钻机设备用推力球轴承保持架结构改进

赵红霞，丁世平

1. 银川能源学院 宁夏银川 750105

2. 宁夏地质工程学校 宁夏银川 750003

1 序言

随着社会和现代工业的发展，无论什么样的企业都必须要提高竞争力，才能赢得市场。某轴承企业在加工钻机设备用推力球轴承保持架时，由于只有一台加工中心可以加工现行该类型结构的保持架，所以受加工设备的限制，该类型产品的生产效率低下，不能满足公司的订单需求。而某公司现有生产加工厂房中的大部分设备都较为陈旧，已无法满足现代工艺的生产需求，但是在这部分加工设备没有更替之前，仍然要使用其进行生产加工，因此，为解决目前生产效率低下的问题，对现有推力球轴承的保持架结构进行优化设计。

本文介绍的起重设备用推力球轴承，主要适用于低、中转速重载的工况[1]。根据设备工况的要求，装推力球轴承的部位空间位置有限，此轴承在工作循环中的工作时间有较为严格的限制，只要工作时间达到所设定的时间，该轴承就必须更换或者保养[2]。拆装比较频繁，根据此情况设计一种新型结构的内组件球轴承，该结构为推力球轴承，主要是针对保持架结构进行优化。保持架是轴承的重要组件，推力球轴承因轴承的结构，使保持架与钢球组成轴承的内组件，在轴承组装时，要求内组件不可分离。因此优化后的保持架既要对钢球有自锁作用，还要拆装方便，并且要适合现有设备的加工范围。保持架结构不同，所制定的加工工艺及所需设备不同[3]，加工效率也有差别，为提高加工效率，降低生产成本，对现有保持架结构进行优化改进。

2 改进前推力球轴承保持架结构特点及存在的问题

现以5126M.06（8256H.06）保持架为例进行分析。

1）改进前保持架结构如图1所示，是平底形实体保持架结构，保持架材料为ZCuZn40Pb2（黄铜），环形实体上均布N等份兜孔，兜孔内径有单边深度为1.25mm、宽度为4.5mm的内径凹槽，属于整体式结构。

图1 改进前保持架结构

2）因保持架兜孔直径相对钢球直径有0.3～0.5mm的锁量（即保持架兜孔比钢球小0.3～0.5mm），滚动体钢球的直径为36mm，所以保持架兜孔的直径为35.5～35.7mm。

3）为保证兜孔直径相对钢球直径有一定的锁量，因此在加工保持架兜孔时对保持架兜孔直径的工艺尺寸有较严格的要求[4]，如果锁量过大（＞0.5mm），在轴承装配过程中，把钢球压入保持架兜孔时会非常困难，要用较大的外力才能把钢球压入，此时，会因压入钢球的外力较大，致使保持架兜孔部位发生变形，甚至导致保持架直接变形报废；如果锁量较小（＜0.3mm），在装入钢球时，受压入钢球的外力较小，保持架不会发生变形，但是在受到其他外力的振动时会发生掉钢球现象。经多次试验表明，当保持架锁量为0.3～0.5mm时，把钢球压入保持架兜孔中，保持架不会发生失效变形，受相同外力振动时，也无掉钢球现象发生。

4）加工此种结构的保持架兜孔时：①需要的加工设备是数控加工中心，这就使加工成本相对较高，在该类产品正式投入生产时，因产量需求，造成生产企业前期对设备投入的成本较大。②需两种成形刀具（一种是铣直孔刀具，一种是铣内凹槽刀具），才能加工出保持架兜孔的特殊内部结构，而成形刀具因其切削刃形状，需设计、制造成形刀片，所以制造成本相对普通刀具要高。另外，成形刀具是非标专用刀具，只能加工一种同类型保持架兜孔形状，通用性较差。

5）对操作人员来说，数控机床对操作人员的职业素质要求会更高一些，首先是操作人员要有高度的责任心和良好的职业素养；其次是要具备机械工程、数控制造工艺、计算机软件操作和数控编程等相关的基本知识；再次是要能熟练地对数控机床进行各种操作并编制最优的加工程序；最后是要熟知所用机床的操作规程和日常维护保养的基本内容。

3 改进后保持架结构特点

1）改进后保持架结构如图2所示，整体形状仍然为平底环形实体，但是分为上下两半，半保持架上有定位止口，兜孔上下口部都为收口形，仍N等分圆周，保持架兜孔孔梁间增加N等份铆钉孔，属于分体式结构。

图2 改进后保持架

2）改进后51256M.06保持架兜孔直径为36.25+0.25+0mm保持不变，半保持架的厚度为整体式保持架厚度的一半（即改进前保持架的厚度），止口高度为2mm，止口的直径工艺尺寸位置为保持架兜孔中心位置，铆钉孔的直径为5mm，当两半保持架铆合时钢球在轴向留有合适的窜动量。

3）当两半保持架加工为成品后，兜孔的锁量角度为40°，经铆合后，能够更好地锁住钢球[5]，在任何情况下，钢球都不会从保持架兜孔中掉出；把钢球放入兜孔中，再用铆钉铆合成一个整体保持架，保持架和钢球组成一个轴承内组件。

4）加工此结构保持架所用的是专用镗床（镗床两种以上型号T9210/T9207、TK9213B），此种设备投入成本较低，对操作人员技术要求不高，而且改为这种加工方式，加工效率是数控加工中心的2～3倍。加工出的保持架完全达到推力球轴承保持架的技术设计要求。组装成轴承，经负载试验结果表明，完全达到轴承设计技术要求，满足用户工况的需求。

5）加工改进后的半保持架所用镗刀是本公司自主设计，镗刀结构如图3所示，此种镗刀为整体式结构，材料为W18Cr4V，制作方便，造价成本相对较低。

图3 自制镗孔刀

并且当镗刀在加工一定时间磨损消耗后，本规格不能使用时，经修理后可改成兜孔尺寸较小的该类型保持架镗刀，也可以改为兜孔形状为此类形状的其他类型保持架镗孔用镗刀，如此可以循环使用，使得刀具材料的利用率最大化，极大地节约了刀具成本。

6）此种结构保持架组装内组件时，因为是先将钢球放入保持架兜孔，再将两半保持架进行铆合，所以保持架基本不受外力冲击，避免了因受外力而导致的变形。

4 结束语

改进后的保持架采用了分体式结构，在保持架两平面都设计成自带锁量的锁口（即两半保持架端面的锁口），用带角度自制镗孔刀在现有的半自动镗床（T9210、TK9213B）上就可以进行加工，操作人员均无需重新培训即可熟练操作。为了装配后将两半保持架铆合为一体，兜孔孔梁中间增加了铆钉孔。解决了企业因受设备限制影响产量的问题，同时也解决了装配过程中受力变形的问题，提高了生产效率，提高了现有设备的利用率，产品质量满足客户的使用需求。