角接触球轴承的特性及配置方式

吕佐岳

（甘肃省水务投资有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

滚动轴承泛指利用球或滚子的滚动实现最小摩擦，并限制一个物体相对于另一个物体运动的各类型轴承，是传递运动和承受载荷的重要支撑转动部件，也是重要的机械基础件。具有磨擦阻力小、功率耗损小、结构简单、起动容易、润滑简单等优点，并且已标准化，其互换性和通用性好，因此被广泛应用于各种机械中。滚动轴承的类型很多，但主要按照承受载荷方向与接触角α 的不同来分类。接触角α 的定义为滚动体与滚道接触区中心的法向负荷与垂直于轴承的径向平面间的夹角。

图1 深沟球轴承

图2 角接触球轴承

图3 推力角接触球轴承

图4 推力球轴承

当00≤α≤450，轴承主要承受径向负荷，常用的深沟球轴承其接触角α＝00，如图1所示；当00<α≤450时，这种轴承一般被称为角接触球轴承，如图2所示；当450<α<900，如图3所示，轴承主要承受轴向负荷，称为推力角接触球轴承；当接触角α＝900时，如图4所示，轴承只能承受轴向负荷，称为推力球轴承。

一般所说的角接触球轴承有单列和多列之分，以下就单列角接触球轴承进行讨论。

1 角接触球轴承的特性

角接触球轴承在目前运用的非常多，由于它的装球数比深沟球轴承多，所以额定负荷在球轴承中最大，其允许工作转速与深沟球轴承相近而支承刚性更强，运转平稳；它内外圈的滚道可在水平轴线上有相对位移，可以同时承受径向负荷和轴向负荷，也可承受单一方向的轴向负荷。该类型轴承承受轴向负荷的能力由接触角决定，接触角越大，轴向承载能力就越高，角接触球轴承按其接触角来分，可分为三种：①7000C型，接触角α=15°，主要应用于较大尺寸精密轴承。②7000AC型，接触角α=25°，主要应用于精密主轴轴承。③7000B型，接触角α=40°，可承受较大的轴向载荷。

2 角接触球轴承的配置方式

角接触球轴承在承受径向负荷时，会引起附加轴向力，并且只能限制轴或外壳在一个方向的轴向位移。有的场合为了能够承受双向轴向力，需要至少两列轴承组合来实现此目的，因此一般需成对安装使用。成对安装的轴承按其外圈不同端面的组合分为：背对背配置、面对面配置、串联配置三种类型。

背对背（如图5所示）安装时，其所承受的载荷是向轴承轴分开的，可承受作用于两个方向上的轴向载荷，此特点可以较好的限制轴的轴向位移，每个方向上的载荷只能由一个轴承承受。背对背安装的轴承提供刚性相对较高的轴承配置，其抗变形能力最大，两套轴承的接触角允许不同。

面对面（如图6所示）安装时，其所承受的载荷是向轴承轴汇合的，可承受作用于两个方向上的轴向载荷，也可以限制轴的轴向位移，每个方向上的载荷只能由一个轴承承受，但这种配置不如"背对背"配置的刚性高。另外，"面对面"安装轴上零件定位如果不恰当，轴受热伸长时轴承游隙变小，有可能造成顶死。对于轴较长、运行时温升较大的，应优先考虑"背对背"安装，

串联（如图7所示）安装时，两套轴承的接触角应完全相等，使用这种安装时，轴承组只能承受作用于一个方向上的轴向载荷，如果轴向载荷作用于相反方向，就必须增加一个相对串联配对轴承调节的第三个轴承。通常，为了平衡和限制轴的轴向位移，保证安装的稳定性，另一支撑处需安装能承受另一方向轴向载荷的轴承，或者将两对串联排列的轴承对置安装在轴两端。

图5 串联配置

图6 面面配置

图7 背对背配置

3 实例应用分析

在甘肃省景电管理局一期总干二、三泵站的6＃机组，水泵与电机连接侧（下称水泵内侧，水泵另外一侧称水泵外侧）的水泵轴承体内安装的是一盘单列圆柱滚子轴承（可拆卸式），水泵外侧的轴承体内安装的是两盘单列角接触球轴承。机组在开机运行数小时后，外侧轴承体温升较大，严重时造成被迫停机。为了解决该问题，我们对其进行了分析。

双吸卧式离心水泵由于设计结构的对称性，它在运行的过程中，作用在转子叶轮盖板上的力和动力引起的轴向力是平衡的，从理论上讲，轴向力的合力为零。但由于水泵结构制造上的误差，特别是水泵转子在运行一定的时间后，两侧的双吸密封环由于磨蚀产生间隙，间隙的宽度和长度不同造成从水泵高压侧流入到低压侧的水流量也不相等，导致叶轮两侧产生压力差，这样就引起了附加轴向力。由于叶轮和泵轴通过安装组合为一体，所以附加轴向力最终通过泵轴传递到轴承上，在这种情况下，轴承的类型以及安装是否得当就成了水泵能否平稳、安全运行的关键因素。

通过以上的分析，由于上述水泵机组的内侧轴承体内安装的是可拆卸式单列圆柱滚子轴承，该类型轴承并不承受轴向荷载，如果选用“串联”配置方式，水泵轴的轴向位移无法得到平衡和限制，并且为了避免造成顶死故障的发生，我们选择以“背对背”的配置方式安装。机组在开机运行后，水泵外侧轴承体温升较大的现象消除，水泵运行平稳、正常。

4 结语

角接触球轴承的三种配置方式都有它各自的特点和使用要求，为了保证轴承的正常工作，在实际的使用、安装过程中，一方面要分析轴的受力情况，另一方面还要对轴系支撑端结构、轴承与相关零件的配合、轴承的密封和润滑情况进行分析、了解。只有综合考虑运用，才能使轴承的特性充分发挥，机械才能安全、平稳的运行。

[1] 傅天民，张奇（编译）.滚动轴承应用设计图集[ISBN].北京：国防工业出版社，1991.