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鐵路貨車滾動軸承圓錐滾子凸度研究的發(fā)展簡介

2018-03-30

　　一、滾動軸承滾子概述

　　滾子是滾動軸承中的滾動體，理論上它與滾道的接觸是線接觸，所以滾子可承受較大的負(fù)荷。軸承工作時，滾子的主要運(yùn)動是本身的自轉(zhuǎn)和繞滾道的公轉(zhuǎn)。實(shí)際使用和試驗(yàn)均表明滾子是滾動軸承中Z薄弱的零件，滾子的設(shè)計水平對滾動軸承的工作性能（如旋轉(zhuǎn)精度、振動、噪聲和靈活性等）有很大的影響。

　　在目前鐵路貨車滾動軸承中，應(yīng)用較多的是凸度滾子軸承，因?yàn)橥苟葷L子較好地解決了滾子在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中的應(yīng)力分布，延緩滾子邊緣疲勞失效，使軸承的使用壽命在同等的條件下比直母線滾子提高1-2倍。因此，正確設(shè)計的滾動體表面形狀是保證軸承質(zhì)量的重要工作之一。
　　二、滾子具有凸度形狀的機(jī)理

　　滾子的疲勞剝落都是從兩端邊緣開始的，這是由于工作時滾子的邊緣處有應(yīng)力集中現(xiàn)象所致。滾子在邊緣上產(chǎn)生的接觸應(yīng)力集中主要是由于以下兩個原因引起的。一個是由于工作中，滾子承受載荷在兩邊緣處，接觸應(yīng)力很大，變形也很大，而且變化十分懸殊，這就是所謂的邊緣效應(yīng)。如下圖所示。

　　在這種情況下，邊緣處Z大應(yīng)力σmax1和σmax2要比滾子中部應(yīng)力大好幾倍，邊緣效應(yīng)范圍為L1和L2，計算表明L1和L2約為滾子母線總長度的0.07-0.16倍。另一個是由于多種因素的影響，造成套圈偏斜，一般偏斜時的應(yīng)力要比計算的大1-2倍，但滾子邊緣應(yīng)力集中的主要原因，還是邊緣效應(yīng)的作用.對邊緣效應(yīng)可以做一直觀解釋，如下圖所示。

 　　受擠壓后滾子下面的滾道材料受壓變形，滾子以外的滾道材料無受壓變形，使位于滾子兩端的滾道材料處于拉伸狀態(tài)，增加了抵抗壓縮變形的能力，壓縮變形較小。因此，當(dāng)滾子和套圈之間產(chǎn)生趨近量時，滾子兩端變形量必然要大些，這就可以理解為邊緣應(yīng)力集中。

　　應(yīng)力集中將嚴(yán)重影響滾動軸承的承載能力和疲勞壽命。降低以至消除這種應(yīng)力集中的有效途徑是改變滾子的母線形狀，把滾子兩邊處直徑減小一些，采用帶凸度的滾子。

 　　上圖為凸度圓錐滾子的接觸受力情況，可以看出，滾子邊緣受力情況得到了很好的改善，將這種凸度滾子裝入軸承中可提高軸承壽命1-2倍。

　　三、國外鐵道車輛專用滾動軸承的滾子凸度研究的發(fā)展概況

　　20世紀(jì)50年代末，美國和歐洲發(fā)達(dá)國家通過大量試驗(yàn)和理論分析，證明軸承滾子表面帶有凸度，能較好的解決滾子在運(yùn)轉(zhuǎn)中的應(yīng)力分布，延緩滾子邊緣疲勞失效，使軸承的使用壽命在同等工作條件下，比直母線滾子提高1-2倍。

　　20世紀(jì)70年代中期，瑞典SKF公司、德國、英國、法國、日本等國家已有成熟的整套技術(shù)，生產(chǎn)的圓柱滾子、圓錐滾子、滾針已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)凸度化。

 　　四、我國鐵路貨車滾動軸承的滾子凸度研究的發(fā)展概況

　　我國鐵路部門、科研所才對國產(chǎn)鐵路貨車專用滾動軸承的圓錐滾子表面雙曲線凸度進(jìn)行了技術(shù)研究，1999年原鐵道部運(yùn)輸局下發(fā)文件，批準(zhǔn)了四方車輛研究所設(shè)計的“352226X2-2RZ型鐵路貨車滾動軸承產(chǎn)品設(shè)計圖樣”，該型軸承滾子每列為20粒，比197726型滾動軸承少1粒，滾子母線采用對數(shù)曲線，內(nèi)圈滾道采取凸度設(shè)計，內(nèi)圈大擋邊采用斜擋邊，密封結(jié)構(gòu)采用橡膠迷宮式密封；2001年，瓦房店軸承集團(tuán)有限公司、洛陽軸承（集團(tuán)）公司、西北軸承（集團(tuán)）有限公司、上海聯(lián)合滾動軸承有限公司、成都軸承集團(tuán)有限公司等5個軸承廠試生產(chǎn)；2002年停止生產(chǎn)原197726型滾動軸承。

（來源：鐵道車輛資源平臺）