劉蘭波++蘇永勝++陳磊++鹿昌劍++李勇

摘 要：介紹了角接觸球軸承預(yù)緊方法，根據(jù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)常用預(yù)緊結(jié)構(gòu)形式，重點(diǎn)針對(duì)其預(yù)緊量精密控制方法進(jìn)行了研究、試驗(yàn)，并通過啟動(dòng)摩擦力矩對(duì)預(yù)緊力的合理性進(jìn)行了驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：角接觸球軸承；預(yù)緊；測(cè)量

中圖分類號(hào)：TH133.33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）14-0063-02

1 前言

成對(duì)、施加預(yù)緊力的角接觸球軸承，既能提高支承剛性，又能提高旋轉(zhuǎn)精度，減小振動(dòng)，因而在航天、航空等領(lǐng)域的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、慣導(dǎo)平臺(tái)等結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。

雖然配對(duì)角接觸球軸承具有較多優(yōu)點(diǎn)，但預(yù)緊力大小卻對(duì)軸承性能有著極為重要影響。預(yù)緊力過大，雖可獲得較高軸向剛度及抗卸載能力，卻使軸承摩擦力矩增大，影響其使用壽命；預(yù)緊力過小，情況相反。因此，裝配過程中，施加合適預(yù)緊力，可有效地防止鋼球發(fā)生公轉(zhuǎn)打滑和陀螺旋轉(zhuǎn)，從而減小摩擦和發(fā)熱，延長使用壽命。

2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中常用預(yù)緊結(jié)構(gòu)形式

2.1 角接觸球軸承預(yù)緊方法

定位預(yù)緊：兩套相同角接觸球軸承成對(duì)安裝，通過調(diào)整隔套或墊片厚度尺寸，獲得合適預(yù)緊量；也可直接使用預(yù)先調(diào)好預(yù)緊量的成對(duì)軸承來實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。凡經(jīng)過軸向預(yù)緊的軸承，使用時(shí)相對(duì)位置不發(fā)生變化。

定壓預(yù)緊：采用螺旋、碟形彈簧等使軸承得到合適預(yù)緊。預(yù)緊彈簧剛性通常比軸承剛性小得多，使用時(shí)軸承相對(duì)位置會(huì)有變化，預(yù)緊量基本不變。

研究表明，在預(yù)緊量相等時(shí)，定位預(yù)緊對(duì)軸承剛性增加效果較大，且剛性變化對(duì)軸承負(fù)荷影響也小很多[1]。

2.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)形式

如圖1所示，為提高驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)剛性和抗變形能力，角接觸球軸承采用背靠背形式配置使用；并且采用內(nèi)、外圈隔套進(jìn)行定位預(yù)緊。

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在航空、航天領(lǐng)域中，屬于高精度軸承支承系統(tǒng)，對(duì)軸承實(shí)際所承受預(yù)緊力精度要求較高，不允許多次往復(fù)拆裝。通常，設(shè)計(jì)師根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)速度、工作載荷等實(shí)際工況確定預(yù)緊力大小和精度。因此，在裝配前，根據(jù)預(yù)緊力大小，精確測(cè)量出預(yù)緊力狀態(tài)下的軸承軸向位移量，進(jìn)而確定內(nèi)、外隔套厚度差值。

3 預(yù)緊量的精密控制方法

3.1 預(yù)緊量測(cè)量原理分析

角接觸球軸承軸向游隙包括原始游隙和預(yù)緊游隙兩部分。原始軸向游隙指一個(gè)套圈固定，另一個(gè)套圈沿軸向從一端極限位置平行移動(dòng)到另一端極限位置的最大活動(dòng)量δ0。軸向預(yù)載荷作用下，套圈會(huì)進(jìn)一步偏移一定位移量δa。因此，在受軸向預(yù)緊載荷作用下，角接觸球軸承軸向位移量為：δ=δ0+δa。

本文自制一套預(yù)緊測(cè)量設(shè)備，實(shí)現(xiàn)軸向預(yù)緊載荷和軸向位移的精密測(cè)量。通過伺服壓裝機(jī)連續(xù)對(duì)被測(cè)軸承施加軸向預(yù)緊力；外置千分表和預(yù)緊測(cè)量工裝，測(cè)量出軸向預(yù)緊位移量，如圖2所示。

3.2 預(yù)緊量測(cè)量

測(cè)量方法如下：將被測(cè)軸承平穩(wěn)固定在預(yù)緊測(cè)量工裝上，確保軸承外圈在極限位置；設(shè)定壓裝設(shè)備主要參數(shù)：開始位置、停止壓力和最大允許力，其他參數(shù)不變；調(diào)整高度尺保證千分表正常讀數(shù)，記錄千分表讀數(shù)；啟動(dòng)設(shè)備對(duì)軸承外圈加載預(yù)緊力F、保壓，記錄千分表變化量，即為被測(cè)軸承在軸向預(yù)緊力F作用下的軸向位移量。

相關(guān)資料表明，軸向預(yù)緊分為輕預(yù)緊力（FL）、中預(yù)緊力（FM）和重預(yù)緊力（FH）三種，18系列軸承預(yù)緊力如下：FL=0.01Cr；FM=0.02Cr；FH=0.04Cr。以71805C角接觸球軸承為例進(jìn)行測(cè)量試驗(yàn)，Cr=4200N，設(shè)定預(yù)緊力分別為（20、42、60、84）N，實(shí)際加載預(yù)緊力（20.2、42.3、60.3、84.3）N，結(jié)果見表1。

3.3 配對(duì)軸承預(yù)緊力控制

實(shí)際生產(chǎn)過程中，軸承自身厚度誤差、凸出量、零件加工公差均會(huì)對(duì)預(yù)緊效果造成影響，因此必須對(duì)軸承內(nèi)、外圈尺寸鏈進(jìn)行分析，如圖1所示。

軸承外圈尺寸鏈：B=B端蓋1+B1+B外+B2+B端蓋2 （1）

軸承內(nèi)圈尺寸鏈：b=b1+B內(nèi)+b2+b內(nèi)端蓋 （2）

軸承背對(duì)背配置時(shí)，內(nèi)隔套厚度小、外隔套厚度大。通常保持外隔套不變，修配內(nèi)隔套厚度，它們之間的尺寸關(guān)系為：B外=B內(nèi)+δ1-δ10+δ2-δ20 （3）

其中，δ1、δ2—軸承1、2軸向位移量，δ10、δ20—軸承1、2凸出量。

以上隔套寬度計(jì)算公式僅背對(duì)背配對(duì)結(jié)構(gòu)形式，其他安裝方式，公式有別，不再多述[2]。

4 采用摩擦力矩測(cè)試驗(yàn)證預(yù)緊力

由于角接觸球軸承預(yù)緊測(cè)量會(huì)受到設(shè)備系統(tǒng)誤差、測(cè)試誤差、軸承精度等多種因素影響，配對(duì)軸承預(yù)緊力也受到軸承精度和零件精度的影響。因此，對(duì)配對(duì)角接觸球軸承預(yù)緊力進(jìn)行驗(yàn)證是十分必要的。

研究表明，成對(duì)角接觸球軸承在結(jié)構(gòu)形式、參數(shù)和潤滑方式一定情況下，所受軸向載荷與摩擦力矩有固定對(duì)應(yīng)關(guān)系，可將預(yù)緊力作為軸向載荷來考慮，對(duì)施加預(yù)緊力的軸承啟動(dòng)摩擦力矩進(jìn)行計(jì)算，與實(shí)際摩擦力矩比較，判斷軸承內(nèi)部實(shí)際預(yù)緊力[3]。

軸承啟動(dòng)摩擦力矩計(jì)算公式為： （4）

式中，M—啟動(dòng)摩擦力矩；dm—軸承節(jié)圓直徑（mm）；μ—摩擦系數(shù)（0.0012～0.0015）；F—軸向預(yù)緊力。

以角接觸球軸承（71805C/P4）為例，dm=31mm。加載預(yù)緊力（20.2、42.3、60.3、84.3）N條件下，理論摩擦力矩值為（0.75～0.94、1.57～1.97、2.24～2.80、3.14～3.92）N·mm，通過試驗(yàn)實(shí)測(cè)摩擦力矩為（0.88、1.75、2.61、3.29）N·mm。結(jié)果表明，實(shí)際摩擦力矩與理論值基本一致，說明實(shí)際施加預(yù)緊力符合設(shè)計(jì)值。

5 結(jié)語

精確控制預(yù)緊力對(duì)成對(duì)角接觸球軸承綜合性能有著極為重要影響。安裝使用前預(yù)緊量和相關(guān)尺寸的測(cè)量過程需要保證方法正確，不可馬虎，任何不規(guī)范做法，都將影響軸承性能，降低被支撐系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)精度和剛度。對(duì)軸承實(shí)際預(yù)緊力進(jìn)行驗(yàn)證是十分必要的。

參考文獻(xiàn)

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[3]蔣蔚，粱波，李廣文.配對(duì)軸承預(yù)緊力分析及測(cè)試方法[J].軸承，2001，4：25-27.