王朝光 ，王宏亮 ，王書群

（1.中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司 研發(fā)中心，黑龍江 哈爾濱 150036；2. 哈爾濱軸承集團(tuán)公司 哈爾濱精密特種軸承廠，黑龍江 哈爾濱 150036；3.哈爾濱軸承集團(tuán)公司 小型球軸承分廠，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

磁電機(jī)軸承是外圈分離型淺溝球軸承，因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須將內(nèi)組件—保持架、滾動(dòng)體和內(nèi)圈成為一體，以滿足軸承工作性能的要求。以往磁電機(jī)軸承保持架為梅花形銅板沖壓架，如圖1所示，此保持架工藝復(fù)雜，需經(jīng)切料、成型、整形、竄光等工序（保持架工藝路線：切環(huán)→翻里邊→翻外邊→沖孔→用工藝球硌壓→兜孔加工→工藝整合等），還需要多套沖壓模具、設(shè)備和工裝等，致使軸承成本較高、裝配效率低。并且，金屬銅價(jià)格是增強(qiáng)尼龍價(jià)格的幾倍。因此，我公司尋求了一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉又能滿足用戶使用要求的增強(qiáng)尼龍PA66-GF25注塑成型保持架，如圖 2 所示?？稍O(shè)計(jì)出有利于軸承工作的幾何形狀，替代銅板沖壓保持架。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改變，使軸承具有低噪聲、低溫升、高轉(zhuǎn)速、抗沖擊能力強(qiáng)等原結(jié)構(gòu)所不具備的優(yōu)良性能。

2 增強(qiáng)尼龍保持架軸承性能介紹

由于增強(qiáng)尼龍（PA66-GF25）具有摩擦系數(shù)小、彈性高、不易形成脆性裂紋、抗沖擊性好等特性所決定，所以用該材料制造的軸承保持架能夠起到隔離、引導(dǎo)并能改善滾動(dòng)體與保持架受力狀態(tài)的作用。采用增強(qiáng)尼龍保持架的軸承還能夠滿足保持架與滾動(dòng)體及套圈之間相對(duì)滑動(dòng)的要求，這是由于在尼龍PA66-GF25中加入了一定量的玻璃纖維增強(qiáng)劑和潤(rùn)滑劑制成的復(fù)合熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性較好的材料，使之具有良好的耐磨性和自潤(rùn)滑等特性。當(dāng)軸承失去潤(rùn)滑時(shí)，溫度急劇上升，金屬保持架將變形，造成滾動(dòng)體卡滯，軸承抱死，碎裂。而增強(qiáng)尼龍保持架最初溫度也會(huì)迅速上升，導(dǎo)致保持架融化，起到潤(rùn)滑作用，軸承不會(huì)很快抱死，在一定時(shí)間內(nèi)能連續(xù)工作；增強(qiáng)尼龍保持架可在120°C以下正常工作；并具有嵌埋固體異物的能力使雜質(zhì)吸附在保持架上而不進(jìn)入軸承工作的滾道中，避免產(chǎn)生摩擦發(fā)熱和磨損現(xiàn)象；比重小，為金屬的1/7～1/6，從而大大降低了軸承在高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中作用于保持架上的離心力，降低了軸承的振動(dòng)、噪音，提高了軸承的高速性能；同時(shí)尼龍保持架可注塑成型，其幾何形狀取決于模具精度，注塑成型后尺寸一致性好，易于批量生產(chǎn)。

圖1 梅花形銅板沖壓保持架

圖2 增強(qiáng)尼龍注塑成型保持架

3 新型增強(qiáng)尼龍保持架的設(shè)計(jì)

根據(jù)磁電機(jī)軸承外圈分離的工作特點(diǎn)，首先要求將內(nèi)組件（保持架、滾動(dòng)體和內(nèi)圈）組合為一體，以保持架內(nèi)、外徑方向自鎖球?yàn)楹诵膶撉蜴i在保持架兜孔內(nèi)，并且保證鋼球在兜孔中不掉球不夾球的靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使保持架兜孔的內(nèi)、外徑方向均能鎖住鋼球，球在保持架外徑方向通過(guò)外鎖點(diǎn)壓入兜孔。

（1）考慮到增強(qiáng)尼龍的收縮變形易受環(huán)境的影響等特點(diǎn)，增強(qiáng)尼龍保持架的兜孔直徑尺寸Δc應(yīng)比車制兜孔尺寸稍大些，以免變形造成夾球現(xiàn)象。由于增強(qiáng)尼龍保持架為非金屬材料且質(zhì)量輕，所以兜孔尺寸加大不會(huì)影響軸承的噪聲。

式中：Dw—鋼球直徑。

（2）保持架外徑周向鎖量J2={Δc-(Dc-Pc)}1/2

式中：Δc—兜孔直徑，

Dc—保持架外徑，

Pc—滾動(dòng)體中心圓直徑。為保證兜孔既能鎖住球，而且又能將鋼球順利裝入，根據(jù)增強(qiáng)尼龍材料彈性變形量及滾動(dòng)體直徑大小，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證給出兜孔鎖量值范圍為：Dw-J2=0.15～0.4，如果此數(shù)值太大，滾動(dòng)體無(wú)法裝入兜孔。從（2）公式中可知，軸承主參數(shù)Dw、Pc選定后，兜孔直徑Δc也為定值， 只有減小保持架外徑Dc，才能使兜孔鎖量值在合理范圍內(nèi)。但是如果減小保持架外徑Dc，將影響保持架的強(qiáng)度，因此，在兜孔外徑方向設(shè)計(jì)直徑為ΔB圓窩（ΔB＞Δc），調(diào)整圓窩深度hB，使兜孔鎖點(diǎn)處具有適合的鎖量J2，保證鋼球順利裝入保持架兜孔中。

（3）保持架內(nèi)徑鎖量

內(nèi)徑軸向鎖量：J={Δc2-(Pc-dc)2}1/2

式中：dc—保持架內(nèi)徑。

要求：J＞J1滿足此式，可保證在裝鋼球時(shí)J1不對(duì)鋼球干涉，保證鋼球順利裝入保持架兜孔中；若J＜J1鋼球?qū)㈦y以裝入兜孔，可根據(jù)公式適當(dāng)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)。

（4）為保證軸承旋轉(zhuǎn)靈活性，滾動(dòng)體在兜孔內(nèi)不受卡、阻滯，成品保持架必須用控制鋼球進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)時(shí)，控制鋼球組外徑不小于Dk,控制鋼球組內(nèi)徑不大于dK。

鋼球在保持架兜孔中外徑方向竄動(dòng)尺寸：

式中：D2max—外圈滾道最大直徑，

Rwmax—外圈滾道最大溝曲率半徑，

αmin—軸承最小接觸角,

ε2—安全系數(shù) ，ε2=0.3～0.8。

考慮到套圈過(guò)欠磨或保持架變形等多種因素，要求Dk1＜Dk，只有滿足此式才能保證所設(shè)計(jì)的保持架外徑方向不卡球，使鋼球能在外圈滾道直徑最大極限狀態(tài)下與外滾道接觸，軸承正常工作。

鋼球在保持架兜孔中內(nèi)徑方向竄動(dòng)尺寸：

式中：d2min—內(nèi)圈滾道最小直徑,

RNmax—內(nèi)圈滾道最大溝曲率半徑,

ε1—安全系數(shù),ε1=0.2～0.6。

考慮到套圈過(guò)欠磨或保持架變形等多種因素， 要求dk1＞dk，只有滿足此式，才能保證所設(shè)計(jì)的保持要求架內(nèi)徑方向不卡球，使鋼球能在內(nèi)圈滾道直徑最小極限狀態(tài)下與內(nèi)滾道接觸，軸承正常工作。

（5） 為使兜孔鎖點(diǎn)處具有良好的彈性，將兜孔上、下鎖點(diǎn)處打薄，分別設(shè)計(jì)成角度為α、β和25°角。

（6）為保證保持架注塑成型后，冷卻均勻，使其收塑均勻一致，消除收塑凹坑，減小變形量，同時(shí)又可減輕保持架重量，提高軸承的極限轉(zhuǎn)速，節(jié)省原材料，降低成本。因此在保證其強(qiáng)度的情況下將保持架兩端面挖成槽形，其尺寸如下：

挖槽外徑尺寸：Dc1=Pc+0.25Dw，

挖槽內(nèi)徑尺寸：dc1=Pc-0.25Dw，

挖槽深度尺寸：h=0.16Dw。

4 結(jié)束語(yǔ)

主要討論了關(guān)于磁電機(jī)軸承保持架的結(jié)構(gòu)以及不同結(jié)構(gòu)、不同材質(zhì)的保持架對(duì)該類軸承性能的影響，并給出了改進(jìn)后的增強(qiáng)尼龍保持架設(shè)計(jì)方案。

改進(jìn)后的增強(qiáng)尼龍PA66-GF25注塑成型保持架，替代了工藝復(fù)雜的銅板沖壓型保持架。降低了成本，提高了生產(chǎn)效率，提高了軸承的性能。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改變，使軸承具有低 噪聲、低溫升、高轉(zhuǎn)速、抗沖擊能力強(qiáng)等原結(jié)構(gòu)所不具備的優(yōu)良性能。