角接触球轴承保持架引导方式的理解与设计误区

角接触球轴承保持架引导方式的理解与设计误区

宋如英

(蓝月亮论坛)

1、 国内外对“引导”的理解

目前，国内轴承行业上常说的保持架设计有三种引导方式：外引导、内引导和滚动体引导。现行标准和轴承专业教材中对这三种引导方式并没有明确的定义，依据多年行业经验，传统意义上的“引导”可以理解为由“谁”带动保持架。

图1  角接触球轴承示意图

其中：

D₂：轴承外圈小内径；

d₂：轴承内圈外径；

D_c1：保持架内径；

D_c：保持架外径；

D_w：滚动体直径；

b：保持架兜孔直径。

以直兜孔酚醛层压布管保持架的角接触球轴承为例（见图1），对保持架三种引导方式可以理解为：

1） 滚动体引导：即，保持架在轴承运转过程中仅兜孔和钢球存在碰撞和摩擦，而保持架其他部位不会与轴承其他零件（内/外圈、密封圈）接触。

2） 外引导：即,保持架在轴承运转过程中，除了兜孔和滚动体碰撞外，轴承外圈小内径与保持架外径可能会接触。

3） 内引导：即，，保持架在轴承运转过程中，除了兜孔和滚动体碰撞外，轴承内圈的外径与保持架内径可能会接触。

查找国外样本，FAG、NSK等公司也出现过“滚动体引导”和“外引导”的叙述， GMN、NSK等公司确实也有“保持架外引导”之说。国外一些公司样本上所谓的“保持架外引导”产品，实物测量的结果却绝大多数还是符合我国对“滚动体引导”的理解，绝非是行业上常规理解上的外引导，实测结果见表1。

表1  国外各公司轴承引导间隙实测值

除了无保持架的满装球和满装滚子轴承外，为了运转过程中滚动体不互相碰撞，轴承都需要保持架将滚动体隔离开来，也就是说保持架的主要作用是隔离滚动体。毫无疑问，任何轴承的保持架应都是由滚动体带动保持架进行旋转，可以说，所有轴承的保持架都应该是“滚动体引导”。

根据轴承使用工况的不同速度要求（超高速、中速、低速），可以在角接触球轴承设计中调整保持架中径（D_cp），实现滚动体引导下的偏外设计、居中设计和偏内设计——高速超高速轴承取偏外设计，中速轴承取居中设计，低速轴承取偏内设计。

2 、角接触球轴承“引导”设计误区

传统的角接触球轴承设计中，内圈引导的保持架，保持架与内圈引导挡边引起的摩擦力矩的方向同保持架的旋转方向相同，外圈引导的保持架，由引导挡边接触所引起的摩擦力矩方向与保持架旋转方向相反。不管是“外引导”还是“内引导”，都会产生一个与轴承驱动力相反的摩擦力，对抗是必然的，这个摩擦力是干扰保持架正常旋转的阻力，影响保持架的正常稳定运转也就不可避免，最终导致轴承摩擦声、涡动和轴心轨迹的不稳定。行业内很多设计人员错误的将角接触球轴承所用酚醛层压布管直兜孔保持架设计成所谓的“外引导”方式，其振动值远远大于国外同类产品。

总而言之，任何轴承保持架，除滚动体外，其他零件（内圈、外圈、密封圈、防尘盖等）在轴承运转过程中是不允许和保持架接触的，这是角接触球轴承设计中应遵循的一个基本准则。

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