雙、四列圓錐滾子軸承軸向游隙的調(diào)整方法

王朋偉，范強，賈松陽

(1.洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039；2.航空精密軸承國家重點實驗室，河南 洛陽 471039)

符號說明

b，c——外、內(nèi)隔圈寬度，mm

B1，B2——內(nèi)圈實際寬度，mm

C1，C2——外圈實際寬度，mm

Ga——軸承軸向游隙，mm

Gr——軸承徑向游隙，mm

M，N——測量用輔助墊塊的高度，mm

α——外圈滾道角度，(°)

由于能夠在有限的空間內(nèi)承受較大的軸向、徑向聯(lián)合載荷，雙、四列圓錐滾子軸承廣泛應(yīng)用于軋機、冶金等行業(yè)。隨著主機用戶的發(fā)展要求，雙、四列圓錐滾子軸承發(fā)展出多種變型結(jié)構(gòu)：雙列圓錐滾子軸承按結(jié)構(gòu)形式分為35，37系列以及在此基礎(chǔ)上的變型結(jié)構(gòu)，如無隔圈雙列圓錐滾子軸承、配對型圓錐滾子軸承等；四列圓錐滾子軸承主要包括TQO，TQI結(jié)構(gòu)以及在此基礎(chǔ)上將隔圈及套圈發(fā)生變型的結(jié)構(gòu)。由于無隔圈雙、四列圓錐滾子軸承不帶隔圈，便于用戶安裝使用，該結(jié)構(gòu)軸承的使用范圍日益廣泛[1-3]。

軸承的游隙對軸承使用有著關(guān)鍵性的作用，游隙調(diào)整不當(dāng)會對軸承的使用造成嚴(yán)重的后果。JB/T 8236—2010《滾動軸承 雙列和四列圓錐滾子軸承游隙及調(diào)整方法》對有隔圈35及37系列和無隔圈35系列雙列圓錐滾子軸承及TQO型四列圓錐滾子軸承游隙的測量和調(diào)整方法進行了較為詳細的論述，其基本思路是通過調(diào)整隔圈高度或修磨套圈得到軸承的軸向游隙[4-7]。對于無隔圈37系列軸承、單列配對圓錐滾子軸承及TQI型四列圓錐滾子軸承，該標(biāo)準(zhǔn)中并未給出調(diào)整方法。

因此，依據(jù)JB/T 8236—2010，對不同結(jié)構(gòu)的雙、四列及配對圓錐滾子軸承的軸向游隙調(diào)整方法進行介紹，以期對軸承生產(chǎn)廠家及使用廠家測配軸承游隙起到一定的幫助。

1 游隙調(diào)整前的準(zhǔn)備工作

通常，軸承軸向游隙根據(jù)圖紙中標(biāo)注的徑向游隙轉(zhuǎn)換得到，即

Ga=Grcotα。

(1)

游隙調(diào)整前，將軸承零件清洗干凈并檢驗合格，在各零件端面標(biāo)記相應(yīng)的字母，便于測量調(diào)整。游隙調(diào)整時，將零件放在工作臺、平板或成組的墊塊上，同一組墊塊或同組測量用輔助墊塊的高度相互差應(yīng)小于被測軸承內(nèi)隔圈兩端面平行差的50%。為防止載荷塊劃傷軸承套圈端面，載荷塊端面的表面粗糙度應(yīng)小于與其接觸套圈端面的表面粗糙度，載荷塊端面作為測量參考面時，載荷塊兩端面平行差應(yīng)小于與其接觸套圈兩端面平行差。

游隙測量時在最上部軸承零件上施加載荷塊，載荷塊質(zhì)量應(yīng)保證旋轉(zhuǎn)零件后滾動體與滾道均勻接觸。測量前應(yīng)分別旋轉(zhuǎn)各列滾子和套圈，以保證軸承各零件都處于正常位置，一旦開始測量，不得旋轉(zhuǎn)軸承零件。沿圓周方向等距離測量4點，取其算術(shù)平均值作為實際測量尺寸。當(dāng)軸承外徑不大于440 mm時，4點測值的相互差應(yīng)不大于0.08 mm；當(dāng)軸承外徑大于440 mm時，4點測值的相互差應(yīng)不大于0.15 mm。若4點測值的相互差超過以上規(guī)定值，應(yīng)再次旋轉(zhuǎn)各列滾子和套圈，使其處于正常位置，重新進行測量[8]。

2 雙列圓錐滾子軸承游隙的調(diào)整

2.1 35系列

35系列圓錐滾子軸承由1個雙滾道外圈、2個單滾道內(nèi)圈、滾子和保持架組成。軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 35系列雙列圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of 35 series double row tapered roller bearings

對于帶隔圈結(jié)構(gòu)軸承，其軸向游隙通過隔圈的寬度及2個內(nèi)圈端面之間的間隙進行調(diào)整。將軸承零件分別按圖2所示2個位置擺放，在位置Ⅰ測量h1，位置Ⅱ測量h2，則2個內(nèi)圈端面CC間的距離c′為

圖2 帶隔圈35系列軸承游隙調(diào)整時零件位置示意圖Fig.2 Position diagram of 35 series bearing(with spacer)parts during clearance adjustment

c′=h1+h2-C1，

(2)

若軸承要求的軸向游隙為Ga，則內(nèi)隔圈寬度c為

c=c′+Ga。

(3)

對于無隔圈結(jié)構(gòu)軸承，其軸向游隙通過2個內(nèi)圈端面之間的間隙進行調(diào)整，測量方法及擺放位置與帶隔圈結(jié)構(gòu)軸承一致(圖2)，同樣分別在2個位置測量h1和h2，則軸承實際軸向游隙為

Ga=C1-(h1+h2)。

(4)

2.2 37系列

37系列圓錐滾子軸承由1個雙滾道內(nèi)圈、2個單滾道外圈、滾子和保持架組成。軸承結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 37系列雙列圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Structure diagram of 37 series double row tapered roller bearings

2.2.1 帶隔圈結(jié)構(gòu)

對于帶隔圈結(jié)構(gòu)軸承，其軸向游隙通過外隔圈的寬度及2個外圈端面之間的間隙進行調(diào)整。JB/T 8236—2010規(guī)定，測量時軸承內(nèi)組件平放在測量平臺上且內(nèi)圈端面與平臺接觸，該方法僅適用于保持架不凸出內(nèi)圈端面的軸承，而目前大多數(shù)軸承的保持架均凸出內(nèi)圈端面，保持架會與測量平臺干涉，因此，在JB/T 8236—2010測量方法的基礎(chǔ)上提出2種調(diào)整方法。

1)增加輔助墊塊法

若軸承保持架凸出內(nèi)圈端面，測量時在內(nèi)圈與工作臺之間沿圓周方向均布3塊輔助墊塊, 墊塊高度為M，將軸承零件分別按圖4所示2個位置擺放，在位置Ⅰ測量l1，位置Ⅱ測量l2，則2個端面BB之間距離b′為

圖4 增加墊塊后游隙調(diào)整示意圖Fig.4 Diagram of clearance adjustment by adding cushion block

b′=(l1-M)+(l2-M)-B1，

(5)

若所要求的軸向游隙為Ga，則外隔圈寬度b為

b=b′+Ga。

(6)

2)高度差法

高度差是指外圈大端面與內(nèi)圈端面之間的高度差a和e，通過高度差及內(nèi)、外圈寬度計算2個外圈之間的間隙。測量方法為：將軸承零件分別按圖5所示2個位置擺放，在位置Ⅰ測量e′，位置Ⅱ測量a′，則

圖5 37系列軸承高度差法游隙調(diào)整示意圖Fig.5 Diagram of clearance adjustment of 37 series bearing by height difference method

e=e′-C2，

(7)

a=a′-C1，

(8)

則2個外圈窄端面BB之間的距離b′為

b′=B1+a+e-C1-C2。

(9)

其中，當(dāng)外圈端面高出內(nèi)圈端面時，a和e為正值，外圈端面低于內(nèi)圈端面時，a和e為負值。若軸承要求的軸向游隙為Ga，則內(nèi)隔圈寬度b為

b=b′+Ga。

(10)

根據(jù)尺寸鏈計算，高度差法中的B1+e-C1，B1+a-C2分別對應(yīng)于增加輔助墊塊法中的l1-M，l2-M，將其分別代入(5)式即可得到(9)式。這2種方法的調(diào)整措施不同，但計算原理一致，軸承或主機廠家可根據(jù)自身條件及測量誤差等選擇合適的調(diào)整方法。

2.2.2 無隔圈結(jié)構(gòu)

對于無隔圈結(jié)構(gòu)的37系列雙列圓錐滾子軸承，通過2個外圈高度之和與內(nèi)圈裝配高之間的差值調(diào)整軸向游隙，其測量方法及軸承零件擺放位置與圖4一致，在2個位置分別測量l1和l2，則軸承實際軸向游隙為

Ga=C1-(l1-M)+(l2-M)。

(11)

3 組配型雙列圓錐滾子軸承游隙的調(diào)整

組配型圓錐滾子軸承分為面對面(DF)型和背靠背(DB)型，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 組配型圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 Structure diagram of combined type tapered roller bearings

3.1 面對面(DF)型

面對面(DF)型為2套單列軸承的內(nèi)圈寬端面相接觸，2個外圈之間通過外隔圈組配在一起。其軸向游隙通過外隔圈寬度調(diào)整，將軸承零件分別按圖7所示2個位置擺放，在位置Ⅰ測量l1，位置Ⅱ測量l2，則2個外圈窄端面BB之間的距離b′為

圖7 DF型軸承游隙調(diào)整零件位置示意圖Fig.7 Position diagram of DF type bearing parts during clearance adjustment

b′=l1+l2-B1-B2，

(12)

若軸承要求的軸向游隙為Ga，則外隔圈寬度b為

b=b′+Ga。

(13)

3.2 背靠背(DB)型

3.2.1 內(nèi)、外隔圈寬度差法

通過內(nèi)、外隔圈寬度差及端面高度差配制軸承游隙，將軸承零件按圖8所示位置擺放，分別測出T1，T2及B1，B2，則外圈大端面與內(nèi)圈端面之間的高度差a和e分別為

圖8 DB型軸承內(nèi)、外隔圈寬度差法游隙調(diào)整示意圖Fig.8 Diagram of clearance adjustment of DB type bearing by method of width different between inner and outer spacer

e=T1-B1，

(14)

a=T2-B2，

(15)

若軸承要求的軸向游隙為Ga，則

Ga=c-b-(a+e)。

(16)

根據(jù)軸承裝配高及(16)式選配內(nèi)、外隔圈的高度，組配后的軸承如圖9所示。

圖9 DB型軸承組配后結(jié)構(gòu)示意圖Fig.9 Structure diagram of DB combined type bearings

3.2.2 內(nèi)隔圈寬度法

通過外隔圈控制外圈裝配高，內(nèi)隔圈調(diào)整軸承軸向游隙。分別測量軸承外圈寬度C1和C2，根據(jù)T1的寬度要求選配外隔圈寬度，然后將內(nèi)組件、外隔圈、外圈分別按如圖10所示2種位置擺放，分別測出h1和h2，則2個內(nèi)圈端面CC之間的距離c′為

圖10 DB型軸承內(nèi)隔圈寬度法游隙調(diào)整示意圖Fig.10 Diagram of clearance adjustment of DB type bearing by inner spacer width method

c′=h1+h2-T1，

(17)

若軸承要求的軸向游隙為Ga，則內(nèi)隔圈寬度c為

c=c′+Ga。

(18)

3.2.3 小結(jié)

內(nèi)、外隔圈寬度差法根據(jù)軸向游隙確定2個隔圈的寬度差，在裝配高滿足的前提下，可根據(jù)該寬度差的范圍選擇內(nèi)、外隔圈，適合大批量軸承游隙的選配。內(nèi)隔圈寬度法是在保證外圈裝配高的情況下通過內(nèi)隔圈調(diào)整軸向游隙，其調(diào)整原理與帶內(nèi)隔圈35系列軸承游隙調(diào)整方法一致。

式中Ai=(A1i，A2i，…，Ami)T,Bi=(B1i,B2i,…,Bsi)T,υ=(υ1,υ2,…,υm)T,μ=(μ1,μ2,…,μs)T，Aiυ=υ1A1i+υ1A1i+…υmAmi,Biμ=μ1B1i+μ1B1i+…μsBsi,其中s=1，2； m=1，2；是 n 個地市的產(chǎn)出指標(biāo)的加權(quán)之和以及投入指標(biāo)的加權(quán)之和后的比值，所以它的取值范圍介于 0～1 之間。考慮到該模型是一個非線性模型，不容易計算，通過運用變換與對偶規(guī)劃理論，引入松馳變量s-、s+將上述模型變換成對偶規(guī)劃形式模型。

4 TQO系列四列軸承游隙的調(diào)整

TQO系列四列圓錐滾子軸承由2個雙滾道內(nèi)圈、1個雙滾道外圈、1個單滾道外圈、滾子及保持架組成，軸承結(jié)構(gòu)如圖11所示。

圖11 TQO系列四列圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)示意圖Fig.11 Structure diagram of TQO series four row tapered roller bearings

4.1 帶隔圈結(jié)構(gòu)

JB/T 8236—2010中的5.3.4節(jié)詳細介紹了帶隔圈TQO系列圓錐滾子軸承軸向游隙的調(diào)整方法，此處不再贅述。

4.2 無隔圈結(jié)構(gòu)

無隔圈TQO系列圓錐滾子軸承的軸向游隙通過內(nèi)、外圈的寬度進行調(diào)整。

將軸承零件按圖12所示位置擺放，在位置Ⅰ測量h1，位置Ⅱ測量h2，則軸承在CC處的實際軸向游隙為

圖12 無隔圈TQO系列軸承CC處游隙調(diào)整位置Fig.12 Position of clearance adjustment at CC of TQO series bearing without spacer

Ga=C1-(h1+h2)。

(19)

若軸承實測軸向游隙與圖紙游隙不符時，需要修磨套圈或調(diào)換零件。

圖13 無隔圈TQO系列軸承BB，DD處游隙調(diào)整位置Fig.13 Position of clearance adjustment at BB,DD of TQO series bearing without spacer

Ga=b3′-N，

(20)

(21)

若軸承實測軸向游隙與圖紙游隙不符時，需要修磨套圈或調(diào)換零件。

5 TQI系列四列軸承游隙的調(diào)整

TQI系列四列圓錐滾子軸承由2個雙滾道外圈、1個雙滾道內(nèi)圈、1個單滾道內(nèi)圈、滾子及保持架組成，軸承結(jié)構(gòu)如圖14所示。

圖14 TQI系列四列圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)示意圖Fig.14 Structure diagram of TQI series four row tapered roller bearings

5.1 帶隔圈結(jié)構(gòu)

帶隔圈TQI系列四列圓錐滾子軸承通過內(nèi)、外隔圈的寬度及兩套圈端面之間的間隙調(diào)整軸向游隙。

將軸承零件分別按圖15所示2個位置擺放，在位置Ⅰ測量h1，位置Ⅱ測量h2，則兩端面BB之間的距離b′為

圖15 TQI系列外隔圈尺寸游隙調(diào)整軸承位置示意圖Fig.15 Position diagram of TQI series bearing outer spacer size during clearance adjustment

b′=l1+l2-B1，

(22)

若要求的軸向游隙為Ga，則外隔圈寬度b為

b=b′+Ga。

(23)

若保持架凸出外圈端面，保持架會與測量平臺干涉，此時在內(nèi)圈端面與平臺之間增加輔助墊塊，計算時將墊塊厚度一并代入(22)式即可。

圖16 TQI系列內(nèi)隔圈尺寸游隙調(diào)整軸承位置示意圖Fig.16 Position diagram of TQI series bearing inner spacer size during clearance adjustment

(24)

若要求的軸向游隙為Ga，則內(nèi)隔圈寬度c1為

(25)

同理，可以得到內(nèi)隔圈寬度c2。

5.2 無隔圈結(jié)構(gòu)

無隔圈TQI系列四列圓錐滾子軸承通過兩外圈端面及兩內(nèi)圈端面之間的間隙調(diào)整軸向游隙。

將軸承零件按圖16所示位置擺放，分別在2個位置測量h1和h2，則軸承CC端面間的實際軸向游隙為

Ga=C1-h1-h2。

(26)

同理，可獲得軸承DD端面間的軸向游隙。

圖17 無隔圈TQI系列BB處游隙調(diào)整軸承位置示意圖Fig.17 Position diagram of clearance adjustment at BB of TQI series bearing without spacer

(27)

若軸承實測軸向游隙與圖紙游隙不符時，需要修磨套圈或調(diào)換零件。

6 游隙調(diào)整要點

軸承軸向游隙的調(diào)整應(yīng)根據(jù)實測游隙及圖紙中的游隙要求，若調(diào)整時實測游隙過大，可通過調(diào)換外圈、隔圈或修磨套圈、隔圈之間的貼合端面進行調(diào)整；若調(diào)整時實測游隙過小，可通過調(diào)換零件或修磨外圈滾道尺寸進行調(diào)整，每修磨0.01 mm外圈滾道直徑，軸承軸向游隙的增加量ΔGa為

ΔGa=0.01/(2tanα)。

(28)

實際應(yīng)用中，可根據(jù)實測游隙及(28)式計算外圈滾道所需修磨量，以更好地滿足軸承軸向游隙的要求。