角接觸球軸承是常用的一種軸承類型,它舉要很好的轉(zhuǎn)速性能,和承載性能。與深溝球軸承相比,除了良好的徑向負(fù)荷承載能力,還有非常好的軸向負(fù)荷承載能力。與此同時(shí),由于角接觸球軸承獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和承載特性,導(dǎo)致其只能承受單向的軸向負(fù)荷(單個(gè)軸承),這也為這個(gè)軸承的使用提出了一些要求。首先我們觀察角接觸球軸承的內(nèi)部結(jié)構(gòu),如下圖:
從圖中可以看到,角接觸球軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了這個(gè)軸承只能承受一個(gè)方向的軸向負(fù)荷,這個(gè)負(fù)荷的方向是軸承內(nèi)圈厚邊到軸承外圈厚邊之間的方向。如果軸承承受了與此相反的軸向負(fù)荷,那么軸承就會(huì)出現(xiàn)脫開的趨勢(shì)或者會(huì)脫開,并由此帶來軸承滾動(dòng)體無法形成純滾動(dòng)的現(xiàn)象,進(jìn)而導(dǎo)致軸承發(fā)熱、磨損的現(xiàn)象,軸承會(huì)提早失效。
因此,當(dāng)角接觸球軸承投入使用的時(shí)候,就需要避免出現(xiàn)與其軸向承載能力方向相反的軸向負(fù)荷。怎么實(shí)現(xiàn)呢?這就是我們說的軸向預(yù)負(fù)荷。
前面已經(jīng)講述過單個(gè)角接觸運(yùn)行的時(shí)候,要避免出現(xiàn)軸承內(nèi)部出現(xiàn)其軸向負(fù)荷承載能力方向相反的軸向負(fù)荷,因此需要再其軸向承載能力方向,施加一個(gè)預(yù)負(fù)荷。在上面圖中應(yīng)該是軸承從外圈厚邊到內(nèi)圈的厚邊的方向。
那么這個(gè)負(fù)荷應(yīng)該是多大呢?從上面介紹的單列角接觸球軸承軸向預(yù)負(fù)荷的原因可以看到,這個(gè)預(yù)負(fù)荷是避免外界出現(xiàn)反向的軸向負(fù)荷。也就是說,如果軸承外界出現(xiàn)了反向軸向負(fù)荷的時(shí)候,軸承的預(yù)負(fù)荷應(yīng)該可以抵消這個(gè)負(fù)荷。由此,可以得到一個(gè)結(jié)論,就是軸向預(yù)負(fù)荷應(yīng)該大于外界可能出現(xiàn)的反向軸向負(fù)荷。
除此之外,還應(yīng)該考慮外界反向軸向負(fù)荷出現(xiàn)的時(shí)候,軸承內(nèi)部的負(fù)荷應(yīng)該滿足其***小負(fù)荷要求。也就是,在***大反向軸向負(fù)荷基礎(chǔ)上加上一個(gè)軸承***小負(fù)荷。
當(dāng)然,如果現(xiàn)場(chǎng)有其他的因素,也需要加入考慮。
由于單個(gè)角接觸球軸承只能承受單向軸向負(fù)荷,因此在有雙向負(fù)荷的工況下會(huì)使用配對(duì)角接觸球軸承面對(duì)面安裝或者背對(duì)背安裝。兩種安裝方式都是采用兩個(gè)單列角接觸球軸承,以軸向承載方向相對(duì)的方式安裝在一起。如果外圈的厚邊安裝在一起,就是背對(duì)背安裝,如果外圈薄邊安裝在一起,就是面對(duì)面安裝。不論面對(duì)面安裝還是背對(duì)背安裝,兩個(gè)角接觸球軸承各自承擔(dān)一個(gè)方向的軸向負(fù)荷。如下圖所示:
圖中為背對(duì)背安裝的一對(duì)角接觸軸承。其中左邊的軸承承受軸上自左向右的軸向負(fù)荷,右邊的軸承承受軸上自右向左的軸向負(fù)荷。從這個(gè)示意圖上看,對(duì)于配對(duì)使用的角接觸球軸承而言,不論哪個(gè)方向的軸向負(fù)荷都會(huì)被其中的一個(gè)軸承承擔(dān)。因此,一般不通過外部施加軸向預(yù)負(fù)荷的方式進(jìn)行預(yù)緊。但這并不意味著面對(duì)面或者背對(duì)背安裝的角接觸球軸承不能加預(yù)負(fù)荷。那么這種配置的軸承,軸向預(yù)負(fù)荷是如何施加在兩個(gè)軸承上的呢?
請(qǐng)看下圖:
這個(gè)圖是一個(gè)背對(duì)背安裝的配對(duì)角接觸球軸承。圖中不難發(fā)現(xiàn),角接觸球軸承在內(nèi)部為0游隙的時(shí)候,其端面不一定在一個(gè)平面上。圖中的例子就是角接觸球軸承厚邊高于薄邊的情況。這樣的兩個(gè)軸承厚邊壓緊的時(shí)候,薄邊之間存在一個(gè)間隙,如果使用外力將薄邊也壓緊,那么軸承內(nèi)部就出現(xiàn)了負(fù)游隙,也就是有了預(yù)緊。
如果在軸承生產(chǎn)中,對(duì)薄邊和厚邊的尺寸進(jìn)行控制,也就可以控制兩個(gè)配對(duì)軸承內(nèi)部的預(yù)緊力。事實(shí)上,在軸承生產(chǎn)和使用中,也確實(shí)是這么操作的。這就是為什么兩個(gè)單列角接觸球軸承配對(duì)的時(shí)候,需要進(jìn)行配組。這個(gè)配組工作本質(zhì)上就是對(duì)端面尺寸進(jìn)行控制,以控制安裝后軸承的內(nèi)部預(yù)緊力(游隙)。
除了兩個(gè)軸承安裝在一起的面對(duì)面或者背對(duì)背配對(duì)的角接觸球軸承以外,有時(shí)候會(huì)使用兩個(gè)角接觸球軸承在軸兩側(cè)做交叉定位的結(jié)構(gòu)。如下圖所示:
圖中,兩個(gè)角接觸球軸承未有軸兩端,軸承之間使用隔圈隔開。此時(shí)角接觸球軸承的內(nèi)部游隙就是通過隔圈尺寸來控制的。圖中的背對(duì)背安裝的角接觸球軸承,隔圈長度如果大,軸承內(nèi)部預(yù)負(fù)荷就大,反之則小。
在上述的配對(duì)角接觸球軸承的預(yù)負(fù)荷控制中,使用者還可以通過控制軸承內(nèi)圈與軸的配合影響軸承內(nèi)部游隙。這個(gè)對(duì)游隙減小量的計(jì)算,我們另行撰文。
總之,安裝好后的配對(duì)角接觸球軸承,工作于穩(wěn)定工況下的內(nèi)部游隙是外界控制端面尺寸,軸承內(nèi)圈和軸之間的配合尺寸,以及受溫度影響的游隙減小量等因素的共同結(jié)果。***終預(yù)負(fù)荷的大小應(yīng)該保證軸承在承受任意軸向負(fù)荷的時(shí)候,非受載端的角接觸球軸承不應(yīng)除夕拿脫開的現(xiàn)象(負(fù)荷大于***小負(fù)荷)。
對(duì)于工業(yè)電機(jī)的應(yīng)用,一般就直接使用配對(duì)的角接觸球軸承安裝在一起,免去了配對(duì)等的計(jì)算和調(diào)整。但是對(duì)于一些齒輪箱應(yīng)用,這個(gè)計(jì)算就是必須進(jìn)行的。