配對圓錐滾子軸承軸向游隙的設(shè)計與測量

縣鵬宇，劉 鋒

（甘肅海林中科科技股份有限公司 技術(shù)中心，甘肅 天水 741018）

配對圓錐滾子軸承是由兩套圓錐滾子軸承和內(nèi)、外隔圈組成，具有結(jié)構(gòu)簡單，組配靈活的特點。通常有面對面和背靠背兩種組配方式，軸承的軸向游隙可以通過修配內(nèi)隔圈或外隔圈來實現(xiàn)。由于軸承內(nèi)、外隔圈結(jié)構(gòu)的設(shè)計已在設(shè)計方法和多種文獻中有過論述，在此不做探討。這里主要介紹軸向游隙的設(shè)計、調(diào)整方法和測量方式。

1 背對背結(jié)構(gòu)

背對背配對圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示。兩套軸承作用中心呈“O”形，這樣的結(jié)構(gòu)不但剛性好，而且還可承受傾覆力矩，軸向游隙的調(diào)整可以通過配磨內(nèi)隔圈或外隔圈來完成，以下就兩種配磨方法分別進行論述。

圖1 背對背配對圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)圖

1.1 配磨內(nèi)隔圈調(diào)整軸向游隙法

在這種方法中，軸承的總寬度中包含有軸向游隙，所以不但要保證軸承的總寬度，還要保證軸向游隙。軸向游隙為：

軸向游隙δA在尺寸鏈中為封閉環(huán)，封閉環(huán)的公差等于所有組成環(huán)的公差之和。由于軸向游隙的公差一般在0.05 mm左右，這樣小的公差再分配到6個組成環(huán)中，將使每個組成環(huán)公差很小，在實際生產(chǎn)中難以實現(xiàn)，而且也不經(jīng)濟。為了滿足軸向游隙的要求，可以通過修磨內(nèi)隔圈來實現(xiàn)。

首先，計算出配對軸承不含游隙時的總寬度公差δ′B，其是由兩套軸承的裝配寬度T1，T2的公差和外隔圈寬度公差保證的。為了滿足δ′B的要求，必須對相關(guān)的尺寸公差進行壓縮，一般情況下對單套軸承裝配寬度壓縮一半即可。這樣做的目的是為了使軸承在配磨內(nèi)隔圈時，保證單套軸承的內(nèi)、外組件與外隔圈可以完全互換，只要配磨后的軸向游隙在規(guī)定的范圍之內(nèi)，配對軸承的δ′B就可達到設(shè)計要求，這樣減少了內(nèi)隔圈配磨時的磨削量，提高了配套的效率。外隔圈公差按下式計算：

例如，內(nèi)徑為30～40 mm的圓錐滾子軸承，配對后軸承總寬度公差δ′B＝+0.100～+0.550 mm，軸向游隙為0.100～0.140 mm，除去軸向游隙后軸承的總寬度公差為0～+0.41 mm。一般單套軸承在該尺寸段的裝配寬度公差為0～+0.200 mm，須將單套軸承寬度公差壓縮到0～+0.150 mm，根據(jù)（2）式可以確定出外隔圈的寬度公差為0～+0.110 mm，同時可將內(nèi)隔圈的寬度公差適當(dāng)?shù)貕嚎s到-0.05～0 mm，便于內(nèi)隔圈配磨尺寸的統(tǒng)一，減少分組數(shù)。

1.2 配磨外隔圈調(diào)整軸向游隙法

該結(jié)構(gòu)中配對軸承的總寬度公差是由兩套軸承的內(nèi)圈寬度公差和內(nèi)隔圈公差保證的，總寬度公差中不含軸向游隙，一般不需要再對單個軸承外圈的寬度公差、裝配寬度公差進行壓縮，內(nèi)隔圈的寬度公差可以根據(jù)配對軸承總寬度公差和兩內(nèi)圈的公差計算得到：

例如，內(nèi)徑為30～40 mm的圓錐滾子軸承，其配對軸承總寬度公差為+0.100～+0.550 mm，單個內(nèi)圈的寬度公差為-0.120～0 mm，內(nèi)隔圈的公差計算出來為+0.340～0.550 mm。

1.3 軸向游隙的測量方法

1.3.1 小批量生產(chǎn)軸向游隙配磨方法

該方法是通過測量單套軸承裝配寬度與內(nèi)圈的寬度差的方式計算出來，采用以下公式：

軸承的軸向游隙值δA為軸承內(nèi)、外隔圈的差值減去單套軸承裝配寬度與內(nèi)圈的寬度差，在這種方法中，只有當(dāng)C3＜B3-（H1+H2）時，成套軸承才可能產(chǎn)生軸向游隙。

一般對于小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，可以通過這種方法對每一套軸承進行編號，根據(jù)軸向游隙的范圍，確定出軸承隔圈修磨尺寸，最后再對內(nèi)隔圈和外隔圈進行編號，將其合套成為符合要求的配對軸承。

1.3.2 大批量生產(chǎn)軸向游隙配磨方法

對于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，若采用1.3.1所述方法，生產(chǎn)效率極低，為此可以采取下述的測量方法，步驟如下：

（1）背對背配對軸承測量軸向游隙原理圖如圖2所示。取出內(nèi)隔圈，在上部軸承加上一載荷，讓表尖對在載荷塊上平面中部，消除軸承端面跳動對測量的影響，轉(zhuǎn)動軸承外圈，使上、下軸承的滾子與內(nèi)、外滾道基本完全接觸，下部軸承的滾子球基面與內(nèi)圈擋邊完全接觸，并將測量表對零位，然后將軸承移出測量區(qū)域。

圖2 背對背測量軸向游隙原理圖

（2）裝入分選的內(nèi)隔圈，再次加上載荷，讓表尖對在載荷塊平面中部，轉(zhuǎn)動軸承外圈，記錄儀表的讀數(shù)（注意在測量時需要加上一定的載荷），測量出基本軸向游隙值δ′A。

（3）將上部軸承取下，正、反測量軸承的裝配寬度T0，T′（圖3），計算兩者的差值δT，即δT＝T′-T0（注意在測量時還需要加上載荷，這樣測量才會準(zhǔn)確，具體的載荷塊結(jié)構(gòu)設(shè)計本文不再探討）。

圖3 單套軸承正、反向測量軸承裝配寬度

配對軸承實際的軸向游隙值δA＝δ′A+δT。若軸向游隙大于設(shè)計要求，則根據(jù)超出的數(shù)值，調(diào)整隔圈的寬度，配出符合要求的軸向游隙。

軸承外圈在下內(nèi)組件在上測量單套軸承寬度時，由于內(nèi)組件圓錐體的自鎖作用，滾子球基面與內(nèi)圈擋邊不能夠完全接觸，此時所測量出的軸承裝配寬度要大于正常的數(shù)值，即δ′A存在虛值，但步驟（3）可消除軸向游隙的虛值。這種測量方法無論對于配磨內(nèi)隔圈法還是配磨外隔圈法，都是適用的。檢測數(shù)據(jù)比較見表1。

表1 大批量生產(chǎn)測量方法與小批量生產(chǎn)測量方法數(shù)值對比表 mm

2 面對面結(jié)構(gòu)

面對面結(jié)構(gòu)軸承由兩套軸承與外隔圈組合而成，配對軸承的總寬度包含軸向游隙，游隙是通過調(diào)整外隔圈獲得的，如圖4所示。軸承的軸向游隙為：

圖4 面對面結(jié)構(gòu)

2.1 游隙計算方法

在尺寸鏈中配對軸承的軸向游隙δA為一封閉環(huán)，變化范圍較小，一般在0～0.050 mm。由于這類配對軸承總寬度的公差中包含有軸向游隙，除去軸向游隙后，配對軸承總寬度的公差較窄，為保證配對軸承總寬度的公差，故在設(shè)計時須對單套軸承的裝配寬度公差作一定的壓縮，同時還須對外圈的寬度公差進行一定的壓縮，以保證配磨時外隔圈尺寸的集中。

無游隙時配對軸承總寬度公差δ′B為：

例如，內(nèi)徑為30～40 mm的圓錐滾子軸承，配對后軸承總寬度公差為+0.100～+0.500 mm，軸向游隙為0.100～0.150 mm，不含游隙時配對軸承總寬度的公差則為0～+0.350 mm，單套軸承裝配寬度公差為0～+0.150 mm，外圈寬度公差壓縮為-0.050～0 mm。

2.2 游隙測量方法

（1）面對面結(jié)構(gòu)測量軸向游隙原理圖如圖5所示。首先將外隔圈去掉，在上部軸承加上一載荷塊，讓表尖對在載荷塊上平面中部，消除軸承端面跳動對測量的影響，轉(zhuǎn)動上部軸承外圈，使上、下軸承的滾子與內(nèi)、外滾道基本完全接觸，并將測量表對零位，然后將軸承移出測量區(qū)域。

圖5 面對面結(jié)構(gòu)測量軸向游隙原理圖

（2）裝入分選的外隔圈，再次加上載荷塊，讓表尖對在載荷塊平面中部，記錄表的讀數(shù)，測量出基本軸向游隙值δ′A。

（3）將下部軸承取出，測量出如圖3所示其正、反測量時裝配寬度的差值δT。

（4）配對軸承的實際軸向游隙δA＝δ′A+δT。若大于圖紙軸向游隙要求，根據(jù)超出的數(shù)值，調(diào)整外隔圈的寬度，即可配出符合要求的軸向游隙。這種測量方法適用于大批量生產(chǎn)。

3 結(jié)束語

文中對配對圓錐滾子軸承軸向游隙的一些設(shè)計方法和測量原理進行了探討，便于這類軸承設(shè)計時隔圈公差的確定和游隙的正確測量。