一种圆锥滚子轴承游隙控制方法

李计星 査振元 曾 政 刘国刚

一种圆锥滚子轴承游隙控制方法

李计星 査振元 曾 政 刘国刚

（机科发展科技股份有限公司，北京 100000）

影响轴承安装精度的因素较多，但轴承的游隙对轴承的使用寿命起到关键作用。目前大多数轴承都有相应的游隙调整方法，不过由于圆锥滚子轴承特殊的结构，使得其游隙控制和调整有更多的方法，本文基于实践应用提出了一种新的圆锥滚子轴承游隙控制方法。

圆锥滚子轴承 游隙 间隙 轴承

1 圆锥滚子轴承的特点

轴承是现代机器设备中被广泛应用的部件之一，它依靠主要元件间的滚动接触来支撑转动零件，从而降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度[1]。因此，凡是有机器转动的地方就需要用到轴承，轴承的应用范围非常广泛，主要有以下几点：第一，冶炼厂、矿山、钢铁厂轧压机械设备；第二，发电厂、燃机、电机厂动力设备；第三，印刷、包装机械、食品机械设备用的特殊轴承和外球面轴承；第四，塑料、化纤机械、薄膜拉伸设备用的特殊轴承和高温轴承；第五，玩具、钟表、电子、音像等设备精细轴承；第六，纺织、洗染，制鞋、烟草机械设备；第七，啤酒、饮料设备、医药设备；第八，破碎、陶瓷机械、精细化工机械[2]。

根据不同的属性，轴承可以分为很多种，本文着重介绍圆锥滚子轴承中的单列圆锥滚子轴承。

圆锥滚子轴承主要承受以径向为主的径、轴向联合载荷，轴承承载能力取决于外圈的滚道角度，角度越大承载能力越大。该类轴承属分离型轴承，根据轴承中滚动体的列数分为单列、双列和四列圆锥滚子轴承。其中单列圆锥滚子轴承可以承受径向负荷和单一方向轴向负荷。当轴承承受径向负荷时，将会产生一个轴向分力，所以需要另一个可承受反方向轴向力的轴承来加以平衡，因此单列圆锥滚子轴承一般是成对配置，并且单列圆锥滚子轴承游隙需用户在安装时调整；而双列和四列圆锥滚子轴承游隙已在产品出厂时依据用户要求给定，不须用户调整。

2 圆锥滚子轴承游隙的特点

滚动轴承的游隙是指在无载荷的情况下，轴承内外环间所能移动的最大距离，作径向移动时称为径向游隙，作轴向移动时称为轴向游隙[3]。其中轴承的径向游隙又分为原始游隙、安装游隙和工作游隙。原始游隙是轴承安装前自由状态时的游隙，其由制造厂加工、装配所确定。安装游隙是轴承与轴及轴承座安装完毕而尚未工作时的游隙。由于过盈安装，或使内圈增大，或使外圈缩小，或二者兼而有之，均使安装游隙比原始游隙小。工作游隙是指轴承在工作状态时的游隙，工作时内圈温升最大，热膨胀最大，使轴承游隙减小；同时，由于负荷的作用，滚动体与滚道接触处产生弹性变形，使轴承游隙增大；因此，轴承工作游隙比安装游隙大还是小，最终取决于这两种因素的综合作用。通常，轴承的原始径向游隙大于轴承工作时的游隙。

通常轴承的径向游隙对轴承的寿命、温升、噪声等都有很大影响，加上单列圆锥滚子轴承特殊的结构，使得圆锥滚子轴承即承受较大的径向力，又承受轴向力，同时承受较大的冲击，并且这类轴承只有轴向游隙可以调整。轴向游隙的大小，对轴承能否良好的工作影响很大，过小时易引起轴承发热，润滑油变稀，产生粘着磨损，加速点蚀和磨料磨损，甚至胶合磨损；过大则轴承运动副的冲击力增大，刚度降低，运动零件容易磨损，加速点蚀和磨料磨损[4]。

3 新的圆锥滚子轴承控制方法

由前文可知，轴承游隙的大小对于机械设备的稳定运行起着至关重要的作用，因此关于轴承游隙调整的方法有很多，其中关于轴向游隙调整的主要有：调整垫片法、调整螺栓法、轴承预紧法等[3]。这些调整方法都是在轴承安装完以后根据轴承游隙的测量结果再进行反复的调整以达到合适的游隙，这样先安装后调整的方法有以下几种不足之处。一是安装后反复调整不仅浪费时间，严重影响效率而且容易影响装配零部件间的相互关系，可能造成零部件间实际装配的配合关系与设计配合关系不相符的现象。二是这种先安装后调整的模式和智能制造相悖，不能很好地实现自动化，同样也不具备柔性。三是先安装后调整往往需要把正在装配的零部件进行转运或者停留在固定工位以实现调整。

根据上面所提到的一些轴承游隙调整方法和对其的一些分析，本文提出一种新的圆锥滚子轴承控制方法，它能在轴承安装的同时就实现游隙的控制。

新的圆锥滚子游隙控制原理：根据物体的热胀冷缩原理可知，物体在一般状态下，受热后会膨胀，在受冷（包括加热后空冷）的状态下会缩小；而且一般情况下物体的膨胀程度和温度有确定的关系：ΔL=L0×a×(t-t0)；其中L0为t0时长度，a为材料线性膨胀系数。所以通过计算可知，如果要使物体膨胀指定长度，就能得到相应的温度值。

同样轴承受热膨胀也会产生轴向移动，所以可以利用热胀冷缩原理来控制圆锥滚子轴承的游隙，具体过程如下：①根据轴承的工况选择合适的游隙；②计算轴承通过热胀产生与游隙相当的位移量所需要的温度；③根据计算出来的温度对轴承进行加热，此温度不能超过轴承热处理温度，加热过程不能破坏轴承内圈的结构等；④对轴承进行热装，并保证冷却过程中和冷却后轴承内圈的位移不发生变化，只有热胀的变形量；⑤热装完成后，轴承内圈冷缩的变形量就是圆锥滚子轴承既定工况所需要的游隙。

现就某机车关键部位圆锥滚子轴承游隙控制为例，介绍如下：第一，先在轴上一端安装轴承内圈（已完成前期安装工作，这里不再赘述）；第二，在抱轴箱上进行轴承外圈安装；第三，把已经安装了轴承外圈的抱轴箱和已经装配轴承内圈的轴进行组装；第四，对另一端轴承内圈进行热装；第五，保证轴承内圈在冷却过程中不发生轴向位移；第六，完成上述安装后，再进行检查，确认无误后进行后续组装工作，具体过程如图1所示。

图1　轴承游隙控制过程

上面依据工厂现实案例论证了方法的可行性，根据对圆锥滚子轴承游隙的控制过程进行分析可知，按照既定的程序，可以实现圆锥滚子轴承安装的自动化，而且整个装配过程和检查过程也可以实现在线装配和检测，因此能有效提高生产效率，更能减少人工操作带来的一些问题从而保证产品质量和产品的一致性。

为了更加清楚地了解整个装配过程中轴承的各个状态，下面对轴承整个装配过程中的状态进行分析，过程如下：①确定轴承内圈的初始状态；②确定轴承内圈加热后的状态；③对比轴承内圈加热前后的状态；④轴承内圈热装时的状态；⑤轴承冷却后的状态；⑥轴承工作时的状态。

图2　轴承游隙控制详解

通过对轴承游隙控制和轴承整个装配过程中的轴承状态进行分析，可以得出轴承完全冷却后产生的间隙（如图2-f中的径向游隙）如果和轴承既定工况所需要的游隙相吻合，那么可以确定这个游隙就是机械设备稳定运行所需要的游隙。

4 结语

综上所述，可以得出以下结论：本文提出的圆锥滚子轴承游隙控制方法是基于热胀冷缩原理，能够安全有效的控制圆锥滚子轴承游隙，不过其也有不足之处，对轴承加热的温度不能超过轴承的热处理临界温度，而且加热过程不能破坏轴承内圈的结构，这使得其有一定的局限性。

[1]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]田恩良.轴承间隙调整[J].机械与电子，2008，（25）.

[3]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2009.

[4]庄殿霞.圆锥滚子轴承间隙调整[J].山东农机化，1994，（4）：19.

A Tapered Roller Bearing Clearance Control Method

LI Jixing, CHA Zhenyuan, ZENG Zheng, LIU Guogang
(Machinery Technology Development Co.,Ltd.,Beijing 100000)

There are many factors influencing the installation of precision bearings, but the service life of the bearing clearance of the bearing plays a key role. Currently has the most bearing clearance adjustment method of corresponding, but because of the special structure of tapered roller bearings, making the clearance adjustment and control more. Based on the practical application proposes a new tapered roller bearing clearance control methods.

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