不同接触角轴承组配的预紧技术

杨兵华,张振强，权超健，张浩洋，王秉楠

(1.中国航发湖南动力机械研究所,湖南 株洲 412002;2.洛阳轴研科技股份有限公司，河南 洛阳 471039)

通常情况下，组配角接触球轴承的接触角相同，文献[1-4]介绍了其预紧力所允许的外加轴向载荷，超出额定要求的轴向载荷时部分轴承将出现卸载，造成球打滑，并引起轴承早期失效。为避免出现卸载现象(即提高卸载力)，可以增加轴承组的预载荷或采用不同接触角的轴承进行组配。

为满足轴承承载力和刚度要求，角接触球轴承在使用过程中可以采用多种组配方式,而为使组配后轴承的各项性能在特定使用工况下得到最大发挥，选取合适的预紧力极为关键。正确的预紧力不仅可以增加刚度，还可以降低噪声、提高轴的导向精度、延长轴承使用寿命、提高旋转精度，并且能防止在快速启/停的高速应用、超轻载或空载荷情况下发生打滑等现象。

1 组配方式

不同接触角的轴承与相同接触角的轴承具有一样的组配方式，根据组配轴承的数量，其组配方式可分为双联、三联以及四联等；根据组配轴承的方向又可进行不同的分类。不同接触角轴承的组配形式主要有DB,TBT,QBC和DBT型，组配形式如图1所示，轴承A，B的接触角分别为αA=25°，αB=15°。

图1 不同接触角轴承的组配方式

2 预紧方式

角接触球轴承在使用过程中通常采用轴向预紧，其预紧方式有定位预紧和定压预紧2种，如图2所示。

图2 预紧方式

定位预紧是通过组配轴承本身或预选定的内外圈隔套使组配轴承的间距保持不变，从而使轴承获得合适的预紧，由于受轴承工作状态及外部环境的影响，轴承座尺寸及轴承部件也会产生相应变化，进而影响到轴承的预紧状态。采用该预紧方式有利于提高轴承的刚性，但要注意预载荷的变化对轴承性能的影响。

定压预紧是利用螺旋弹簧、蝶形弹簧等弹性元件，使轴承在支承部位得到合适的预紧。采用定压预紧，轴承在正常工况下的运动不会影响预载荷，但轴承刚度等级较低，故适用于高速旋转的场合，但不适用于需要高刚度、承载方向改变或者可能出现不确定冲击载荷的轴承应用中。

3 外载荷对预紧轴承组轴向位移的影响

对于定位预紧的组配轴承，其所受预紧力更容易受到外载荷的影响。承受纯轴向载荷Fa的角接触球轴承，球所受最大载荷为

(1)

式中：Z为球数;α为接触角。

根据Hertz接触理论，纯轴向载荷作用下角接触球轴承的轴向位移为[5-8]

(2)

式中：Dw为球径。

将(1)式代入(2)式得

(3)

(4)

3.1 DB型

不同接触角轴承DB组配后的预载及受载位移如图3所示，在预紧力F0作用下，轴承A和轴承B的内圈端面将贴合在一起，其轴向位移分别为

(5)

(6)

图3 DB型预紧及受载位移图

(7)

图4 外载荷对预紧轴承组轴向位移的影响

联立(5)～(7)式得FaA=5.90F0。故对于图3所示轴承组，其外载荷FaA最大应不超过预紧力F0的5.9倍，否则将使轴承A发生卸载现象，导致该轴承过早失效。

(8)

联立(5)，(6)，(8)式可得FaB=1.73F0，故对于图3所示轴承组，其外载荷FaB最大不超过预紧力F0的1.73倍，否则将使轴承B发生卸载现象，导致该轴承过早失效。

3.2 TBT型

三联TBT组配型轴承如图5所示，其外载荷对预紧轴承组轴向位移的影响同样可用图4表示，由于轴承AA端为2套轴承串联，故在外载荷FaA作用下，AA端每套轴承所受的预紧力和轴向力分别为F0/2和FaA/2，轴承B所受预紧力仍为F0，即

(9)

联立(6)，(7)，(9)式可得FaA=9.85F0。

图5 TBT型轴承预紧及受载位移图

在外载荷FaB情况下，AA端每套轴承所受的预紧力为F0/2，轴承B所受预紧力和轴向力为F0和FaB，联立(6)，(8)，(9)式可得FaB=1.45F0。

3.3 QBC及DBT型

对于图1所示的四联组配轴承，其外载荷和最小预紧力的关系也可按上述方法求解，经计算，QBC型组配轴承为FaA=5.90F0，FaB=1.73F0；DBT型组配轴承为FaA=13.66F0，FaB=1.33F0。

4 卸载力对比

由上述计算可知，对于图1所示的4种组配方式，不同方向所能承受的最大外载荷(卸载力)不同。不同接触角轴承组配与相同接触角轴承组配的卸载力见表1。

表1 卸载力

从表1中可以看出，与采用相同接触角轴承组配相比，采用不同接触角轴承组配可以使B端轴承在不出现卸载条件下，提高主承载端(A端)轴承承载能力。

5 结论

1)角接触球轴承不仅可以采用相同接触角的轴承进行组配，同样可以采用具有不同接触角的轴承组配，且组配方式多种多样。

2)与采用具有相同接触角的组配轴承相比，在相同的预紧力及组配方式下，采用不同接触角轴承进行组配可以使主承载端承载能力增强。

3)采用具有不同接触角的轴承进行组配时，轴承组非主承载端承载能力相对较低，在使用过程中要注意方向性。