( 2)和( 4)可推导出滚子的弹性变形。5 =0.1*C/ (2680* l

4、e0.92 )0.93(5)所谓滚子的修正线凸度量5 是滚子的单向弹性变形量，即滚子的弹性变形量 5 的 1/2 。5 =0.5* (0.1*C ) / (2680* le0.92 ) 0.93(6)修正线凸度滚子的直线部分占滚子全长的70%左右；两头凸度部分的长度各占滚子全长的 15%左右。2 增大圆柱滚子的体积1)加大滚子的直径和长度当轴承的当量动负荷一定时， 轴承的额定寿命 L 与额定动负荷C成正比变化，而圆柱滚子轴承的额定动负荷C为：C=fc*le7/9*Z3/4* 29/27(7)式中： fc 系数；le 滚子的有效长度(mr)Z滚子的数量；滚子的直径(m)。从式(7)可看出，额定动

5、负荷 C是滚子的长度，直径和数 量的函数。因此，对轴承结构设计来讲，亦力求增大圆柱滚子的 体积，即加大滚子的直径和长度，提高轴承的额定动负荷能力， 从而达到提高轴承寿命的目的， 这种轴承可称为加强型圆柱滚子 轴承。2)加强型圆柱滚子轴承结构设计参数(1) 加强型圆柱滚子轴承结构设计主参数，适用于轴承的 2、3、4、5 和 6 系列。滚子的长度一般可取：小轴承 L=0.60*B中轴承 L=0.73*B( 8)大轴承 L=0.75*B(2) 滚子的直径一般取：小轴承 =0.56*H中轴承 =0.55*H(9)大轴承 =0.54*H( 3)一般型与加强型圆柱滚子轴承的承载能力及寿命的对 比。通过计算， 加强型比一般型的圆柱滚子轴承的额定动负荷平 均提高 43%、额定静负荷平均提高 33%、额定寿命平均提高 3 倍 以上，详见表 1。表 1 加强型与一般型的圆柱滚子轴承负荷和寿命比较表 当前，轴承工业正在继续上质量、 上品种、上水平和上效益， 应当十分重视采用凸度滚子。 本文从轴承延寿出发， 并考虑到技 术上的先进性、 经济上的合理性和加工制造的可能性， 所提出的 滚子凸度计算方法是可行的。根据计算加强型圆柱滚子轴承比一般型圆柱滚子轴承的额 定动负荷平均可提高 43%、额定静载荷平均可提高 33