外圈带轴向裂缝型满装轴承填球方法

摘要：本文针对传统外圈带轴向裂缝型轴承填装工艺中存在的裂缝复位不良、加工效率低等问题，提出一种基于冷装工艺的满装轴承填球方法，并设计配套辅助模具。通过分阶段填装策略与模具力学导向结构的协同作用，实现滚动体的高效无损填装。该方法采用轴向裂缝弹性扩张原理，结合阶梯式撑开填装技术，避免热变形对轴承精度的影响。

关键词：满装轴承；轴向裂缝；填球工艺；模具设计；冷装工艺

1.引言

随着工业装备向高速重载方向发展，对轴承承载能力的要求日益提高。研究表明，滚动体数量与轴承额定动载荷呈正相关关系，满装轴承（Full Complement Bearing）因无保持架结构可实现滚动体最大密度排布。然而，传统填装方法普遍存在工艺复杂、外圈损伤等问题，特别是对于外圈带轴向裂缝型轴承（Axial Crack Outer Ring Bearing， ACORB），常规热胀法易导致材料金相组织变化，影响轴承服役寿命。目前，国内外学者针对该问题提出了多种解决方案。日本NTN公司采用液氮冷却收缩法，但存在设备成本高、工艺窗口窄等缺陷；德国FAG提出楔形块机械撑开技术，虽避免了热加工，但存在应力集中导致的裂缝扩展风险。

2.技术原理与工艺设计

ACORB的填装技术难点主要体现在两方面：其一，裂缝撑开过程中易产生塑性变形，导致装配后外圈几何精度丧失；其二，现有机械撑开工具缺乏对撑开力的精准控制，易引发应力集中和微裂纹扩展，同时易造成外圈表面划伤。

本方法基于模具结构与填装流程的协同优化，核心在于通过分阶段填装与可控撑开技术，实现滚动体的无损高效填充。

2.1 填装工艺力学模型

当外圈存在轴向裂缝时，其周向刚度分布呈现各向异性特征。假设裂缝长度为L，外圈弹性模量为E，在径向力F作用下，裂缝开口位移Δ可表示为：

变截面撑开填装块：两侧凸块设计为弧形渐进斜面，与内外圈轮廓匹配，确保撑开过程应力分布均匀。

双通道观察口：位于撑开填装块两侧，便于操作者监控填装进度并调整滚动体位置。

（3） 液压限位机制：导柱顶端限制上模下压行程，避免过度撑开导致塑性变形。

模具材料采用高硬度工具钢（如Cr12MoV），表面镀层处理以降低摩擦系数。

4.技术优势分析

4.1 分阶段填装策略：通过预填装固定内外圈相对位置，避免后续撑开过程中滚动体移位，确保填装均匀性。

4.2 可控撑开机制：斜面设计的撑开填装块结合导柱限位，精准控制裂缝开口量（通常略大于滚动体直径），避免过度变形。

4.3 非热加工优势：全程无需加热或强制冷却，消除热应力对材料性能的影响，保障外圈尺寸稳定性。

5. 结束语

本文提出的外圈带轴向裂缝型满装轴承填球方法，通过模具结构创新与工艺参数优化，实现了滚动体的高效无损装配。该填球方法已在本公司十余款产品上获得应用，在确保轴承外圈的完整性和使用寿命的同时，提升了填装效率、降低了废品率，操作简单，具有很好的推广意义和价值。

参考文献

1. Harris T A， Kotzalas M N. Advanced concepts of bearing technology[M]. CRC press， 2006.

2. 王世锋，等. 满装圆柱滚子轴承设计方法研究[J]. 轴承， 2021（3）：1-6.

3. NTN Technical Report. Bearing assembly technology for high-load applications[R]. 2019.

4. FAG Bearings. Mounting of full complement bearings[Z]. WL 80 115/3 EA， 2018.