滚动轴承安装预紧力的控制方法

罗玉福，罗 恺

1.大连海洋大学职业技术学院，辽宁大连 116300

2.沈阳市装备制造工程学校，辽宁沈阳 110026

在滚动轴承安装以后，使滚动体与套圈滚道处于适当的预压紧状态，称为滚动轴承的预紧。轴承预紧的目的是为了提高运转中的转动精度和支承刚度，减小振动和噪声，并且减轻由于惯性转矩等因素所引起的轴承滚动体相对于轴承内、外套滚道的相对滑动。角接触轴承及对旋转精度和刚度有较高要求的轴系通常都采用预紧方法。

预紧力是利用装配过程中施加的外力给予轴承适当的预紧负荷。预紧力过小会使轴承工作时存在间隙，导致支承刚度和旋转精度降低，引起振动和噪声。预紧力过大会增加滚动体与内、外套圈滚道的摩擦，运转时温度升高过快，降低传动效率，减少轴承寿命。只有施加合适的预紧力才可以消除轴向间隙，减小反向误差，提高轴系回转精度，降低振动及噪声。给予轴承适当的预紧力，即使轴承经过一定时间的运转后，轴承的相对位置略有变化，预先施加负荷仍然能使轴承内、外圈位置保持稳定，因此安装时预紧力的控制十分重要的。

常用的轴向预紧方法可通过调整衬套或垫片的尺寸，获得合适预紧量；也可通过对启动摩擦力矩的控制来获得合适的预紧力；还可使用预先调节固定预紧量的成对双联轴承来。经过施加轴向预载荷的轴承，在使用时其相对位置就会保持不变。轴承也可以用螺旋弹簧、定力矩扳手等施加合适预紧力。装配中预紧力的确定方法：

1）经验检测法

经验检测法是凭借技术工人的在实践中对力矩的感觉能力来判断轴承的预紧情况。在轴系装配过程中，对轴承施加预紧力，用手动的方法旋转主轴，或者将轴系放入低速传动测试系统中。通过双手所受的阻力矩大小来感知主轴转动的灵活性，双手所受到的阻力矩就是轴上轴承的预紧力矩，这种方法虽然比较粗糙，但使用简单，现已被大量有经验的装配工人采用，可作为产品装配精度的初级检测办法使用。但此法工作效率低，劳动强度大，不适合精度要求较高的场合，且不能确定轴上最大载荷。这种办法仅适合有经验的操作工人完成。

2）测旋转力矩法

用弹簧秤或简单测力仪，在装配中，将轴承与旋转轴固定好，并保证轴能够旋转，然后将弹簧秤或简单测力仪轴上。用弹簧秤沿轴切线方向施加拉力，内圈及轴共同旋转，当读数处于稳定状态时，即为最终测量结果，通过测量出来力的大小，再乘以切线到轴心距离值，即为主轴上轴承预紧力矩值。

配对使用的角接触球轴承均有摩擦力矩要求，在轴承的形式、内部参数和润滑方式等方面一定的情况下，轴承的摩擦力矩与轴向载荷有着一定的对应关系，所以确定预紧力可以参考轴承的摩擦力矩。因此，通过对承受预紧载荷的成对轴承的摩擦力矩进行计算，将计算结果与实际摩擦力矩值测定值进行对照，以判断轴承内部预紧力是否符合要求。

3）预先测预紧力法

在轴承安装之前，采用与实际安装相似的测试系统，对轴承进行预安装，将轴承安装在机构中，施加经过换算所需要的轴向预紧力F，测量轴承实际距离的d。测量数值即为轴承施加预紧力后，装配中实际所需要的尺寸数值，这里面包含了轴承实际距离和轴承施加预紧力后的游隙调整尺寸，按照d加工隔套长度。

在实际安装过程中，严格控制轴承内孔与轴的配合，必须使轴承内圈在轴颈处的配合即不松，又能灵活的沿轴向移动。要求内外圈装配时，在轴颈及轴承座孔处一般以双手大拇指刚能推入配合最为适当。然后通过调整套筒尺寸和外端轴承盖尺寸，保证实际装配尺寸d,如果有需要，在尺寸调整过程中，可以加入固定尺寸的调整垫片，以保证轴承预紧力的数值与预测值相接近。

4）轴承变形量的测量控制法

预先测量轴承摩擦力矩和轴向载荷的关系，将轴承放置在圆座体上，通过公式换算，可以通过重力或弹簧压力控制在轴承内圈上施加给定一个与预紧力大小相等的负荷，轴承受力后，内外圈之间出轴向现尺寸差△K1和△K2，用杠杆千分表进行数值测定。在装配轴承时，应对每个装配的传动轴轴承预紧力用专用千分表进行检验。如果施加的预紧载荷不足，可以加垫圈进行调整，使得轴承的游隙尺寸固定，从而保证预紧力在固定的范围内。

5）用定力矩扳手

为了消除轴承内外环间隙，依靠螺母进行轴向固定的轴承，可以通过螺母扭转轴向压紧轴承内环，到达轴承预紧的目标。这种办法是比较通用的办法，其构造简单，适用性强，这样预紧轴承的预紧力易于控制，缺陷是无定量数据。但是经过测量最终的装配轴向尺寸，加入适当的垫片，就可调整预紧力的大小。为了提高生产效率和装配精度，生产中通常借助定力矩扳手完成装配。定力矩扳手最主要特征就是：可以设定扭矩，并且扭矩可调。定力矩扳手既可初紧又可终紧，它的使用是先调节扭矩，再紧固螺栓。在轴承的装配过程中，可进行预装配，获得预紧力所需要的拧紧力矩，然后进行装配。

6）传感器法

在要求较高的装配过程中，我们可以借助传感器实现测控。现代传感器技术的飞速进步，使测量变得越来越简捷。在轴承的装配过程中可以选用转矩传感器。转矩传感器是将专用的测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上，并组成应变桥，向应变桥提供电流即可测得该弹性轴受扭的电信号，将该应变信号放大后，经转换，变成与扭应变成正比的频率信号。得到的信号经过相关仪器或计算机处理便可显示出转矩值。借鉴以前的安装方法,固定轴旋转轴承座进行测量。运用按有转矩传感器专用的机械夹具夹持，在驱动设备的驱动下使轴承座体跟随测量机共同旋转，可以测量出该夹具所受的反作用力矩值，即轴承预紧力矩值。常见的驱动电机即可以充当驱动设备提供动力。

本文讨论的提出研究轴承安装预紧力的控制方法，对轴承的安装有着实践意义。调整好的主轴可以通过试运转方法来检验，直到符合要求为止。

[1]田景亮.机床安装与精度检测[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2]王金伟，赵丹.预紧力对滚动轴承游隙的影响[J].咸阳：纺织器材，2007.

[3]王硕桂，夏源明.过盈配合量和预紧力对高速角接触球轴承刚度的影响[J].合肥：中国科技大学学报，2006.