雙列圓錐滾子軸承滾道角度對運轉過程發熱的影響

康延輝，王典仁，李云峰

（1.洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039；2.航空精密軸承國家重點實驗室，河南 洛陽 471039）

1 概述

雙列圓錐滾子軸承不僅可以承受較大的徑向載荷，而且可以承受軸向載荷，必要時還可以承受較大的力矩載荷。另外其剛性強，在兩個方向都能軸向固定，裝配后具有一定的軸向游隙，可施加一定的預負荷，廣泛應用于齒輪箱、起重設備、軋鋼機、礦山機械、鐵路貨車等領域。特別是對于鐵路貨車用雙列圓錐滾子軸承，由于其載荷大、轉速高，且在轉彎時形成一定的傾覆力矩作用，因此，軸承加工精度的好壞對于鐵路運行安全來說至關重要。

軸承加工精度對于滾動軸承運行過程中的平穩性、振動、發熱等都有影響。而對于鐵路貨車運行來說，發熱是致命的，發熱讓軸承處于高溫工作狀態之下，容易使滾動軸承內部潤滑油膜破壞，輕則造成軸承磨損、早期失效，重則造成軸承卡死，引起斷軸等行車事故。因此，很有必要對引發軸承發熱的加工精度方面進行研究，進而進行工藝改進，從根源上控制軸承產生發熱。

由于軸承發熱引發的事故不可控，因此不能為了研究發熱影響因素而去故意使軸承發熱。本文擬采用倒推，即收集發熱軸承檢測其尺寸精度，進而發現其規律，找到引發軸承發熱的影響因素，減少或杜絕雙列圓錐滾子軸承發熱的產生。

2 發熱軸承檢測數據收集

針對用戶退回的 5 套雙列圓錐滾子發熱軸承進行了尺寸項目檢測。檢測內容包括：內、外套圈、滾子尺寸精度項的全部內容；對內、外套圈滾道凸度、凸度形式、滾子凸度、滾子圓度、滾子球基面曲率等在圓度儀及輪廓儀上進行了檢驗。并與產品要求進行對比，找到超差項目（其中把外圈按字上、字下，內圈按 A 面、B 面進行標記，實現內、外圈的配合對應），超差項目及結果見表 1、表 2。

表1 軸承內、外套圈尺寸精度超差結果表

表2 滾子尺寸精度超差項目結果表

結合檢測結果，得出發熱軸承內、外圈及相應滾動體尺寸分布規律，參見表 3。

表3 內圈、外圈、滾子尺寸分布規律

3 雙列圓錐滾子軸承發熱原因分析

通過檢測數據及從雙列圓錐滾子軸承在使用過程中的受力方面進行研判分析，考慮影響發熱的因素主要為軸承滾道角度與滾子角度方面。在雙列圓錐滾子使用過程中，軸承受力后其外圈受力位置為靠近寬度中間位置。理想狀態為軸承受力后滾子與內、外滾道在滾道的中間部位接觸，但是如果內、外滾道角度偏差控制不當，易造成滾子與內、外滾道的接觸帶偏離理想接觸區域，極易造成實際接觸區為滾子小端與內、外滾道相接觸，這就容易因其發熱。

綜合內、外滾道角度及組滾子角度平均數據，裝配后角度配合情況見表 4。

通過表 4 檢測數據可以得出，以上失效軸承外圈滾道角度偏上差，內圈滾道角度偏下差，滾子角度偏下差，符合以上滾道角度偏差控制不當造成發熱的推論。由于滾道角度偏差的影響，使運轉時滾子小端與內、外滾道接觸，引起發熱，進而造成軸承使用過程中的失效。

4 工藝改進措施及結論

表4 滾道與滾子角度配合情況

結合檢測結果及對發熱原因的初步分析，針對雙列圓錐滾子軸承的加工工藝進行改進。主要從控制外圈、內圈滾道角度方面進行優化，壓縮其角度偏差，使外圈滾道角度偏差 △2α控制在，內圈滾道角度偏差△2β控制在。經過工藝改進后加工的產品，配套檢測旋轉精度合格后發往客戶，未再發生類似發熱事故。

以上通過檢測發熱軸承的尺寸精度，逆向推導得出影響該軸承發熱的因素，即滾道與滾子角度加工誤差產生配合不良，造成發熱。由此對工藝進行優化控制，后續加工產品不僅滿足客戶工作需要，并有效杜絕了發熱現象的產生，為以后加工過程工藝控制提供了可靠的依據，從而在根源上控制軸承發熱的產生，保證軸承運轉過程的可靠安全。同時，也為主機的可靠運行提供了有力的保障。