配对单列圆锥滚子轴承轴向游隙的设计与测量探讨

Comment k1: “无游隙公差”吧？（可以改为“无轴向游隙” ，轴向游隙本身就是一个公差范围，它只有最大值和最小值，这在 GB/T4199里有定义）1配对单列圆锥滚子轴承轴向游隙的设计与测量探讨符号说明T1，T2单列圆锥滚子轴承的装配宽度B配对双列轴承的总宽度B配对双列轴承无游隙时的总宽度A轴承的轴向游隙B1，B2单列轴承的内圈宽度C1，C2单列轴承的外圈宽度B3外隔圈的宽度C3内隔圈的宽度H1，H2单列轴承装配宽度与内圈的宽度差B无游隙无轴向游隙时的配对双列轴承总宽度公差B配对双列轴承总宽度公差T1，T2单列轴承宽度公差T0正向测量时单列轴承的装配宽度T反向测量时单列轴承的装配宽度配对单列圆锥滚子轴承是由两套单列圆锥滚子轴承和内外隔圈组成，是双列圆锥滚子轴承中最常见的一种结构，它具有结构简单，组配灵活的特点。通常有两种结构即面对面和背靠背两种组配方式，轴承的轴向游隙可以通过修配内隔圈或外隔圈来实现。由于轴承内外隔圈结构的设计已在设计方法和多种文献中有过论述，本文不再探讨，本文主要就轴向游隙的设计、调整方法和测量方式进行探讨。1背对背结构该结构轴承如图 1所示，在这种配对组合中，两套轴承作用中心呈“O”型，这样的结构不但刚性好，而且还可承受倾覆力矩（安装后轴承轴向游隙情况见图 2） ，轴向游隙的调整可以通过配磨内隔圈或者外隔圈来完成，以下就两种配磨方法进行分别论述：1.1配磨内隔圈调整轴向游隙法在这种方法中，轴承的总宽度中包含有轴向游隙，也就是说在这种配置方法中，不但要保证轴承的总宽度，还要保证轴向游隙。B= A+（T1+T2+C3 ） （1）轴向游隙计算公式如下：A= (B1+B2+B3) -（T1+T2+C3 ） （2）轴向游隙 A 在如图 3所示的尺寸链中为封闭环，由于轴承的轴向游隙的公差带一般在 0.05mm左右，在尺寸链中分闭环的公差等于所有组成环的公差之和，这样小的公差再分配到 6个组成环中，将会使每个组成环公差很小，在实际生产中是非常难以实现的，而且也不经济，为了满足轴向游隙的要求，我们可以通过修磨内隔圈来实现。Comment k2: “不含游隙”还是“不含游隙公差” ， （可以改为“轴向游隙”和“不含轴向游隙” ）Comment k3: 配对轴承吧？（是的）Comment k4: 是“游隙”还是“游隙公差”？是单套的，还是配对双列轴承的游隙？（是配对双列轴承的2图 1背对背结构图 2 背对背结构实际装配图图 3 背对背结构尺寸链（配磨内隔圈）在这种设计中首先我们要计算出不含游隙轴向游隙时的总宽度公差，轴承不含游隙不含轴向游隙时的总宽度公差为 B （见图 4） ，其宽度公差是由两套单列轴承的装配高T1，T2 的公差和外隔圈宽度公差保证的，为了满足配对轴承总宽度公差的要求，必须对相关的尺寸公差进行压缩，一般情况下对单套轴承装配高压缩一半即可，这样做的目的是为了使轴承在配磨内隔圈时，保证单列轴承的内、外组件与外隔圈可以完全互换，只要配磨后的轴向游隙在规定的范围之内，轴承的总宽度公差就可达到设计要求，这样减少了内隔圈配磨时的磨削量，提高了配套的效率，外隔圈公差按下式计算：B=（T1+T2+C3 ） （3）C3=B-T1-T2 （4）例如内径为 3040mm的配对单列圆锥滚子轴承，其轴承配对轴承总宽度公差为+0.550+0.100mm，轴向游隙配对双列轴承的轴向游隙范围为 0.1000.140mm，轴承除去轴图三图 4Comment k5: “不含轴向游隙”还是“不含轴向游隙公差” （解释同K1）3向游隙后的总宽度公差为+0.410mm，一般单列轴承在该尺寸段的装配高公差为+0.2000mm，须将单套轴承宽度公差压缩到+0.1500mm，根据公式 4可以确定出外隔圈的宽度公差为+0.1100mm，同时可将内圈的宽度公差适当的压缩到 0-0.05mm，这样便于内隔圈配磨尺寸的统一，减少分组数。1.2配磨外隔圈调整轴向游隙法这种结构如图 5所示，在这种方式中，轴承的总宽度公差是由两套单列轴承的内圈宽度公差和内隔圈公差保证的，轴承的总宽度公差中不含轴向游隙，一般不需要再对单列轴承外圈的宽度公差、轴承装配高公差进行压缩，内隔圈的宽度公差可以根据轴承总宽度公差和两内圈的公差由公式（6）计算出来。内隔圈宽度公差计算如下： B=B1+B2+B3 （5）B3=B-B1-B2 （6）图 4 背对结构无游隙时装配图（配磨内隔圈）图 5背对背结构（配磨外隔圈）同样在图 6所示尺寸链中，轴承的轴向游隙 A=（B1+B2+B3）-(T1+T2+C3)，轴向游隙在这一尺寸链中为一封闭环，一般公差带宽为 0.05mm左右，这样会使组成环中各环的公差很小，在实际生产中是很难实现的，轴向游隙可通过修配外隔圈方式来达到。例如内径为 3040mm的配对单列圆锥滚子轴承，其轴承总宽度公差为+0.550+0.100mm，单列内圈的宽度公差为 0-0.120mm，内隔圈的公差可以计算出来，为40.55+0.340mm。图 6 背对背结构尺寸链（配磨外隔圈）1.3 关于轴向游隙的测量方法1.3.1 小批量生产轴向游隙配磨方法该方法是通过测量单列轴承装配宽度与内圈的宽度差的方式计算出来，采用以下公式：A=B3-（H1+H2+C3） =（B3-C3）-（H1+H2） （7）轴承的轴向游隙值 A 为轴承内外隔圈的差值减去单列轴承装配宽度与内圈的宽度差，在这种方法中，只有当 C3B3-(H1+H2)时，成套轴承才可能产生轴向游隙。一般对于小批量生产的产品，我们可以通过这种方法对每一套轴承进行编号，根据轴向游隙的范围，确定出轴承隔圈修磨尺寸（配磨内隔圈法须调整内隔圈，配磨外隔圈法需调整外隔圈） ，最后再对内隔圈和外隔圈进行编号，将其合套成为符合要求的配对轴承。1.3.2 大批量生产轴向游隙配磨方法但是对于大批量生产的产品来讲，若采用 1.3.1 这种方式，生产效率极低，为此我们可以采取下述的测量方法，步骤如下：a) 如图 7 先将内隔圈取出，在上部轴承加上一负荷，让表尖对在负荷上平面中部，这样就会消除轴承端面跳动对测量的影响，将轴承外圈转动几圈，使上下轴承的滚动体与内外滚道基本完全接触，下部轴承的滚动体球基面与内全挡边完全接触，并将测量表对零位，然后将轴承移出测量区域。1负荷体；2上部轴承；3外隔圈；4下部轴承；5仪表图 7 背对背测量轴向游隙步骤 ab) 如图 8 装入分选的内隔圈，再次加上负荷，让表尖对在负荷平面中部，将轴5承外圈转动几圈，记录表的读数（注意在测量时需要加上一定的负荷） ，测量出基本轴向游隙值 A。1负荷体；2上部轴承；3内隔圈；4外隔圈；5下部轴承；6仪表图 8 背对背测量轴向游隙步骤 b c) 将上部轴承取下，测量其在如图 9 所示其正反测量时装配高的差值 T，即T=T1-T0。 （注意在测量时还需要加上负荷，这样测量才会准确，具体的负荷体结构设计本文不再探讨）正向测量 反向测量图 9 单列轴承正反向测量轴承装配宽度d) 将 b 步骤所测量的值 A数值再加上 c 步骤所量的 T 数值，就是实际的轴向游隙值 A，即 A=A+T，若轴向游隙大于设计要求，则根据超出的数值，调整隔圈的宽度（配磨内隔圈法须调整内隔圈，配磨外隔圈法需调整外隔圈） ，这样就可以配出符合要求的轴向游隙了。增加步骤 d 的原因在于，轴承外圈在下，内组件在上测量单列轴承宽度时，由于内组件圆锥体的自锁作用，滚动体球基面与内圈挡边不能够完全接触，此时所测量出的轴承装配宽度要大于正量时的数值，b 步骤的游隙数值存在虚值，c 步骤就是要消除轴向游隙的虚值，消除虚值后的轴向游隙才是真实值。这种测量方法无论对于配磨内隔圈法还是配磨外隔圈法，都是适用的。e) 检测数据比较表 1 大批量生产测量方法与小批量生产测量方法数值对比表2 面对面结构Comment k6: “轴向游隙公差”吧（解释同 K1）Comment k7: “单套轴承宽度公差”还是“配对轴承总宽度公差”？（应是配对双列轴承的宽度公差，我把公差上限写到了前面，为了与轴向游隙相对应，可以改为+0.1000.50）Comment k8: 这个数值没错吧？（此数值是正确的）Comment k9: “轴向游隙公差”吧（解释同 K1） ）6这种轴承是由两套单列轴承与外隔圈组合而成，在这种结构中，轴承的全宽中包含轴向游隙，游隙是通过调整外隔圈获得的，如图 10所示。轴承的轴向游隙计算按照下式：A=（C1+C2+C3）-（T1+T2） （8）2.1游隙计算方法在图 11所示的尺寸链中轴承的轴向游隙 A 为一封闭环，它的变化范围较小，一般在00.050mm左右，在这一尺寸链中轴向游隙的公差等于所有组成环的公差之和，这样小的公差再分配到各组成环中，将会使每个组成环公差很小，在实际生产中是无法实现的，而且也不经济，为了满足轴向游隙的要求，我们是通过修磨外隔圈来实现。由于这类轴承全宽的公差中包含有轴向游隙，除去轴向游隙后，轴承全宽的公差范围较窄，为保证配对轴承总的宽度公差，故在设计时须对单列轴承的装配宽度公差作一定的压缩，同时还须对外圈的宽度公差进行一定的压缩，以保证配磨时外隔圈尺寸的集中。无游隙时的轴承全宽公差按下式计算：B=T1+T2 （9）例如 3040mm的内径尺寸段，宽度公差配对双列轴承的宽度公差为+0.50+0.100mm，轴向游隙为 0.1000.150mm，不含游隙时的公差则为+0.3500mm，单列轴承装配高压为+0.1500mm(此处可以改为“00.150”)，外圈宽度压缩为 0-0.050mm。2.2游隙测量方法a）测量时如图 12所示，将外隔圈去掉，在上部轴承加上一负荷体，让表尖对在负荷上平面中部，这样就会消除轴承端面跳动对测量的影响，将上部轴承外圈转动几圈，使上下轴承的滚动体与内外滚道基本完全接触，并将测量表对零位，然后将轴承移出测量区域。大批量生产测量方法序号 游隙值 A 单列轴承正反测量值T实际游隙值 A小批量生产测量法游隙值 A1 0.12 0.13 0.25 0.232 0.11 0.12 0.23 0.213 0.12 0.10 0.22 0.204 0.13 0.09 0.22 0.205 0.11 0.07 0.18 0.206 0.10 0.11 0.21 0.217 0.15 0.08 0.23 0.228 0.11 0.11 0.22 0.219 0.12 0.12 0.24 0.2310 0.11 0.11 0.22 0.217图 10 面对面结构图 11 面对面结构尺寸链1负荷体；2上部轴承；3下部轴承；4仪表图 12 背对背 结构测量轴向游隙步骤 ab）如图 13 装入分选的外隔圈，再次加上负荷，让表尖对在负荷平面中部，记录表的读数。1负荷体；2上部轴承；3外隔圈；4下部轴承；5仪表图 13 背对背结构测量轴向游