一種異型雙列圓柱滾子軸承裝配游隙分析

丁 敏，張匯軍

(瓦房店軸承有限公司 技術中心，遼寧 瓦房店 116300)

1 軸承結構

圖1所示為一種異型結構的雙列滿裝圓柱滾子軸承的結構圖。其兩外圈均為NF型，內圈為NN型。裝配時，由3個彈簧鎖圈將兩外圈鎖緊，使其成為一體的雙擋邊外圈。該種軸承既有徑向游隙要求，又有軸向游隙要求，不同的加工工藝直接影響軸承的游隙。

圖1 異型雙列圓柱滾子軸承結構圖

2 軸向游隙Ga的誤差分析

根據該軸承的結構可知，理論上影響其軸向游隙的因素主要是外圈組合后的滾道寬度、內圈滾道寬度和滾子長度。因此，對這種類型結構的產品，根據影響因素的各部位公差將軸向游隙分配到內圈和外圈滾道寬度上。而實際生產中，則存在一定的誤差，這里對造成軸向游隙誤差的原因進行分析。

2.1 外圈端面尺寸的影響

由圖1可知，兩外圈是由彈簧鎖圈將其組合在一起，這就要求彈簧鎖圈與兩外圈組合后的凸臺的配合為過盈配合。而該過盈量的大小將直接影響組合外圈的滾道寬度。由于兩個外圈是分離的，即使環槽車加工后為一真圓，到磨削端面后則會變成橢圓，且橢圓的長軸呈如圖1A向視圖的尖頂狀。這表明彈簧鎖圈裝入后的受力是不均勻的，其中短軸與彈簧鎖圈的過盈量是影響軸向游隙的關鍵。

通常，影響凸臺橢圓短軸尺寸的因素為：環槽車加工尺寸及端面磨加工尺寸。在確定環槽內徑車加工尺寸時，雖已考慮端面磨削量的影響，但由于端面是按理想的等留量磨削加以考慮得，所以應對端面磨削方式對凸臺橢圓短軸的影響進行分析。

端面磨削使用的設備有M7675和M7475。M7675為雙端面磨床，最適用于磨削套圈兩端面面積相等的產品。對磨削面積不等的產品，雖然可采用兩砂輪的差速進行磨削，但很難使兩端面的磨削量一致，因此，對該類產品使用M7475單頭立軸平面磨床。該軸承單個外圈的基準面為兩外圈間的配合面，在平面磨削時，必須先磨基準面，從而有效控制基準端面的磨削量在設計范圍內，以滿足彈簧鎖圈與外圈凸臺配合的過盈量。

2.2 外圈滾道寬度測量的影響

外圈滾道寬度公差為軸承軸向游隙減去內圈滾道寬度上偏差和滾子長度的下偏差的一半(因為外滾道寬度Ee是由兩個外圈組成)。此類產品滾道寬度非常關鍵，直接影響軸承的軸向游隙，這就要求測量時的累積誤差越小越好。外圈滾道寬度的測量方法如圖2所示。因此，設計與單個外圈滾道寬度相等的標準樣柱，以擋邊為測量的定位基準，即忽略了外圈端面寬度對滾道寬度的影響，同時，通過樣柱與滾道寬度的高度差即可直接獲得滾道寬度。

圖2 外圈NNCD4936單個外圈結構圖

2.3 游隙測量的影響

從2.1中的分析可以看出，彈簧鎖圈與外圈凸臺配合的過盈量是直接影響軸向游隙的主要因素，因此合套后軸向游隙的檢測方法顯得非常關鍵。由于外圈在沒有裝彈簧鎖圈時是分離的，無法固定內圈，所以，只有將外圈固定成為一體后才能測量。如果在軸向游隙測量裝置上將外圈固定夾緊，推動內圈測量軸向游隙，測得的值受外圈的夾緊力影響，誤差較大。因此，模擬彈簧鎖圈三點夾緊的方式，設計外圈鎖緊的夾塊，將外圈固定成一體，之后固定內圈，推動外圈，此時獲得的軸向游隙與裝入彈簧鎖圈時實際的軸向游隙基本一致，誤差僅為0.02 mm。

3 彈簧鎖圈對徑向游隙Gr的影響

影響普通軸承徑向游隙的因素主要是各部件的形狀精度。而該軸承的徑向游隙不僅受形狀精度的影響，還受彈簧鎖圈的影響。下面以NNCD4936V為例，分析彈簧鎖圈對徑向游隙的影響，表1為裝入彈簧鎖圈前、后軸承徑向游隙的測量值。

表1 徑向游隙測量值 mm

從表1可以看出，安裝彈簧鎖圈前、后的徑向游隙值明顯不同。裝彈簧鎖圈前的徑向游隙值靠近設計要求的上限；裝彈簧鎖圈后徑向游隙值變小，且出現零游隙的現象，游隙值的變化量為0.09～0.20 mm。從理論上分析，這一現象是由于裝上彈簧鎖圈后，兩外圈之間產生徑向相對位移所致。為此，對零游隙的軸承通過測量其外表面對端面的垂直度進行驗證，測量結果分別為0.22，0.25，0.26 mm。這說明零游隙軸承兩外圈的相對位移量超過了游隙值。為了進一步證明該相對位移量導致了軸承徑向游隙的變化，又對其他幾個軸承樣本進行了測量，測量結果見表2。

表2 裝彈簧鎖圈前、后游隙差值與軸承外表面對端面的垂直度SD的對應關系 mm

表2表明，軸承的徑向跳動量即是兩外圈產生的相對位移量。由此可知，安裝彈簧鎖圈后引起的兩外圈的相對位移導致了軸承徑向游隙的變化。所以，在對該類型軸承內圈或外圈直徑尺寸公差分配時，應同時考慮裝入彈簧鎖圈后兩外圈相對位移對軸承徑向游隙的影響。加工時應使兩外圈外徑尺寸和外滾道尺寸一致且壁厚均勻；安裝彈簧鎖圈時需通過安裝夾具保證其平穩垂直鎖緊，避免傾斜鎖緊產生的鎖緊量不均對徑向游隙的影響。

4 結束語

對異型雙列滿裝圓柱滾子軸承的裝配游隙分析可看出，單個外圈基準端面的磨削量控制是影響兩個外圈配合后凸臺與彈簧鎖圈過盈量的關鍵；同時，單個外圈滾道寬度的控制方法與測量方法則是對軸向游隙控制的理論保證。因此，應通過改進加工工藝(如外圈合鍛加工至終加工前將其線切割分體)，加強對軸向游隙和徑向游隙的控制。