角接触球轴承安装预紧浅析

张利中

（哈尔滨轴承集团公司 工模装制造分公司，黑龙江 哈尔滨 150036）

1 前言

角接触球轴承特别适用于承受合成载荷，即径向和轴向同时作用的载荷。单列角接触球轴承通常是两个或两个以上相同型号的轴承组配在一起使用的。安装使用时有：背对背、面对面、同向排列三种方式。角接触球轴承用在机床主轴部件中的时候，通常采取怎样的安装方式？安装过程中需要注意的关键问题是什么？采用怎样的方法才正确合理？为什么有些以角接触球轴承为支承的主轴部件组装后的工作精度达不到设计要求？就此问题，笔者根据工作中的接触和体验，谈一点粗浅的认识。

2 在机床主轴部件中的常用安装方式

角接触球轴承经常被用在机床主轴部件中作为主轴支承。图1即是角接触球轴承在机床主轴部件中的一种常用结构。此种结构在磨加工机床中被广泛应用，它采用的是两套轴承同向排列，在轴两端对放的布置方式。图1结构中，右端一对轴承的外环被轴向固定，而左端一对轴承的外环其轴向左面脱空，右面则由被弹簧支承的弹簧座抵住。这样，当温升致主轴伸长时，左端一对轴承可以在套筒里向左移动，因而补偿了主轴的热膨胀，使轴承仍保持原有的预加负荷。此中的弹簧起着消除轴承间隙并施加预紧力的作用。预紧力的大小由工作负荷而定，并据此确定弹簧尺寸及弹簧数量。图1的结构，已被实践证明是十分合理的，适合于转速要求较高，载荷较轻的场合。

3 安装过程中的关键步骤—预紧

在图1的主轴结构中不仅要按图示的位置和方向将轴承装入其中，而且绝不可忽视装入过程的一个关键步骤——预紧。

滚动轴承的预紧，是指在安装时，使轴承内部滚动体与内外环间的间隙消除，形成一定的初始压力和弹性变形，以减小工作负荷下轴承的实际变形量，从而改善支承刚度，提高旋转精度的一种措施。预紧即是在轴承承受工作负荷之前对其施加的一个预加力或称预加负荷。这个预加负荷不但提高了主轴结构的工作性能，而且可以延长轴承的使用寿命。因而，可以说角接触球轴承使用时的预紧，是一项不可缺少的工作，它直接决定着轴承安装部件的回转精度。

图1 常用的主轴结构

根据有关资料，轴承预加负荷与轴承使用寿命的关系如图2。由图2可知，当轴承自身的装配间隙大于0.004 mm 时，则轴承的寿命会发生显著的下降。同样，当轴承的装配过盈过大，也会使其寿命降低。通俗地说，对轴承进行预紧的过程，就是使轴承由存在间隙到生成过盈的过程。

图2 轴承预加负荷与寿命系数曲线图

轴承预加负荷量的大小一定要选择适当。预紧量过小将达不到预紧的目的，预紧量过大又会使轴承中的接触应力和摩擦阻力增大，从而导致轴承寿命的降低。轴承预加负荷量的确定要考虑两个因素：（1）运转速度；（2）工作载荷的大小。如运转速度高，宜选用小的预加负荷量。运转速度低，宜选用较大的预加负荷量。若工作载荷小（轻载），应选用小的预加负荷量。若工作载荷中等或较大，应加大预加负荷量。如此的选择，即可在旋转精度、支承刚度、轴承寿命三者之间，取得合理的平衡。需要注意的是预加负荷量稍大于工作载荷为最理想。

4 施与预加负荷的正确方法

角接触球轴承怎样施与预加负荷呢？通常由工作时实际承受的载荷量稍作加大后作为预加负荷量写入机床的技术文件（如说明书、部件装配图）中，主轴部件组装时，操作者按此执行。

以图1为例，此结构中角接触球轴承的预加负荷量就明确标示在装配图中，为800N 。在装配后的主轴组件中，预加负荷由被压缩的弹簧所释放。与此同时，两轴承之间宽度公称尺寸相同的内、外隔套，其宽度尺寸在实际装配时要重新确定。只有这样，两套轴承才能分别得到预紧，分担相同的工作载荷。若只靠弹簧施与推力，而内、外隔套的宽度不做调整，结果会使两套轴承中的一套被预紧，另一套没有完全预紧甚至根本没预紧，使得工作载荷不能被均匀承担，影响了装配质量。正确的操作方法应如图3所示。

图3 预加负荷方法及轴承端面差测量

在主轴组件组装之前，将角接触球轴承按图示放置在圆座体之上，在轴承上面向轴承内圈施加一个与规定预加负荷（800N）大小相等的重力F。轴承受力后，内圈端面与外圈端面出现尺寸差 ΔK1、ΔK2，用杠杆千分表测量尺寸差。因为图1中轴承为同向排列，故一套轴承测量ΔK1值，另一套轴承测量ΔK2值。此时，两套轴承间的内、外隔套在安装时的宽度尺寸可计算得出，见图4。

图4 “同向排列”时的隔套宽度

T外＝T内＋ΔK1－ΔK2，

式中：T外——外圈隔套的宽度

T内——内圈隔套的宽度。

按此尺寸加工出的隔套宽度，会使安装后的轴承获得满意、可靠的预紧。以上隔套宽度的计算公式仅对图1、图4而言，其他安装布置方式（背对背、面对面）理同此理，公式有别，不再多述。

5 结束语

角接触球轴承用在主轴部件中，其安装布置方式以两套轴承同向排列对放于轴两端最为多见。若要使角接触球轴承在安装后发挥预想的作用，且使用寿命尽可能延长，预紧是不容忽视的一项重要内容。角接触球轴承安装于部件结构中，仅有弹簧施与的预紧力是不充分的，还必须改变隔套宽度，才能保证预紧充分、可靠。角接触球轴承安装使用前的施加预紧力、测量端面尺寸差的过程也需要保证方法正确，绝不可马虎、敷衍甚至弃做。任何不规范的做法，都将影响轴承功能的发挥，并导致被支承零件（如主轴）旋转精度、刚度的降低。