蔡亚新
（西安海红轴承总厂，陕西西安 710016）
摘 要：NAKD35VP满滚针滚轮轴承工作时有轻微阻滞现象，个别轴承卡死，并造成螺栓轴在螺纹轴肩退刀槽处断裂。针对事故原因进行改进设计，通过改变油沟尺寸、采用平头滚针、改进工艺等措施避免了轴承阻滞、卡死和螺栓轴断裂等现象。
关键词：滚针；滚轮轴承；改进
我厂生产的NAKD35VP轴承，其结构为一边带挡边，一边带平挡圈的螺栓轴满滚针滚轮轴承，如图1所示。用在有一定冲击载荷、低转速的化工机械上。工作时，外圈外圆柱面在凸轮表面上滚动，螺栓轴与其他机件连在一起，在凸轮的作用下做直线往复运动。轴承在验收时，发现有轻微阻滞现象，在使用中，个别轴承卡死，并造成螺栓轴在螺纹轴肩退刀槽处断裂。为找出事故原因。对该批轴承进行了全面检验和分析。
图1
1.外圈；2.螺栓轴；3.滚针；4.平挡圈
1 轴承检验结果
1.1 理化检验
螺栓轴采用GCrl5钢制造，整体淬回火后对螺纹部分进行局部退火处理。经检验，螺栓轴断裂处断裂面与轴线基本垂直（剪切破坏），断口颜色均匀一致，为浅灰色细瓷状，无原始裂纹，断裂面处的淬回火组织按JB/T 1255-2001标准评定为2级，属合格组织，未发现脱碳或其他异常组织，硬度为60、60.5、61HRC，符合设计要求。
1.2 精度及游隙检验
随机检验尚未使用轴承的精度及游隙，发现个别轴承外圈滚道宽度尺寸E大于螺栓轴滚道宽度尺寸E1（图1）。另外，同套轴承滚针平均直径的偏差为-0.007～-0.009mm，滚针间圆周总间隙为0.50～0.75mm，均不符合设计要求，其他尺寸及形位精度、径向游隙均符合相关标准和图纸要求。
1.3 油沟检验
螺栓轴滚道油沟设计形状如图2所示，经检验滚道与挡边交接处油沟在挡边上的径向尺寸（amax=0.6mm）严重超差，实测为1.2～1.5mm，螺纹轴肩处（断裂处）退刀槽形状不规则，有刀痕。
2 讨论分析
2.1 轴承受力特点分析
轴承正常工作时为悬臂梁构件，外圈承受交变压应力，螺栓轴主要承受弯曲应力和剪切应力，因此，要求螺栓轴应具有良好的抗剪抗弯强度。
滚针在滚道上滚动时，承受两个力矩（图3），一个是滚针的转动力矩Mx，带动滚针自转和公转。另一个是滚针的扭转力矩My（绕垂直于滚针滚动轴线的竖线方向），如果轴承两挡边不能为滚针正常滚动提供很好的导向，该扭转力矩将不能被抵消，滚针将产生倾斜，滚针与滚道、挡边间产生的滑动摩擦就增大，将影响轴承的转。
图3
2.2 轴承卡死、断裂原因分析
检验结果表明，轴承卡死、断裂的主要原因是螺栓轴滚道与挡边交接处油沟在挡边上的径向尺寸过大，大于圆头滚针的半径，在旋转中滚针头的一小部分进入形状不规则的油沟内，这时，螺栓轴挡边已不能为滚针提供正确引导，又由于滚针间的圆周间隙过大，滚针在扭转力矩的作用下产生歪斜，乃至卡死不能旋转。轴承卡死后，轴承外圈表面与凸轮表面变为滑动摩擦，摩擦力剧增，螺栓轴所承受的外力偶矩剧增，在螺栓轴上抗扭截面模量Z小的螺纹轴肩退刀槽处产生Z大剪应力，由于退刀槽形状不规则，且有细小的刀痕，易造成应力集中，从而导致螺栓轴断裂。此外，外圈滚道宽度大于螺栓轴滚道宽度，当挡圈压紧在轴上时（挡圈内径与轴径为过盈配合），与外圈牙口端面接触，也是轴承转不动的原因。
3 改进措施
根据对轴承存在问题的分析，从以下几方面对轴承的没计和工艺进行改进。
（1）改进油沟形状尺寸，加大油沟在滚道轴向上的尺寸b，减小油沟在挡边径向上的尺寸a和油沟的深度。这样既提高了轴的强度，降低了加工难度，又保证了滚针在旋转时不能进入油沟。
（2）考虑轴承工作转速较低，将圆头滚针改为平头滚针，从而加大了滚针的引导面，使滚针在旋转时，能得到挡边的正确引导不产生歪斜。
（3）改进设计滚道直径尺寸及其偏差，选择平均直径较小组别的滚针，把每根滚针在圆周上的间隙控制在0.005～0.01mm内，装配后滚针在圆周上的实际间隙控制在0.18～0.35mm之间。
（4）把螺栓轴材料由原GCrl5钢改为渗碳钢20CrMo，采取渗碳→车掉螺纹面、轴肩退刀槽处渗碳层→淬回火的工艺，从而提高轴的韧性，并减轻油沟处的淬火应力。
（5）严格工艺，确保外圈及螺栓滚道宽度符合图纸要求，避免轴承装配后轴向夹滚针的现象。
来源：《轴承》2004年第4期
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