轴承游隙的选择与分析

轴承游隙的选择与分析

赵小辉

河南心连心化学工业集团股份有限公司 河南 新乡 453000

摘要：圆锥式破碎机是用于冶金、建筑、筑路、化学等行业中原料的破碎机械，水平轴是圆锥式破碎机的重要传动部件，水平轴通过驱动电机带动三角带轮传动装置，使水平轴上的小锥齿轮驱动大锥齿轮及偏心轴套实现动力的传递。轴承用来支撑水平轴的运转，轴承使用寿命决定更换周期，因此轴承游隙选择就十分重要，如果选择不合理，容易导致轴承失效，轴承失效后对其的维修、更换很麻烦。游隙的计算和选择要根据产品设计要求及实现的功能去选择，怎么判断所选游隙是否是使用寿命最长的游隙，这是本文写作的目的。鉴于此，本文对轴承游隙的选择与分析进行分析，以供参考。

关键词：轴承；游隙计算；安装游隙

引言

轮毂轴承游隙设计初期，通过实验得出预紧力对工作游隙变化曲线，获取预紧力值。并通过软件分析，以耐久性最大化为目标，获得最佳设计游隙值。除设计外，轮毂轴承制造环节质量管控也需引起高度关注，定期对供应商的工艺进行定期审核，审核问题闭环管理。满足以上两点，轮毂轴承使用寿命才能达到最佳。

1轴承游隙的计算与确定

轴承游隙是指轴承滚动体与轴承内外圈壳体之间的间隙。根据移动的方向，游隙可分为径向游隙和轴向游隙。游隙是轴承的一个重要技术参数，它直接影响到轴承的使用寿命、载荷分布、机械的运动精度、振动、噪声、摩擦等技术性能。选择轴承游隙时，应考虑以下几个方面[1]：（1）轴承的工作条件，如载荷、温度、转速等；（2）对轴承使用性能的要求（旋转精度、摩擦力矩、振动、噪声）；（3）轴承与轴和外壳孔为过盈配合时导致轴承游隙减小；（4）轴承工作时，内外套圈的温度差导致轴承游隙减小。

2轴承游隙与预紧力

通常，轴承径向游隙不易于测量。因此国内主要检测手段运用轴向检测方式进行测量。轴向游隙基本检测原理为，以轮毂端面及外圆进行粗定位，以轮毂外圆作为夹紧点，如图1所示，沿着轮毂轴向方向向上施加100N压力，记录千分表数值数据1。同步沿轴向方向向下施加200N压力，记录千分表数值数据2，两者之间变化差为轴向游隙值。

轮毂轴承装配前保证微小的正游隙，轮毂装入前制动角单元通过预紧螺母，对轴承内圈施加一定预紧力，轴承游隙的变化量和内外圈刚度、施加力值等相关。通常滚子轴承钢球与内外圈为线接触，受力面积大，刚性高。而球轴承与内外圈为点接角，受力面积小，刚性差。两者施加同样的力矩值，球轴承的游隙变化要高于滚子轴承。并且随着力矩值加大，游隙值也在加大。轮毂轴承内圈受力分布如图1所示，与螺母相接触的内圈受力公式为，

其中，Fn是螺母对内圈施加的轴向合力；Fha是法兰轴对内圈施加的摩擦力；Fba是钢球对内圈施加的轴向合力，即为轴承预紧力；F0是2个内圈端面的接触合力，即为螺栓拧紧力。

图1轴承受力分析

3轴承游隙工艺分析

轮毂轴承原始游隙不仅设计环节重要，制造环节同样关键。从产品角度，轮毂轴承分内圈、外圈、钢球及保持架。从工艺角度，轮毂轴承分热处理、机加和装配三大工艺。轮毂内外圈为锻件，热处理工艺为调质淬火，加热温度及时间参数要严格控制，最终可满足刚度要求。机加工艺涉及为为内外圈的沟道加工，沟道加工的基本工艺为粗车沟道，精车沟道，超精车及研磨，加工设备通常用数控车床及磨床，工艺参数可实时监控。装配工艺目前较成熟，基本采用智能化装配工艺完成装配，涉及游隙的关键工艺为内外圈尺寸检测、内外圈与钢球合套、游隙检测。其中内外圈分组检测，利用全自动测量分选机，借助传感器，自动计算轴向尺寸，分组并将产品置入对应区域。传送机构自动传送内、外圈并计算分组。合套工艺为合套机自动选择钢球与套圈组并，依据合套计算公式，验证游隙值。数据采集系统计算合格，则通过机械手将内圈压入外圈组件并完成产品合套。游隙检测工艺为产品经清洗吹干，设备上100%自动进行轴向游隙检测。通过卡爪抓取自动上料并检测到不合格游隙产品，自动剔除至不合格区域。

4汽车轮毂轴承发展现状

第一代轮毂轴承，外形为圆柱体结构，优势为外圈与内圈为整体淬火，抗疲劳寿命增高，刚性好，法兰盘跳动精度高。劣势为装配装到制动器总成后，基于转向节和轮毂配合、大螺母拧紧等影响，造成总成游隙散差大、刚性差，失效比例高。

第二代轮毂轴承，外形为法兰盘与内圈结构，外圈沟道局部淬火，两个内圈整体淬火。重量略轻，加工效率高，可实现理论上装车后总成控制为负游隙。劣势为外圈感应淬火，抗疲劳性增高，疲劳失效相对少。

第三代轮毂轴承，外形为两个法兰盘与内圈结构，法兰盘为感应淬火，内圈为整体淬火。优势为刚性好，法兰盘跳动精度高，抗疲劳寿命高，集成化高。劣势为产品重、边缘硬度低，成本高。

5轴承合套实现方法

5.1合套最快化

采用3个集合整体遍历方法可以实现合套，但随轴承内、外圈及滚动体数量增大，计算耗时剧增。考虑在轴承实际合套时，内、外圈尺寸不确定且数量大，而滚动体直径按规值进行分组是固定的，故先将内、外圈进行匹配形成方案，再用形成的方案与不同滚动体直径规值进行遍历，实现快速匹配。

5.2合套最优化

计算结果中可能会存在多个方案均为最大合

套数量的情况，需对方案进行优选。通过计算每个最大合套量方案的游隙偏离度，最小偏离度值的方案即为最优方案，偏离度为

式中:n为最大合套数量;Gr(i)为某合套方案中的合套游隙值;Grmax，Grmin分别为合套游隙最大值和最小值。

5.3轴承实际使用寿命

经实际验证，轴承NU3221选择C3游隙的没出现失效现象，可继续使用，大于理论计算寿命。在第一轮试验中，轴承选择小游隙组C2，C2是根据手册推荐值选取，经理论计算是满足工况的，实际在使用过程中，没有达到理论计算的寿命27906h就出现失效现象，选择C2游隙远不如C3游隙轴承使用寿命长。

5.4合套最大化

匈牙利算法是针对内、外圈2个集合之间形成最大匹配方案的方法，实现原理为:先将全部内、外圈编号，将每个内圈与全部满足游隙要求的外圈形成组合，如图2所示;分别选取1个内圈与相对应组合中的1个外圈进行匹配，由于在匹配时每个内圈或外圈只能进行1次匹配，所以将匹配的外圈进行标记，禁止再次匹配，根据此要求形成1个初始匹配方案并统计总匹配数量。

图2合套匹配示意图

结束语

游隙是保证轴承安全稳定运转的重要参数［1］，使实际合套游隙值分布的分散度更小有利于提高轴承使用性能，而采用智能化的计算方法可以降低人工成本与误差，提高合套数量，也有利于选择较小的分散度方案。

参考文献

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