單列圓錐滾子軸承配對安裝技術的研究

趙登利，于良峰，劉勇

(北車風電有限公司 風電裝備研究所，濟南 250022)

1 引言

單列圓錐滾子軸承背對背配對結構不但剛性好，且具有良好的導向精度，同時還可以承受傾覆力矩，因此在風電齒輪箱中得到了越來越廣泛的應用。此種軸承配置方式主要應用于行星輪上，包括傳統行星輪結構[1]以及采用柔性銷軸技術的行星輪結構，其中采用柔性銷軸技術的行星輪結構如圖1所示。

圖1 柔性銷軸技術軸承配置圖

單列圓錐滾子軸承配對后軸向游隙的調整通過配磨內隔圈完成，若內隔圈由軸承廠家加工并調整好游隙,成本較高且安裝游隙變化較大，因此內隔圈的加工及軸向游隙的調整由齒輪箱生產廠家來完成。目前采用此軸承結構配置的風電齒輪箱行星輪均采用負游隙，軸向游隙一般為-0.1～0 mm。此軸承配置雖具有結構簡單，組配靈活的特點[2]，但其安裝過程較復雜，安裝精度將會影響軸承的運轉剛度及使用壽命。

對于車間批量生產，軸向游隙的調整是影響生產效率和產品質量的關鍵因素，而軸向游隙的調整是通過配磨內隔圈來實現的，因此必須尋找一種方便快捷確定內隔圈寬度的測量方法。目前各風電齒輪箱廠家對于此軸承結構配置的測量、安裝方法各不相同，在此將對幾種內隔圈寬度測量方法進行比較、分析，確定一種準確、快捷的測量安裝方法，并給出行星輪結構的優化建議。

2 零游隙確定

當調整一對背對背圓錐滾子軸承的安裝時，必須轉動軸承以使滾子處于正確位置，即內組件滾子大端面緊緊壓靠在內圈大擋邊上，外圈滾道緊緊壓靠在滾子錐面上[3]，此時即為圓錐滾子軸承的零游隙狀態 。

如圖2所示，將A,B軸承安裝到位，并將整個行星輪部套放在平臺上，轉動行星輪至運轉平穩。此時軸承B滾子大端面緊緊壓靠在內圈大擋邊上，而軸承A滾子大端面與內圈大擋邊有間隙，用0.1～0.15 mm的塞尺可輕松塞入，因此可以確定此時軸承B處于零游隙狀態,而軸承A處于非零游隙狀態。

圖2 零游隙狀態

3 內隔圈寬度確定

軸向游隙的調整關鍵是確定零游隙狀態下內隔圈的寬度，設零游隙狀態下內隔圈的寬度為L0，所需要的游隙為δ0，則內隔圈安裝后的寬度L為

L=L0+δ0。

若初始狀態下內隔圈的寬度為L1，則內隔圈的配磨量ΔL為

ΔL=L1-L。

對于內隔圈在零游隙狀態下的寬度L0的測量，各齒輪箱廠家采用3種不同的測量方法。

3.1 方法1

測量原理如圖3所示，將行星輪部套放在平臺上，取下內隔圈，在軸承A上加1個載荷塊(載荷塊的質量和結構設計在此不做介紹)，轉動行星輪至平穩狀態，直接測量上、下兩軸承之間的高度H，H即為零游隙狀態下內隔圈的寬度L0。

圖3 方法1測量原理圖

軸承B在行星輪、載荷塊及軸承重力作用下處于零游隙狀態，但軸承A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，存在一定的間隙，處于非零游隙狀態，此時將高度H作為零游隙狀態下內隔圈的寬度L0，測量結果會存在較大的誤差。

3.2 方法2

測量原理如圖4所示，首先在配對的2套軸承中取出任一軸承并做好標識，測量軸承在正、反狀態下的裝配寬度T1和T2，計算兩者的差值δ1，即δ1=T1-T2，δ1即為圖4b中軸承A在非零游隙狀態下測量配對軸承軸向游隙產生的誤差值(測量T1，T2時需加上載荷塊)。

圖4 方法2測量原理圖

取出內隔圈，在軸承A上加1個載荷塊，使測頭打在載荷塊中心，轉動行星輪至平穩狀態，軸承B處于零游隙狀態，此時將測量儀表對零位，將行星輪部套移出測量區域。然后裝入未配磨的內隔圈，再次加上載荷塊，并將測量儀表測頭打在載荷塊中心[2]，轉動行星輪至平穩狀態，記錄測量儀表的讀數δ2，此時可以計算出配對圓錐滾子軸承的軸向游隙Δδ，即Δδ=δ1+δ2，則內隔圈在零游隙狀態下的寬度L0=L1+Δδ。

3.3 方法3

測量原理如圖5所示，將行星輪部套放在平臺上，取下內隔圈，軸承A在上部，轉動行星輪至平穩狀態，測量行星輪上端面到軸承B內圈端面的高度H1;然后翻轉行星輪，使軸承B位于上部，轉動行星輪至平穩狀態，測量行星輪端面至軸承A內圈端面的高度H2。假設行星輪的寬度為K，則零游隙狀態下內隔圈的寬度L0為

圖5 方法3測量原理圖

L0=H1+H2-K。

對比上述3種測量方法發現，方法1雖然測量過程簡單，但是存在較大的測量誤差，并且載荷塊質量的不同對測量結果有很大的影響。方法2消除了上部軸承在非零游隙狀態測量時軸向游隙的誤差，但需測量δ1，整個測量過程較長，前后2次測量時儀表產生的誤差不可忽略。測量方法3相對于前2種方法，測量數據較少，且整個測量過程產生的誤差較小，更適合于車間批量化生產應用。

4 誤差分析及應對措施

對比上述測量方法并結合行星輪部件的安裝過程，分析方法3測量過程中產生的誤差并給出應對措施。

方法3測量過程中，測量數據K，H1和H2時，由于行星輪兩端面及軸承內圈端面存在端面跳動及平行度公差，測量過程會產生一定的誤差，一般情況下行星輪端面跳動小于0.03 mm，軸承端面相對于內孔的垂直度更小，因此測量時可采用多點測量取平均值的方法。安裝時為提高生產效率并保證測量的準確性，可以取4～6點進行測量，取其平均值作為K，H1和H2的最終測量值。

另外為方便H1，H2的測量，設計行星輪時要保證軸承內圈端面低于行星輪端面，即軸承端面與行星輪端面存在一定高度差γ，如圖6所示。

圖6 行星輪結構優化

因軸承外圈與行星輪內孔為過盈配合，安裝時通過加熱行星輪進行熱裝，在行星輪冷卻過程中，軸承外圈端面與行星輪內孔擋邊會存在一定的間隙，現場安裝實測的間隙值約為0.02～0.05 mm，此間隙的存在將會影響配對軸承的軸向游隙值。在軸承外圈安裝到位緩慢冷卻過程中，可通過施加壓力的方法使軸承外圈端面與行星輪內孔擋邊端面緊密接觸，如圖7所示。單個行星輪上施加重物或2個或以上行星輪疊加在一起，可以保證行星輪冷卻過程中軸承外圈端面與行星輪內孔擋邊緊密接觸，提高安裝質量。

圖7 行星輪部套安裝過程改進圖

5 計算實例

以2套32040圓錐滾子軸承組成的背對背配對安裝軸承為例，說明軸承安裝過程以及內隔圈寬度的確定過程。32040軸承寬度T=70 mm,行星輪寬度K=170 mm,內孔擋邊寬度K1=60 mm。背對背安裝要求軸向游隙為-0.1～0 mm。

將軸承內、外圈做好配對標識，加熱行星輪至一定溫度并將兩軸承外圈裝入行星輪內孔，保證軸承外圈端面緊靠行星輪內孔擋邊，按照圖7的要求放置行星輪部套直至行星輪冷卻下來。用塞尺檢查軸承外圈端面與行星輪內孔擋邊是否存在間隙，若間隙過大需重新進行安裝。

將行星輪部套放在測量平臺上，按方法3的要求進行測量。測量K，H1和H2時在圓周均布6測點取平均值，測量后的結果分別為170.12，115.05和115.02 mm，則零游隙狀態下內隔圈的寬度L0=H1+H2-K=59.95 mm，軸向游隙要求為-0.1～0 mm，則最終安裝內隔圈的寬度L=L0+δ0=59.85～59.95 mm,即安裝內隔圈的寬度在59.85～59.95 mm范圍內即可滿足配對軸承軸向游隙的要求。若內隔圈的初始寬度L1=61 mm，則內隔圈需磨去ΔL=L1-L=1.05～1.15 mm。

6 結束語

通過對行星輪安裝過程及測量過程的分析可以發現，方法3測量準確快捷，在提高產品生產效率和產品質量上具有重要意義。另外在行星輪部套設計時，須考慮后續產品的安裝及測量的方便性，并采取相應的優化措施。