推力球轴承实体保持架的优化设计

赵红霞，徐　珍，吕国新

（1.西北轴承股份有限公司，宁夏 银川750021 ；2.宁夏地质工程学校，宁夏 银川750021）

推力球轴承实体保持架的优化设计

赵红霞1，徐珍2，吕国新1

（1.西北轴承股份有限公司，宁夏 银川750021 ；2.宁夏地质工程学校，宁夏 银川750021）

摘 要：针对推力球轴承实体保持架加工中存在的问题，对保持架的结构及工艺进行了改进，节省了保持架材料，减小了保持架与钢球之间的摩擦阻力，降低了工人的劳动强度，提高了轴承的装配效率。

关键词：推力球轴承；实体保持架；结构及工艺；优化设计

1 前言

随着现代工业的不断发展，各种智能数控设备对轴承的技术要求越来越高。推力球轴承所用设备部位主要承受较大的轴向载荷，该轴承被应用在某石油设备中，它所处的工况环境较差，设备维护保养频繁，需要频繁地更换轴承。为更好地适应市场需求，提高轴承更换速度，我公司对推力球轴承实体保持架进行优化设计，对保持架的结构和加工工艺进行了改进。

2 改进前保持架结构存在的问题

以某型号轴承为例，保持架材料为黄铜（ZCuZn40Pn2），保持架与钢球尺寸见图1所示，装配后的保持架兜孔及凿口后保证钢球不掉球的示意图见图2所示。改进前保持架结构存在如下问题。

（1）推力球轴承实体保持架原设计要求相邻两孔应在相反方向镗孔，保持架在T9210镗床上加工过程中存在两次装夹定位，等分依靠等分盘的分度来保证，等分存在累计误差，兜孔的等分差超出工艺设计要求0.2 ～ 0.3mm。

图1 保持架与钢球尺寸

图2 装配后的保持架兜孔及凿口后保证钢球不掉球的示意图

（2）保持架的兜孔为锁住钢球，防止钢球从兜孔中掉落，需要在保持架兜孔的一个端面的钢球两侧对称凿锁口，凿锁口属于手工操作，锁口的大小深浅难以做到统一，因材料的韧性和延展性能有限，轴承在使用和维修过程中有个别的锁口可能脱落，致使轴承滚道中有异物存在，轴承在回转过程中，轴承滚道内易发生剥离或碾伤现象，造成轴承早期失效。

（3）由于钢球在保持架兜孔中游动量较大，使轴承在中速使用中噪声比较大。

（4）现有保持架设计幅高为15mm，保持架的总重为 1.53kg，因为保持架的兜孔是从两个端面分别镗孔，两个端面均有一半的兜孔带有锁口，根据现有的设计，锁口与钢球不接触，因此，保持架的重量只有一半数量的钢球支承，承担部位是在有40°角度那一端面，如上图1所示。

3 保持架结构及工艺的改进

改进后保持架结构如图3所示。根据原保持架所存在的一系列问题，对其结构进行了改进，保持架材料仍为黄铜（ZCuZn40Pn2）。

图3 改进后的轴承和保持架

（1）所有钢球都承载着保持架的重量，减小钢球和保持架之间的滑动摩擦阻力，使轴承转动更加灵活。

（2）保持架的结构及工艺尺寸如图3所示。此种结构去掉锁口，依靠保持架每个兜孔里上下两个对称圆锁住钢球，工艺尺寸稳定。

（3）如图3所示各项工艺尺寸，使得钢球在保持架兜孔中的轴向游动量可控制在1～2mm之间，径向的游动量可控制在0.3～0.5mm之间，钢球悬浮在保持架的兜孔中，始终保证钢球在一定的范围内自由转动。所有的钢球都承受保持架重量，减小保持架与钢球的摩擦力，使得轴承的回转更加灵活。

（4）保持架的兜孔直径比成品钢球直径小0.15～0.25mm，即保持架兜孔的锁量在0.15～0.25mm之间。做一个压入模，在外力作用下，将钢球压入到保持架兜孔中。当把钢球压入保持架兜孔中时，保持架兜孔内壁周边材料会发生塑性变形和弹性变形，其塑性变形较小，此时保持架与钢球的接触是线接触。根据多批次试加工测试，钢球能够顺利被压入到保持架的兜孔中。由于钢球的材料是GCr15，淬火后硬度为60～64HRC，保持架的材料为ZCuZn40Pn2，硬度为HB≥80，保持架的硬度远小于钢球的硬度，钢球表面不会有划痕出现，但保持架兜孔内壁有压痕，无深度划伤出现。

（5）加工保持架兜孔时，一次装夹可加工完成。经多次加工验证，保持架各工艺尺寸稳定，保持架兜孔的等分偏差符合工艺设计要求，对钢球的锁量稳定，钢球在装套或装机、维修过程中，都不会有掉钢球现象发生，且轴承的滚道中无保持架自身的材质掉落，减少了轴承早期失效的可能性，提高了轴承的寿命。

4 结束语

改进后的保持架的幅高减小了6mm，大大减轻了保持架的重量，同时也减小轴承自身的摩擦阻力，使轴承转动更加灵活。此种结构的保持架通过夹具和液压机实现一次性把钢球装入保持架兜孔中，便于轴承的装配、装机和维修。一次装夹可完成保持架兜孔的加工，保持架兜孔的等分差可控制在工艺设计之内，经多批次试制和装机使用，效果良好，达到预期改进的目的。

（编辑：钟媛）

中图分类号：TH133.33+1

文献标识码：B

文章编号：1672-4852（2016）02-0009-02

收稿日期：2016-06-08.

作者简介：赵红霞（1982-），女，工程师.

Optimization design of solid cage of thrust ball bearing

Zhao Hongxia1，Xu Zhen2，Lv Guoxin1
（1. Northwest Bearing Co.，Ltd.，Yinchuan 750021，China；2. Ningxia Geological Engineering School， Yinchuan 750021，China）

Abstract:In view of the problems of thrust ball bearing solid cage in processing， the improvement to the retainer structure and the craft have been made to save the retainer material， reduce the frictional resistance between the retainer and the steel ball，reduce worker's labor intensity， enhance the bearing assembly effciency.

Key words:thrust ball bearings； solid cage； structure and process； optimization design