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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荷。軸承工作時，滾子的主要運動是本身的自轉和繞滾道的公轉。實際使用和試驗均表明滾子是滾動軸承中Z薄弱的零件，滾子的設計水平對滾動軸承的工作性能（如旋轉精度、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，應用較多的是凸度滾子軸承，因為凸度滾子較好地解決了滾子在軸承運轉中的應力分布，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，正確設計的滾動體表面形狀是保證軸承質量的重要工作之一。
　　二、滾子具有凸度形狀的機理

　　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力集中現(xiàn)象所致。滾子在邊緣上產生的接觸應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。如下圖所示。

　　在這種情況下，邊緣處Z大應力σmax1和σmax2要比滾子中部應力大好幾倍，邊緣效應范圍為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，一般偏斜時的應力要比計算的大1-2倍，但滾子邊緣應力集中的主要原因，還是邊緣效應的作用.對邊緣效應可以做一直觀解釋，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，當滾子和套圈之間產生趨近量時，滾子兩端變形量必然要大些，這就可以理解為邊緣應力集中。

　　應力集中將嚴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50年代末，美國和歐洲發(fā)達國家通過大量試驗和理論分析，證明軸承滾子表面帶有凸度，能較好的解決滾子在運轉中的應力分布，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，生產的圓柱滾子、圓錐滾子、滾針已經全部實現(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、科研所才對國產鐵路貨車專用滾動軸承的圓錐滾子表面雙曲線凸度進行了技術研究，1999年原鐵道部運輸局下發(fā)文件，批準了四方車輛研究所設計的“352226X2-2RZ型鐵路貨車滾動軸承產品設計圖樣”，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，內圈滾道采取凸度設計，內圈大擋邊采用斜擋邊，密封結構采用橡膠迷宮式密封；2001年，瓦房店軸承集團有限公司、洛陽軸承（集團）公司、西北軸承（集團）有限公司、上海聯(lián)合滾動軸承有限公司、成都軸承集團有限公司等5個軸承廠試生產；2002年停止生產原197726型滾動軸承。

（來源：鐵道車輛資源平臺）