角接觸球軸承安裝預(yù)緊淺析

張利中

（哈爾濱軸承集團(tuán)公司 工模裝制造分公司，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

角接觸球軸承特別適用于承受合成載荷，即徑向和軸向同時作用的載荷。單列角接觸球軸承通常是兩個或兩個以上相同型號的軸承組配在一起使用的。安裝使用時有：背對背、面對面、同向排列三種方式。角接觸球軸承用在機(jī)床主軸部件中的時候，通常采取怎樣的安裝方式？安裝過程中需要注意的關(guān)鍵問題是什么？采用怎樣的方法才正確合理？為什么有些以角接觸球軸承為支承的主軸部件組裝后的工作精度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求？就此問題，筆者根據(jù)工作中的接觸和體驗(yàn)，談一點(diǎn)粗淺的認(rèn)識。

2 在機(jī)床主軸部件中的常用安裝方式

角接觸球軸承經(jīng)常被用在機(jī)床主軸部件中作為主軸支承。圖1即是角接觸球軸承在機(jī)床主軸部件中的一種常用結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)在磨加工機(jī)床中被廣泛應(yīng)用，它采用的是兩套軸承同向排列，在軸兩端對放的布置方式。圖1結(jié)構(gòu)中，右端一對軸承的外環(huán)被軸向固定，而左端一對軸承的外環(huán)其軸向左面脫空，右面則由被彈簧支承的彈簧座抵住。這樣，當(dāng)溫升致主軸伸長時，左端一對軸承可以在套筒里向左移動，因而補(bǔ)償了主軸的熱膨脹，使軸承仍保持原有的預(yù)加負(fù)荷。此中的彈簧起著消除軸承間隙并施加預(yù)緊力的作用。預(yù)緊力的大小由工作負(fù)荷而定，并據(jù)此確定彈簧尺寸及彈簧數(shù)量。圖1的結(jié)構(gòu)，已被實(shí)踐證明是十分合理的，適合于轉(zhuǎn)速要求較高，載荷較輕的場合。

3 安裝過程中的關(guān)鍵步驟—預(yù)緊

在圖1的主軸結(jié)構(gòu)中不僅要按圖示的位置和方向?qū)⑤S承裝入其中，而且絕不可忽視裝入過程的一個關(guān)鍵步驟——預(yù)緊。

滾動軸承的預(yù)緊，是指在安裝時，使軸承內(nèi)部滾動體與內(nèi)外環(huán)間的間隙消除，形成一定的初始壓力和彈性變形，以減小工作負(fù)荷下軸承的實(shí)際變形量，從而改善支承剛度，提高旋轉(zhuǎn)精度的一種措施。預(yù)緊即是在軸承承受工作負(fù)荷之前對其施加的一個預(yù)加力或稱預(yù)加負(fù)荷。這個預(yù)加負(fù)荷不但提高了主軸結(jié)構(gòu)的工作性能，而且可以延長軸承的使用壽命。因而，可以說角接觸球軸承使用時的預(yù)緊，是一項(xiàng)不可缺少的工作，它直接決定著軸承安裝部件的回轉(zhuǎn)精度。

圖1 常用的主軸結(jié)構(gòu)

根據(jù)有關(guān)資料，軸承預(yù)加負(fù)荷與軸承使用壽命的關(guān)系如圖2。由圖2可知，當(dāng)軸承自身的裝配間隙大于0.004 mm 時，則軸承的壽命會發(fā)生顯著的下降。同樣，當(dāng)軸承的裝配過盈過大，也會使其壽命降低。通俗地說，對軸承進(jìn)行預(yù)緊的過程，就是使軸承由存在間隙到生成過盈的過程。

圖2 軸承預(yù)加負(fù)荷與壽命系數(shù)曲線圖

軸承預(yù)加負(fù)荷量的大小一定要選擇適當(dāng)。預(yù)緊量過小將達(dá)不到預(yù)緊的目的，預(yù)緊量過大又會使軸承中的接觸應(yīng)力和摩擦阻力增大，從而導(dǎo)致軸承壽命的降低。軸承預(yù)加負(fù)荷量的確定要考慮兩個因素：（1）運(yùn)轉(zhuǎn)速度；（2）工作載荷的大小。如運(yùn)轉(zhuǎn)速度高，宜選用小的預(yù)加負(fù)荷量。運(yùn)轉(zhuǎn)速度低，宜選用較大的預(yù)加負(fù)荷量。若工作載荷小（輕載），應(yīng)選用小的預(yù)加負(fù)荷量。若工作載荷中等或較大，應(yīng)加大預(yù)加負(fù)荷量。如此的選擇，即可在旋轉(zhuǎn)精度、支承剛度、軸承壽命三者之間，取得合理的平衡。需要注意的是預(yù)加負(fù)荷量稍大于工作載荷為最理想。

4 施與預(yù)加負(fù)荷的正確方法

角接觸球軸承怎樣施與預(yù)加負(fù)荷呢？通常由工作時實(shí)際承受的載荷量稍作加大后作為預(yù)加負(fù)荷量寫入機(jī)床的技術(shù)文件（如說明書、部件裝配圖）中，主軸部件組裝時，操作者按此執(zhí)行。

以圖1為例，此結(jié)構(gòu)中角接觸球軸承的預(yù)加負(fù)荷量就明確標(biāo)示在裝配圖中，為800N 。在裝配后的主軸組件中，預(yù)加負(fù)荷由被壓縮的彈簧所釋放。與此同時，兩軸承之間寬度公稱尺寸相同的內(nèi)、外隔套，其寬度尺寸在實(shí)際裝配時要重新確定。只有這樣，兩套軸承才能分別得到預(yù)緊，分擔(dān)相同的工作載荷。若只靠彈簧施與推力，而內(nèi)、外隔套的寬度不做調(diào)整，結(jié)果會使兩套軸承中的一套被預(yù)緊，另一套沒有完全預(yù)緊甚至根本沒預(yù)緊，使得工作載荷不能被均勻承擔(dān)，影響了裝配質(zhì)量。正確的操作方法應(yīng)如圖3所示。

圖3 預(yù)加負(fù)荷方法及軸承端面差測量

在主軸組件組裝之前，將角接觸球軸承按圖示放置在圓座體之上，在軸承上面向軸承內(nèi)圈施加一個與規(guī)定預(yù)加負(fù)荷（800N）大小相等的重力F。軸承受力后，內(nèi)圈端面與外圈端面出現(xiàn)尺寸差 ΔK1、ΔK2，用杠桿千分表測量尺寸差。因?yàn)閳D1中軸承為同向排列，故一套軸承測量ΔK1值，另一套軸承測量ΔK2值。此時，兩套軸承間的內(nèi)、外隔套在安裝時的寬度尺寸可計(jì)算得出，見圖4。

圖4 “同向排列”時的隔套寬度

T外＝T內(nèi)＋ΔK1－ΔK2，

式中：T外——外圈隔套的寬度

T內(nèi)——內(nèi)圈隔套的寬度。

按此尺寸加工出的隔套寬度，會使安裝后的軸承獲得滿意、可靠的預(yù)緊。以上隔套寬度的計(jì)算公式僅對圖1、圖4而言，其他安裝布置方式（背對背、面對面）理同此理，公式有別，不再多述。

5 結(jié)束語

角接觸球軸承用在主軸部件中，其安裝布置方式以兩套軸承同向排列對放于軸兩端最為多見。若要使角接觸球軸承在安裝后發(fā)揮預(yù)想的作用，且使用壽命盡可能延長，預(yù)緊是不容忽視的一項(xiàng)重要內(nèi)容。角接觸球軸承安裝于部件結(jié)構(gòu)中，僅有彈簧施與的預(yù)緊力是不充分的，還必須改變隔套寬度，才能保證預(yù)緊充分、可靠。角接觸球軸承安裝使用前的施加預(yù)緊力、測量端面尺寸差的過程也需要保證方法正確，絕不可馬虎、敷衍甚至棄做。任何不規(guī)范的做法，都將影響軸承功能的發(fā)揮，并導(dǎo)致被支承零件（如主軸）旋轉(zhuǎn)精度、剛度的降低。