雙內(nèi)圈雙列角接觸球軸承軸向游隙的精確控制

孫懷全，劉紅莉，趙立新，張長之

（中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司 質(zhì)量管理部，哈爾濱 150025）

雙內(nèi)圈雙列角接觸球軸承的軸向游隙通過修磨兩內(nèi)圈的接觸端面控制。根據(jù)使用工況，有預(yù)載荷和預(yù)游隙2種組配方式：預(yù)載荷組配的軸承，在施加軸向預(yù)緊力后，軸向游隙為零或負(fù)游隙；而預(yù)游隙組配的軸承，在施加軸向預(yù)緊力后，軸向游隙為正值。

在軸向游隙范圍要求很小的情況下，直接測量軸向游隙確定兩內(nèi)圈接觸端面修磨量，會(huì)導(dǎo)致軸承裝配后軸向游隙合格率較低。因此，將凸出量測量與軸向游隙測量相結(jié)合，以精準(zhǔn)確定兩內(nèi)圈接觸端面的修磨量，實(shí)現(xiàn)雙內(nèi)圈雙列角接觸球軸承軸向游隙的精確控制。

1 凸出量的測量

1.1 內(nèi)圈的標(biāo)記

測量前一定要對內(nèi)圈進(jìn)行相應(yīng)的順序標(biāo)記，因?yàn)?個(gè)內(nèi)圈的安裝方向?qū)?shí)際的測量結(jié)果有一定的影響，不進(jìn)行標(biāo)記就無法保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。如圖1所示，可在內(nèi)圈斜坡表面上進(jìn)行標(biāo)記，內(nèi)圈Ⅰ與外圈A端面在同一側(cè)，內(nèi)圈Ⅱ與外圈B端面在同一側(cè)。

圖1 雙內(nèi)圈雙列角接觸球軸承Fig.1 Double row angular contact ball bearings with double inner ring

1.2 基準(zhǔn)樣圈對表

設(shè)計(jì)制作一個(gè)與軸承外形尺寸基本相同的基準(zhǔn)樣圈，凸出量為0。如圖2所示，將基準(zhǔn)樣圈裝入定心軸并一同放在定心座上，施加測量載荷使基準(zhǔn)樣圈向上移動(dòng)并與上頂墊圈的端面緊密接觸，此時(shí)儀表指針調(diào)整到“0”位置，卸載后基準(zhǔn)樣圈回到初始安裝位置，加載和卸載動(dòng)作重復(fù)2次以上，直到儀表指針位置沒有發(fā)生變化，表明儀器對表校準(zhǔn)完畢，取下基準(zhǔn)樣圈。

圖2 基準(zhǔn)樣圈對表測量原理圖Fig.2 Measurement principle diagram of a reference sample circle table

1.3 凸出量δ1和δ2的測量

將軸承內(nèi)、外圈溝道和鋼球表面清洗干凈，根據(jù)軸承結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡量裝滿鋼球或少裝1粒鋼球，然后將鋼球均勻分布，且每次測量時(shí)的鋼球數(shù)量及測量載荷必須相同。按照產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及尺寸要求，設(shè)計(jì)并制作一個(gè)高度標(biāo)準(zhǔn)件作為高度測量基準(zhǔn)，高度標(biāo)準(zhǔn)件使用前應(yīng)計(jì)量檢定出準(zhǔn)確的實(shí)際值。

如圖3所示，將被測軸承放入測量位置，施加軸向測量載荷，通過測量儀表分別讀出δ1和δ2。其中，測頭與高度標(biāo)準(zhǔn)件相接觸，當(dāng)高度標(biāo)準(zhǔn)件表面高出外圈端面時(shí)，儀表讀數(shù)為“+”值，否則為“-”值。

圖3 δ1和δ2測量結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Measurement structure diagram of δ1 and δ2

2 軸向游隙的控制

2.1 軸向游隙的計(jì)算

根據(jù)軸承結(jié)構(gòu)及凸出量測量原理可知

Ga＝C-（h1+h2），

h1＝h-δ1，h2＝h-δ2，

式中：Ga為軸向游隙；C為外圈寬度實(shí)際尺寸，可通過0.5μm分辨率的儀表與高精度標(biāo)準(zhǔn)件比較測量獲得；h1，h2分別為內(nèi)圈Ⅰ，Ⅱ接觸端面距外圈B，A端面的距離；δ1，δ2分別為高度標(biāo)準(zhǔn)件相對外圈B，A端面的凸出量；h為高度標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)際尺寸。

將軸向游隙的計(jì)算值與實(shí)際要求范圍值進(jìn)行對比，當(dāng)軸向游隙計(jì)算值大于要求的軸向游隙時(shí)，兩者的差值即兩內(nèi)圈接觸端面的修磨量。

2.2 測量誤差的修正

由于軸向夾緊力的影響，通過凸出量得到的軸向游隙計(jì)算值與兩內(nèi)圈在預(yù)緊力矩夾緊狀態(tài)下的軸向游隙測量值之間存在一個(gè)測量誤差，該誤差可通過多次測量對比獲得，通過對測量誤差進(jìn)行修正，能夠滿足軸向游隙的設(shè)計(jì)要求。

例如：某雙內(nèi)圈雙列角接觸球軸承，設(shè)計(jì)要求兩內(nèi)圈使用5 N·m的預(yù)緊力矩夾緊，然后在50 N軸向載荷下的軸向游隙為8～12μm，且裝配后軸承各部件不可分離。經(jīng)過多次凸出量測量，得到軸向游隙計(jì)算值為14～18μm時(shí)即可滿足設(shè)計(jì)要求。

為確定兩內(nèi)圈夾緊前后軸向游隙發(fā)生的變化，制作了一個(gè)適宜的夾緊工裝，采用力矩扳手施加力矩、夾緊兩內(nèi)圈后測量軸向游隙。在逐漸加大預(yù)緊力矩時(shí)，軸向游隙逐漸變小，經(jīng)多次試驗(yàn)，當(dāng)預(yù)緊力矩達(dá)到5 N·m時(shí)，軸向游隙減小了3μm，即兩內(nèi)圈在無預(yù)緊力矩夾緊的狀態(tài)下，軸向游隙計(jì)算值控制在11～15μm時(shí)才能滿足設(shè)計(jì)要求。

在2種控制方法都滿足要求的情況下，用液態(tài)氮冷卻內(nèi)圈裝配成品軸承后，兩內(nèi)圈用5 N·m預(yù)緊力矩夾緊，在50 N軸向載荷下測量軸向游隙，判定是否合格。需要注意的是：兩內(nèi)圈的相對位置對測量結(jié)果可能存在輕微的影響，最終測量合格的成品軸承需在測量位置對應(yīng)的2個(gè)內(nèi)徑面上劃對角線標(biāo)記，以確定軸承的安裝位置。

3 結(jié)束語

通過總結(jié)出的軸向游隙的高精度控制方法，并選用與上述測量原理相同且精度較高的測量儀器和儀表，由相對固定的人員進(jìn)行組配和檢測，可最大程度地避免人為因素對測量結(jié)果的影響，較準(zhǔn)確地確定滿足軸向游隙要求的修磨量，在實(shí)踐應(yīng)用中合格率有顯著提高，解決了該類型軸承高精度軸向游隙的組配和控制難題。