特大型剖分式滾動軸承的結構及裝配

朱永柱

中冶寶鋼技術服務有限公司

特大型剖分式滾動軸承的結構及裝配

朱永柱

中冶寶鋼技術服務有限公司

內容提要：在鋼鐵行業寬厚板四輥軋機上，主傳動軸大量采用了剖分式滾動軸承。相對于整體軸承其在受限位置更易于安裝，能為主機設計提供更大的彈性空間，軸和其他相鄰部件通常能被簡化而不損失性能。在更換軸承時，與軸承相鄰的設備都不需要移開，能夠減少安裝軸承的總體時間并降低工作要求，從而極大地減少主機停機時間，提高生產效率。本文主要對這種軸承的結構方式和裝配進行歸納和總結。

剖分式；滾動軸承；結構及裝配

1 、滾動軸承的分類

按照軸承的公稱外徑尺寸滾動軸承可以分為以下七類：

1)微型軸承----公稱外徑尺寸范圍為26mm以下的軸承

2)小型軸承----公稱外徑尺寸范圍為28-55mm的軸承

3)中小型軸承----公稱外徑尺寸范圍為60-115mm的軸承

4)中大型軸承----公稱外徑尺寸范圍為120-190mm的軸承

5)大型軸承----公稱外徑尺寸范圍為200-430mm的軸承

6)特大型軸承----公稱外徑尺寸范圍為440-2000mm的軸承

7)重大型軸承----公稱外徑尺寸范圍為2000mm以上的軸承

本文以某特鋼寬厚板直徑900mm的四輥軋機主傳動剖分軸承為例進行闡述，屬于特大型軸承范疇。

2 、滾動軸承的裝配方式

滾動軸承的工作原理是以滾動摩擦代替滑動摩擦，標準化、系列化程度高，通用性強。由于各種機械有著不同的工作條件，對滾動軸承在負荷能力、結構和使用性能等方面都提出了各種不同要求。為此，滾動軸承需有各式各樣的結構。其中最基本的結構是由內圈、外圈、滾動體和保持架所組成。

滾動軸承在裝配方式上可分為三大類：

第1類：內圈與軸緊密配合，并與軸一起運轉，外圈與軸承座或機械殼體孔成過渡配合，起支承作用(如圖1)。

第2類：在某些場合下，由外圈運轉，內圈固定起支承作用。

第3類：內圈、外圈都同時運轉的。

3 、剖分式滾動軸承的結構

滾動軸承一般由兩個套圈，一組滾動體和一個保持架所組成。對于滾動軸承而言，套圈和滾動體的結構形式相對固定，下面著重介紹的是剖分軸承的保持架的結構形式。剖分式軸承的保持架為兩半結構，裝機后再組裝連接，連接方式對保持架的尺寸空間有一定要求，不同的連接方式往往影響到軸承滾動體的尺寸及數量，進而影響軸承的使用性能。目前剖分式滾動軸承保持架在連接方式可分為U形彈性夾連接、C形彈性夾連接、彈性板連接和螺釘連接四大類：

3.1 U形彈性夾的連接

圖1

圖2 U形彈性夾結構示意圖

圖3 U形彈性夾連接安裝圖

U形彈性夾如圖2所示，其采用彈性良好的鋼材加工，寬度與保持架開槽寬度L' (圖3)一致，可防止兩保持架安裝后錯位，在兩半保持架端面上增加銷連接，可以實現保持架的精確定位并防止保持架安裝后錯位，安裝前U形彈性夾張口寬度：s小于安裝尺寸，為方便安裝，在保持架安裝i=i處加工一個倒角β，在保持架內徑連接處加工一個倒角γ，使其可與保持架連接后形成自鎖，U形彈性夾中間為圓弧，圓弧半徑R與保持架中部和彈性夾連接處圓弧半徑大小一致，U形彈性夾兩個夾面夾角為2a，根據所需夾緊力大小調節a角，其夾緊面下部加工高為h的凸臺，該凸臺和保持架連接后，與保持架內徑連接處的γ角形成自鎖點，可有效防止軸承在運轉過程中U形彈性夾脫落。

將兩半保持架組裝滾子后安裝在內圈上對接，將2個U形彈性夾分別插入圖四所示安裝位置處，未安裝時U形夾張口為s，安裝后張口寬度為S`(S＜S`)，此時U形彈性夾的變形力既為兩半保持架的連接力，可根據保持架連接力的大小設計S`與S的差值，使其連接牢固。

3.2 C形彈性夾連接

C形彈性夾結構如圖4所示，C形彈性夾通過兩側唇部的孔與安裝在兩半保持架上的圓柱銷進行配合，實現保持架的連接，如圖5所示。

圖4 C形彈性夾結構示意圖

圖5 C形彈性夾連接裝配圖

C形彈性夾兩側唇部邊緣被沖擊壓成圓弧形，在安裝時其唇部能夠更容易的實現與圓柱銷的配合，為了能夠實現良好的連接效果，兩半保持架與C形彈性夾配合處的內、外徑面加工成平面，C形彈性夾與保持架內徑連接處設計成開口式，可以時間彈性夾在軸向對保持架的夾緊，有效防止安裝后兩半保持架發生錯位現象，為了增加彈性力，彈性夾開口處設計成λ1(圖4)的夾角，彈性夾唇部與水平方向有λ2的夾角，安裝后唇部發生彈性變形，從而與保持架內、外徑表面緊密貼合。

在保持架安裝時，c形彈性夾首先和其中一半保持架配合，然后推壓另一半保持架使得圓柱銷與c形彈性夾上對應的L連接，為了防止在安裝過程中出現誤操作，把彈性夾碰掉遺失或漏進主機中造成不必要的損失，有時也在彈性夾一次的唇部上增加一個螺釘安裝孔(圖5)，C形彈性夾與一般保持架在銷連接的基礎上用螺釘固定，使得彈性夾始終與一半保持架連接，進行滾動軸承維護或更換時，只需用螺絲刀撬開彈性夾唇部，即可使彈性夾與圓柱銷脫離連接，從而拆卸掉保持架滾動體組件。

由C形彈性夾裝配圖可以看出，彈性夾基本上時環抱住保持架實現連接，為了防止c形彈性夾安裝后與軸承套圈或主機發生干涉，要再保持架端面加工出與彈性夾寬度L相對應的凹槽，由于在保持架端面及其內，外徑圓柱面加工出了安裝C形彈性夾的凹槽，此連接方式會削弱保持架連接處的強度。

對于小型剖分滾子軸承保持架，C形彈性夾兩側唇部可各采用一個銷孔，實現與圓柱銷連接。

3.3 彈性板連接

彈性板分為上、下2部分，上片結構如圖6和圖7所示，下片為平板結構，彈性板上片有上、下2個唇，上唇與水平面夾角為θ1，下唇與垂直面夾角為θ2，上下唇原始夾角θ＜90°。彈性板上片固定端鉚釘孔用于和其中一半保持架固定。彈性板寬度L1應稍小于保持架兜孔長度，下唇寬度約為0.25L1，下唇長度H2約為保持架徑向厚度的一半。彈性板下片與彈性板上片固定端對應位置有鉚釘L，用于鉚合彈性板上、下片。

圖6 彈性板上片三維立體視圖

圖7 彈性板上片結構示意圖

彈性板上、下片通過鉚釘固定于一半保持架端部(圖8)，上、下片彈性板邊緣均沖壓成圓弧狀，在裝配另一半保持架時，能夠引導彈性板與圓柱銷配合，兩半保持架與彈性板配合的表面均加工成平面，當彈性板上片與保持架配合后，上、下唇夾角θ’大于原始夾角θ，此時上下唇發生彈性變形，能防止上唇部松動造成與圓柱銷脫扣的現象。

圖8 彈性板連接裝備圖

半保持架的銷孔為通孔，圓柱銷長度略大于保持架徑向厚度與彈性板板厚之和，與保持架通孔成過度配合，彈性板下片可以防止圓柱銷下沉，在拆卸保持架滾動體組件時，可以使用螺絲刀撬開彈性板上唇，也可以利用工具按壓圓柱銷，彈性板下片產生彈性變形，圓柱銷下沉與彈性板上片上唇部脫扣，此外，采用此類型連接的保持架的材料一般為黃銅，材料較軟，通過彈性板上、下片鉚合固定可以消除軸承運轉過程中的鉚合松動。

3.4 螺釘連接

3.4.1 方式一：此方式的保持架連接裝配如圖9所示，在一般保持架側梁端部鉆有通孔，與之相對的另一半保持架側梁端部鉆有螺紋孔，通過螺釘實現保持架的連接，軸承運轉過程中，連接螺釘主要承受拉伸力，如果兩半保持架連接不當，連接螺紋在工作壓力與離心力的作用下會出現螺紋滑牙返松現象，使保持架實際工作直徑變大，滾動體壓磨外圈并產生振動，加劇軸承軸承損壞，選用此連接方式，通常要在連接處涂抹螺紋緊固膠以避免銅螺紋滑牙返松。

圖9 螺釘連接裝配圖(方式一)

3.4.2 方式二：此方式保持架連接裝備如圖10所示，兩半保持架通過螺釘緊固連接片實現連接，螺釘主要承受剪切力，能夠避免螺紋滑牙，為增加螺釘連接的強度，通常與兩半保持架端面的銷連接組合使用(圖11)螺釘連接片可采用45#鋼制造。

圖10 螺釘連接裝配圖(方式二)

U形彈性夾連接利用彈性夾彈性力實現保持架的緊固連接，是小型，加工空間不足的剖分軸承保持架連接的首先方案。

C形彈性夾和彈性板連接利用彈性元件彈性形變后的彈性力實現保持架的緊固，通過彈性元件與圓柱銷配合實現連接，這就要求保持架要有足夠的配合空間，因此常用于大型剖分軸承保持架的連接。

2種螺釘連接方式均利用螺紋實現緊固與連接，不同之處在于方式一種的螺釘承受拉伸應力，而方式二中的螺釘承受的是剪切應力，這2種螺釘連接方式相比前3種連接方式的緊固性能更優越，多用于特大型剖分軸承保持架的連接。

該特鋼四輥軋機主傳動剖分滾動軸承的連接方式為第一種螺釘連接方式，如圖11，且為了利于拆裝，連接架分為三個，2、3號連接架由活動固定架連接在1號連接架上。拆裝由2、3號連接架端部的螺釘緊固來實現。

3 、軸承的裝配方法

該特鋼公司厚板廠粗、精軋機主傳動軸使用的剖分式滾動軸承，直徑為900mm，屬于特大型軸承。粗、精軋機附屬設備眾多，管道密布，在檢修和安裝時作業空間有限(如圖12)，如果使用整體式軸承工作難度將大大增加。整體軸承的裝配需要較大的裝配空間和較長的裝配時間，主要可以分為兩大類。

3.1 溫差法

在溫差法裝配中冷卻法要比加熱法簡單些，一般我們用液氮，優點是溫差大，線形膨脹量大，干凈。比如軸承裝到孔中，直接把軸承泡在液氮里就行了。加熱法比較麻煩。為了加熱均勻，一般需要把零件(軸承)放到液體里煮。如果是煮軸承，要求就比較高了。比如，加熱介質要干凈，溫度要控制好等等。

溫差法最大的缺點是，零件的體積受限制。比如車床主軸裝配，需要同時安裝主軸和軸上的齒輪等零件，溫差法根本無法達到。

圖11 主傳動剖分滾動軸承連接架

圖12

3.2 壓入法

壓入法應用最廣泛。一把榔頭，一根銅棒就能搞定，但是操作上還是有不少區別和注意事項的。裝軸承時盡量采用非沖擊的方式，如壓力機；榔頭敲擊的方式，對零件和軸承都是保護不利的。小規格小過盈的軸承，用手動絲杠式壓力機甚至臺鉗即可。大尺寸的軸承，一般要用液壓設備才可以。

安裝軸承，開始的時候，要隨時注意軸承是否傾斜，需要及時調整受力位置，防止損壞安裝孔或者軸。整體軸承不論何種裝配方式，都需要由一端套入，再挪移到裝配位置。

結束語

隨著工業的不斷發展和進步，此類寬厚板四輥軋機主傳動滾動軸承的特大型軸承和重大型軸承運用的越來越多，然而在拆裝過程中剖分式滾動軸承的優點顯現出來，得到眾多用戶的一致認同。

[1]張光宇、張慧、蓋如有：一種單元化重載剖分軸承

[2]王黎峰：轉爐用剖分軸承的研制

[3]鐘昌彬：剖分式圓柱軸承損傷因素分析與控制