关于角接触球轴承锁球高度的探讨

2014-03-16张新玲李旦豪

哈尔滨轴承 2014年2期

张新玲，李旦豪

（1.哈尔滨轴承集团公司经营发展部，黑龙江哈尔滨 150036；2.哈尔滨轴承集团公司技术中心，黑龙江哈尔滨150036）

1 前言

角接触球轴承由于没有填球角的限制，所以比同规格的没有装球缺口的深沟球可以装入更多的球，以致即使角接触球轴承虽然带有接触角，但仍然基本上比同规格的深沟球轴承的额定动、静载荷要高。由于较深沟球轴承装入了多的钢球，因此，在结构上就有了区别——锁球高度及斜坡。常见的角接触球轴承接触角为：15°、25°、30°、40°、60°，不同的接触角对应不同的锁紧量，在接触角不超过30°时，结构基本不变，只是在60°时结构才略有变化。在一般的设计中，锁紧量一直都能满足要求，但在接触角为30°或轴承尺寸较大时，会出现按设计方法计算的锁球高度偏大，装球困难，经常出现卡伤钢球、破坏锁点、导致磕伤沟道的现象。本文试图对锁球高度的取值范围进行分析。

2 现行锁球高度的计算

图1 角接触球轴承典型结构形式

2.1 锁球高度的计算公式

常见的角接触球轴承结构如下图1 所示。角接触球轴承的装配原理是利用热胀冷缩，在装配时采用外圈加热、滚动体和内圈保持室温或者外圈加热、内圈冷冻、滚动体保持室温，让外圈、内圈和滚动体形成温差，从而增大尺寸差而装入钢球。角接触球轴承的锁球高度计算公式如下：

式中：t——锁球高度，

D1——外圈沟道直径，

RN——内沟曲率半径，

RW——外沟曲率半径，

Dw——滚动体直径，

α——接触角最大值，

ΔT——装配温差，一般取90℃，

αt——热变系数，一般为 mm/℃，

x——锁紧量修正量，不同制造厂可能有所差异。

从式中可以看出，该式分为三个部分之和：（1）套圈热形变部分：0.00053×D1；（2）游隙热形变部分：2×（RN+RW-Dw）×（1-cos(α)）/（1+ΔT×αt）；（3）修正量：x。

3 锁球高度分析

深沟球轴承以挡边达到“锁球”的目的，而角接触球轴承则以挡边和锁点来实现锁球，实际上就是利用保持架将滚动体均匀的间隔开，从而在圆周方向上，只要需要较低的锁球高度就可以达到“锁球”的目的。锁球高度实际上就是在某一温度下保证轴承不散套的外圈沟底与锁点的差值t，如图1.该值取值太大，轴承装配困难；太小，则有散套的可能，影响生产效率。根据多年来的生产发现：对于15°、25°这样的小接触角轴承，上述公式(1)在大部分实践中是适用的；在较大的轴承中则出现锁紧量太大；在30°、40°这样的大接触角中则就更明显地显示出锁紧量太大，经常出现由于锁紧量太大，外圈加热到允许的最高温度仍然难以装配，甚至出现锁点破坏、滚动体磕伤、滚道划伤等等缺陷，使滚动体与滚道之间严重摩擦磨损，轴承温度急剧上升，振动噪声加大，降低了轴承的使用寿命。针对上述现象进行了分析，原因如下。

表1 7224不同接触角时热变形量、游隙与最小锁紧量表/mm

表2 7215不同接触角时热变形量、游隙与最小锁紧量表/mm

以7224、7215、7206（不同接触角）轴承为例，外套圈热变形量、径向游隙、按公式求得锁紧量如表1～表3 所示，均假定其结构形式为外圈带斜坡的。

表3 7206不同接触角时热变形量、游隙与最小锁紧量表/mm

从表1～表3中可以看出同样外形尺寸的角接触球轴承在不同接触角时具有以下特点：

（1）其外套圈热处理变形量不大，可以忽略不计;

(2)游隙变化范围较大，基本上为1:2.7:3.9:6.9:14.7，此结果为公式(1)第二部分内容。

（3）锁球高度随接触角变化而变化，且变化较为剧烈。

根据实际生产经验，我们知道：在接触角相同时，7224系列的难装配，7206的容易装配，7215的居两者之间；在尺寸相同时，随接触角的增大，装配困难增加。通过数据，我们可以看出，比较难装配的和容易装配的有着比较直接的关系：难易程度和锁球高度与外套圈热变形量之间的差异的大小成反关系，或者说最关键的是径向游隙与外套圈热变形量的比值成反关系。比较浅显的解释就是，在小接触角或小尺寸时，外套圈热变形量与游隙差值不大，而大接触角或大尺寸时，外套圈热变形量与游隙差值增大，致使钢球通过的难易程度不同，因此，装配难易程度增加。

通过公式和实际生产我们还可以看出，在理论上无论怎么放置，总是要保证钢球都要在锁点内，这样能够保证所有的情况下轴承不散套，但是，通过实际经验我们知道，这个理论对小接触角和小尺寸轴承适用，而对大接触角和大尺寸轴承不适用。因为在小接触角和小尺寸情况下，钢球与锁点的干涉相对小，足以在一定的范围内锁住球，而在大接触角和大尺寸情况下，钢球与锁点的干涉加大了，从而可以实现在“锁量最大处”（装球时先装部分、竖起时最低端）的对应端非对称位置、以致在直径处实现锁球，所以，在大接触角和大尺寸角接触球轴承中，真正的装配锁点不在“锁量最大处”，而在与其对应的另一半的圆环内。因此，在设计时，可以考虑适当的减小第二部分，可以根据接触角与尺寸的大小乘以适当的系数，而在超过一定范围时，可不考虑公式第三部分，从而实现“安全锁球”。根据经验，对一般尺寸的中大型40°角接触球轴承，原游隙部分系数可以选为0.6～0.8，而在更大尺寸的40°角接触球轴承，原游隙部分系数可适当减小。