配對圓錐滾子軸承軸向游隙的設計與測量

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、外隔圈組成，具有結構簡單，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隔圈或外隔圈來實現。由于軸承內、外隔圈結構的設計已在設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計、調整方法和測量方式。

1 背對背結構

背對背配對圓錐滾子軸承結構如圖1所示。兩套軸承作用中心呈“O”形，這樣的結構不但剛性好，而且還可承受傾覆力矩，軸向游隙的調整可以通過配磨內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構圖

1.1 配磨內隔圈調整軸向游隙法

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，封閉環的公差等于所有組成環的公差之和。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個組成環中，將使每個組成環公差很小，在實際生產中難以實現，而且也不經濟。為了滿足軸向游隙的要求，可以通過修磨內隔圈來實現。

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隔圈時，保證單套軸承的內、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定的范圍之內，配對軸承的δ′B就可達到設計要求，這樣減少了內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（2）式可以確定出外隔圈的寬度公差為0～+0.110 mm，同時可將內隔圈的寬度公差適當地壓縮到-0.05～0 mm，便于內隔圈配磨尺寸的統一，減少分組數。

1.2 配磨外隔圈調整軸向游隙法

該結構中配對軸承的總寬度公差是由兩套軸承的內圈寬度公差和內隔圈公差保證的，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，內隔圈的寬度公差可以根據配對軸承總寬度公差和兩內圈的公差計算得到：

例如，內徑為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，單個內圈的寬度公差為-0.120～0 mm，內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、外隔圈的差值減去單套軸承裝配寬度與內圈的寬度差，在這種方法中，只有當C3＜B3-（H1+H2）時，成套軸承才可能產生軸向游隙。

一般對于小批量生產的產品，可以通過這種方法對每一套軸承進行編號，根據軸向游隙的范圍，確定出軸承隔圈修磨尺寸，最后再對內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 大批量生產軸向游隙配磨方法

對于大批量生產的產品，若采用1.3.1所述方法，生產效率極低，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，轉動軸承外圈，使上、下軸承的滾子與內、外滾道基本完全接觸，下部軸承的滾子球基面與內圈擋邊完全接觸，并將測量表對零位，然后將軸承移出測量區域。

圖2 背對背測量軸向游隙原理圖

（2）裝入分選的內隔圈，再次加上載荷，讓表尖對在載荷塊平面中部，轉動軸承外圈，記錄儀表的讀數（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，這樣測量才會準確，具體的載荷塊結構設計本文不再探討）。

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。若軸向游隙大于設計要求，則根據超出的數值，調整隔圈的寬度，配出符合要求的軸向游隙。

軸承外圈在下內組件在上測量單套軸承寬度時，由于內組件圓錐體的自鎖作用，滾子球基面與內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隔圈法還是配磨外隔圈法，都是適用的。檢測數據比較見表1。

表1 大批量生產測量方法與小批量生產測量方法數值對比表 mm

2 面對面結構

面對面結構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 面對面結構

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，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）面對面結構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，轉動上部軸承外圈，使上、下軸承的滾子與內、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域。

圖5 面對面結構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，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，根據超出的數值，調整外隔圈的寬度，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。

3 結束語

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