非標四列圓錐滾子軸承軸向游隙的測配方法

張 穎

(平頂山學(xué)院 電氣與機械工程學(xué)院，河南 平頂山 467036)

0 引言

軸承作為工業(yè)基礎(chǔ)產(chǎn)品，是“中國制造2025”和國家“工業(yè)強基工程”的發(fā)展方向之一[1-4].四列圓錐滾子軸承在有限空間內(nèi)，能承受較大的徑向、軸向聯(lián)合載荷和較大沖擊力，被廣泛應(yīng)用于冶金煉鋼行業(yè).四列圓錐滾子軸承屬于大型和特大型軸承，一般為小批量生產(chǎn)，成品合格率要求達到100%[5].因技術(shù)要求高、制造難度大，四列圓錐滾子軸承價格較高(每套數(shù)萬到數(shù)十萬元)，而我國鋼廠每年消耗包含四列圓錐滾子軸承在內(nèi)的軸承價格以億計，如何延長軸承使用壽命成為行業(yè)的研究熱點之一.

游隙是影響軸承使用壽命的重要參數(shù)之一.游隙過小導(dǎo)致軸承發(fā)熱甚至抱死，游隙過大導(dǎo)致軸系竄動量大[6-7].四列圓錐滾子軸承受力特性、使用壽命等受游隙的影響較大，選擇合適的游隙對軸承壽命及設(shè)備可靠性至關(guān)重要.

在圓錐滾子軸承游隙方面，國內(nèi)學(xué)者進行了大量積極的研究.陳龍、吳婉玉等人[8]比較了使用“分體法”“整體法”和“凸出量法”測量雙列圓錐滾子軸承軸向游隙的數(shù)據(jù)差異，表明“凸出量法”是效率較高的準確測量方法.張東亮、李國棟等人[9]分析了某失效特大型四列圓錐滾子軸承，認為內(nèi)部游隙分布不均是主要原因.丁澤瀚、王朋偉等人[10]優(yōu)化了軋機用四列圓錐滾子軸承.張苗苗[11]研制了一種四列圓錐滾子軸承軸向游隙的測量設(shè)備.張守仁、王婧宇[12]介紹了一種四列圓錐滾子軸承翻轉(zhuǎn)測量儀.陳龍、李正國等人[13]介紹了一種無中隔圈四列圓錐滾子軸承游隙測量方法.楊霞、潘麗君等人[14]利用邊界元法分析了游隙對四列圓錐滾子軸承載荷的影響.許正根[15]介紹了軋輥四列圓錐滾子軸承技術(shù)特點和質(zhì)量控制要點，指出了游隙的重要性.

國標GB/T 4604.1、GB/T 4604.2和JB/T 8236對不同尺寸規(guī)格軸承的游隙值分組進行了規(guī)定.其中JB/T 8236主要針對雙四列圓錐滾子軸承游隙值及測量和調(diào)整方法進行了詳細的規(guī)定[16-18].隨著軸承的發(fā)展，四列圓錐滾子軸承發(fā)展出多種變型結(jié)構(gòu)[13,19-23]，而對這些變型結(jié)構(gòu)，未包括在標準中.針對這些非標四列圓錐滾子軸承游隙測配的問題，筆者首先總結(jié)了標準軸承測配方法的理論基礎(chǔ)，在其基礎(chǔ)上介紹了多種非標軸承的測配方法，作為標準的補充，也可為軸承制造單位和軸承使用單位提供參考.

1 標準軸承測配的理論基礎(chǔ)

軸承的游隙分為徑向游隙和軸向游隙，通常設(shè)計圖紙上給出其一.因四列圓錐滾子軸承游隙測配使用的是軸向游隙，所以如果給出的是徑向游隙，則需要轉(zhuǎn)換為軸向游隙.轉(zhuǎn)換公式式為：

Ga=Gr×cotα.

(1)

其中:α—外圈滾道角度;

Ga—軸承軸向游隙，mm;

Gr—軸承徑向游隙，mm.

游隙測配是將軸承放在工作臺平板或成組墊塊上，在最上部外圈上加載荷塊，沿圓周方向等距測量四點，取算術(shù)平均值作為最終測量尺寸值.注意事項如下：

1)墊塊的高度相互差應(yīng)小于被測軸承內(nèi)隔圈兩端面平行差的50%.

2)載荷重量應(yīng)保證滾子與滾道均勻接觸.

3)測量前應(yīng)分別旋轉(zhuǎn)各列滾子和套圈，以保證軸承各零件都處于正常位置，一旦開始測量，不得旋轉(zhuǎn)軸承零件.

4)四點測量值的相互差見表1.若超過規(guī)定值，應(yīng)再次旋轉(zhuǎn)各列滾子和套圈，使其處于正常位置，重新測量[7].

表1 四點測量值的相互差 mm

2 TQO系列軸承游隙的調(diào)整

TQO系列四列圓錐滾子軸承由兩個雙滾道內(nèi)圈、一個雙滾道外圈、一個單滾道外圈、滾子及保持架組成，軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示，分帶隔圈和無隔圈兩種結(jié)構(gòu).

圖1 TQO系列四列圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 帶隔圈結(jié)構(gòu)

帶隔圈TQO系列軸承結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示，其軸向游隙是通過內(nèi)、外隔圈的寬度及兩套圈端面之間的間隙來調(diào)整.

2.1.1 內(nèi)隔圈寬度c

將軸承零件分別按如圖2所示兩個位置擺放，分別在位置Ⅰ測量h1，位置Ⅱ測量h2，計算兩端面CC間距離c＇：

圖2 TQO系列內(nèi)隔圈尺寸游隙調(diào)整軸承位置示意圖

c＇=h1+h2-C1.

(2)

其中:C1—外圈寬度實際寬度，mm.

若軸承所要求的軸向游隙為Ga，則內(nèi)隔圈寬度

c=c＇+Ga.

(3)

2.1.2 外隔圈寬度b1和b2

測量時如圖3所示，在兩內(nèi)圈之間圓周方向均勻地墊上3塊輔助墊塊,其高度M≥c＇+(5～10)mm，輔助墊塊高度M的相互差應(yīng)小于被測軸承內(nèi)隔圈兩端面平行差的50%.

圖3 TQO系列外隔圈尺寸游隙調(diào)整軸承位置示意圖

按圖3中位置Ⅰ測量b1＇，位置Ⅱ測量b2＇，上、下外隔圈寬度b1和b2分別為：

b1=b1＇-(M-c＇)+Ga,

(4)

b2=b2＇-(M-c＇)+Ga.

(5)

2.2 無隔圈結(jié)構(gòu)

無隔圈TQO系列軸承結(jié)構(gòu)如圖1(b)所示，其軸向游隙是通過內(nèi)、外圈的寬度來調(diào)整.

2.2.1 CC處游隙

CC處軸向游隙是通過兩內(nèi)圈端面之間的間隙來調(diào)整.其測量方法如下：軸承零件擺放位置如圖4所示，分別在位置Ⅰ測量h1，位置Ⅱ測量h2.

圖4 無隔圈TQO系列軸承CC處游隙調(diào)整位置示意圖

軸承CC處實際軸向游隙為：

Ga=C1-(h1+h2).

(6)

若軸承實測軸向游隙與圖紙游隙不符時，則需要修磨套圈或調(diào)換零件.

2.2.2 DD、BB處游隙

測量時，如圖5所示，在兩內(nèi)圈之間圓周方向均勻地墊上三塊輔助墊塊,其高度N一般取(5～10)mm，三輔助墊塊高度N的相互差應(yīng)小于被測軸承內(nèi)隔圈兩端面平行差的50%.

圖5 無隔圈TQO系列軸承BB、DD處游隙調(diào)整位置示意圖

按圖5所示分別在位置Ⅰ測量b3＇，位置Ⅱ測量b4＇，則DD、BB處游隙分別為 :

Ga=b3＇-N,

(7)

Ga=b4＇-N.

(8)

若軸承實測軸向游隙與圖紙游隙不符時，則需要修磨套圈或調(diào)換零件.

3 TQI系列軸承游隙的調(diào)整

TQI系列四列圓錐滾子軸承由兩個雙滾道外圈、一個雙滾道內(nèi)圈、一個單滾道內(nèi)圈、滾子及保持架組成，軸承結(jié)構(gòu)如圖6所示.分帶隔圈和無隔圈兩種結(jié)構(gòu).

圖6 TQI系列四列圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)示意圖

3.1 帶隔圈結(jié)構(gòu)

帶隔圈TQI系列軸承結(jié)構(gòu)如圖6(a)所示，其軸向游隙是通過內(nèi)、外隔圈的寬度及兩套圈端面之間的間隙來調(diào)整.

3.1.1 外隔圈寬度b

將軸承零件分別按如圖7所示兩個位置擺放，分別在位置Ⅰ測量h1，位置Ⅱ測量h2，計算兩端面BB間距離:

圖7 TQI系列外隔圈尺寸游隙調(diào)整軸承位置示意圖

b＇=l1+l2-B1.

(9)

其中:B1—內(nèi)圈寬度實際寬度，mm.

若所要求的軸向游隙為Ga，則外隔圈寬度

b=b＇+Ga.

(10)

若保持架凸出外圈端面，保持器會與測量平臺干涉，此時在內(nèi)圈端面與平臺之間增加輔助墊塊，計算時將墊塊厚度一并代入式(9)即可.

3.1.2 內(nèi)隔圈寬度c1和c2

通過測量兩內(nèi)圈端面之間的間隙，根據(jù)軸向游隙確定內(nèi)隔圈寬度.

將軸承零件分別按如圖8所示兩個位置擺放，分別在位置Ⅰ測量h1，位置Ⅱ測量h2，則內(nèi)圈兩端面CC間距離

圖8 TQI系列內(nèi)隔圈尺寸游隙調(diào)整軸承位置示意圖

c1＇=h1+h2-C1.

(11)

若軸承所要求的軸向游隙為Ga，則內(nèi)隔圈寬度

c1=c1＇+Ga.

(12)

內(nèi)隔圈寬度c2的測量及計算方法同內(nèi)隔圈寬度c1.

3.2 無隔圈結(jié)構(gòu)

無隔圈結(jié)構(gòu)TQI系列四列圓錐滾子軸承，是通過兩外圈端面、兩內(nèi)圈端面之間的間隙來調(diào)整軸向游隙.

3.2.1 CC和DD處游隙

按圖8所示，將軸承零件擺放，分別在兩個位置分別測量h1、h2，軸承CC端面間的實際軸向游隙

Ga=C1-h1-h2.

(13)

同理可測出軸承DD處端面之間的軸向游隙.

3.2.2 BB處游隙

測量時，如圖9所示，在兩內(nèi)圈之間圓周方向均勻地墊上三塊輔助墊塊,其高度N一般取(5～10)mm，三輔助墊塊高度N的相互差應(yīng)小于被測軸承內(nèi)隔圈兩端面平行差的50%.

圖9 無隔圈TQI系列BB處游隙調(diào)整軸承位置示意圖

按圖9所示測量b5＇，則BB處游隙為:

Ga=b5＇-N.

(14)

若軸承實測軸向游隙與圖紙游隙不符時，則需要修磨套圈或調(diào)換零件.

4 游隙調(diào)整要點

在軸承軸向游隙調(diào)整時，若游隙不滿足圖紙要求，實測游隙過大，可通過調(diào)換外圈、隔圈或修磨套圈或隔圈之間的貼合端面來調(diào)整；若調(diào)整時實測游隙過小，可通過調(diào)換零件或修磨外圈滾道尺寸來調(diào)整游隙.

修磨外圈滾道尺寸對軸向游隙的影響：外圈滾道直徑每修磨0.01 mm，軸承軸向游隙增加ΔGa.

ΔGa=0.01/(2×tanα).

(15)

可按實測游隙和式(15)計算外圈滾道需要的修磨量，以達到所需軸承軸向游隙.

5 結(jié)論

結(jié)合國標對不同結(jié)構(gòu)的四列圓錐滾子軸承軸向游隙調(diào)整方法進行介紹，對于特殊結(jié)構(gòu)的四列圓錐滾子軸承，可基于以上游隙調(diào)整原理進行調(diào)整.此方法可應(yīng)用于軸承廠家的實際生產(chǎn)及軸承使用廠家對軸承游隙的測配.