雙列圓錐滾子軸承滾道角度對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程發(fā)熱的影響

康延輝，王典仁，李云峰

（1.洛陽(yáng)LYC軸承有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039；2.航空精密軸承國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng) 471039）

1 概述

雙列圓錐滾子軸承不僅可以承受較大的徑向載荷，而且可以承受軸向載荷，必要時(shí)還可以承受較大的力矩載荷。另外其剛性強(qiáng)，在兩個(gè)方向都能軸向固定，裝配后具有一定的軸向游隙，可施加一定的預(yù)負(fù)荷，廣泛應(yīng)用于齒輪箱、起重設(shè)備、軋鋼機(jī)、礦山機(jī)械、鐵路貨車等領(lǐng)域。特別是對(duì)于鐵路貨車用雙列圓錐滾子軸承，由于其載荷大、轉(zhuǎn)速高，且在轉(zhuǎn)彎時(shí)形成一定的傾覆力矩作用，因此，軸承加工精度的好壞對(duì)于鐵路運(yùn)行安全來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

軸承加工精度對(duì)于滾動(dòng)軸承運(yùn)行過(guò)程中的平穩(wěn)性、振動(dòng)、發(fā)熱等都有影響。而對(duì)于鐵路貨車運(yùn)行來(lái)說(shuō)，發(fā)熱是致命的，發(fā)熱讓軸承處于高溫工作狀態(tài)之下，容易使?jié)L動(dòng)軸承內(nèi)部潤(rùn)滑油膜破壞，輕則造成軸承磨損、早期失效，重則造成軸承卡死，引起斷軸等行車事故。因此，很有必要對(duì)引發(fā)軸承發(fā)熱的加工精度方面進(jìn)行研究，進(jìn)而進(jìn)行工藝改進(jìn)，從根源上控制軸承產(chǎn)生發(fā)熱。

由于軸承發(fā)熱引發(fā)的事故不可控，因此不能為了研究發(fā)熱影響因素而去故意使軸承發(fā)熱。本文擬采用倒推，即收集發(fā)熱軸承檢測(cè)其尺寸精度，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)其規(guī)律，找到引發(fā)軸承發(fā)熱的影響因素，減少或杜絕雙列圓錐滾子軸承發(fā)熱的產(chǎn)生。

2 發(fā)熱軸承檢測(cè)數(shù)據(jù)收集

針對(duì)用戶退回的 5 套雙列圓錐滾子發(fā)熱軸承進(jìn)行了尺寸項(xiàng)目檢測(cè)。檢測(cè)內(nèi)容包括：內(nèi)、外套圈、滾子尺寸精度項(xiàng)的全部?jī)?nèi)容；對(duì)內(nèi)、外套圈滾道凸度、凸度形式、滾子凸度、滾子圓度、滾子球基面曲率等在圓度儀及輪廓儀上進(jìn)行了檢驗(yàn)。并與產(chǎn)品要求進(jìn)行對(duì)比，找到超差項(xiàng)目（其中把外圈按字上、字下，內(nèi)圈按 A 面、B 面進(jìn)行標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外圈的配合對(duì)應(yīng)），超差項(xiàng)目及結(jié)果見(jiàn)表 1、表 2。

表1 軸承內(nèi)、外套圈尺寸精度超差結(jié)果表

表2 滾子尺寸精度超差項(xiàng)目結(jié)果表

結(jié)合檢測(cè)結(jié)果，得出發(fā)熱軸承內(nèi)、外圈及相應(yīng)滾動(dòng)體尺寸分布規(guī)律，參見(jiàn)表 3。

表3 內(nèi)圈、外圈、滾子尺寸分布規(guī)律

3 雙列圓錐滾子軸承發(fā)熱原因分析

通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)及從雙列圓錐滾子軸承在使用過(guò)程中的受力方面進(jìn)行研判分析，考慮影響發(fā)熱的因素主要為軸承滾道角度與滾子角度方面。在雙列圓錐滾子使用過(guò)程中，軸承受力后其外圈受力位置為靠近寬度中間位置。理想狀態(tài)為軸承受力后滾子與內(nèi)、外滾道在滾道的中間部位接觸，但是如果內(nèi)、外滾道角度偏差控制不當(dāng)，易造成滾子與內(nèi)、外滾道的接觸帶偏離理想接觸區(qū)域，極易造成實(shí)際接觸區(qū)為滾子小端與內(nèi)、外滾道相接觸，這就容易因其發(fā)熱。

綜合內(nèi)、外滾道角度及組滾子角度平均數(shù)據(jù)，裝配后角度配合情況見(jiàn)表 4。

通過(guò)表 4 檢測(cè)數(shù)據(jù)可以得出，以上失效軸承外圈滾道角度偏上差，內(nèi)圈滾道角度偏下差，滾子角度偏下差，符合以上滾道角度偏差控制不當(dāng)造成發(fā)熱的推論。由于滾道角度偏差的影響，使運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滾子小端與內(nèi)、外滾道接觸，引起發(fā)熱，進(jìn)而造成軸承使用過(guò)程中的失效。

4 工藝改進(jìn)措施及結(jié)論

表4 滾道與滾子角度配合情況

結(jié)合檢測(cè)結(jié)果及對(duì)發(fā)熱原因的初步分析，針對(duì)雙列圓錐滾子軸承的加工工藝進(jìn)行改進(jìn)。主要從控制外圈、內(nèi)圈滾道角度方面進(jìn)行優(yōu)化，壓縮其角度偏差，使外圈滾道角度偏差 △2α控制在，內(nèi)圈滾道角度偏差△2β控制在。經(jīng)過(guò)工藝改進(jìn)后加工的產(chǎn)品，配套檢測(cè)旋轉(zhuǎn)精度合格后發(fā)往客戶，未再發(fā)生類似發(fā)熱事故。

以上通過(guò)檢測(cè)發(fā)熱軸承的尺寸精度，逆向推導(dǎo)得出影響該軸承發(fā)熱的因素，即滾道與滾子角度加工誤差產(chǎn)生配合不良，造成發(fā)熱。由此對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化控制，后續(xù)加工產(chǎn)品不僅滿足客戶工作需要，并有效杜絕了發(fā)熱現(xiàn)象的產(chǎn)生，為以后加工過(guò)程工藝控制提供了可靠的依據(jù)，從而在根源上控制軸承發(fā)熱的產(chǎn)生，保證軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的可靠安全。同時(shí)，也為主機(jī)的可靠運(yùn)行提供了有力的保障。