特大型剖分式滚动轴承的结构及装配

朱永柱

中冶宝钢技术服务有限公司

特大型剖分式滚动轴承的结构及装配

朱永柱

中冶宝钢技术服务有限公司

内容提要：在钢铁行业宽厚板四辊轧机上，主传动轴大量采用了剖分式滚动轴承。相对于整体轴承其在受限位置更易于安装，能为主机设计提供更大的弹性空间，轴和其他相邻部件通常能被简化而不损失性能。在更换轴承时，与轴承相邻的设备都不需要移开，能够减少安装轴承的总体时间并降低工作要求，从而极大地减少主机停机时间，提高生产效率。本文主要对这种轴承的结构方式和装配进行归纳和总结。

剖分式；滚动轴承；结构及装配

1 、滚动轴承的分类

按照轴承的公称外径尺寸滚动轴承可以分为以下七类：

1)微型轴承----公称外径尺寸范围为26mm以下的轴承

2)小型轴承----公称外径尺寸范围为28-55mm的轴承

3)中小型轴承----公称外径尺寸范围为60-115mm的轴承

4)中大型轴承----公称外径尺寸范围为120-190mm的轴承

5)大型轴承----公称外径尺寸范围为200-430mm的轴承

6)特大型轴承----公称外径尺寸范围为440-2000mm的轴承

7)重大型轴承----公称外径尺寸范围为2000mm以上的轴承

本文以某特钢宽厚板直径900mm的四辊轧机主传动剖分轴承为例进行阐述，属于特大型轴承范畴。

2 、滚动轴承的装配方式

滚动轴承的工作原理是以滚动摩擦代替滑动摩擦，标准化、系列化程度高，通用性强。由于各种机械有着不同的工作条件，对滚动轴承在负荷能力、结构和使用性能等方面都提出了各种不同要求。为此，滚动轴承需有各式各样的结构。其中最基本的结构是由内圈、外圈、滚动体和保持架所组成。

滚动轴承在装配方式上可分为三大类：

第1类：内圈与轴紧密配合，并与轴一起运转，外圈与轴承座或机械壳体孔成过渡配合，起支承作用(如图1)。

第2类：在某些场合下，由外圈运转，内圈固定起支承作用。

第3类：内圈、外圈都同时运转的。

3 、剖分式滚动轴承的结构

滚动轴承一般由两个套圈，一组滚动体和一个保持架所组成。对于滚动轴承而言，套圈和滚动体的结构形式相对固定，下面着重介绍的是剖分轴承的保持架的结构形式。剖分式轴承的保持架为两半结构，装机后再组装连接，连接方式对保持架的尺寸空间有一定要求，不同的连接方式往往影响到轴承滚动体的尺寸及数量，进而影响轴承的使用性能。目前剖分式滚动轴承保持架在连接方式可分为U形弹性夹连接、C形弹性夹连接、弹性板连接和螺钉连接四大类：

3.1 U形弹性夹的连接

图1

图2 U形弹性夹结构示意图

图3 U形弹性夹连接安装图

U形弹性夹如图2所示，其采用弹性良好的钢材加工，宽度与保持架开槽宽度L' (图3)一致，可防止两保持架安装后错位，在两半保持架端面上增加销连接，可以实现保持架的精确定位并防止保持架安装后错位，安装前U形弹性夹张口宽度：s小于安装尺寸，为方便安装，在保持架安装i=i处加工一个倒角β，在保持架内径连接处加工一个倒角γ，使其可与保持架连接后形成自锁，U形弹性夹中间为圆弧，圆弧半径R与保持架中部和弹性夹连接处圆弧半径大小一致，U形弹性夹两个夹面夹角为2a，根据所需夹紧力大小调节a角，其夹紧面下部加工高为h的凸台，该凸台和保持架连接后，与保持架内径连接处的γ角形成自锁点，可有效防止轴承在运转过程中U形弹性夹脱落。

将两半保持架组装滚子后安装在内圈上对接，将2个U形弹性夹分别插入图四所示安装位置处，未安装时U形夹张口为s，安装后张口宽度为S`(S＜S`)，此时U形弹性夹的变形力既为两半保持架的连接力，可根据保持架连接力的大小设计S`与S的差值，使其连接牢固。

3.2 C形弹性夹连接

C形弹性夹结构如图4所示，C形弹性夹通过两侧唇部的孔与安装在两半保持架上的圆柱销进行配合，实现保持架的连接，如图5所示。

图4 C形弹性夹结构示意图

图5 C形弹性夹连接装配图

C形弹性夹两侧唇部边缘被冲击压成圆弧形，在安装时其唇部能够更容易的实现与圆柱销的配合，为了能够实现良好的连接效果，两半保持架与C形弹性夹配合处的内、外径面加工成平面，C形弹性夹与保持架内径连接处设计成开口式，可以时间弹性夹在轴向对保持架的夹紧，有效防止安装后两半保持架发生错位现象，为了增加弹性力，弹性夹开口处设计成λ1(图4)的夹角，弹性夹唇部与水平方向有λ2的夹角，安装后唇部发生弹性变形，从而与保持架内、外径表面紧密贴合。

在保持架安装时，c形弹性夹首先和其中一半保持架配合，然后推压另一半保持架使得圆柱销与c形弹性夹上对应的L连接，为了防止在安装过程中出现误操作，把弹性夹碰掉遗失或漏进主机中造成不必要的损失，有时也在弹性夹一次的唇部上增加一个螺钉安装孔(图5)，C形弹性夹与一般保持架在销连接的基础上用螺钉固定，使得弹性夹始终与一半保持架连接，进行滚动轴承维护或更换时，只需用螺丝刀撬开弹性夹唇部，即可使弹性夹与圆柱销脱离连接，从而拆卸掉保持架滚动体组件。

由C形弹性夹装配图可以看出，弹性夹基本上时环抱住保持架实现连接，为了防止c形弹性夹安装后与轴承套圈或主机发生干涉，要再保持架端面加工出与弹性夹宽度L相对应的凹槽，由于在保持架端面及其内，外径圆柱面加工出了安装C形弹性夹的凹槽，此连接方式会削弱保持架连接处的强度。

对于小型剖分滚子轴承保持架，C形弹性夹两侧唇部可各采用一个销孔，实现与圆柱销连接。

3.3 弹性板连接

弹性板分为上、下2部分，上片结构如图6和图7所示，下片为平板结构，弹性板上片有上、下2个唇，上唇与水平面夹角为θ1，下唇与垂直面夹角为θ2，上下唇原始夹角θ＜90°。弹性板上片固定端铆钉孔用于和其中一半保持架固定。弹性板宽度L1应稍小于保持架兜孔长度，下唇宽度约为0.25L1，下唇长度H2约为保持架径向厚度的一半。弹性板下片与弹性板上片固定端对应位置有铆钉L，用于铆合弹性板上、下片。

图6 弹性板上片三维立体视图

图7 弹性板上片结构示意图

弹性板上、下片通过铆钉固定于一半保持架端部(图8)，上、下片弹性板边缘均冲压成圆弧状，在装配另一半保持架时，能够引导弹性板与圆柱销配合，两半保持架与弹性板配合的表面均加工成平面，当弹性板上片与保持架配合后，上、下唇夹角θ’大于原始夹角θ，此时上下唇发生弹性变形，能防止上唇部松动造成与圆柱销脱扣的现象。

图8 弹性板连接装备图

半保持架的销孔为通孔，圆柱销长度略大于保持架径向厚度与弹性板板厚之和，与保持架通孔成过度配合，弹性板下片可以防止圆柱销下沉，在拆卸保持架滚动体组件时，可以使用螺丝刀撬开弹性板上唇，也可以利用工具按压圆柱销，弹性板下片产生弹性变形，圆柱销下沉与弹性板上片上唇部脱扣，此外，采用此类型连接的保持架的材料一般为黄铜，材料较软，通过弹性板上、下片铆合固定可以消除轴承运转过程中的铆合松动。

3.4 螺钉连接

3.4.1 方式一：此方式的保持架连接装配如图9所示，在一般保持架侧梁端部钻有通孔，与之相对的另一半保持架侧梁端部钻有螺纹孔，通过螺钉实现保持架的连接，轴承运转过程中，连接螺钉主要承受拉伸力，如果两半保持架连接不当，连接螺纹在工作压力与离心力的作用下会出现螺纹滑牙返松现象，使保持架实际工作直径变大，滚动体压磨外圈并产生振动，加剧轴承轴承损坏，选用此连接方式，通常要在连接处涂抹螺纹紧固胶以避免铜螺纹滑牙返松。

图9 螺钉连接装配图(方式一)

3.4.2 方式二：此方式保持架连接装备如图10所示，两半保持架通过螺钉紧固连接片实现连接，螺钉主要承受剪切力，能够避免螺纹滑牙，为增加螺钉连接的强度，通常与两半保持架端面的销连接组合使用(图11)螺钉连接片可采用45#钢制造。

图10 螺钉连接装配图(方式二)

U形弹性夹连接利用弹性夹弹性力实现保持架的紧固连接，是小型，加工空间不足的剖分轴承保持架连接的首先方案。

C形弹性夹和弹性板连接利用弹性元件弹性形变后的弹性力实现保持架的紧固，通过弹性元件与圆柱销配合实现连接，这就要求保持架要有足够的配合空间，因此常用于大型剖分轴承保持架的连接。

2种螺钉连接方式均利用螺纹实现紧固与连接，不同之处在于方式一种的螺钉承受拉伸应力，而方式二中的螺钉承受的是剪切应力，这2种螺钉连接方式相比前3种连接方式的紧固性能更优越，多用于特大型剖分轴承保持架的连接。

该特钢四辊轧机主传动剖分滚动轴承的连接方式为第一种螺钉连接方式，如图11，且为了利于拆装，连接架分为三个，2、3号连接架由活动固定架连接在1号连接架上。拆装由2、3号连接架端部的螺钉紧固来实现。

3 、轴承的装配方法

该特钢公司厚板厂粗、精轧机主传动轴使用的剖分式滚动轴承，直径为900mm，属于特大型轴承。粗、精轧机附属设备众多，管道密布，在检修和安装时作业空间有限(如图12)，如果使用整体式轴承工作难度将大大增加。整体轴承的装配需要较大的装配空间和较长的装配时间，主要可以分为两大类。

3.1 温差法

在温差法装配中冷却法要比加热法简单些，一般我们用液氮，优点是温差大，线形膨胀量大，干净。比如轴承装到孔中，直接把轴承泡在液氮里就行了。加热法比较麻烦。为了加热均匀，一般需要把零件(轴承)放到液体里煮。如果是煮轴承，要求就比较高了。比如，加热介质要干净，温度要控制好等等。

温差法最大的缺点是，零件的体积受限制。比如车床主轴装配，需要同时安装主轴和轴上的齿轮等零件，温差法根本无法达到。

图11 主传动剖分滚动轴承连接架

图12

3.2 压入法

压入法应用最广泛。一把榔头，一根铜棒就能搞定，但是操作上还是有不少区别和注意事项的。装轴承时尽量采用非冲击的方式，如压力机；榔头敲击的方式，对零件和轴承都是保护不利的。小规格小过盈的轴承，用手动丝杠式压力机甚至台钳即可。大尺寸的轴承，一般要用液压设备才可以。

安装轴承，开始的时候，要随时注意轴承是否倾斜，需要及时调整受力位置，防止损坏安装孔或者轴。整体轴承不论何种装配方式，都需要由一端套入，再挪移到装配位置。

结束语

随着工业的不断发展和进步，此类宽厚板四辊轧机主传动滚动轴承的特大型轴承和重大型轴承运用的越来越多，然而在拆装过程中剖分式滚动轴承的优点显现出来，得到众多用户的一致认同。

[1]张光宇、张慧、盖如有：一种单元化重载剖分轴承

[2]王黎峰：转炉用剖分轴承的研制

[3]钟昌彬：剖分式圆柱轴承损伤因素分析与控制