試想一下，哪種軸承能適應(yīng)雙向軸向載荷，并具有非常小的軸向定位公差？QJ系列的四點接觸球軸承以其獨特設(shè)計，能滿足這種要求 —— 即使在軸向空間非常緊湊的場合。

四點接觸球軸承（圖1）可承受雙向軸向載荷以及一定程度的徑向載荷，并具有非常小的軸向定位公差。這種軸承還節(jié)省了空間，因為它可以看成兩個單列角接觸球軸承的二合一組合，因此它是工業(yè)齒輪箱、機車驅(qū)動系統(tǒng)、壓縮機及其它應(yīng)用場合的絕佳選擇。

設(shè)計細節(jié)和技術(shù)特點

標準SKF四點接觸球軸承（也稱作QJ系列軸承）由一個整體外圈、一個徑向?qū)﹂_式內(nèi)圈、一組鋼球和一個外圈引導(dǎo)式保持架組成。其軸承套圈設(shè)計具有一些不同尋常的細節(jié)（圖2）。外圈類似于深溝球軸承設(shè)計，但滾道幾何形狀橫截面則頗為不同。深溝球軸承滾道呈圓環(huán)形，而四點接觸球軸承外圈則由兩個對稱的滾道組成。每個滾道都是圓環(huán)形，在軸承外圈中心相交于一個奇點，這種滾道形式也稱作“哥特式弧線”。兩個滾道圓弧的中心在軸向上有個很小的偏距（圖2）。內(nèi)圈分成兩半，與外圈滾道的設(shè)計原理一樣。使其相比于深溝球軸承設(shè)計具有一定的優(yōu)勢。外圈滾道的這種設(shè)計能夠獨立定義接觸角（標準為35°）和軸向游隙。換句話說，可以設(shè)計一種特殊的軸向游隙，而不會改變軸承的密合度（滾道曲率與球直徑的比值）。

35°接觸角的軸承要求滾道擋肩要高。具有整體式內(nèi)圈的軸承無法裝入足夠數(shù)量的球。四點接觸球軸承采取對開式內(nèi)圈設(shè)計，從而能容納***大數(shù)量的球，其數(shù)量只受保持架橫梁厚度的限制。

一般來說，這種軸承組裝包括三個步驟：

·將保持架裝入外圈；

·將球壓入保持架；

·從兩邊裝入兩半內(nèi)圈，內(nèi)圈沒有自固定功能。為避免在運輸和搬運過程中軸承散落，內(nèi)孔中已插有塑料固定件。

理論上，一個球與軸承套圈分別有四個接觸點（圖3）。只有在施加純徑向載荷時才出現(xiàn)四點接觸，但是這種載荷情況在實際應(yīng)用中很少出現(xiàn)。然而，***常見的情況是純軸向載荷（圖4a)，在這種情況下只有兩個接觸點在對角位置傳遞載荷。如果軸向載荷改變了方向，這兩個接觸點會移到對面位置。這解釋了為什么這種軸承類型能承受兩個方向的軸向載荷。也有一些應(yīng)用兼具徑向和軸向的載荷，但以軸向載荷為主（圖4b）。如果要用單列角接觸球軸承來實現(xiàn)同樣功能，則需要兩個相同的軸承以背對背或面對面的型式配置。這意味著用一個四點接觸球軸承即可實現(xiàn)節(jié)省空間的布局設(shè)計。兩個單列角接觸球軸承可以用一個四點接觸球軸承來代替，但有一個重要條件：四點接觸球軸承需要在軸向載荷為主的情況下才能正確發(fā)揮作用。SKF建議的軸向和徑向的載荷比是Fa/Fr>1.27。

SKF四點接觸球軸承標配機削銅窗式保持架（型號后綴MA，圖1a）或注塑聚醚醚酮（PEEK）窗式保持架（型號后綴PHAS，圖1b)。兩種保持架均采用外圈引導(dǎo)式，它們都具有很好的引導(dǎo)功能，從而能提高轉(zhuǎn)速極限。而對稱保持架的特殊設(shè)計能讓軸承裝入***大數(shù)量的大尺寸球。

圖5匯總了SKF QJ系列軸承的主要特性。

載荷、基本額定壽命和額定轉(zhuǎn)速

四點接觸球軸承非常緊湊的設(shè)計可能會讓一些人擔心，它的額定載荷可能會低于兩個配對的單列角接觸球軸承。圖6比較了2和3直徑系列QJ軸承和對應(yīng)的72 B和73 B配對角接觸球軸承的額定載荷，結(jié)果是四點接觸球軸承和配對的角接觸球軸承的承載能力幾乎沒有差異。總的來說，用四點接觸球軸承可以節(jié)省50%的軸向空間。

不過，還應(yīng)當考慮基本額定壽命，關(guān)鍵因數(shù)是當量動載荷，采用以下載荷計算公式：

P = 0.60×F_r + 1.07×F_a

? 用于四點接觸球軸承（接觸角35°）

P = 0.57×F_r + 0.93×F_a

? 用于配對角接觸球軸承（接觸角40°）

很明顯，四點接觸球軸承的當量動載荷較高，主要是因為接觸角較小，但由此產(chǎn)生較低基本額定壽命的缺點，在很大程度上是通過設(shè)計上節(jié)省的空間來平衡的。

圖7顯示了QJ 2和QJ 3系列與72 B和73 B系列配對軸承極限轉(zhuǎn)速的對比，結(jié)果清楚顯示前者額定轉(zhuǎn)速要高約70%。這可以用較小的接觸角（35°小于40°）、高質(zhì)量保持架材料（實心黃銅或PEEK）、外圈引導(dǎo)式保持架，以及特殊潤滑保持架兜孔等原因來解釋。

鄰近部件的設(shè)計

在許多應(yīng)用中，四點接觸球軸承是與圓柱滾子軸承等徑向軸承組合使用的。這里關(guān)鍵的一點是，四點接觸球軸承只承受軸向載荷。因此，四點接觸球軸承的外圈不應(yīng)軸向夾緊或徑向夾緊，而應(yīng)在軸承座中留有一定的徑向間隙（1至2 mm的空隙）安裝（圖8）。否則，外圈無法補償熱膨脹，從而導(dǎo)致軸承中出現(xiàn)不應(yīng)有的額外作用力。為避免外圈旋轉(zhuǎn)，大多數(shù)軸承在外圈上均配備兩個定位槽，這樣就能用定位銷將外圈固定到軸承座上（圖8）。如果無法避免外圈的軸向夾緊，在安裝時必須注意確保外圈居中。

要注意，兩半內(nèi)圈需要始終軸向夾緊。

應(yīng)用舉例

在設(shè)計空間有限、雙向軸向重載或高轉(zhuǎn)速等場合，四點接觸球軸承是值得考慮的解決方案。這些工況可能出現(xiàn)在泵、緩速器、壓縮機、工業(yè)或汽車齒輪箱、牽引電機或轉(zhuǎn)向架等應(yīng)用中。以下列舉了一些配備四點接觸球軸承的設(shè)備例子：

螺桿壓縮機（圖9a）廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域，以較高的壓力壓縮各種氣體，包括空氣、腐蝕氣體、氧氣、制冷劑或其他氣體。壓縮過程是通過兩個螺桿的連續(xù)旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)的。螺桿兩端的壓差產(chǎn)生軸向力，這種力通常由四點接觸球軸承來承受。兩個螺桿之間，以及螺桿與壓縮機機殼之間很窄的間隙要求采用剛性軸承配置，而且軸向游隙要小。

渦輪緩速器（圖9b）把卡車過多的動能轉(zhuǎn)化成熱能。此應(yīng)用要求軸承具有很高的極限轉(zhuǎn)速以及適應(yīng)速度急變的能力，這是四點接觸球軸承的一種典型應(yīng)用。

多相泵（圖9c）比傳統(tǒng)泵更能有效地開采油田。這種泵位于海底，對上游油氣混合物進行加壓，因此對可靠性的要求非常高。通常，四點接觸球軸承可承受這種軸向載荷。

風電齒輪箱（圖9d）把非常慢的主軸轉(zhuǎn)速（約18 r/min）轉(zhuǎn)變成約100倍的發(fā)電機轉(zhuǎn)速。在高速軸上，螺旋齒輪產(chǎn)生很大的軸向載荷需要承受，因而采用圓柱滾子軸承和四點接觸球軸承組合。

鐵路行業(yè)（圖9e）主要有兩種應(yīng)用場合：變速箱和牽引電機，通常采用圓柱滾子軸承和四點接觸球軸承組合。要對牽引電機軸承進行保護以防止電流通過而造成軸承損壞。一個常見解決方案是使用絕緣軸承（INSOCOAT）。對于帶定位槽的四點接觸球軸承，其內(nèi)圈兩半部分要涂上絕緣層。

INSOCOAT是SKF集團的注冊商標。

總結(jié)    

四點接觸球軸承（QJ軸承）是一種特殊類型的角接觸球軸承。在許多應(yīng)用中，一個QJ軸承可有效取代兩個配對的單列角接觸球。事實上，其節(jié)省空間設(shè)計、轉(zhuǎn)速性能和承載能力都令人矚目，這也是為什么這種軸承廣泛用于壓縮機、泵和緩速器等多種應(yīng)用場合。