不同接觸角軸承組配的預緊技術

楊兵華,張振強，權超健，張浩洋，王秉楠

(1.中國航發湖南動力機械研究所,湖南 株洲 412002;2.洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

通常情況下，組配角接觸球軸承的接觸角相同，文獻[1-4]介紹了其預緊力所允許的外加軸向載荷，超出額定要求的軸向載荷時部分軸承將出現卸載，造成球打滑，并引起軸承早期失效。為避免出現卸載現象(即提高卸載力)，可以增加軸承組的預載荷或采用不同接觸角的軸承進行組配。

為滿足軸承承載力和剛度要求，角接觸球軸承在使用過程中可以采用多種組配方式,而為使組配后軸承的各項性能在特定使用工況下得到最大發揮，選取合適的預緊力極為關鍵。正確的預緊力不僅可以增加剛度，還可以降低噪聲、提高軸的導向精度、延長軸承使用壽命、提高旋轉精度，并且能防止在快速啟/停的高速應用、超輕載或空載荷情況下發生打滑等現象。

1 組配方式

不同接觸角的軸承與相同接觸角的軸承具有一樣的組配方式，根據組配軸承的數量，其組配方式可分為雙聯、三聯以及四聯等；根據組配軸承的方向又可進行不同的分類。不同接觸角軸承的組配形式主要有DB,TBT,QBC和DBT型，組配形式如圖1所示，軸承A，B的接觸角分別為αA=25°，αB=15°。

圖1 不同接觸角軸承的組配方式

2 預緊方式

角接觸球軸承在使用過程中通常采用軸向預緊，其預緊方式有定位預緊和定壓預緊2種，如圖2所示。

圖2 預緊方式

定位預緊是通過組配軸承本身或預選定的內外圈隔套使組配軸承的間距保持不變，從而使軸承獲得合適的預緊，由于受軸承工作狀態及外部環境的影響，軸承座尺寸及軸承部件也會產生相應變化，進而影響到軸承的預緊狀態。采用該預緊方式有利于提高軸承的剛性，但要注意預載荷的變化對軸承性能的影響。

定壓預緊是利用螺旋彈簧、蝶形彈簧等彈性元件，使軸承在支承部位得到合適的預緊。采用定壓預緊，軸承在正常工況下的運動不會影響預載荷，但軸承剛度等級較低，故適用于高速旋轉的場合，但不適用于需要高剛度、承載方向改變或者可能出現不確定沖擊載荷的軸承應用中。

3 外載荷對預緊軸承組軸向位移的影響

對于定位預緊的組配軸承，其所受預緊力更容易受到外載荷的影響。承受純軸向載荷Fa的角接觸球軸承，球所受最大載荷為

(1)

式中：Z為球數;α為接觸角。

根據Hertz接觸理論，純軸向載荷作用下角接觸球軸承的軸向位移為[5-8]

(2)

式中：Dw為球徑。

將(1)式代入(2)式得

(3)

(4)

3.1 DB型

不同接觸角軸承DB組配后的預載及受載位移如圖3所示，在預緊力F0作用下，軸承A和軸承B的內圈端面將貼合在一起，其軸向位移分別為

(5)

(6)

圖3 DB型預緊及受載位移圖

(7)

圖4 外載荷對預緊軸承組軸向位移的影響

聯立(5)～(7)式得FaA=5.90F0。故對于圖3所示軸承組，其外載荷FaA最大應不超過預緊力F0的5.9倍，否則將使軸承A發生卸載現象，導致該軸承過早失效。

(8)

聯立(5)，(6)，(8)式可得FaB=1.73F0，故對于圖3所示軸承組，其外載荷FaB最大不超過預緊力F0的1.73倍，否則將使軸承B發生卸載現象，導致該軸承過早失效。

3.2 TBT型

三聯TBT組配型軸承如圖5所示，其外載荷對預緊軸承組軸向位移的影響同樣可用圖4表示，由于軸承AA端為2套軸承串聯，故在外載荷FaA作用下，AA端每套軸承所受的預緊力和軸向力分別為F0/2和FaA/2，軸承B所受預緊力仍為F0，即

(9)

聯立(6)，(7)，(9)式可得FaA=9.85F0。

圖5 TBT型軸承預緊及受載位移圖

在外載荷FaB情況下，AA端每套軸承所受的預緊力為F0/2，軸承B所受預緊力和軸向力為F0和FaB，聯立(6)，(8)，(9)式可得FaB=1.45F0。

3.3 QBC及DBT型

對于圖1所示的四聯組配軸承，其外載荷和最小預緊力的關系也可按上述方法求解，經計算，QBC型組配軸承為FaA=5.90F0，FaB=1.73F0；DBT型組配軸承為FaA=13.66F0，FaB=1.33F0。

4 卸載力對比

由上述計算可知，對于圖1所示的4種組配方式，不同方向所能承受的最大外載荷(卸載力)不同。不同接觸角軸承組配與相同接觸角軸承組配的卸載力見表1。

表1 卸載力

從表1中可以看出，與采用相同接觸角軸承組配相比，采用不同接觸角軸承組配可以使B端軸承在不出現卸載條件下，提高主承載端(A端)軸承承載能力。

5 結論

1)角接觸球軸承不僅可以采用相同接觸角的軸承進行組配，同樣可以采用具有不同接觸角的軸承組配，且組配方式多種多樣。

2)與采用具有相同接觸角的組配軸承相比，在相同的預緊力及組配方式下，采用不同接觸角軸承進行組配可以使主承載端承載能力增強。

3)采用具有不同接觸角的軸承進行組配時，軸承組非主承載端承載能力相對較低，在使用過程中要注意方向性。