朱永柱

中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司

特大型剖分式滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)及裝配

朱永柱

中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司

內(nèi)容提要：在鋼鐵行業(yè)寬厚板四輥軋機(jī)上，主傳動(dòng)軸大量采用了剖分式滾動(dòng)軸承。相對于整體軸承其在受限位置更易于安裝，能為主機(jī)設(shè)計(jì)提供更大的彈性空間，軸和其他相鄰部件通常能被簡化而不損失性能。在更換軸承時(shí)，與軸承相鄰的設(shè)備都不需要移開，能夠減少安裝軸承的總體時(shí)間并降低工作要求，從而極大地減少主機(jī)停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。本文主要對這種軸承的結(jié)構(gòu)方式和裝配進(jìn)行歸納和總結(jié)。

剖分式；滾動(dòng)軸承；結(jié)構(gòu)及裝配

1 、滾動(dòng)軸承的分類

按照軸承的公稱外徑尺寸滾動(dòng)軸承可以分為以下七類：

1)微型軸承----公稱外徑尺寸范圍為26mm以下的軸承

2)小型軸承----公稱外徑尺寸范圍為28-55mm的軸承

3)中小型軸承----公稱外徑尺寸范圍為60-115mm的軸承

4)中大型軸承----公稱外徑尺寸范圍為120-190mm的軸承

5)大型軸承----公稱外徑尺寸范圍為200-430mm的軸承

6)特大型軸承----公稱外徑尺寸范圍為440-2000mm的軸承

7)重大型軸承----公稱外徑尺寸范圍為2000mm以上的軸承

本文以某特鋼寬厚板直徑900mm的四輥軋機(jī)主傳動(dòng)剖分軸承為例進(jìn)行闡述，屬于特大型軸承范疇。

2 、滾動(dòng)軸承的裝配方式

滾動(dòng)軸承的工作原理是以滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦，標(biāo)準(zhǔn)化、系列化程度高，通用性強(qiáng)。由于各種機(jī)械有著不同的工作條件，對滾動(dòng)軸承在負(fù)荷能力、結(jié)構(gòu)和使用性能等方面都提出了各種不同要求。為此，滾動(dòng)軸承需有各式各樣的結(jié)構(gòu)。其中最基本的結(jié)構(gòu)是由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架所組成。

滾動(dòng)軸承在裝配方式上可分為三大類：

第1類：內(nèi)圈與軸緊密配合，并與軸一起運(yùn)轉(zhuǎn)，外圈與軸承座或機(jī)械殼體孔成過渡配合，起支承作用(如圖1)。

第2類：在某些場合下，由外圈運(yùn)轉(zhuǎn)，內(nèi)圈固定起支承作用。

第3類：內(nèi)圈、外圈都同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的。

3 、剖分式滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)

滾動(dòng)軸承一般由兩個(gè)套圈，一組滾動(dòng)體和一個(gè)保持架所組成。對于滾動(dòng)軸承而言，套圈和滾動(dòng)體的結(jié)構(gòu)形式相對固定，下面著重介紹的是剖分軸承的保持架的結(jié)構(gòu)形式。剖分式軸承的保持架為兩半結(jié)構(gòu)，裝機(jī)后再組裝連接，連接方式對保持架的尺寸空間有一定要求，不同的連接方式往往影響到軸承滾動(dòng)體的尺寸及數(shù)量，進(jìn)而影響軸承的使用性能。目前剖分式滾動(dòng)軸承保持架在連接方式可分為U形彈性夾連接、C形彈性夾連接、彈性板連接和螺釘連接四大類：

3.1 U形彈性夾的連接

圖1

圖2 U形彈性夾結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 U形彈性夾連接安裝圖

U形彈性夾如圖2所示，其采用彈性良好的鋼材加工，寬度與保持架開槽寬度L' (圖3)一致，可防止兩保持架安裝后錯(cuò)位，在兩半保持架端面上增加銷連接，可以實(shí)現(xiàn)保持架的精確定位并防止保持架安裝后錯(cuò)位，安裝前U形彈性夾張口寬度：s小于安裝尺寸，為方便安裝，在保持架安裝i=i處加工一個(gè)倒角β，在保持架內(nèi)徑連接處加工一個(gè)倒角γ，使其可與保持架連接后形成自鎖，U形彈性夾中間為圓弧，圓弧半徑R與保持架中部和彈性夾連接處圓弧半徑大小一致，U形彈性夾兩個(gè)夾面夾角為2a，根據(jù)所需夾緊力大小調(diào)節(jié)a角，其夾緊面下部加工高為h的凸臺(tái)，該凸臺(tái)和保持架連接后，與保持架內(nèi)徑連接處的γ角形成自鎖點(diǎn)，可有效防止軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中U形彈性夾脫落。

將兩半保持架組裝滾子后安裝在內(nèi)圈上對接，將2個(gè)U形彈性夾分別插入圖四所示安裝位置處，未安裝時(shí)U形夾張口為s，安裝后張口寬度為S`(S＜S`)，此時(shí)U形彈性夾的變形力既為兩半保持架的連接力，可根據(jù)保持架連接力的大小設(shè)計(jì)S`與S的差值，使其連接牢固。

3.2 C形彈性夾連接

C形彈性夾結(jié)構(gòu)如圖4所示，C形彈性夾通過兩側(cè)唇部的孔與安裝在兩半保持架上的圓柱銷進(jìn)行配合，實(shí)現(xiàn)保持架的連接，如圖5所示。

圖4 C形彈性夾結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 C形彈性夾連接裝配圖

C形彈性夾兩側(cè)唇部邊緣被沖擊壓成圓弧形，在安裝時(shí)其唇部能夠更容易的實(shí)現(xiàn)與圓柱銷的配合，為了能夠?qū)崿F(xiàn)良好的連接效果，兩半保持架與C形彈性夾配合處的內(nèi)、外徑面加工成平面，C形彈性夾與保持架內(nèi)徑連接處設(shè)計(jì)成開口式，可以時(shí)間彈性夾在軸向?qū)Ρ３旨艿膴A緊，有效防止安裝后兩半保持架發(fā)生錯(cuò)位現(xiàn)象，為了增加彈性力，彈性夾開口處設(shè)計(jì)成λ1(圖4)的夾角，彈性夾唇部與水平方向有λ2的夾角，安裝后唇部發(fā)生彈性變形，從而與保持架內(nèi)、外徑表面緊密貼合。

在保持架安裝時(shí)，c形彈性夾首先和其中一半保持架配合，然后推壓另一半保持架使得圓柱銷與c形彈性夾上對應(yīng)的L連接，為了防止在安裝過程中出現(xiàn)誤操作，把彈性夾碰掉遺失或漏進(jìn)主機(jī)中造成不必要的損失，有時(shí)也在彈性夾一次的唇部上增加一個(gè)螺釘安裝孔(圖5)，C形彈性夾與一般保持架在銷連接的基礎(chǔ)上用螺釘固定，使得彈性夾始終與一半保持架連接，進(jìn)行滾動(dòng)軸承維護(hù)或更換時(shí)，只需用螺絲刀撬開彈性夾唇部，即可使彈性夾與圓柱銷脫離連接，從而拆卸掉保持架滾動(dòng)體組件。

由C形彈性夾裝配圖可以看出，彈性夾基本上時(shí)環(huán)抱住保持架實(shí)現(xiàn)連接，為了防止c形彈性夾安裝后與軸承套圈或主機(jī)發(fā)生干涉，要再保持架端面加工出與彈性夾寬度L相對應(yīng)的凹槽，由于在保持架端面及其內(nèi)，外徑圓柱面加工出了安裝C形彈性夾的凹槽，此連接方式會(huì)削弱保持架連接處的強(qiáng)度。

對于小型剖分滾子軸承保持架，C形彈性夾兩側(cè)唇部可各采用一個(gè)銷孔，實(shí)現(xiàn)與圓柱銷連接。

3.3 彈性板連接

彈性板分為上、下2部分，上片結(jié)構(gòu)如圖6和圖7所示，下片為平板結(jié)構(gòu)，彈性板上片有上、下2個(gè)唇，上唇與水平面夾角為θ1，下唇與垂直面夾角為θ2，上下唇原始夾角θ＜90°。彈性板上片固定端鉚釘孔用于和其中一半保持架固定。彈性板寬度L1應(yīng)稍小于保持架兜孔長度，下唇寬度約為0.25L1，下唇長度H2約為保持架徑向厚度的一半。彈性板下片與彈性板上片固定端對應(yīng)位置有鉚釘L，用于鉚合彈性板上、下片。

圖6 彈性板上片三維立體視圖

圖7 彈性板上片結(jié)構(gòu)示意圖

彈性板上、下片通過鉚釘固定于一半保持架端部(圖8)，上、下片彈性板邊緣均沖壓成圓弧狀，在裝配另一半保持架時(shí)，能夠引導(dǎo)彈性板與圓柱銷配合，兩半保持架與彈性板配合的表面均加工成平面，當(dāng)彈性板上片與保持架配合后，上、下唇夾角θ’大于原始夾角θ，此時(shí)上下唇發(fā)生彈性變形，能防止上唇部松動(dòng)造成與圓柱銷脫扣的現(xiàn)象。

圖8 彈性板連接裝備圖

半保持架的銷孔為通孔，圓柱銷長度略大于保持架徑向厚度與彈性板板厚之和，與保持架通孔成過度配合，彈性板下片可以防止圓柱銷下沉，在拆卸保持架滾動(dòng)體組件時(shí)，可以使用螺絲刀撬開彈性板上唇，也可以利用工具按壓圓柱銷，彈性板下片產(chǎn)生彈性變形，圓柱銷下沉與彈性板上片上唇部脫扣，此外，采用此類型連接的保持架的材料一般為黃銅，材料較軟，通過彈性板上、下片鉚合固定可以消除軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的鉚合松動(dòng)。

3.4 螺釘連接

3.4.1 方式一：此方式的保持架連接裝配如圖9所示，在一般保持架側(cè)梁端部鉆有通孔，與之相對的另一半保持架側(cè)梁端部鉆有螺紋孔，通過螺釘實(shí)現(xiàn)保持架的連接，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，連接螺釘主要承受拉伸力，如果兩半保持架連接不當(dāng)，連接螺紋在工作壓力與離心力的作用下會(huì)出現(xiàn)螺紋滑牙返松現(xiàn)象，使保持架實(shí)際工作直徑變大，滾動(dòng)體壓磨外圈并產(chǎn)生振動(dòng)，加劇軸承軸承損壞，選用此連接方式，通常要在連接處涂抹螺紋緊固膠以避免銅螺紋滑牙返松。

圖9 螺釘連接裝配圖(方式一)

3.4.2 方式二：此方式保持架連接裝備如圖10所示，兩半保持架通過螺釘緊固連接片實(shí)現(xiàn)連接，螺釘主要承受剪切力，能夠避免螺紋滑牙，為增加螺釘連接的強(qiáng)度，通常與兩半保持架端面的銷連接組合使用(圖11)螺釘連接片可采用45#鋼制造。

圖10 螺釘連接裝配圖(方式二)

U形彈性夾連接利用彈性夾彈性力實(shí)現(xiàn)保持架的緊固連接，是小型，加工空間不足的剖分軸承保持架連接的首先方案。

C形彈性夾和彈性板連接利用彈性元件彈性形變后的彈性力實(shí)現(xiàn)保持架的緊固，通過彈性元件與圓柱銷配合實(shí)現(xiàn)連接，這就要求保持架要有足夠的配合空間，因此常用于大型剖分軸承保持架的連接。

2種螺釘連接方式均利用螺紋實(shí)現(xiàn)緊固與連接，不同之處在于方式一種的螺釘承受拉伸應(yīng)力，而方式二中的螺釘承受的是剪切應(yīng)力，這2種螺釘連接方式相比前3種連接方式的緊固性能更優(yōu)越，多用于特大型剖分軸承保持架的連接。

該特鋼四輥軋機(jī)主傳動(dòng)剖分滾動(dòng)軸承的連接方式為第一種螺釘連接方式，如圖11，且為了利于拆裝，連接架分為三個(gè)，2、3號連接架由活動(dòng)固定架連接在1號連接架上。拆裝由2、3號連接架端部的螺釘緊固來實(shí)現(xiàn)。

3 、軸承的裝配方法

該特鋼公司厚板廠粗、精軋機(jī)主傳動(dòng)軸使用的剖分式滾動(dòng)軸承，直徑為900mm，屬于特大型軸承。粗、精軋機(jī)附屬設(shè)備眾多，管道密布，在檢修和安裝時(shí)作業(yè)空間有限(如圖12)，如果使用整體式軸承工作難度將大大增加。整體軸承的裝配需要較大的裝配空間和較長的裝配時(shí)間，主要可以分為兩大類。

3.1 溫差法

在溫差法裝配中冷卻法要比加熱法簡單些，一般我們用液氮，優(yōu)點(diǎn)是溫差大，線形膨脹量大，干凈。比如軸承裝到孔中，直接把軸承泡在液氮里就行了。加熱法比較麻煩。為了加熱均勻，一般需要把零件(軸承)放到液體里煮。如果是煮軸承，要求就比較高了。比如，加熱介質(zhì)要干凈，溫度要控制好等等。

溫差法最大的缺點(diǎn)是，零件的體積受限制。比如車床主軸裝配，需要同時(shí)安裝主軸和軸上的齒輪等零件，溫差法根本無法達(dá)到。

圖11 主傳動(dòng)剖分滾動(dòng)軸承連接架

圖12

3.2 壓入法

壓入法應(yīng)用最廣泛。一把榔頭，一根銅棒就能搞定，但是操作上還是有不少區(qū)別和注意事項(xiàng)的。裝軸承時(shí)盡量采用非沖擊的方式，如壓力機(jī)；榔頭敲擊的方式，對零件和軸承都是保護(hù)不利的。小規(guī)格小過盈的軸承，用手動(dòng)絲杠式壓力機(jī)甚至臺(tái)鉗即可。大尺寸的軸承，一般要用液壓設(shè)備才可以。

安裝軸承，開始的時(shí)候，要隨時(shí)注意軸承是否傾斜，需要及時(shí)調(diào)整受力位置，防止損壞安裝孔或者軸。整體軸承不論何種裝配方式，都需要由一端套入，再挪移到裝配位置。

結(jié)束語

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，此類寬厚板四輥軋機(jī)主傳動(dòng)滾動(dòng)軸承的特大型軸承和重大型軸承運(yùn)用的越來越多，然而在拆裝過程中剖分式滾動(dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn)顯現(xiàn)出來，得到眾多用戶的一致認(rèn)同。

[1]張光宇、張慧、蓋如有：一種單元化重載剖分軸承

[2]王黎峰：轉(zhuǎn)爐用剖分軸承的研制

[3]鐘昌彬：剖分式圓柱軸承損傷因素分析與控制