雙列角接觸球軸承的組配技術(shù)

張蕾，張中元，張文濤, 韓濤,陳天駒

(1.洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039；2.河南科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，河南 洛陽 471003)

雙列角接觸球軸承一般為內(nèi)圈分離型或外圈分離型，它相當(dāng)于2套單列角接觸球軸承以背靠背(DB)或面對(duì)面(DF)方式組配后一起成對(duì)使用。該軸承安裝時(shí)，通過施加軸向預(yù)載荷，消除軸承的配套徑向游隙，實(shí)現(xiàn)軸承的預(yù)緊。安裝后，對(duì)于中間沒有隔圈的雙列角接觸球軸承，其最終所承受預(yù)緊力的大小是由2個(gè)內(nèi)圈(內(nèi)圈分離型)或2個(gè)外圈(外圈分離型)相靠近的非基準(zhǔn)端面貼緊程度決定的；對(duì)于中間有隔圈的雙列角接觸球軸承，其最終所承受預(yù)緊力的大小可由隔圈的寬度加以調(diào)節(jié)。

由此可見，雙列角接觸球軸承在制造時(shí)與單列角接觸球軸承一樣，要按照用戶的要求在一定的預(yù)載荷下對(duì)軸承進(jìn)行組配，這樣才能充分發(fā)揮雙列角接觸球軸承的優(yōu)越性。

1 雙列角接觸球軸承的組配技術(shù)

雙列角接觸球軸承組配時(shí)，也需要預(yù)先準(zhǔn)確地測(cè)量參與組配的軸承在一定預(yù)載荷作用下的凸出量。角接觸球軸承凸出量的測(cè)量都是在高精度軸承凸出量測(cè)量儀上進(jìn)行的，同樣雙列角接觸球軸承也必須借助該測(cè)量儀進(jìn)行測(cè)量。

由于雙列角接觸球軸承結(jié)構(gòu)與單列角接觸球軸承存在差異，測(cè)量時(shí)的定位、定心方式和單列角接觸球軸承完全不同，須以外圈端面定位和外徑定心；并且在儀器上無法通過一次測(cè)量直接得到相組配的兩個(gè)面的凸出量值，只有先分別測(cè)量外圈兩個(gè)基準(zhǔn)端面的凸出量值，再換算到相組配的2個(gè)內(nèi)圈非基準(zhǔn)端面上(圖1a)，根據(jù)需要，最終修磨軸承的一個(gè)內(nèi)圈或兩個(gè)內(nèi)圈的非基準(zhǔn)端面的寬度，保證軸承安裝后得到規(guī)定的預(yù)載荷，其組配過程比單列角接觸球軸承復(fù)雜的多。測(cè)量時(shí)，還需要根據(jù)雙列角接觸球軸承的結(jié)構(gòu)更換儀器的附件，以滿足測(cè)量要求。

1—定位座；2—定心環(huán)；3—定心座；4—主軸；5—測(cè)量儀表

雙列角接觸球軸承凸出量的測(cè)量原理，如圖1b所示。測(cè)量原理為：將基準(zhǔn)環(huán)(圖中未畫出，在圖1b的被測(cè)軸承位置)置于定心環(huán)和定心座的組合體內(nèi)，使基準(zhǔn)環(huán)端面和定位座端面相接觸，通過測(cè)量儀器主軸和組合體在軸向方向上向基準(zhǔn)環(huán)施加預(yù)載荷F0，將測(cè)量儀表的指針置于零并鎖緊，取出基準(zhǔn)環(huán)，將選配好的一組鋼球、保持架和一個(gè)內(nèi)圈Ⅰ裝入軸承外圈一側(cè)的溝道中，并將其置于組合體內(nèi)，通過測(cè)量儀器主軸、組合體和外圈向軸承內(nèi)圈施加預(yù)載荷F0，轉(zhuǎn)動(dòng)軸承外圈，得到測(cè)量儀表指示的凸出量的最大值和最小值，取兩者的平均值為第1次測(cè)量的凸出量值δⅠ，然后取出被測(cè)軸承，將軸承外圈倒置(旋轉(zhuǎn)180°)，把選配好的另一組鋼球、保持架和另一個(gè)內(nèi)圈Ⅱ裝入軸承外圈另一側(cè)的溝道中，重復(fù)上述測(cè)量過程，得到第2次測(cè)量的凸出量值δⅡ(圖1a)。則雙列角接觸球軸承2個(gè)內(nèi)圈非基準(zhǔn)端面寬度的修磨量之和為

Δ=C-(B1+B2)-(δⅠ+δⅡ)

(1)

式中：C為外圈實(shí)際寬度；B1為內(nèi)圈Ⅰ的實(shí)際寬度；B2為內(nèi)圈Ⅱ的實(shí)際寬度。

根據(jù)上述測(cè)量方法及(1)式的計(jì)算結(jié)果，在MG7340高精度臥軸圓臺(tái)平面磨床上修磨軸承的一個(gè)內(nèi)圈或兩個(gè)內(nèi)圈的非基準(zhǔn)端面(如果兩內(nèi)圈的基準(zhǔn)端面均修磨，那么總修磨量之和為Δ)，修磨完畢后將軸承零件清洗干凈，按照測(cè)量時(shí)安裝順序?qū)⑤S承合套裝配，即完成雙列角接觸球軸承的組配。

需要指出的是，目前高精度軸承凸出量測(cè)量儀理論的最大測(cè)量載荷為2 kN。雙列角接觸球軸承配對(duì)的預(yù)載荷不超過2 kN時(shí)，可以直接按上述方法進(jìn)行測(cè)量配對(duì)。雙列角接觸球軸承組配要求的預(yù)載荷遠(yuǎn)大于2 kN時(shí)，超出了目前儀器的測(cè)量范圍，無法在儀器上直接測(cè)量軸承的實(shí)際凸出量值。對(duì)此，采用小的測(cè)量載荷(不超過儀器測(cè)量載荷的范圍)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，再用配對(duì)的預(yù)載荷和測(cè)量載荷作用下單套軸承變形量的差值修正即可。軸承兩個(gè)內(nèi)圈非基準(zhǔn)端面寬度的修磨量之和的計(jì)算式為

Δ=C-(B1+B2)-(δⅠ+δⅡ)-2(δ0-δ0a)

(2)

式中：δ0a，δ0分別為單套軸承在測(cè)量載荷和預(yù)載荷作用下的變形量。

δ0a和δ0由下式計(jì)算得到[1]

(3)

式中：δa為軸向變形量，mm；Fa為軸向載荷，N；Z為鋼球數(shù)；Dw為鋼球直徑，mm；α為軸承接觸角，(°)。δ0a和δ0的計(jì)算可以編寫計(jì)算機(jī)程序，以加快計(jì)算速度。

需要指出的是，在軸向載荷的作用下軸承的接觸角將發(fā)生變化。由實(shí)際計(jì)算可知，原始接觸角為60°的雙列角接觸球軸承在軸向載荷的作用下，由實(shí)際接觸角得到的δ0a和δ0和由原始接觸角得到的δ0a和δ0相差很小，可以忽略不計(jì)。因此，進(jìn)行δ0a和δ0計(jì)算時(shí)可以不考慮接觸角變化的影響。但是對(duì)于接觸角小于45°的軸承，初始接觸角越小，在不同的軸向載荷作用下實(shí)際接觸角的變化越大，若直接將初始接觸角代入(3)式計(jì)算δ0a和δ0將與實(shí)際的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差，因此，對(duì)于接觸角小于45°的軸承宜將實(shí)際接觸角代入(3)式進(jìn)行計(jì)算。

2 實(shí)例計(jì)算

雙列角接觸球軸承 ZYSF2575-2RS的尺寸為Φ25 mm×Φ75 mm×28 mm；內(nèi)、外圈的寬度偏差為ΔC=-20 μm，ΔB1=-30 μm，ΔB2=-35 μm；Dw=7.144，Z=15，F(xiàn)0=9 410 N，α=60°。

選定測(cè)量載荷F0a=1 000 N，在測(cè)量載荷下軸承外圈兩端面測(cè)量的凸出量分別為δⅠ=20 μm，δⅡ=32 μm；在測(cè)量載荷F0a=1 000 N 和預(yù)載荷F0=9 410 N作用下，由計(jì)算機(jī)程序計(jì)算得到δ0a=4.7 μm，δ0=21.1 μm。

則兩個(gè)內(nèi)圈非基準(zhǔn)端面寬度的總修磨量

Δ=-20-(-30-35)-(20 + 32)-2×(21.1-4.7)=-39.8 μm

為簡化工序，提高效率，只需將其中一個(gè)內(nèi)圈的非基準(zhǔn)端面寬度修磨去39.8 μm，軸承裝配后即可得到規(guī)定的預(yù)緊力。

在軸承組配完成后，根據(jù)需要還可以進(jìn)行下面的組配，即雙列角接觸球軸承的兩聯(lián)組配，如圖2所示。

圖2 ZYSF和ZYSN軸承組配

3 結(jié)束語

雙列角接觸球軸承相當(dāng)于由兩套單列角接觸球軸承按背靠背或面對(duì)面方式組配后成對(duì)使用，因此，雙列角接觸球軸承在組配時(shí)和單列角接觸球軸承一樣，必須遵循單列角接觸球軸承組配的一般技術(shù)條件。雙列角接觸球軸承配對(duì)的預(yù)載荷在凸出量測(cè)量儀測(cè)量載荷范圍之內(nèi)時(shí)，可以直接按文中的(1)式計(jì)算修磨凸出量，進(jìn)行組配。當(dāng)組配要求的預(yù)載荷完全超出凸出量測(cè)量儀測(cè)量載荷范圍時(shí)，可以采用修正的(2)式計(jì)算需要修磨的凸出量。這里介紹了內(nèi)圈分離型雙列角接觸球軸承的組配，此方法同樣適用于外圈分離型的雙列角接觸球軸承和其他類似軸承的組配。