角接觸球軸承的特性及配置方式

呂佐岳

（甘肅省水務投資有限責任公司，甘肅 蘭州 730000）

滾動軸承泛指利用球或滾子的滾動實現最小摩擦，并限制一個物體相對于另一個物體運動的各類型軸承，是傳遞運動和承受載荷的重要支撐轉動部件，也是重要的機械基礎件。具有磨擦阻力小、功率耗損小、結構簡單、起動容易、潤滑簡單等優點，并且已標準化，其互換性和通用性好，因此被廣泛應用于各種機械中。滾動軸承的類型很多，但主要按照承受載荷方向與接觸角α 的不同來分類。接觸角α 的定義為滾動體與滾道接觸區中心的法向負荷與垂直于軸承的徑向平面間的夾角。

圖1 深溝球軸承

圖2 角接觸球軸承

圖3 推力角接觸球軸承

圖4 推力球軸承

當00≤α≤450，軸承主要承受徑向負荷，常用的深溝球軸承其接觸角α＝00，如圖1所示；當00<α≤450時，這種軸承一般被稱為角接觸球軸承，如圖2所示；當450<α<900，如圖3所示，軸承主要承受軸向負荷，稱為推力角接觸球軸承；當接觸角α＝900時，如圖4所示，軸承只能承受軸向負荷，稱為推力球軸承。

一般所說的角接觸球軸承有單列和多列之分，以下就單列角接觸球軸承進行討論。

1 角接觸球軸承的特性

角接觸球軸承在目前運用的非常多，由于它的裝球數比深溝球軸承多，所以額定負荷在球軸承中最大，其允許工作轉速與深溝球軸承相近而支承剛性更強，運轉平穩；它內外圈的滾道可在水平軸線上有相對位移，可以同時承受徑向負荷和軸向負荷，也可承受單一方向的軸向負荷。該類型軸承承受軸向負荷的能力由接觸角決定，接觸角越大，軸向承載能力就越高，角接觸球軸承按其接觸角來分，可分為三種：①7000C型，接觸角α=15°，主要應用于較大尺寸精密軸承。②7000AC型，接觸角α=25°，主要應用于精密主軸軸承。③7000B型，接觸角α=40°，可承受較大的軸向載荷。

2 角接觸球軸承的配置方式

角接觸球軸承在承受徑向負荷時，會引起附加軸向力，并且只能限制軸或外殼在一個方向的軸向位移。有的場合為了能夠承受雙向軸向力，需要至少兩列軸承組合來實現此目的，因此一般需成對安裝使用。成對安裝的軸承按其外圈不同端面的組合分為：背對背配置、面對面配置、串聯配置三種類型。

背對背（如圖5所示）安裝時，其所承受的載荷是向軸承軸分開的，可承受作用于兩個方向上的軸向載荷，此特點可以較好的限制軸的軸向位移，每個方向上的載荷只能由一個軸承承受。背對背安裝的軸承提供剛性相對較高的軸承配置，其抗變形能力最大，兩套軸承的接觸角允許不同。

面對面（如圖6所示）安裝時，其所承受的載荷是向軸承軸匯合的，可承受作用于兩個方向上的軸向載荷，也可以限制軸的軸向位移，每個方向上的載荷只能由一個軸承承受，但這種配置不如"背對背"配置的剛性高。另外，"面對面"安裝軸上零件定位如果不恰當，軸受熱伸長時軸承游隙變小，有可能造成頂死。對于軸較長、運行時溫升較大的，應優先考慮"背對背"安裝，

串聯（如圖7所示）安裝時，兩套軸承的接觸角應完全相等，使用這種安裝時，軸承組只能承受作用于一個方向上的軸向載荷，如果軸向載荷作用于相反方向，就必須增加一個相對串聯配對軸承調節的第三個軸承。通常，為了平衡和限制軸的軸向位移，保證安裝的穩定性，另一支撐處需安裝能承受另一方向軸向載荷的軸承，或者將兩對串聯排列的軸承對置安裝在軸兩端。

圖5 串聯配置

圖6 面面配置

圖7 背對背配置

3 實例應用分析

在甘肅省景電管理局一期總干二、三泵站的6＃機組，水泵與電機連接側（下稱水泵內側，水泵另外一側稱水泵外側）的水泵軸承體內安裝的是一盤單列圓柱滾子軸承（可拆卸式），水泵外側的軸承體內安裝的是兩盤單列角接觸球軸承。機組在開機運行數小時后，外側軸承體溫升較大，嚴重時造成被迫停機。為了解決該問題，我們對其進行了分析。

雙吸臥式離心水泵由于設計結構的對稱性，它在運行的過程中，作用在轉子葉輪蓋板上的力和動力引起的軸向力是平衡的，從理論上講，軸向力的合力為零。但由于水泵結構制造上的誤差，特別是水泵轉子在運行一定的時間后，兩側的雙吸密封環由于磨蝕產生間隙，間隙的寬度和長度不同造成從水泵高壓側流入到低壓側的水流量也不相等，導致葉輪兩側產生壓力差，這樣就引起了附加軸向力。由于葉輪和泵軸通過安裝組合為一體，所以附加軸向力最終通過泵軸傳遞到軸承上，在這種情況下，軸承的類型以及安裝是否得當就成了水泵能否平穩、安全運行的關鍵因素。

通過以上的分析，由于上述水泵機組的內側軸承體內安裝的是可拆卸式單列圓柱滾子軸承，該類型軸承并不承受軸向荷載，如果選用“串聯”配置方式，水泵軸的軸向位移無法得到平衡和限制，并且為了避免造成頂死故障的發生，我們選擇以“背對背”的配置方式安裝。機組在開機運行后，水泵外側軸承體溫升較大的現象消除，水泵運行平穩、正常。

4 結語

角接觸球軸承的三種配置方式都有它各自的特點和使用要求，為了保證軸承的正常工作，在實際的使用、安裝過程中，一方面要分析軸的受力情況，另一方面還要對軸系支撐端結構、軸承與相關零件的配合、軸承的密封和潤滑情況進行分析、了解。只有綜合考慮運用，才能使軸承的特性充分發揮，機械才能安全、平穩的運行。

[1] 傅天民，張奇（編譯）.滾動軸承應用設計圖集[ISBN].北京：國防工業出版社，1991.