關于角接觸球軸承鎖球高度的探討

張新玲，李旦豪

（1.哈爾濱軸承集團公司 經營發展部，黑龍江 哈爾濱 150036；2.哈爾濱軸承集團公司 技術中心，黑龍江 哈爾濱150036）

1 前言

角接觸球軸承由于沒有填球角的限制，所以比同規格的沒有裝球缺口的深溝球可以裝入更多的球，以致即使角接觸球軸承雖然帶有接觸角，但仍然基本上比同規格的深溝球軸承的額定動、靜載荷要高。由于較深溝球軸承裝入了多的鋼球，因此，在結構上就有了區別——鎖球高度及斜坡。常見的角接觸球軸承接觸角為：15°、25°、30°、40°、60°，不同的接觸角對應不同的鎖緊量，在接觸角不超過30°時，結構基本不變，只是在60°時結構才略有變化。在一般的設計中，鎖緊量一直都能滿足要求，但在接觸角為30°或軸承尺寸較大時，會出現按設計方法計算的鎖球高度偏大，裝球困難，經常出現卡傷鋼球、破壞鎖點、導致磕傷溝道的現象。本文試圖對鎖球高度的取值范圍進行分析。

2 現行鎖球高度的計算

圖1 角接觸球軸承典型結構形式

2.1 鎖球高度的計算公式

常見的角接觸球軸承結構如下圖1 所示。角接觸球軸承的裝配原理是利用熱脹冷縮，在裝配時采用外圈加熱、滾動體和內圈保持室溫或者外圈加熱、內圈冷凍、滾動體保持室溫，讓外圈、內圈和滾動體形成溫差，從而增大尺寸差而裝入鋼球。角接觸球軸承的鎖球高度計算公式如下：

式中：t——鎖球高度，

D1——外圈溝道直徑，

RN——內溝曲率半徑，

RW——外溝曲率半徑，

Dw——滾動體直徑，

α——接觸角最大值，

ΔT——裝配溫差，一般取90℃，

αt——熱變系數，一般為 mm/℃，

x——鎖緊量修正量，不同制造廠可能有所差異。

從式中可以看出，該式分為三個部分之和：（1）套圈熱形變部分：0.00053×D1；（2）游隙熱形變部分：2×（RN+RW-Dw）×（1-cos(α)）/（1+ΔT×αt）；（3）修正量：x。

3 鎖球高度分析

深溝球軸承以擋邊達到“鎖球”的目的，而角接觸球軸承則以擋邊和鎖點來實現鎖球，實際上就是利用保持架將滾動體均勻的間隔開，從而在圓周方向上，只要需要較低的鎖球高度就可以達到“鎖球”的目的。鎖球高度實際上就是在某一溫度下保證軸承不散套的外圈溝底與鎖點的差值t，如圖1.該值取值太大，軸承裝配困難；太小，則有散套的可能，影響生產效率。根據多年來的生產發現：對于15°、25°這樣的小接觸角軸承，上述公式(1)在大部分實踐中是適用的；在較大的軸承中則出現鎖緊量太大；在30°、40°這樣的大接觸角中則就更明顯地顯示出鎖緊量太大，經常出現由于鎖緊量太大，外圈加熱到允許的最高溫度仍然難以裝配，甚至出現鎖點破壞、滾動體磕傷、滾道劃傷等等缺陷，使滾動體與滾道之間嚴重摩擦磨損，軸承溫度急劇上升，振動噪聲加大，降低了軸承的使用壽命。針對上述現象進行了分析，原因如下。

表1 7224不同接觸角時熱變形量、游隙與最小鎖緊量表/mm

表2 7215不同接觸角時熱變形量、游隙與最小鎖緊量表/mm

以7224、7215、7206（不同接觸角）軸承為例，外套圈熱變形量、徑向游隙、按公式求得鎖緊量如表1～表3 所示，均假定其結構形式為外圈帶斜坡的。

表3 7206不同接觸角時熱變形量、游隙與最小鎖緊量表/mm

從表1～表3中可以看出同樣外形尺寸的角接觸球軸承在不同接觸角時具有以下特點：

（1）其外套圈熱處理變形量不大，可以忽略不計;

(2)游隙變化范圍較大，基本上為1:2.7:3.9:6.9:14.7，此結果為公式(1)第二部分內容。

（3）鎖球高度隨接觸角變化而變化，且變化較為劇烈。

根據實際生產經驗，我們知道：在接觸角相同時，7224系列的難裝配，7206的容易裝配，7215的居兩者之間；在尺寸相同時，隨接觸角的增大，裝配困難增加。通過數據，我們可以看出，比較難裝配的和容易裝配的有著比較直接的關系：難易程度和鎖球高度與外套圈熱變形量之間的差異的大小成反關系，或者說最關鍵的是徑向游隙與外套圈熱變形量的比值成反關系。比較淺顯的解釋就是，在小接觸角或小尺寸時，外套圈熱變形量與游隙差值不大，而大接觸角或大尺寸時，外套圈熱變形量與游隙差值增大，致使鋼球通過的難易程度不同，因此，裝配難易程度增加。

通過公式和實際生產我們還可以看出，在理論上無論怎么放置，總是要保證鋼球都要在鎖點內，這樣能夠保證所有的情況下軸承不散套，但是，通過實際經驗我們知道，這個理論對小接觸角和小尺寸軸承適用，而對大接觸角和大尺寸軸承不適用。因為在小接觸角和小尺寸情況下，鋼球與鎖點的干涉相對小，足以在一定的范圍內鎖住球，而在大接觸角和大尺寸情況下，鋼球與鎖點的干涉加大了，從而可以實現在“鎖量最大處”（裝球時先裝部分、豎起時最低端）的對應端非對稱位置、以致在直徑處實現鎖球，所以，在大接觸角和大尺寸角接觸球軸承中，真正的裝配鎖點不在“鎖量最大處”，而在與其對應的另一半的圓環內。因此，在設計時，可以考慮適當的減小第二部分，可以根據接觸角與尺寸的大小乘以適當的系數，而在超過一定范圍時，可不考慮公式第三部分，從而實現“安全鎖球”。根據經驗，對一般尺寸的中大型40°角接觸球軸承，原游隙部分系數可以選為0.6～0.8，而在更大尺寸的40°角接觸球軸承，原游隙部分系數可適當減小。

4 結束語

根據實際生產經驗可得出：

（1）角接觸球軸承的鎖球高度不一定要大于最大游隙與外圈熱變形量之和；

（2）原鎖球高度計算公式對于小接觸角及小尺寸角接觸球軸承適用；

（3）大接觸角和大尺寸角接觸球軸承的實際鎖球高度在應用現行公式時酌情使用，可以根據需要進行修正。