滾珠絲杠支撐用推力角接觸球軸承裝配質量控制

趙 敏，徐永海

（紐威數控裝備（蘇州）股份有限公司，江蘇 蘇州 215163）

0 引言

機床驅動部件最常見的故障就是滾珠絲杠兩端軸承損傷和機床定位精度超差，通過試驗對推力角接觸球軸承外圈施加外力來控制軸承外圈的緊固量，并測量不同緊固量導致軸承外圈受力變形的情況，從而使軸承外圈緊固量得到有效的控制。合理控制軸承外圈的緊固量，可以避免因外圈受力過大而導致的軸承異常溫升和失效損傷，使推力角接觸球軸承處于正常良好的工作狀態，保證機床定位精度的準確性。從軸承的清洗、安裝到軸承外圈緊固量的控制，做好每一步工序的質量控制，才能使機床驅動系統長期保持穩定運行，提升機床定位精度和精度保持性[1]。

1 滾珠絲杠支撐用推力角接觸球軸承的安裝

1.1 推力角接觸球軸承的安裝

1.1.1 軸承清洗

在實際工作中，由于軸承清洗不干凈,殘留的異物會損傷軸承的滾道。軸承清洗的目的在于徹底去除軸承內部的油脂和異物，在軸承清洗過程中需注意以下情況[2]：

（1）用優質煤油或汽油清洗軸承，軸承清洗分為粗洗和精洗，清洗時，粗洗槽與精洗槽分開不要混淆。

（2）在粗洗槽內，避免轉動軸承，用刷子大致清除附著在軸承表面的雜質之后，再將軸承放入精洗槽中。

（3）在精洗槽中，將軸承輕輕轉動進行清洗，精洗槽內清洗油必須經常更換始終保持清潔。

（4）精洗完成的軸承要進行吹干或者晾干，避免用抹布直接擦拭軸承。

1.1.2 潤滑脂填充

潤滑脂可以減小摩擦，降低軸承磨損，延長軸承的使用壽命，還有防塵和防銹的作用。在填充潤滑脂時，用注脂器將潤滑脂均勻的填充在各鋼球之間，用手轉動軸承，使潤滑脂均勻進入滾道面、保持架內部、鋼球間空隙和引導面等各處。總填充量占空間容積的10%～20%為宜，潤滑脂填充量過少，易導致潤滑不良，進而加速軸承的磨損；潤滑脂填充量過多，會產生異常發熱現象，尤其在設備運轉初期易導致潤滑脂劣化。

1.1.3 軸承安裝

安裝軸承時，注意保證軸承受力方向的正確性（圖1），錯誤的受力方向會導致軸承滾道損傷（稱為滾動體爬越鎖口壓痕），安裝軸承有兩種情況，一種情況是將軸承裝在絲杠軸上，另一種情況是將軸承裝入軸承座及電機座內孔中，注意事項如下：

（1）當軸承壓入在絲杠軸時，用軸承具對軸承內圈均勻施力。

（2）當軸承壓入在軸承座及電機座內孔時，用軸承具對軸承外圈均勻施力。

圖1 角接觸球軸承安裝受力方向示意圖

1.2 消除引起軸承損傷的影響因素

滾珠絲杠支撐用推力角接觸球軸承在清洗安裝過程中，易出現軸承清洗不干凈，填充潤滑脂時異物混入，安裝受力錯誤等問題，導致推力角接觸球軸承的內外圈滾道和滾動體上存在異物壓痕以及滾動體爬越鎖口壓痕，這些是推力角接觸球軸承運轉噪聲異常的主要原因，安裝因素造成的軸承滾道異物壓痕損傷如圖2所示。

圖2 角接觸球軸承滾道異物壓痕損傷

要避免軸承因為安裝因素造成的損傷，在清洗和安裝工序中，要注意以下問題：

（1）保證工作環境清潔無塵；

（2）安裝前將軸承和其他零件清洗干凈，軸承清洗和裝配時注意的問題：軸承的粗洗和精洗工序分開進行；粗洗軸承時不要轉動軸承；軸承清洗后吹干或晾干，不要用抹布擦干；專用工具填充潤滑脂防止異物混入；軸承安裝工具不要采用脆性材料；安裝軸承時，保證受力方向的正確性。

2 推力角接觸球軸承外圈緊固量的控制

2.1 滾珠絲杠支撐用推力角接觸球軸承型號

機床驅動系統中，滾珠絲杠軸承主要承受軸向載荷，徑向除了絲杠自身重量，一般無外載荷，最常用的滾珠絲杠軸承就是推力角接觸球軸承，這種滾珠絲杠支撐用的推力角接觸球軸承的接觸角為60°，具有較高的軸向剛度，以NSK推力角接觸軸承型號為例（圖3）。

圖3 NSK滾珠絲杠支撐用推力角接觸球軸承型號

其中組合記號:表示滾珠絲杠支撐用推力角接觸球軸承的多種組合形式，包括DB、DBD、DBB、DBBB、DF、DFD、DFF、DFFF、DT、DTD、DTT、和SU自由組合（單件）等;預緊記號:C10標準預緊/C9輕預緊;精度記號:PN7A標準精度/PN7B內外徑尺寸差特殊管理精度（SU組合專用）。

2.2 推力角接觸球軸承外圈緊固量試驗裝置

機床驅動部件一般由滾珠絲杠、隔套、軸承座、推力角接觸球軸承、壓蓋、鎖緊螺母等零件組成，機床驅動部件結構圖參見圖4a。

推力角接觸球軸承外圈緊固量試驗裝置以自由組合形式的滾珠絲杠支撐用推力角接觸球30TAC62-BSUC10PN7B的DB為例，為了測量軸承外圈的變形，試驗中軸承被拆解只保留了軸承外圈，這樣可以直觀地測量軸承外圈的受力變形情況。推力角接觸球軸承外圈緊固量試驗裝置（見圖4b）包括軸承座、推力角接觸球軸承外圈、壓蓋、扭矩扳手、轉臺、磁力表座、千分表（測量精度0.001 mm）、進口數顯千分表（測量精度0.01μm）等。

圖4 機床驅動部件結構圖和絲杠軸承外圈緊固量試驗裝置

2.3 軸承外圈緊固量對外圈滾道面變形的影響

2.3.1 定量控制外圈緊固量

設計壓蓋時，壓蓋高度必須預留適當的裝配調節量，軸承外圈緊固方法為：

先測量軸承座的軸承孔深度，再測量軸承組件和壓蓋止口高度之和，加工調整壓蓋止口高度，使兩者之差滿足裝配調整量要求。

（1）定量控制外圈緊固量的優缺點

優點：軸承外圈的緊固量確定，壓蓋螺釘的鎖緊力矩對軸承外圈緊固后變形的影響不大。

缺點：裝配和檢驗工具多，如千分尺、深度尺、加工壓蓋的機床等；壓蓋的加工精度難以保證，對裝配操作工人的技術要求高，測量誤差和壓蓋及軸承座的加工精度對軸承外圈緊固量的影響無法消除，壓蓋的加工精度不良或緊固不均勻，會導致外圈緊固不均勻及外圈滾道面的變形。

（2）外圈緊固量及外圈滾道面變形之間的關系

試驗中，首先測量軸承座的軸承孔深度，再測量軸承組件和壓蓋止口高度之和，加工調整壓蓋止口高度，使兩者之差即緊固量分別為0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm，檢測外圈滾道面各個測量的變形情況（圖5）。

圖5 外圈緊固量與外圈滾道面變形之間的關系

2.3.2 定量控制壓蓋螺釘鎖緊扭矩

壓蓋與軸承座端面留一定量的間隙，設計壓蓋高度時，不預留裝配調整量，壓蓋與軸承座端面之間保留一定量的間隙。裝配時，使用扭矩扳手控制壓蓋螺釘鎖緊扭矩保持一致。

（1）定量控制壓蓋螺釘鎖緊扭矩的優缺點

優點：操作簡單、裝配工具少，只需扭矩扳手鎖緊螺釘，控制壓蓋螺釘的鎖緊力矩。

缺點：設計壓蓋時，相同規格的滾珠絲杠支撐用推力角接觸球軸承采用了不同規格鎖緊螺釘，以規定扭矩鎖緊壓蓋的螺栓，導致相同結構和規格的軸承外圈，因壓蓋螺栓的規格和數量不同，采用不同規定的扭矩鎖緊螺栓，軸承外圈的所受軸向力差別很大。

（2）壓蓋螺釘鎖緊扭矩與外圈滾道面變形之間的關系

在試驗中增加壓蓋螺釘鎖緊扭矩的同時，轉動轉臺測量軸承外圈滾道面各個位置的變形量，軸承外圈滾道面畸變為橢圓，隨鎖緊力增大，畸變更加嚴重（圖6）。

圖6 壓蓋螺釘鎖緊扭矩與外圈滾道面變形之間的關系

2.4 零件設計改進

通過有限元分析在總鎖緊力相同時，壓蓋以4個螺釘鎖緊與8個螺釘鎖緊是有所區別（圖7），鎖緊8個安裝螺釘時滾道變形均勻，不會使滾道形狀畸變為橢圓，任何位置都向內收縮，總體來說變形減小，同時壓蓋下表面變形均勻。對壓蓋設計進行改進，增加壓蓋安裝螺釘個數，保持安裝壓蓋總鎖緊力不變。

圖7 不同螺釘個數時外圈滾道面和壓蓋下表面受力變形對比

3 結語

對于滾珠絲杠支撐用推力角接觸球軸承裝配的質量控制，應在裝配過程中得到足夠的重視。在裝配、檢驗工具和加工設備齊全的條件下，盡量采用定量控制外圈緊固量的方法進行裝配；當采用定量控制壓蓋螺釘鎖緊扭矩的方法來緊固螺釘時，合理設計并核算壓蓋對軸承外圈施加軸向力。滾珠絲杠支撐用推力角接觸球軸承外圈緊固量和滾珠絲杠預拉伸量，對軸承承受的軸向載荷和整體剛性的影響非常大。做好滾珠絲杠支撐用推力角接觸球軸承的裝配工作，做好每一道工序，才能使推力角接觸球軸承處于良好的工作狀態，才能使機床驅動系統長期穩定運行，提升機床定位精度和精度保持性，延長機床的使用壽命。