液壓螺母在圓錐孔滾動(dòng)軸承裝配技術(shù)中的應(yīng)用

王燕鵬，李偉文，李明飛，郭秀珍

（湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410208）

滾動(dòng)軸承是支承軸的部件，因其具有摩擦力小、工作效率高、更換方便和維護(hù)容易等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)機(jī)械設(shè)備中。滾動(dòng)軸承的裝配質(zhì)量對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的運(yùn)行精度、噪音、壽命等具有重要的影響[1]，而裝配技術(shù)水平是裝配質(zhì)量的主要影響因素。在工程實(shí)踐中，圓錐孔滾動(dòng)軸承的安裝與拆卸是項(xiàng)復(fù)雜和困難的工作。因此，選用更優(yōu)的拆裝工具和拆裝方法對(duì)于保證圓錐孔滾動(dòng)軸承的裝配質(zhì)量、提高裝配效率和保障機(jī)械產(chǎn)品的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行具有十分重要的意義。

液壓螺母是一種強(qiáng)力緊固元件，具有經(jīng)濟(jì)高效、便捷省力、緊固可靠等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于礦冶[2]、船舶[3]、核工業(yè)[4]等領(lǐng)域當(dāng)中。然而關(guān)于液壓螺母在滾動(dòng)軸承裝配技術(shù)中的應(yīng)用研究文獻(xiàn)卻相對(duì)較少，已有的研究[5-8]大多局限于液壓螺母能夠用于拆裝軸承這一功能的介紹，而沒(méi)有深入研究液壓螺母拆裝在圓錐軸頸上、緊定套上或退卸套上等復(fù)雜場(chǎng)合中的圓錐孔滾動(dòng)軸承的應(yīng)用規(guī)律和使用方法。實(shí)際上，因圓錐軸頸、緊定套和退卸套在結(jié)構(gòu)上存在的差異，使得液壓螺母在各場(chǎng)合中的應(yīng)用規(guī)律和使用方法也有較大的區(qū)別。

本文在分析液壓螺母結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)踐，研究了液壓螺母拆裝的多種復(fù)雜場(chǎng)合中圓錐孔滾動(dòng)軸承的應(yīng)用。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，液壓螺母在降低圓錐孔滾動(dòng)軸承拆裝過(guò)程中的磨損、提高裝配質(zhì)量和工作效率方面具有良好的使用效果。

1 液壓螺母的結(jié)構(gòu)和工作原理

如圖1所示，液壓螺母由兩部分組成，一部分是帶內(nèi)螺紋且具有側(cè)面凹槽的螺母本體，另一部分是裝配在本體凹槽里的環(huán)狀活塞。液壓螺母本體部分的內(nèi)螺紋用來(lái)連接軸頸或裝配中的移動(dòng)部件，起固定螺母體本身或當(dāng)活塞部分靜止時(shí)通過(guò)螺紋帶動(dòng)裝配中的移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)的作用，故使用液壓螺母時(shí)，要求裝配件中具有能夠和液壓螺母配合連接的螺紋，且螺紋盡可能多地咬合到位。液壓螺母兩部分之間存在的配合縫隙經(jīng)兩個(gè)O形密封圈的密封作用后，形成封閉的油腔。液壓螺母工作時(shí)，液壓泵輸入的壓力油通過(guò)快速接頭進(jìn)入油腔，推動(dòng)活塞或螺母本體向外移動(dòng)并產(chǎn)生巨大的推力，可使用該推力來(lái)裝配或拆卸滾動(dòng)軸承。此外，在螺母本體上還有一個(gè)無(wú)螺紋的孔，用來(lái)裝千分表，千分表的測(cè)量觸點(diǎn)緊接觸活塞，可用來(lái)測(cè)量活塞的軸向位移。

圖1 液壓螺母結(jié)構(gòu)原理圖

液壓螺母在裝配時(shí)，根據(jù)其使用的場(chǎng)合和裝配方式的不同，其操作方法和步驟有所差異，但可概括為以下基本步驟：1）通過(guò)螺紋連接，將液壓螺母固定在軸頸或其他裝配部件上；2）快速接頭連接油管，將液壓油壓入液壓螺母，以產(chǎn)生推力裝配滾動(dòng)軸承；3）滾動(dòng)軸承裝配到位后，打開(kāi)回油閥，對(duì)液壓螺母油腔進(jìn)行卸流回油，活塞被退回起始位置；4）卸下液壓螺母，對(duì)已安裝到位的滾動(dòng)軸承裝上止動(dòng)墊圈和鎖緊螺母予以鎖緊。

2 液壓螺母在滾動(dòng)軸承裝配中的應(yīng)用

滾動(dòng)軸承根據(jù)內(nèi)圈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為圓錐孔軸承和圓柱孔軸承。在工程實(shí)踐中，圓柱孔軸承使用傳統(tǒng)的機(jī)械裝配法或溫差法裝配較為方便簡(jiǎn)單[9]，但結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)使得圓錐孔滾動(dòng)軸承的拆裝往往比圓柱孔軸承復(fù)雜困難，所以液壓螺母主要用于圓錐孔滾動(dòng)軸承的拆裝。圓錐孔滾動(dòng)軸承內(nèi)圈總以過(guò)盈配合的方式進(jìn)行安裝，過(guò)盈量由內(nèi)圈在圓錐軸頸或緊定套、退卸套上的軸向移動(dòng)距離決定。軸承在圓錐形配合面上的移動(dòng)距離越大，軸承徑向游隙就會(huì)越小，可通過(guò)測(cè)量徑向游隙減小量或軸向推進(jìn)距離來(lái)確定軸承內(nèi)圈裝配過(guò)盈量。

2.1 裝配圓錐軸頸上的滾動(dòng)軸承

圓錐孔滾動(dòng)軸承內(nèi)圈為圓錐結(jié)構(gòu)，可以直接裝配在圓錐軸頸上。使用液壓螺母進(jìn)行裝配時(shí)，先將圓錐孔滾動(dòng)軸承套在待裝配的軸頸上，然后將液壓螺母旋于軸上，并使其活塞部分朝向軸承，再旋緊液壓螺母，如圖2所示?？焖俳宇^連接油管后，便可往油腔內(nèi)注入液壓油，在液壓螺母活塞的大推力作用下，軸承向左移動(dòng)。由于圓錐軸頸與軸承內(nèi)圈是斜左上方向的錐面配合，故當(dāng)滾動(dòng)軸承向左移動(dòng)時(shí)，軸頸與軸承內(nèi)圈之間的配合越來(lái)越緊，滾動(dòng)軸承的徑向游隙也會(huì)越來(lái)越小。當(dāng)軸承徑向游隙值或軸向移動(dòng)距離達(dá)到裝配技術(shù)要求時(shí)，便可停止軸承的向左移動(dòng)。當(dāng)卸下液壓螺母后，使用止動(dòng)墊圈和鎖緊螺母對(duì)滾動(dòng)軸承予以鎖緊，圓錐孔滾動(dòng)軸承便被輕松安裝在圓錐軸頸上。

在使用液壓螺母裝配圓錐軸頸上的滾動(dòng)軸承時(shí)，要求軸頸上應(yīng)有螺紋，以便于與液壓螺母內(nèi)螺紋連接，起著對(duì)液壓螺母固定的作用；液壓螺母活塞的大推力使得軸承與軸頸的緊配合達(dá)到技術(shù)要求的裝配過(guò)盈量。

圖2 液壓螺母裝配圓錐軸頸上的滾動(dòng)軸承

2.2 裝配緊定套上的滾動(dòng)軸承

當(dāng)需要把圓錐孔滾動(dòng)軸承安裝在圓柱軸頸上時(shí)，需要借助緊定套或退卸套來(lái)配合完成。緊定套由緊定襯套、鎖緊螺母、鎖緊墊圈（或鎖緊卡）等部分組成，緊定襯套為非均勻厚度的開(kāi)口圓環(huán)套，其內(nèi)圈為圓柱孔、外表面為圓錐形，如圖3所示。在緊定襯套圓環(huán)的薄端有連接用螺紋，擰緊鎖緊螺母時(shí)可頂緊套在緊定襯套上的軸承。使用液壓螺母裝配緊定套上的圓錐孔滾動(dòng)軸承時(shí)，首先在軸頸上套上合適尺寸大小的緊定襯套，然后將軸承裝在緊定襯套上，液壓螺母通過(guò)螺紋與緊定套相連接，如圖4所示。裝配過(guò)程中，軸承在軸頸上的軸向位置由軸環(huán)準(zhǔn)確定位。為拆裝方便，要求軸環(huán)的結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足在使用時(shí)緊定套被壓在軸環(huán)的下方，且與軸環(huán)保持一定的軸向距離。

圖3 緊定套結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)向液壓螺母注入液壓油時(shí)，由于液壓螺母活塞部分與軸承緊密接觸，故液壓螺母活塞相對(duì)軸頸靜止，而液壓油的持續(xù)注入將推動(dòng)液壓螺母主體部分帶動(dòng)緊定套向右移動(dòng)。由于軸承內(nèi)圈與緊定套是斜左上方向的錐面配合，故當(dāng)緊定套向右移動(dòng)時(shí)，軸承內(nèi)圈逐漸膨脹，軸承與緊定套之間的配合越來(lái)越緊，軸承徑向游隙逐漸減小，當(dāng)徑向游隙值達(dá)到裝配技術(shù)要求范圍時(shí)，便停止緊定套的向右移動(dòng)。

圖4 液壓螺母裝配緊定套上的滾動(dòng)軸承

2.3 裝配退卸套上的滾動(dòng)軸承

退卸套結(jié)構(gòu)與緊定套相似，由退卸襯套、鎖緊螺母、鎖緊墊圈三部分組成，但退卸襯套上的螺紋處在圓環(huán)的厚端。結(jié)構(gòu)上的區(qū)別導(dǎo)致使用液壓螺母裝配退卸套上的軸承與裝配緊定套上的軸承方法略有不同。液壓螺母裝配退卸套上的滾動(dòng)軸承有2種方式。

1）液壓螺母直接旋在軸頸上，液壓螺母活塞推動(dòng)退卸套移動(dòng)。如圖5（a）所示，圓錐孔滾動(dòng)軸承壓在退卸套上，通過(guò)軸環(huán)定位軸向位置。液壓螺母本體部分通過(guò)螺紋連接固定在圓柱軸頸上。當(dāng)開(kāi)始注油后，液壓螺母活塞推動(dòng)退卸套向著使軸承與退卸套間錐面配合更緊的左方向移動(dòng)，當(dāng)軸承的徑向游隙達(dá)到裝配技術(shù)要求范圍時(shí)，停止退卸套的向左移動(dòng)。

2）液壓螺母和止動(dòng)螺母配合使用，液壓螺母本體帶動(dòng)退卸套移動(dòng)。如圖5（b）所示，止動(dòng)螺母旋于軸頸上，液壓螺母活塞朝向止動(dòng)螺母，本體部分通過(guò)內(nèi)螺紋與退卸套相連接。工作時(shí)，液壓螺母本體部分帶動(dòng)退卸套向左移動(dòng)。

液壓螺母裝配退卸套上軸承的2種方式在工作原理上是一致的。軸承由軸環(huán)定位，且相對(duì)軸頸靜止，退卸套在液壓螺母的作用下向使軸承與退卸套間錐面配合更緊的方向移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)軸承的裝配。

圖5 液壓螺母裝配退卸套上的滾動(dòng)軸承

2.4 拆卸緊定套上的滾動(dòng)軸承

對(duì)于裝配在緊定套上的圓錐孔滾動(dòng)軸承，使用液壓螺母拆卸簡(jiǎn)單，但要求在緊靠液壓螺母活塞的位置安裝合適的止動(dòng)裝置。根據(jù)圓柱軸頸上是否有螺紋，止動(dòng)裝置有2種形式：可以是旋于軸頸上的止動(dòng)螺母，也可以是固定在軸端的止動(dòng)擋板，如圖6所示。但2種形式拆卸軸承的原理和方法基本相同。當(dāng)往液壓螺母油腔注油后，液壓螺母活塞保持靜止?fàn)顟B(tài)，而本體部分會(huì)帶動(dòng)緊定套向左移動(dòng)。由于軸承內(nèi)圈與緊定套之間是斜左上方向的錐面配合，所以緊定套的向左移動(dòng)會(huì)使得滾動(dòng)軸承與緊定套的緊配合松脫開(kāi)來(lái)。因此，在裝配緊定套上軸承時(shí)，要求緊定套與軸環(huán)之間保持一定的間隙。

通過(guò)分析緊定套上軸承使用液壓螺母進(jìn)行安裝或拆卸的過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)，在裝配中液壓螺母的活塞部分和軸承總是相對(duì)軸頸保持靜止，只能通過(guò)螺母本體部分內(nèi)螺紋與緊定套上的螺紋連接，帶動(dòng)緊定套進(jìn)行相對(duì)軸承向左或向右的移動(dòng)，使軸承與緊定套之間的配合變松或變緊，從而實(shí)現(xiàn)軸承的拆裝。

圖6 液壓螺母拆卸緊定套上的滾動(dòng)軸承

2.5 拆卸退卸套上的滾動(dòng)軸承

液壓螺母拆卸退卸套上的圓錐孔滾動(dòng)軸承操作非常簡(jiǎn)單。如圖7所示，由于軸承內(nèi)圈與退卸套之間是斜右上方向的錐面配合，故只需借用液壓螺母作用力將退卸套從軸承下面向右邊拉出即可。但需特別注意的是，為防止退卸套從配合位置突然分離時(shí)，液壓螺母和退卸套從軸上飛出，應(yīng)在軸端的液壓螺母后面位置安裝止動(dòng)裝置。

圖7 液壓螺母拆卸退卸定套上的滾動(dòng)軸承

2.6 大型圓錐孔滾動(dòng)軸承的拆裝

對(duì)于大型圓錐孔滾動(dòng)軸承，無(wú)論軸承是直接安裝在軸頸上，還是安裝在退卸套或緊定套上，由于其拆裝都需要較大的作用力，所以采用液壓螺母配合油注射法會(huì)更高效、省力，顯示出更好的優(yōu)越性,如圖8所示。當(dāng)利用油壓機(jī)將油壓入油槽后，在軸承內(nèi)圈與軸頸配合面之間會(huì)形成一層油膜，能大幅減小拆裝軸承所需要的推力，由此便可以對(duì)軸承進(jìn)行輕松地安裝或拆卸。

圖8 液壓螺母配合油注射法安裝大型滾動(dòng)軸承

3 結(jié)束語(yǔ)

滾動(dòng)軸承的拆裝工具和方法會(huì)直接影響軸承的裝配質(zhì)量和拆裝的工作效率。為有效改進(jìn)滾動(dòng)軸承的裝配技術(shù)，本文研究了液壓螺母在圓錐孔滾動(dòng)軸承裝配技術(shù)中的應(yīng)用規(guī)律和使用方法。液壓螺母由螺母本體和活塞兩部分組成，持續(xù)注入液壓螺母油腔的壓力油可以推動(dòng)活塞或螺母本體向外移動(dòng)產(chǎn)生巨大的推力，可用此推力來(lái)完成圓錐軸頸上、緊定套上或退卸套上等多種復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)合中圓錐孔滾動(dòng)軸承的拆裝，但需結(jié)合裝配件的具體結(jié)構(gòu)靈活調(diào)整液壓螺母的裝配方式。在使用液壓螺母拆裝滾動(dòng)軸承的過(guò)程中，軸承整體受力均衡，能有效避免使用機(jī)械法拆裝時(shí)產(chǎn)生的物理沖擊或碰撞對(duì)軸承造成損傷的問(wèn)題。該研究對(duì)于保證圓錐孔滾動(dòng)軸承的裝配質(zhì)量、提高拆裝效率和更深入地開(kāi)展液壓螺母的應(yīng)用研究及推廣提供了有價(jià)值的參考。