圆锥滚子轴承保持架兜孔形状及压坡面素线改进设计

圆锥滚子轴承保持架兜孔形状及压坡面素线改进设计
温春国，张广宪，柳雪芹，赵培振，郑广会
（山东金帝精密机械科技股份有限公司，山东　聊城　２５２０００）
摘要：针对原圆锥滚子轴承滚子与保持架梁两端接触、中间悬空或断线的接触不良问题，提出将兜孔等腰梯形改为兜孔两端有凹陷缺口的梯形，压坡后的保持架梁呈中间凸起形状的改进措施。

改进后的结构有效改善了保持架梁与滚子的接触状态，可以更好地满足使用需求。

关键词：滚动轴承；圆锥滚子轴承；保持架；滚子；兜孔；梁；接触
中图分类号：ＴＨ１３３．３３＋２ 文献标志码：Ｂ ＤＯＩ：１０．１９５３３／ｊ．ｉｓｓｎ１０００－３７６２．２０２１．０５．００２
ＩｍｐｒｏｖｅｄＤｅｓｉｇｎｏｆＰｏｃｋｅｔＳｈａｐｅａｎｄＧｅｎｅｒａｔｒｉｘｏｆＰｒｅｓｓｕｒｅＳｌｏｐｅ
ＳｕｒｆａｃｅｆｏｒＣａｇｅｏｆＴａｐｅｒｅｄＲｏｌｌｅｒＢｅａｒｉｎｇｓ
ＷＥＮＣｈｕｎｇｕｏ，ＺＨＡＮＧＧｕａｎｇｘｉａｎ，ＬＩＵＸｕｅｑｉｎ，ＺＨＡＯＰｅｉｚｈｅｎ，ＺＨＥＮＧＧｕａｎｇｈｕｉ
（ＳｈａｎｄｏｎｇＪｉｎｄｉＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭａｃｈｉｎｅｒｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｉａｏｃｈｅｎｇ２５２０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒｐｒｅｖｉｏｕｓｃａｇｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔａｐｅｒｅｄｒｏｌｌｅｒｂｅａｒｉｎｇｓ，ｔｈｅｒｅａｒｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｐｏｏｒｃｏｎｔａｃｔｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｒｏｌｌｅｒｓａｎｄｔｈｅｃａｇｅｂａｒｓ，ｓｕｃｈａｓｃｏｎｔａｃｔａｔｂｏｔｈｅｎｄｓ，ｔｈｅｓｕｓｐｅｎｄｉｎｇｏｒｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｏｎｃｏｎｔａｃｔｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅ．Ｉｔｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｃｈａｎｇｅｐｏｃｋｅｔｓｈａｐｅｆｒｏｍｉｓｏｓｃｅｌｅｓｔｒａｐｅｚｏｉｄｔｏｔｒａｐｅｚｏｉｄｗｉｔｈｓｕｎｋｅｎｎｏｔｃｈａｔｂｏｔｈｅｎｄｓ，ａｎｄｃａｇｅｂａｒｓｂｅｃｏｍｅｃｏｎｖｅｘｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅａｆｔｅｒｐｒｅｓｓｉｎｇｓｌｏｐｅ．Ｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｓｔａｔｅｂｅｔｗｅｅｎｃａｇｅｂａｒｓａｎｄｒｏｌｌｅｒｓ，ｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｔｔｅｒｍｅｅｔｔｈｅｄｅｍａｎｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇ；ｔａｐｅｒｅｄｒｏｌｌｅｒｂｅａｒｉｎｇ；ｃａｇｅ；ｒｏｌｌｅｒ；ｐｏｃｋｅｔ；ｂａｒ；ｃｏｎｔａｃｔ
圆锥滚子轴承保持架将滚子等距隔开，使滚
子均布在滚道圆周上，引导并带动滚子在正确滚
道上滚动，防止滚子间互相碰撞和摩擦。

若保持
架与滚子接触位置不良，滚子与保持架会产生硬
性摩擦，摩擦严重时会造成轴承卡滞、异常声甚至
滚子脱落无法使用。

保持架与滚子的接触形式
（梁与滚子的接触位置）会直接影响轴承寿命及使
用状态，是保持架设计的要点。

１　原保持架兜孔压坡面素线接触位置
以３２０４８圆锥滚子轴承保持架为例进行分
析，保持架主要结构参数：壁厚Ｓ为６．０ｍｍ，兜孔
公称长度Ｌ
ｃ为５６．５ｍｍ，公称外径Ｄ
ｃ
为３３８．２
ｍｍ。

保持架兜孔形状为等腰梯形，理论状态下压坡后压坡倒角面平行于两侧梁，梁与滚子接触示意图如图１所示。

收稿日期：２０２０－０８－０１；修回日期：２０２０－１２－２
９
图１　保持架梁与滚子接触示意图
Ｆｉｇ．１　Ｄｉａｇｒａｍｏｆｃｏｎｔａｃｔｂｅｔｗｅｅｎｃａｇｅｂａｒａｎｄｒｏｌｌｅｒ 理论分析
采用轮廓仪测得保持架压坡面素线轮廓如图２所示，
压坡面素线接触长度仅为保持架兜孔公称
图２　保持架压坡面素线轮廓图
Ｆｉｇ．２　Ｐｒｏｆｉｌｅｄｉａｇｒａｍｏｆｇｅｎｅｒａｔｒｉｘｏｆｃａｇｅｐｒｅｓｓｉｎｇｓｌｏｐｅｓｕｒｆａｃｅ
·０１
·研究与开发
长度Ｌｃ［１］
的３
０％，梁两端有明显凸起，与滚子接触时凸起会与滚子产生点接触摩擦。

　涂色试验
在滚子上均匀涂上颜料，模拟滚子与保持架
梁旋转接触，沾染到颜料的位置即为保持架兜孔压坡面素线接触位置，通过反复试验，沾染颜料位置集中在保持架梁两端，中间位置断断续续沾染到染料，如图３
所示。

图３　保持架梁沾染位置示意图
Ｆｉｇ．３　Ｄｉａｇｒａｍｏｆｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｃａｇｅｂａｒ
　试验分析
在静音实验室中，在３５０Ｎ额定载荷下对圆
锥滚子轴承进行寿命试验，转速为１５００ｒ／ｍｉｎ，运转７ｈ后轴承发出异常声，拆解发现滚子两端有明显摩擦痕迹。

另取１套圆锥滚子轴承，同样在３５０Ｎ额定载荷下进行寿命试验，转速为１５００ｒ／ｍｉｎ，运转８．５ｈ后轴承发出异常声，拆解发现滚子中间部位有明显摩擦痕迹。

　小结
理论分析和试验结果均表明：滚子与压坡面
素线的接触位置主要集中在保持架梁两端，中间略微断线接触。

２　兜孔形状及压坡面素线改进设计
将等腰梯形兜孔改为两端有凹陷缺口的梯形兜孔，如图４所示，图中：ＬＬ１为保持架窗孔大端凹陷长度，ＬＬ２为保持架窗孔小端凹陷长度，ＨＨ１为保持架窗孔大端凹陷深度，ＨＨ２为保持架窗孔小端凹陷深度，ＢＢ为保持架窗孔大端宽度，ｂｂ为保持架窗孔小端宽度。

改进压坡模具，使压坡后的梁呈中间凸起形状，保持架梁中间有凸起高度γ，如图
５所示。

通过以上改进措施，使兜孔形状及压坡面得到改变，进而实现压坡面素线接触位置由两端
接触改为中间接触。

图４　改进后保持架兜孔形状
Ｆｉｇ．４　Ｐｏｃｋｅｔｓｈａｐｅｏｆｃａｇｅａｆｔｅｒｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎ
ｔ
图５　改进后保持架梁凸起形状
Ｆｉｇ．５　Ｃｏｎｖｅｘｓｈａｐｅｏｆｃａｇｅｂａｒａｆｔｅｒｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ
３　保持架兜孔主要尺寸计算
在其他尺寸不变的情况下，仅改变兜孔形状。

根据经验，ＨＨ１，ＨＨ２，ＬＬ１，ＬＬ２，γ可根据以下方法确定。

　，
１）当１ｍｍ≤Ｓ＜４ｍｍ时，ＨＨ１＝
０．０４８Ｓ，ＨＨ２＝
０．０３５Ｓ；２）当４ｍｍ≤Ｓ＜６ｍｍ时，ＨＨ１＝０．０３１Ｓ，ＨＨ２＝
０．０２２Ｓ；３）当６ｍｍ≤Ｓ＜１２ｍｍ时，ＨＨ１＝０．０２５Ｓ，ＨＨ２＝
０．０１７Ｓ。

　，
１）当８ｍｍ≤Ｌｃ＜２５ｍｍ时，ＬＬ１＝０．１２５Ｌｃ
，ＬＬ２＝０．１２２Ｌｃ
；２）当２５ｍｍ≤Ｌｃ＜５０ｍｍ时，ＬＬ１＝０．１６３Ｌｃ
，ＬＬ２＝０．１４７Ｌｃ
；３）当５０ｍｍ≤Ｌｃ＜８０ｍｍ时，ＬＬ１＝０．１５６Ｌｃ
，ＬＬ２＝０．１２３Ｌｃ
；４）当８０ｍｍ≤Ｌｃ＜１５０ｍｍ时，ＬＬ１＝０．１８６Ｌｃ
，ＬＬ２＝０．１４４Ｌｃ。

当１ｍｍ≤Ｓ
＜３ｍｍ时，γ＝０．００８（ＬＬ１２）２－（ＬＬ２２）槡
２
＋０．００１２Ｌｃ＋０．１４７２
Ｓ；
当３ｍｍ≤Ｓ
＜５ｍｍ时，·
１１·研究与开发温春国，等．圆锥滚子轴承保持架兜孔形状及压坡面素线改进设计
γ＝０．００７２（ＬＬ１２）２－（ＬＬ２２）槡２
＋０．０００８Ｌｃ＋０．１４７２
Ｓ；
当５ｍｍ≤Ｓ
＜９ｍｍ时，γ＝０．００６９（ＬＬ１２）２－（ＬＬ２２）槡２＋０．０００６Ｌｃ＋０．１４７２
Ｓ；
当９ｍｍ≤Ｓ
＜１２ｍｍ时，γ＝０．００９２（ＬＬ１２）２－（ＬＬ２２）槡
２＋０．０００５Ｌｃ＋０．１４７２
Ｓ。

４　实际使用效果
改进后保持架主要结构参数为：ＨＨ１＝０．１５５ｍｍ，ＨＨ２＝０．１１０ｍｍ，ＬＬ１＝６．２１０３ｍｍ，ＬＬ２＝５．６００７ｍｍ，γ＝０．１
４４ｍｍ。

用轮廓仪测得改进后保持架压坡面素线轮廓如图６所示，并进行涂色试验，结果如图７所示，由图６和图７可知：滚子与保持架
图６　改进后保持架压坡面素线轮廓图
Ｆｉｇ．６　Ｐｒｏｆｉｌｅｄｉａｇｒａｍｏｆｇｅｎｅｒａｔｒｉｘｏｆｃａｇｅｐｒｅｓｓｉｎｇｓｌｏｐｅ
ｓｕｒｆ
ａｃｅａｆｔｅｒｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ
图７　改进后保持架梁沾染位置示意图
Ｆｉｇ．７　Ｄｉａｇｒａｍｏｆｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｃａｇｅｂａｒａｆｔｅｒｉｍ
ｐｒｏｖｅｍｅｎｔ
接触位置位于梁中间位置，接触长度为Ｌｃ的７０％左右，说明了保持架兜孔形状改进设计的正确性。

同样对保持架改进后的轴承进行寿命试验，滚子两端无摩擦痕迹，仅滚子中间位置有轻微痕迹，进一步说明了保持架设计的正确性。

参考文献：
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［Ｓ］．
［２］　刘致文，李万涛，陈德明．冲压保持架的制造［Ｚ］．洛
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２０１０．
［４］　刘玉田．圆锥滚子轴承冲压保持架实用加工技术［Ｚ］．
洛阳：洛阳轴承研究所，２００４．
［５］　滚动轴承　寿命与可靠性试验及评定：ＧＢ
／Ｔ２４６０７—
２００９［Ｓ］．
（编辑：钞仲凯）
·２１·《轴承》２０２１年第５期研究与开发。