潘杰宗

调心滚子轴承具有很高的承载能力，可以承受较高的运行转速，其滚道呈球面形而具有自动调心功能，可以补偿由于安装不同心度和轴挠度而造成的轴承偏心。这些优点使得调心滚子轴承非常适合应用于重载、冲击以及具有偏心的应用场合，是目前市场上应用最广泛的轴承之一。

铁姆肯公司在调心滚子轴承设计和制造领域具有60多年的历史。Timken®调心滚子轴承广泛用于齿轮箱、冶金、采矿、水泥集料、造纸、火力发电、石油天然气、流体机械等各行各业，并得到了广大客户的普遍认可。近年来，结合材料技术、设计能力以及制造工艺等方面的进步，铁姆肯公司对调心滚子轴承进行了升级设计，推出了全新一代的E系列调心滚子轴承。

1 E系列调心滚子轴承的设计特点和性能

1.1 保持架设计特点

保持架是轴承的重要部件，在轴承运转过程中，保持架主要起着分离滚动体、防止滚动体之间的直接接触、减少摩擦和发热、改善润滑效果以及在轴承非承载区域正确引导滚动体以防滚动体打滑和歪斜的作用。另外，在轴承的安装和拆卸的过程中，保持架起着防止滚动体从套圈脱落的作用。因此，轴承保持架的材料和设计对轴承的可靠性和整体性能有着至关重要的作用。

E系列调心滚子轴承有两种形式的保持架设计，一种是EJ型冲压钢保持架（图1），常用于尺寸较小的调心滚子轴承，另一种是EM或EMB型机加工黄铜保持架（图2），多用于中大型的调心滚子轴承。

1.1.1 EJ型冲压钢保持架

EJ型冲压钢保持架采用了独特的创新设计，有以下几个主要特点：

（1）EJ型冲压钢保持架由内圈引导，减少了滚动体的载荷。保持架支撑横梁设计在滚动体中心线直径以上，这种设计允许保持架横梁有更宽的设计宽度，从而可提高保持架的强度和刚度，降低高冲击载荷或频繁加减速工况下保持架内部的应力。

（2）EJ型保持架采用先进的冲压工艺保证良好的制造精度控制，保持架兜孔集成了滚子引导功能，可以引导滚子进出轴承承载区。由于不需要引导环对中引导，因此降低了滚子和内圈之间的摩擦。同时，这也留出了更多的空间，可以设计更长的滚子，提高负载能力，减少轴承应力。另外，更多的内部空间也改善了润滑剂流动性，有利于带走轴承工作产生的热量。

（3）EJ型冲压钢保持架表面采用渗氮硬化处理工艺，提高了保持架的强度和耐磨性，使轴承可以在更恶劣的应用工况中正常运转。

（4）EJ型冲压钢保持架端面具有独特的开槽处理，有利于提高润滑剂的流动性，降低轴承工作温度，延长轴承使用寿命。同时，这种创新设计使得保持架具有更轻的重量和更小的离心力，更利于轴承在高转速的应用工况中运行。

1.1.2 EM或EMB型黄铜保持架

图1 EJ型冲压钢保持架

图2 EM或EMB型机加工黄铜保持架

图3 EM型黄铜保持架

图4 EMB型黄铜保持架

这种类型的保持架为经过精密机加工的开放式指型保持架，分别如图3和图4所示。EM型、EMB型保持架均采用一片式设计，它们的区别在于保持架的引导方式不同。EM型保持架常用于中小尺寸调心滚子轴承设计，保持架较轻，由滚动体来引导；而EMB型保持架常用于中大尺寸的调心滚子轴承设计，保持架较重，由轴承内圈来引导。精密机加工黄铜保持架具有精确的外形尺寸，对滚动体有更好的引导作用，开放式的指型设计可使润滑油轻易到达所有需要润滑的工作表面，确保充分润滑轴承并降低轴承的工作温度。另外，黄铜保持架具有很高的强度、良好的高温稳定性能和较低的摩擦系数。这些特点使得EM型和EMB型的调心滚子轴承常用于高温、高速、具有冲击载荷、润滑不足等恶劣的工况环境中。

1.2 其他方面的改进及其效果

除了保持架的设计改进和创新外，E系列调心滚子轴承对内部几何形状也进行了优化设计：优化了滚道和滚动体接触面的吻合度，优化了滚道面和滚动体的修型，在制造工艺上改善了滚道面和滚动体的表面粗糙度和表面纹理。这些改进和创新使得E系列调心滚子轴承整体性能得到很大程度的提高，主要体现在以下几个方面：

（1）承载能力更高

E系列调心滚子轴承承荷能力比之前的轴承设计平均增长了18%，因此在同样的应用工况下轴承设计寿命可以提高近75%。在设计空间受限的情况下，选用E系列调心滚子轴承可以实现更紧凑的结构设计。

（2）运行温度更低

与传统产品相比，新一代E系列产品凭借改进的表面处理和设计创新可以减少摩擦转矩，降低轴承的运行温度，延长润滑剂寿命和轴承工作寿命，轴承可靠性也更高。

（3）热转速等级更高

由于采用了创新的保持架设计、优化的内部几何设计以及更好的表面粗糙度和表面纹理，轴承运转的温度更低，轴承的热转速等级也得到相应提高。与之前的Timken®调心滚子轴承产品相比，在相同工况下，E系列调心滚子轴承平均参考转速提高了17%。

2 E系列调心滚子轴承的应用

在欧洲某知名客户的制粒机中，原装轴承为其他知名品牌的调心滚子轴承，在最高工作温度达到150℃，冲击、重载和震动的恶劣工况下，调心滚子轴承平均500h就需更换一次。频繁停机导致轴承更换成本昂贵，而客户更换了两个轴承后，供应商也未能解决这个问题。最后，客户不得不要求其设备供应商寻找可替换的更可靠的轴承产品。最终设备供应商选择了Timken®E系列调心滚子轴承。安装后测试表明，在同样运行条件下，E系列调心滚子轴承实际寿命达到2500h，是原轴承寿命的5倍。此外，客户的温度监控发现，E系列调心轴承的运行温度比同类产品工作温度低5%～8%。在这个应用中，正因为E系列调心滚子轴承运行温度更低，从而改善了润滑状况，延长了润滑剂和轴承的使用寿命。

另一个案例是水泥行业破碎机的应用。破碎机应用是最具挑战性的轴承应用之一，在破碎机应用中，轴承往往处于极端载荷以及杂质入侵的工作环境中。在某欧洲客户的破碎机皮带轮里，原始设计是圆柱滚子轴承和球轴承的配置，在实际应用中，轴承每工作三个月左右时间就会损坏，给客户带来了昂贵的停机维护成本和轴承更换成本。针对这种在破碎石块过程中存在偏心、变形和冲击载荷的应用，铁姆肯公司工程师选用E系列调心滚子轴承替代了原来的轴承方案，并且对应用进行了润滑分析，向客户推荐了合适的润滑脂以及换脂周期。按照设计改动安装调心滚子轴承后，破碎机运行了一年半时间轴承也未损坏过。

3 结语

综上所述，凭借技术改进和创新，铁姆肯公司E系列调心滚子轴承产品具有更高的承载能力，更低的运行温度，以及更高的热转速等级，为客户提供了满足严苛应用需求的调心滚子轴承解决方案。这些产品和方案可以帮助原始设备制造商设计出更为精简可靠的设备，帮助终端用户减少停机时间和降低运营成本。