一種圓錐滾子軸承游隙控制方法

李計星 査振元 曾 政 劉國剛

一種圓錐滾子軸承游隙控制方法

李計星 査振元 曾 政 劉國剛

（機科發(fā)展科技股份有限公司，北京 100000）

影響軸承安裝精度的因素較多，但軸承的游隙對軸承的使用壽命起到關(guān)鍵作用。目前大多數(shù)軸承都有相應(yīng)的游隙調(diào)整方法，不過由于圓錐滾子軸承特殊的結(jié)構(gòu)，使得其游隙控制和調(diào)整有更多的方法，本文基于實踐應(yīng)用提出了一種新的圓錐滾子軸承游隙控制方法。

圓錐滾子軸承 游隙 間隙 軸承

1 圓錐滾子軸承的特點

軸承是現(xiàn)代機器設(shè)備中被廣泛應(yīng)用的部件之一，它依靠主要元件間的滾動接觸來支撐轉(zhuǎn)動零件，從而降低其運動過程中的摩擦系數(shù)，并保證其回轉(zhuǎn)精度[1]。因此，凡是有機器轉(zhuǎn)動的地方就需要用到軸承，軸承的應(yīng)用范圍非常廣泛，主要有以下幾點：第一，冶煉廠、礦山、鋼鐵廠軋壓機械設(shè)備；第二，發(fā)電廠、燃機、電機廠動力設(shè)備；第三，印刷、包裝機械、食品機械設(shè)備用的特殊軸承和外球面軸承；第四，塑料、化纖機械、薄膜拉伸設(shè)備用的特殊軸承和高溫軸承；第五，玩具、鐘表、電子、音像等設(shè)備精細軸承；第六，紡織、洗染，制鞋、煙草機械設(shè)備；第七，啤酒、飲料設(shè)備、醫(yī)藥設(shè)備；第八，破碎、陶瓷機械、精細化工機械[2]。

根據(jù)不同的屬性，軸承可以分為很多種，本文著重介紹圓錐滾子軸承中的單列圓錐滾子軸承。

圓錐滾子軸承主要承受以徑向為主的徑、軸向聯(lián)合載荷，軸承承載能力取決于外圈的滾道角度，角度越大承載能力越大。該類軸承屬分離型軸承，根據(jù)軸承中滾動體的列數(shù)分為單列、雙列和四列圓錐滾子軸承。其中單列圓錐滾子軸承可以承受徑向負荷和單一方向軸向負荷。當(dāng)軸承承受徑向負荷時，將會產(chǎn)生一個軸向分力，所以需要另一個可承受反方向軸向力的軸承來加以平衡，因此單列圓錐滾子軸承一般是成對配置，并且單列圓錐滾子軸承游隙需用戶在安裝時調(diào)整；而雙列和四列圓錐滾子軸承游隙已在產(chǎn)品出廠時依據(jù)用戶要求給定，不須用戶調(diào)整。

2 圓錐滾子軸承游隙的特點

滾動軸承的游隙是指在無載荷的情況下，軸承內(nèi)外環(huán)間所能移動的最大距離，作徑向移動時稱為徑向游隙，作軸向移動時稱為軸向游隙[3]。其中軸承的徑向游隙又分為原始游隙、安裝游隙和工作游隙。原始游隙是軸承安裝前自由狀態(tài)時的游隙，其由制造廠加工、裝配所確定。安裝游隙是軸承與軸及軸承座安裝完畢而尚未工作時的游隙。由于過盈安裝，或使內(nèi)圈增大，或使外圈縮小，或二者兼而有之，均使安裝游隙比原始游隙小。工作游隙是指軸承在工作狀態(tài)時的游隙，工作時內(nèi)圈溫升最大，熱膨脹最大，使軸承游隙減?。煌瑫r，由于負荷的作用，滾動體與滾道接觸處產(chǎn)生彈性變形，使軸承游隙增大；因此，軸承工作游隙比安裝游隙大還是小，最終取決于這兩種因素的綜合作用。通常，軸承的原始徑向游隙大于軸承工作時的游隙。

通常軸承的徑向游隙對軸承的壽命、溫升、噪聲等都有很大影響，加上單列圓錐滾子軸承特殊的結(jié)構(gòu)，使得圓錐滾子軸承即承受較大的徑向力，又承受軸向力，同時承受較大的沖擊，并且這類軸承只有軸向游隙可以調(diào)整。軸向游隙的大小，對軸承能否良好的工作影響很大，過小時易引起軸承發(fā)熱，潤滑油變稀，產(chǎn)生粘著磨損，加速點蝕和磨料磨損，甚至膠合磨損；過大則軸承運動副的沖擊力增大，剛度降低，運動零件容易磨損，加速點蝕和磨料磨損[4]。

3 新的圓錐滾子軸承控制方法

由前文可知，軸承游隙的大小對于機械設(shè)備的穩(wěn)定運行起著至關(guān)重要的作用，因此關(guān)于軸承游隙調(diào)整的方法有很多，其中關(guān)于軸向游隙調(diào)整的主要有：調(diào)整墊片法、調(diào)整螺栓法、軸承預(yù)緊法等[3]。這些調(diào)整方法都是在軸承安裝完以后根據(jù)軸承游隙的測量結(jié)果再進行反復(fù)的調(diào)整以達到合適的游隙，這樣先安裝后調(diào)整的方法有以下幾種不足之處。一是安裝后反復(fù)調(diào)整不僅浪費時間，嚴重影響效率而且容易影響裝配零部件間的相互關(guān)系，可能造成零部件間實際裝配的配合關(guān)系與設(shè)計配合關(guān)系不相符的現(xiàn)象。二是這種先安裝后調(diào)整的模式和智能制造相悖，不能很好地實現(xiàn)自動化，同樣也不具備柔性。三是先安裝后調(diào)整往往需要把正在裝配的零部件進行轉(zhuǎn)運或者停留在固定工位以實現(xiàn)調(diào)整。

根據(jù)上面所提到的一些軸承游隙調(diào)整方法和對其的一些分析，本文提出一種新的圓錐滾子軸承控制方法，它能在軸承安裝的同時就實現(xiàn)游隙的控制。

新的圓錐滾子游隙控制原理：根據(jù)物體的熱脹冷縮原理可知，物體在一般狀態(tài)下，受熱后會膨脹，在受冷（包括加熱后空冷）的狀態(tài)下會縮小；而且一般情況下物體的膨脹程度和溫度有確定的關(guān)系：ΔL=L0×a×(t-t0)；其中L0為t0時長度，a為材料線性膨脹系數(shù)。所以通過計算可知，如果要使物體膨脹指定長度，就能得到相應(yīng)的溫度值。

同樣軸承受熱膨脹也會產(chǎn)生軸向移動，所以可以利用熱脹冷縮原理來控制圓錐滾子軸承的游隙，具體過程如下：①根據(jù)軸承的工況選擇合適的游隙；②計算軸承通過熱脹產(chǎn)生與游隙相當(dāng)?shù)奈灰屏克枰臏囟?；③根?jù)計算出來的溫度對軸承進行加熱，此溫度不能超過軸承熱處理溫度，加熱過程不能破壞軸承內(nèi)圈的結(jié)構(gòu)等；④對軸承進行熱裝，并保證冷卻過程中和冷卻后軸承內(nèi)圈的位移不發(fā)生變化，只有熱脹的變形量；⑤熱裝完成后，軸承內(nèi)圈冷縮的變形量就是圓錐滾子軸承既定工況所需要的游隙。

現(xiàn)就某機車關(guān)鍵部位圓錐滾子軸承游隙控制為例，介紹如下：第一，先在軸上一端安裝軸承內(nèi)圈（已完成前期安裝工作，這里不再贅述）；第二，在抱軸箱上進行軸承外圈安裝；第三，把已經(jīng)安裝了軸承外圈的抱軸箱和已經(jīng)裝配軸承內(nèi)圈的軸進行組裝；第四，對另一端軸承內(nèi)圈進行熱裝；第五，保證軸承內(nèi)圈在冷卻過程中不發(fā)生軸向位移；第六，完成上述安裝后，再進行檢查，確認無誤后進行后續(xù)組裝工作，具體過程如圖1所示。

圖1　軸承游隙控制過程

上面依據(jù)工廠現(xiàn)實案例論證了方法的可行性，根據(jù)對圓錐滾子軸承游隙的控制過程進行分析可知，按照既定的程序，可以實現(xiàn)圓錐滾子軸承安裝的自動化，而且整個裝配過程和檢查過程也可以實現(xiàn)在線裝配和檢測，因此能有效提高生產(chǎn)效率，更能減少人工操作帶來的一些問題從而保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品的一致性。

為了更加清楚地了解整個裝配過程中軸承的各個狀態(tài)，下面對軸承整個裝配過程中的狀態(tài)進行分析，過程如下：①確定軸承內(nèi)圈的初始狀態(tài)；②確定軸承內(nèi)圈加熱后的狀態(tài)；③對比軸承內(nèi)圈加熱前后的狀態(tài)；④軸承內(nèi)圈熱裝時的狀態(tài)；⑤軸承冷卻后的狀態(tài)；⑥軸承工作時的狀態(tài)。

圖2　軸承游隙控制詳解

通過對軸承游隙控制和軸承整個裝配過程中的軸承狀態(tài)進行分析，可以得出軸承完全冷卻后產(chǎn)生的間隙（如圖2-f中的徑向游隙）如果和軸承既定工況所需要的游隙相吻合，那么可以確定這個游隙就是機械設(shè)備穩(wěn)定運行所需要的游隙。

4 結(jié)語

綜上所述，可以得出以下結(jié)論：本文提出的圓錐滾子軸承游隙控制方法是基于熱脹冷縮原理，能夠安全有效的控制圓錐滾子軸承游隙，不過其也有不足之處，對軸承加熱的溫度不能超過軸承的熱處理臨界溫度，而且加熱過程不能破壞軸承內(nèi)圈的結(jié)構(gòu)，這使得其有一定的局限性。

[1]濮良貴，紀名剛.機械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]田恩良.軸承間隙調(diào)整[J].機械與電子，2008，（25）.

[3]成大先.機械設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[4]莊殿霞.圓錐滾子軸承間隙調(diào)整[J].山東農(nóng)機化，1994，（4）：19.

A Tapered Roller Bearing Clearance Control Method

LI Jixing, CHA Zhenyuan, ZENG Zheng, LIU Guogang
(Machinery Technology Development Co.,Ltd.,Beijing 100000)

There are many factors influencing the installation of precision bearings, but the service life of the bearing clearance of the bearing plays a key role. Currently has the most bearing clearance adjustment method of corresponding, but because of the special structure of tapered roller bearings, making the clearance adjustment and control more. Based on the practical application proposes a new tapered roller bearing clearance control methods.

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