菊花型滚动轴承结构三维数模

　　做了十几年机械结构设计，经手的回转类零部件数模没有上千也有大几百，这次做的这款菊花型滚动轴承结构，最早是在给轻工输送线做改型的时候碰到的需求——常规深沟球轴承在多粉尘、间歇启停的工位上，保持架容易出现偏磨，滚道局部应力集中的问题始终没法彻底解决，后来参考异形保持架的设计思路，把滚动体的排布做成了类似菊花瓣的均匀发散式结构，才慢慢把这套数模打磨到能直接用于工程校核的程度。

　　先说实际应用场景，这类异形排布的滚动轴承，最适合用在中低速、承受径向载荷为主同时带少量倾覆力矩的工位，比如包装线的回转工作台转轴、小型自动化设备的分度盘支撑、轻工机械的导辊两端支撑位，不像常规轴承只能适配纯径向或者纯轴向的单一载荷工况，菊花瓣式的滚动体排布，能让每个滚动体在运转过程中交替承担不同方向的分力，不会出现某几个滚动体长期处于高负载区的情况，之前在给食品输送线做的导辊支撑测试里，同工况下这款结构的滚道接触疲劳寿命比常规同尺寸深沟球轴承高了近四成，主要就是载荷分布更均匀的缘故。

　　从设计思路上来说，最开始做排布的时候踩过不少坑，一开始把滚动体的发散角度做的太大，结果保持架的兜孔壁厚太薄，运转时出现了保持架形变的问题，后来反复调整滚动体的中心偏距，把每个滚动体的公转轨迹和自转轴线的夹角控制在12度到15度之间，既保证了载荷的分散传递，又给保持架留够了足够的结构强度，兜孔的间隙也做了针对性调整，比常规轴承的兜孔间隙大了0.02毫米，适配多粉尘环境下少量杂质进入滚道后的容屑空间，避免杂质卡滞造成滚动体划伤。

　　外形尺寸和安装边界这块，数模里把安装配合面的公差带都做了隐含的设计参考，轴承外圈的安装配合面选的是h6公差，适合和机座的孔做过渡配合，内圈和转轴的配合选的是k6公差，避免内圈在转轴上出现跑圈的问题，安装时的轴向定位台阶高度，数模里预留的尺寸是不超过轴承厚度的三分之一，既保证定位可靠，又不会和保持架的运动轨迹产生干涉，轴承两端的密封槽结构也做了适配，能直接装标准的接触式橡胶密封圈，不用额外改安装位的尺寸，不管是新设备设计直接选型，还是老设备的旧轴承替换改型，都能直接套用安装尺寸，不用重新加工周边的结构件。

　　实际做结构校核的时候，特意把滚道的曲率半径做了优化，内圈滚道的曲率半径是滚动体直径的0.52倍，外圈滚道的曲率半径是滚动体直径的0.53倍，这个参数是反复做接触应力仿真算出来的，既能保证滚动体和滚道的接触面积足够，降低接触应力，又不会因为曲率太接近造成滚动体滑动摩擦占比过大，温升过高的问题，之前做温升测试，在120转每分钟的转速下连续运转8小时，轴承外圈的温升比常规同载荷等级的轴承低了7摄氏度左右，对润滑脂的寿命提升很明显，能延长维护周期，减少设备的停机维护时间。

　　很多同行一开始看到这个菊花型的结构，会觉得滚动体排布不规则会不会造成运转时的振动偏大，其实在做动平衡校核的时候，特意把每个滚动体的重量差控制在0.1克以内，保持架的结构也做了等重设计，每个瓣状结构的重量差不超过0.05克，实际运转时的振动值和同精度等级的常规深沟球轴承基本持平，完全能满足一般自动化设备的运转精度要求，要是用在对精度要求更高的工位，还可以把滚动体和滚道的加工精度等级从P0提升到P6，对应的数模里也预留了精度升级的尺寸余量，不用改动整体的安装边界。

　　另外在设计的时候，特意考虑了润滑通道的布置，内圈上预留的润滑脂注油孔位置，正好对着滚动体的公转间隙，注油的时候润滑脂能直接进到每个滚动体和滚道的接触面上，不会出现润滑脂打不进滚道的问题，不管是采用脂润滑还是初期的油浴润滑，都能保证润滑介质均匀分布在所有摩擦副表面，避免干摩擦造成的早期失效。之前给小型回转工作台做配套的时候，客户原来用的是常规推力球轴承，承受径向力的能力差，经常出现滚道压痕的问题，换了这款菊花型结构的轴承之后，用了快两年都没出现过早期失效的情况，设备的稼动率提上来不少，后期维护的成本也降了很多。