成組安裝推力軸承預緊對軸承使用壽命的影響

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[摘 要]本文主要介紹了成組安裝圓錐滾子軸承和推力軸承進行預緊必要性，軸承預緊后對使用壽命的影響，以及兩種典型的預緊方式，并介紹了不同軸承預緊力的選擇，同時結合實際案例分析了預緊力對軸承失效的影響。

[關鍵詞]圓滾子軸承 軸承預緊 剛度

中圖分類號：TG233.6 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）14-0078-02

一、軸承預緊使用的特點

通常情況下，軸承在安裝后都具有一定的內部游隙，即滾子在與內外套圈之間存在一定的間隙，這是保證軸承正常運轉的必要條件之一，但是當軸承成對安裝使用，用于承受軸向力時，通常需要對軸承施加預緊力負荷，使?jié)L動體和內外套圈間產生一定的預變形，以達到所需的工作目的，這就是推力軸承的預緊。此時，軸承在負游隙狀況下運轉，負游隙是滾動軸承使用的特點之一。

軸承預緊的目的是為了增加軸承的剛度，即增加軸承在載荷作用下套圈與滾動體接觸處產生彈性變形的能力，軸承的剛度可以通過預緊的方式來增強，但在預緊時，應對預緊量的大小進行合理地控制，合理的預緊量可以起到提高軸承旋轉精度和延長軸承疲勞壽命的效果，但若預緊量超過最佳值時，軸承的剛度增加不大，相反地，卻會對軸承的運轉性能帶來不良影響，如摩擦磨損增加，軸承工作溫度上升等。

從理論上講，軸承的工作游隙為略微負值時①，軸承的疲勞壽命最長，隨著負游隙的增加軸承的使用壽命急劇下降，反之，當正游隙的值增加時，軸承使用壽命也將下降。

角接觸軸承、圓錐滾子軸承兩個軸承成對使用時以及推力軸承使用時，都必須以適當方式預先對軸承施以預載荷，使軸承的滾動體與內外圈滾道之間產生一定量的預變形，以保證內外圈與全部滾動體處于均勻的壓緊狀態(tài)。軸承預緊后使用通常有以下好處：

1、增加軸承的剛度

2、保證軸在徑向和軸向的正確定位，提高軸的旋轉精度

3、降低軸承運轉中的振動和噪聲

4、提供防止軸承自轉打滑所需要的最小載荷

5、保證滾動體與內外滾道正確的接觸位置。

6、補償零件在運轉中的尺寸消耗

二、軸承預緊方式與預緊力

成對安裝的軸承預緊方式通常有定位預緊和定壓預緊兩種方式。

定位預緊：通過調整套筒的長度或墊圈的厚度等方法給軸承施加軸向載荷，以達到預緊的目的，如下圖2所示，兩只成組安裝的圓錐軸承內圈通過壓板壓緊定位，確保兩軸承內圈端面之間間隙為0，端蓋和調整環(huán)對軸承外圈進行定位預緊，定位預緊量取決于調整環(huán)的厚度。

兩個單列圓錐滾子軸承經定位預緊成對安裝時，其軸向載荷與變形的曲線如圖4所示，

定壓預緊：定壓預緊是利用彈簧等彈簧元件使軸承的軸向預緊載荷在使用時保持不變的一種軸向預緊方式，可以通過調整彈簧的壓縮量以獲得一定的預緊量，如圖3所示， 軸承內內圈通過定位環(huán)、圓螺母堅固定位，彈簧的彈性力施加于軸承外圈，以獲得一定的預緊力。

兩個單列圓錐滾子軸承經定壓預緊成對安裝時，其軸向載荷與變形的曲線如圖5所示。軸承1在軸向載荷Fa作用下，軸承1軸向負荷增加，相應的軸向位移量也增大，而軸承2的軸向負荷減小，相應的軸向位移量也減少，兩軸承的變形時分別為：

在軸向載荷的作用下，支撐系統(tǒng)的軸向位移量變化僅為δa ，成對安裝的圓錐滾子軸承經預緊后其系統(tǒng)剛度可提高一倍，與定位預緊不同的是，軸承1在外加載荷Fa的作用下，變形量增加了δa，而軸承2的變形量和預緊載荷Fa2 基本不變。

由以上分析知，軸承的預緊可以顯著提高軸承的剛度，在實際使用中要合理控制預緊力以提高軸承的剛度。

三、預緊力對軸承使用壽命的影響實例

輸出軸的徑向位置由兩只NU系列軸承支撐，軸向位置由2只推力調心軸承29422成組安裝定位，推力軸承預緊方式為定壓預緊。

該產品在正常工作時推力軸承承受軸向力F正，在使用200h 后發(fā)生推力軸承高溫，拆檢發(fā)現(xiàn)， 軸承2嚴重損坯，滾子、保持架、滾道已經嚴重燒蝕變形，軸承1無明確損傷，僅表面有高溫現(xiàn)象。

進一步檢查，軸承供油良好，不存在缺油情況，因設備工作時，雖然軸承2不承受推力，但卻損壞嚴重，直接懷疑為軸承預緊力不足使得齒輪箱運轉時，軸承滾子由于離心力的作用偏離了滾道的正常工作位置 ，加劇了滾子的磨擦，最終產生了高溫，油膜破壞，造成軸承損壞。通過計算，軸承的總預緊力僅為915.6N，加大預緊力至5033.5N，設備運轉900h小時后復查軸承，軸承工作正常。

可見，成組安裝推力軸承的預緊對軸承的使用壽命有顯著影響。

注：①，通常對于滾子軸承預緊后工作游隙為不大于5um為佳，對于球軸承預緊后工作游隙為不大于10um為佳。

參考文獻

[1].《NSK軸承技術手冊》

[2].《實用軸承手冊》上海科學技術文獻出版社 王振華主編

[3].《圓錐滾子軸承軸向定位預緊剛度計算》軸承 2004年第5期 CN41-1148/TH李為民