不同接觸角軸承組配的預(yù)緊技術(shù)

楊兵華,張振強(qiáng)，權(quán)超健，張浩洋，王秉楠

(1.中國(guó)航發(fā)湖南動(dòng)力機(jī)械研究所,湖南 株洲 412002;2.洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

通常情況下，組配角接觸球軸承的接觸角相同，文獻(xiàn)[1-4]介紹了其預(yù)緊力所允許的外加軸向載荷，超出額定要求的軸向載荷時(shí)部分軸承將出現(xiàn)卸載，造成球打滑，并引起軸承早期失效。為避免出現(xiàn)卸載現(xiàn)象(即提高卸載力)，可以增加軸承組的預(yù)載荷或采用不同接觸角的軸承進(jìn)行組配。

為滿足軸承承載力和剛度要求，角接觸球軸承在使用過程中可以采用多種組配方式,而為使組配后軸承的各項(xiàng)性能在特定使用工況下得到最大發(fā)揮，選取合適的預(yù)緊力極為關(guān)鍵。正確的預(yù)緊力不僅可以增加剛度，還可以降低噪聲、提高軸的導(dǎo)向精度、延長(zhǎng)軸承使用壽命、提高旋轉(zhuǎn)精度，并且能防止在快速啟/停的高速應(yīng)用、超輕載或空載荷情況下發(fā)生打滑等現(xiàn)象。

1 組配方式

不同接觸角的軸承與相同接觸角的軸承具有一樣的組配方式，根據(jù)組配軸承的數(shù)量，其組配方式可分為雙聯(lián)、三聯(lián)以及四聯(lián)等；根據(jù)組配軸承的方向又可進(jìn)行不同的分類。不同接觸角軸承的組配形式主要有DB,TBT,QBC和DBT型，組配形式如圖1所示，軸承A，B的接觸角分別為αA=25°，αB=15°。

圖1 不同接觸角軸承的組配方式

2 預(yù)緊方式

角接觸球軸承在使用過程中通常采用軸向預(yù)緊，其預(yù)緊方式有定位預(yù)緊和定壓預(yù)緊2種，如圖2所示。

圖2 預(yù)緊方式

定位預(yù)緊是通過組配軸承本身或預(yù)選定的內(nèi)外圈隔套使組配軸承的間距保持不變，從而使軸承獲得合適的預(yù)緊，由于受軸承工作狀態(tài)及外部環(huán)境的影響，軸承座尺寸及軸承部件也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)變化，進(jìn)而影響到軸承的預(yù)緊狀態(tài)。采用該預(yù)緊方式有利于提高軸承的剛性，但要注意預(yù)載荷的變化對(duì)軸承性能的影響。

定壓預(yù)緊是利用螺旋彈簧、蝶形彈簧等彈性元件，使軸承在支承部位得到合適的預(yù)緊。采用定壓預(yù)緊，軸承在正常工況下的運(yùn)動(dòng)不會(huì)影響預(yù)載荷，但軸承剛度等級(jí)較低，故適用于高速旋轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，但不適用于需要高剛度、承載方向改變或者可能出現(xiàn)不確定沖擊載荷的軸承應(yīng)用中。

3 外載荷對(duì)預(yù)緊軸承組軸向位移的影響

對(duì)于定位預(yù)緊的組配軸承，其所受預(yù)緊力更容易受到外載荷的影響。承受純軸向載荷Fa的角接觸球軸承，球所受最大載荷為

(1)

式中：Z為球數(shù);α為接觸角。

根據(jù)Hertz接觸理論，純軸向載荷作用下角接觸球軸承的軸向位移為[5-8]

(2)

式中：Dw為球徑。

將(1)式代入(2)式得

(3)

(4)

3.1 DB型

不同接觸角軸承DB組配后的預(yù)載及受載位移如圖3所示，在預(yù)緊力F0作用下，軸承A和軸承B的內(nèi)圈端面將貼合在一起，其軸向位移分別為

(5)

(6)

圖3 DB型預(yù)緊及受載位移圖

(7)

圖4 外載荷對(duì)預(yù)緊軸承組軸向位移的影響

聯(lián)立(5)～(7)式得FaA=5.90F0。故對(duì)于圖3所示軸承組，其外載荷FaA最大應(yīng)不超過預(yù)緊力F0的5.9倍，否則將使軸承A發(fā)生卸載現(xiàn)象，導(dǎo)致該軸承過早失效。

(8)

聯(lián)立(5)，(6)，(8)式可得FaB=1.73F0，故對(duì)于圖3所示軸承組，其外載荷FaB最大不超過預(yù)緊力F0的1.73倍，否則將使軸承B發(fā)生卸載現(xiàn)象，導(dǎo)致該軸承過早失效。

3.2 TBT型

三聯(lián)TBT組配型軸承如圖5所示，其外載荷對(duì)預(yù)緊軸承組軸向位移的影響同樣可用圖4表示，由于軸承AA端為2套軸承串聯(lián)，故在外載荷FaA作用下，AA端每套軸承所受的預(yù)緊力和軸向力分別為F0/2和FaA/2，軸承B所受預(yù)緊力仍為F0，即

(9)

聯(lián)立(6)，(7)，(9)式可得FaA=9.85F0。

圖5 TBT型軸承預(yù)緊及受載位移圖

在外載荷FaB情況下，AA端每套軸承所受的預(yù)緊力為F0/2，軸承B所受預(yù)緊力和軸向力為F0和FaB，聯(lián)立(6)，(8)，(9)式可得FaB=1.45F0。

3.3 QBC及DBT型

對(duì)于圖1所示的四聯(lián)組配軸承，其外載荷和最小預(yù)緊力的關(guān)系也可按上述方法求解，經(jīng)計(jì)算，QBC型組配軸承為FaA=5.90F0，F(xiàn)aB=1.73F0；DBT型組配軸承為FaA=13.66F0，F(xiàn)aB=1.33F0。

4 卸載力對(duì)比

由上述計(jì)算可知，對(duì)于圖1所示的4種組配方式，不同方向所能承受的最大外載荷(卸載力)不同。不同接觸角軸承組配與相同接觸角軸承組配的卸載力見表1。

表1 卸載力

從表1中可以看出，與采用相同接觸角軸承組配相比，采用不同接觸角軸承組配可以使B端軸承在不出現(xiàn)卸載條件下，提高主承載端(A端)軸承承載能力。

5 結(jié)論

1)角接觸球軸承不僅可以采用相同接觸角的軸承進(jìn)行組配，同樣可以采用具有不同接觸角的軸承組配，且組配方式多種多樣。

2)與采用具有相同接觸角的組配軸承相比，在相同的預(yù)緊力及組配方式下，采用不同接觸角軸承進(jìn)行組配可以使主承載端承載能力增強(qiáng)。

3)采用具有不同接觸角的軸承進(jìn)行組配時(shí)，軸承組非主承載端承載能力相對(duì)較低，在使用過程中要注意方向性。