双列圆锥滚子轴承滚道角度对运转过程发热的影响

康延辉，王典仁，李云峰

（1.洛阳LYC轴承有限公司，河南 洛阳 471039；2.航空精密轴承国家重点实验室，河南 洛阳 471039）

1 概述

双列圆锥滚子轴承不仅可以承受较大的径向载荷，而且可以承受轴向载荷，必要时还可以承受较大的力矩载荷。另外其刚性强，在两个方向都能轴向固定，装配后具有一定的轴向游隙，可施加一定的预负荷，广泛应用于齿轮箱、起重设备、轧钢机、矿山机械、铁路货车等领域。特别是对于铁路货车用双列圆锥滚子轴承，由于其载荷大、转速高，且在转弯时形成一定的倾覆力矩作用，因此，轴承加工精度的好坏对于铁路运行安全来说至关重要。

轴承加工精度对于滚动轴承运行过程中的平稳性、振动、发热等都有影响。而对于铁路货车运行来说，发热是致命的，发热让轴承处于高温工作状态之下，容易使滚动轴承内部润滑油膜破坏，轻则造成轴承磨损、早期失效，重则造成轴承卡死，引起断轴等行车事故。因此，很有必要对引发轴承发热的加工精度方面进行研究，进而进行工艺改进，从根源上控制轴承产生发热。

由于轴承发热引发的事故不可控，因此不能为了研究发热影响因素而去故意使轴承发热。本文拟采用倒推，即收集发热轴承检测其尺寸精度，进而发现其规律，找到引发轴承发热的影响因素，减少或杜绝双列圆锥滚子轴承发热的产生。

2 发热轴承检测数据收集

针对用户退回的 5 套双列圆锥滚子发热轴承进行了尺寸项目检测。检测内容包括：内、外套圈、滚子尺寸精度项的全部内容；对内、外套圈滚道凸度、凸度形式、滚子凸度、滚子圆度、滚子球基面曲率等在圆度仪及轮廓仪上进行了检验。并与产品要求进行对比，找到超差项目（其中把外圈按字上、字下，内圈按 A 面、B 面进行标记，实现内、外圈的配合对应），超差项目及结果见表 1、表 2。

表1 轴承内、外套圈尺寸精度超差结果表

表2 滚子尺寸精度超差项目结果表

结合检测结果，得出发热轴承内、外圈及相应滚动体尺寸分布规律，参见表 3。

表3 内圈、外圈、滚子尺寸分布规律

3 双列圆锥滚子轴承发热原因分析

通过检测数据及从双列圆锥滚子轴承在使用过程中的受力方面进行研判分析，考虑影响发热的因素主要为轴承滚道角度与滚子角度方面。在双列圆锥滚子使用过程中，轴承受力后其外圈受力位置为靠近宽度中间位置。理想状态为轴承受力后滚子与内、外滚道在滚道的中间部位接触，但是如果内、外滚道角度偏差控制不当，易造成滚子与内、外滚道的接触带偏离理想接触区域，极易造成实际接触区为滚子小端与内、外滚道相接触，这就容易因其发热。

综合内、外滚道角度及组滚子角度平均数据，装配后角度配合情况见表 4。

通过表 4 检测数据可以得出，以上失效轴承外圈滚道角度偏上差，内圈滚道角度偏下差，滚子角度偏下差，符合以上滚道角度偏差控制不当造成发热的推论。由于滚道角度偏差的影响，使运转时滚子小端与内、外滚道接触，引起发热，进而造成轴承使用过程中的失效。

4 工艺改进措施及结论

表4 滚道与滚子角度配合情况

结合检测结果及对发热原因的初步分析，针对双列圆锥滚子轴承的加工工艺进行改进。主要从控制外圈、内圈滚道角度方面进行优化，压缩其角度偏差，使外圈滚道角度偏差 △2α控制在，内圈滚道角度偏差△2β控制在。经过工艺改进后加工的产品，配套检测旋转精度合格后发往客户，未再发生类似发热事故。

以上通过检测发热轴承的尺寸精度，逆向推导得出影响该轴承发热的因素，即滚道与滚子角度加工误差产生配合不良，造成发热。由此对工艺进行优化控制，后续加工产品不仅满足客户工作需要，并有效杜绝了发热现象的产生，为以后加工过程工艺控制提供了可靠的依据，从而在根源上控制轴承发热的产生，保证轴承运转过程的可靠安全。同时，也为主机的可靠运行提供了有力的保障。