角接觸球軸承的特性及配置方式

呂佐岳

（甘肅省水務(wù)投資有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000）

滾動軸承泛指利用球或滾子的滾動實現(xiàn)最小摩擦，并限制一個物體相對于另一個物體運動的各類型軸承，是傳遞運動和承受載荷的重要支撐轉(zhuǎn)動部件，也是重要的機械基礎(chǔ)件。具有磨擦阻力小、功率耗損小、結(jié)構(gòu)簡單、起動容易、潤滑簡單等優(yōu)點，并且已標(biāo)準化，其互換性和通用性好，因此被廣泛應(yīng)用于各種機械中。滾動軸承的類型很多，但主要按照承受載荷方向與接觸角α 的不同來分類。接觸角α 的定義為滾動體與滾道接觸區(qū)中心的法向負荷與垂直于軸承的徑向平面間的夾角。

圖1 深溝球軸承

圖2 角接觸球軸承

圖3 推力角接觸球軸承

圖4 推力球軸承

當(dāng)00≤α≤450，軸承主要承受徑向負荷，常用的深溝球軸承其接觸角α＝00，如圖1所示；當(dāng)00<α≤450時，這種軸承一般被稱為角接觸球軸承，如圖2所示；當(dāng)450<α<900，如圖3所示，軸承主要承受軸向負荷，稱為推力角接觸球軸承；當(dāng)接觸角α＝900時，如圖4所示，軸承只能承受軸向負荷，稱為推力球軸承。

一般所說的角接觸球軸承有單列和多列之分，以下就單列角接觸球軸承進行討論。

1 角接觸球軸承的特性

角接觸球軸承在目前運用的非常多，由于它的裝球數(shù)比深溝球軸承多，所以額定負荷在球軸承中最大，其允許工作轉(zhuǎn)速與深溝球軸承相近而支承剛性更強，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)；它內(nèi)外圈的滾道可在水平軸線上有相對位移，可以同時承受徑向負荷和軸向負荷，也可承受單一方向的軸向負荷。該類型軸承承受軸向負荷的能力由接觸角決定，接觸角越大，軸向承載能力就越高，角接觸球軸承按其接觸角來分，可分為三種：①7000C型，接觸角α=15°，主要應(yīng)用于較大尺寸精密軸承。②7000AC型，接觸角α=25°，主要應(yīng)用于精密主軸軸承。③7000B型，接觸角α=40°，可承受較大的軸向載荷。

2 角接觸球軸承的配置方式

角接觸球軸承在承受徑向負荷時，會引起附加軸向力，并且只能限制軸或外殼在一個方向的軸向位移。有的場合為了能夠承受雙向軸向力，需要至少兩列軸承組合來實現(xiàn)此目的，因此一般需成對安裝使用。成對安裝的軸承按其外圈不同端面的組合分為：背對背配置、面對面配置、串聯(lián)配置三種類型。

背對背（如圖5所示）安裝時，其所承受的載荷是向軸承軸分開的，可承受作用于兩個方向上的軸向載荷，此特點可以較好的限制軸的軸向位移，每個方向上的載荷只能由一個軸承承受。背對背安裝的軸承提供剛性相對較高的軸承配置，其抗變形能力最大，兩套軸承的接觸角允許不同。

面對面（如圖6所示）安裝時，其所承受的載荷是向軸承軸匯合的，可承受作用于兩個方向上的軸向載荷，也可以限制軸的軸向位移，每個方向上的載荷只能由一個軸承承受，但這種配置不如"背對背"配置的剛性高。另外，"面對面"安裝軸上零件定位如果不恰當(dāng)，軸受熱伸長時軸承游隙變小，有可能造成頂死。對于軸較長、運行時溫升較大的，應(yīng)優(yōu)先考慮"背對背"安裝，

串聯(lián)（如圖7所示）安裝時，兩套軸承的接觸角應(yīng)完全相等，使用這種安裝時，軸承組只能承受作用于一個方向上的軸向載荷，如果軸向載荷作用于相反方向，就必須增加一個相對串聯(lián)配對軸承調(diào)節(jié)的第三個軸承。通常，為了平衡和限制軸的軸向位移，保證安裝的穩(wěn)定性，另一支撐處需安裝能承受另一方向軸向載荷的軸承，或者將兩對串聯(lián)排列的軸承對置安裝在軸兩端。

圖5 串聯(lián)配置

圖6 面面配置

圖7 背對背配置

3 實例應(yīng)用分析

在甘肅省景電管理局一期總干二、三泵站的6＃機組，水泵與電機連接側(cè)（下稱水泵內(nèi)側(cè)，水泵另外一側(cè)稱水泵外側(cè)）的水泵軸承體內(nèi)安裝的是一盤單列圓柱滾子軸承（可拆卸式），水泵外側(cè)的軸承體內(nèi)安裝的是兩盤單列角接觸球軸承。機組在開機運行數(shù)小時后，外側(cè)軸承體溫升較大，嚴重時造成被迫停機。為了解決該問題，我們對其進行了分析。

雙吸臥式離心水泵由于設(shè)計結(jié)構(gòu)的對稱性，它在運行的過程中，作用在轉(zhuǎn)子葉輪蓋板上的力和動力引起的軸向力是平衡的，從理論上講，軸向力的合力為零。但由于水泵結(jié)構(gòu)制造上的誤差，特別是水泵轉(zhuǎn)子在運行一定的時間后，兩側(cè)的雙吸密封環(huán)由于磨蝕產(chǎn)生間隙，間隙的寬度和長度不同造成從水泵高壓側(cè)流入到低壓側(cè)的水流量也不相等，導(dǎo)致葉輪兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，這樣就引起了附加軸向力。由于葉輪和泵軸通過安裝組合為一體，所以附加軸向力最終通過泵軸傳遞到軸承上，在這種情況下，軸承的類型以及安裝是否得當(dāng)就成了水泵能否平穩(wěn)、安全運行的關(guān)鍵因素。

通過以上的分析，由于上述水泵機組的內(nèi)側(cè)軸承體內(nèi)安裝的是可拆卸式單列圓柱滾子軸承，該類型軸承并不承受軸向荷載，如果選用“串聯(lián)”配置方式，水泵軸的軸向位移無法得到平衡和限制，并且為了避免造成頂死故障的發(fā)生，我們選擇以“背對背”的配置方式安裝。機組在開機運行后，水泵外側(cè)軸承體溫升較大的現(xiàn)象消除，水泵運行平穩(wěn)、正常。

4 結(jié)語

角接觸球軸承的三種配置方式都有它各自的特點和使用要求，為了保證軸承的正常工作，在實際的使用、安裝過程中，一方面要分析軸的受力情況，另一方面還要對軸系支撐端結(jié)構(gòu)、軸承與相關(guān)零件的配合、軸承的密封和潤滑情況進行分析、了解。只有綜合考慮運用，才能使軸承的特性充分發(fā)揮，機械才能安全、平穩(wěn)的運行。

[1] 傅天民，張奇（編譯）.滾動軸承應(yīng)用設(shè)計圖集[ISBN].北京：國防工業(yè)出版社，1991.