轴承固定解决方案与 RENCOL^® 精密定位圈

精密定位圈轴承固定

滚子轴承在许多要求低摩擦力的旋转系统中是一个重要零部件。轴承固定方法的选择对滚子轴承的性能具有显著的影响。过盈配合是一种常见的方法，在高温及精密制造成本条件下会导致装配力高、已安装轴承的保持力损失等问题。

RENCOL^® 精密定位圈用于轴承固定时可提供一系列可供选择的优势，例如可放宽加工公差、减少与常规过盈配合相比进入外壳的压配合力或降低噪音水平。值得注意的是，并非所有优势都能够组合在一起，因为在有些情况下，由于动态刚度高度依赖于外壳与已安装轴承之间的间隙，在放宽公差的同时可能无法降低噪音。因此，必须与客户紧密合作，以确保根据我们的经验和专业知识制定最佳解决方案。

图 1：电机组件，显示装有 RENCOL^® 精密定位圈的滚子轴承。右 - 硬盘驱动器装配分解图，显示装有 RENCOL^® HDD 解决方案的滚子轴承。

降低成本

将 RENCOL^® 精密定位圈作为轴承固定解决方案可放宽公差，并满足轴承外壳的精度要求。在示例中，外壳的公差从 IT6 放宽至 IT11。对于直径为 22 mm 的轴承外壳来说，这等于公差从 13 µm 放宽至 130 µm。撤销精密车削工艺后，制造商批量生产 100,000 个外壳可节省的单位成本（包括精密定位圈成本）大约为 0.04 至 0.06 美元，具体取决于最终设计。根据批量大小，这相当于每批次直接节省 6,000 美元。本研究采用热固性塑料外壳进行计算，金属外壳可节省的成本将更高。

当使用 RENCOL^® 精密定位圈替代胶粘剂解决方案时，还可以减少报废成本，因为装配失败可返工，而不是报废整个外壳。淘汰胶粘剂还可以消除粘合剂固化时间，从而节省装配时间和成本。

实现轻量化设计

汽车和其他行业发展的一大趋势就是向轻质材料（如铝）转变。 利用不同材料进行过盈配合可能在所需的工作温度范围内出现不均匀热膨胀。众所周知，这会引起问题，因为铝外壳的膨胀速度高于钢轴承，从而降低过盈配合效果。这可能使零部件变得松散，并导致刺耳的噪音。

RENCOL^® 精密定位圈在波纹的弹性范围内工作，从而可在更高温度下提供高于压配合解决方案的已安装轴承保持力（图 2），并在热膨胀可能引起问题的情况下，给予客户信心。 

图 2：安装在铝外壳中的钢制滚子轴承推出力的一种计算方法，推出力会导致不均匀热膨胀。结果显示两种固定解决方案，即 RENCOL^® 精密定位圈和压配合。RENCOL^® 技术在温度升高的情况下可提供更一致且更高的保持力。

降低噪音

如果系统噪音水平过高或存在其他 NVH 问题，使用 RENCOL^® 精密定位圈有助于降低整体噪音水平。我们的解决方案可针对动态刚度进行调整，有助于提供隔离故障频率的零件。图 3  显示，采用 RENCOL^® 精密定位圈轴承固定设计时，电机系统的 声压级可降低 4 dB(A)。

图 3：采用和不采用 RENCOL^® 精密定位圈作为轴承固定解决方案时的电机声压级。每种配置都测试了 5 次，然后采用平均值。电机测试的转速为 1000 RPM。采用 RENCOL^® 解决方案可降低 4 dB(A)。

提高质量

对于旋转系统来说，评估质量的一种方法就是系统完成 360° 旋转期间的扭矩是否一致。如果存在不均匀的外部压力，则外轴承座圈可能变形，对此扭矩产生不利影响。这可能表现为转向柱的转向不顺畅，或电机驱动系统中出现一阶振动模态。

通过将不均匀外力分散到外轴承座圈上，RENCOL^® 精密定位圈有助于避免出现这种情况。 图 4 显示外轴承座圈变形的有限元分析 (FEA)。在此应用中，轴承圆周表面周围的外壳壁厚并不均匀。这意味着刚性不一致，导致不均匀的压力负荷。分析表明，RENCOL^® 解决方案可将压力负荷分散到轴承上，这意味着该解决方案可以在系统旋转期间提供更一致的扭矩。 

图 4：采用过盈配合轴承（左）与 RENCOL^® 精密定位圈解决方案（右）产生的不均匀外部压力导致外轴承座圈变形的有限元分析。RENCOL^® 解决方案可在外轴承座圈周围产生更加一致的压力。

RENCOL^® 解决方案还可实现良好的同心度，因为精密定位圈有助于实现轴承或其他零件的对中，同时使每个波形都向中心推进。由于使用自行安装方式，偏心度通常为径向间隙的 2-3%。

我们如何脱颖而出

精密定位圈并不是一个单独的零部件，它是一个大型系统不可或缺的组成部分，这意味着精密定位圈的设计需要采用一个基于知识的详细方法。这就是我们与客户、工程师与工程师之间合作进行 RENCOL^® 精密定位圈设计的原因。通过在关键条件下使用配对零件以及利用我们的 FEA 和内部测试能力进行系统分析，该工艺可变得更高效。这意味着，我们和客户可以信任我们提供的解决方案。