浅析配对单列圆锥滚子轴承的应用

孟高强

（广东明阳风电产业集团有限公司风能研究院，广东中山528437）

浅析配对单列圆锥滚子轴承的应用

孟高强

（广东明阳风电产业集团有限公司风能研究院，广东中山528437）

简述了圆锥滚子轴承的自身特点，分析了配对单列圆锥滚子轴承的常用布置结构，详述了不同布置配对单列圆锥滚子轴承游隙的控制与调整方法，总结了圆锥滚子轴承游隙的形成机理。结合实践应用和原理，能较好的指导车间工人正确操作应用，以及给同行设计者以借鉴。

配对单列圆锥滚子轴承；游隙调整；形成机理

在齿轮传动机械结构中，配对单列圆锥滚子轴承的应用已越加普通，因其既能承受径向载荷，又能承受轴向载荷，多种轴承支承结构中都能应用到它，设计师们也探索出多种圆锥滚子轴承的支承形式。为便于装配及调整所需，单列圆锥滚子轴承通常是分离型的，即轴承的内外圈可以单独装配，这往往要求装配时要进行轴承内部游隙的调整，且锥轴承对于游隙的要求是相当苛刻的，其游隙的调整是否适当，直接关系到轴承最终运行的性能及使用寿命。本文针对圆锥滚子轴承自身特点、常用布置结构形式、轴承游隙要求和测量方法以及游隙的形成机理等方面进行研究，进而加深大家对单对圆锥滚子配对使用的认识，指导车间工人更好的实践应用。

1圆锥滚子轴承的自身特点

圆锥滚子轴承有圆锥形内圈和外圈滚道、圆锥滚子排列在两者之间。所有圆锥表面的投影线都在轴承轴线的同一点相聚，这种设计使圆锥滚子轴承特别适合承受复合（径向和轴向）负荷。轴承的轴向负荷能力大部分是由接触角α决定的，α角度越大，轴向负荷能力就越高，角度大小用计算系数e来表示，e值越大，接触角度越大，轴承承受轴向负荷的适用性就越大。

双列圆锥滚子轴承的外圆（或内圆）是一个整体，一般在出厂前游隙已按要求设定，无须用户调整。而单列圆锥滚子轴承由于其分离型特点，内外圈分开安装，加之要配对使用，其轴承游隙需用户安装时调整。

2配对单列圆锥滚子轴承的常用布置结构

配对单列圆锥滚子轴承单独支承，一般采用背对背即“O”形支承，如图1所示，因其载荷作用范围较大，支承稳定性好。配对单列圆锥滚子轴承作为固定端，与圆柱滚子轴承配合使用，其配对布置以面对面支承，即“X”型支承，如图2所示。单列圆锥滚子轴承分布在轴或齿轮两端支承，为保证载荷平衡，向轴中线集中，采用面对面单独支承，如图3所示。

图1 “O”形支承

图2 “X”型支承

图3 面对面单独支承

3配对单列圆锥滚子轴承的游隙要求

轴承一般依据所使用的工况来决定其工作游隙，对于普通的传动结构，用户可依据轴承型录来查询游隙要求，但由于使用性能较高，工况较复杂的结构，如风力发电增速箱等，由轴承供应厂家应用工程师根据计算制定轴承配对的游隙数值及装配调整技术要求，并指导用户完成安装。

以增速箱为例，配对单列圆锥滚子轴承所在的增速箱结构中，低速级转速较低，载荷较大，为提高承载力，轴承游隙控制在较小范围；高速级因其转速较高，发热量大，油量要求充分，游隙控制在较大值；但精确数值要依据轴承温升因素引起的胀膨量、内外圈过盈量及运行游隙要求等综合考虑给定最终数值。

4配对单列圆锥滚子轴承的游隙测量方法

如图4所示，以背对背结构的配对轴承按工厂实践，通常以调整内隔圈来控制游隙，因而内隔圈的实际配磨值A=H1+H2+C1+ΔS

图4 背对背配对轴承测量值示意图

图4中，H1、H2分别为轴承1、2的内外圈平放时的落差值；C1为外隔圈基本值；ΔS为工作游隙要求值。

以此种方法配磨由于要测量多个数值，且每个数值要求测量圆周上的多点，最后求平均值，如此下来工作量较大，生产效率较低；在样机试制阶段可以采用，但不利于批量化生产。

以生产工厂经验，如图5所示，采取如下批量测量方法：

图5 配对轴承实际测量方式示意图

具体方法为：

（1）将一圆锥滚子轴承1平放在经测平后的平板上，小端面向上，将加工好的外隔圈放于轴承1外圈上；

（2）将另一圆锥滚子轴承2放于其上，小端面向下；

（3）将重量约100 kg压块（如图，压块为环形状，中空，便于测量尺进入测量）置于轴承2内圈上，开始转动两轴承外圈10~20周，保证两轴承内外圈与圆锥滚子紧密贴合；

（4）圆周均布位置处测量A1值4~6次，求平均值；则待加工的内隔圈的配磨量为A=A1+ΔS（ΔS为工作游隙要求值），公差控制为±0.025 mm；

对于单列圆锥滚子轴承分开布置配合使用的情况，调整间隙前需将两轴承装于构件上，通过测量处于外侧的轴承外圈端面至安装孔端面的距离来求得配磨值。如图6，方法如下：首先要用压板圆周方向多点均布压紧轴承外圈，保证圆锥滚子与内外圈充分贴合；其次，周向测量距离A2，多点测量得均值，隔圈配磨值A=A2+ΔS（±0.025mm）.

图6 分开布置轴承测量示意图

5圆锥滚子轴承游隙的形成机理

工作游隙计算公式：

式中，ΔS为运行时正常温热轴承的径向工作游隙（μm）；Sr为内部径向游隙（μm）；ΔSp为由于配合引起的径向游隙的减小量；ΔSp为由于温升引起的径向游隙的减小量（μm）。

由于配合引起的径向游隙的减小量ΔSp：径向游隙的减少量是由于安装时内圈的膨胀和外圈的收缩产生的。

式中，Δd为内圈的膨胀量（μm）；ΔD为外圈的膨胀量（μm）；d为内圈内径（mm）；

U（μm）为具有紧配合件的理论过盈量（理论过盈量是指过盈配合时，每个配合面的最大实体偏差减去其公差带的1/3后，所得到的这两个尺寸偏差的差值。其中考虑了装配时接触面间互相挤平的数值）。

F为内圈滚道直径（mm）；E为外圈滚道直径（mm）；D为外圈外径（mm）；

由于温度引起的径向游隙的减小量ΔST：由于内外圈温差较大，径向游隙变化会相当大。

α（1/K）为钢的热膨胀系数：

dM为轴承平均直径（d+D）/2（mm）；

υ'IR（℃，K）为内圈温度；υ'AR（℃，K）为外圈温度（经常在内外圈上有温差：5 K到10 K）。

轴向游隙：内部轴向游隙ΔSa在无载荷状况下，一个轴承套圈在轴承的轴向方向从一个极限位置移动至另一个极限位置的位置，如图7所示。

图7 轴承轴向游隙示意图

对不同类型的轴承，内部径向游隙ΔSr和内部轴向游隙ΔSa互相关联。表1给出某些轴承类型两者的关联性。

表1 轴承游隙关联值

6结束语

配对圆锥滚子轴承的应用，特别是其游隙的控制与调整需要考虑多方面因素，如温升、配合、转速等，不同的轴承厂家都有自已计算和控制的方法。本文是笔者通过工作中积累及实际车间操作过程中得到的一些实践，对配对圆锥滚子轴承的应用作了归纳总结，希望对大家有一些借鉴和帮助。

[1]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002.

The App lication ofMatching Single Row Tapered Roller Bearing is Analyzed

MENG Gao-qiang
（Guangdong MingYang Wind Power Industry Group Co.，Ltd.，Wind Energy Research Institute，Zhongshan Guangdong 528437，China）

This paper briefly describes the characteristics of tapered roller bearings，analyses thematching of single row circular cone roller bearings commonly used layout structure，details the different layoutmatching single row tapered roller bearing clearance control and adjustment method，summarizes the formation mechanism of the tapered roller bearing clearance.Combined with the practical application and principles，can give the peer designers to learn，can better guide the correct operation of the workshop workers application.

pairs of single row tapered roller bearing clearance adjustment；formation mechanism;

TH 133.3

B

1672-545X（2016）12-0176-03

2016-09-18

孟高强（1984-），男，河南上蔡人，本科，工程师，主要从事齿轮箱开发、技术等工作。