液压螺母在圆锥孔滚动轴承装配技术中的应用

王燕鹏，李伟文，李明飞，郭秀珍

（湖南工业职业技术学院，湖南 长沙 410208）

滚动轴承是支承轴的部件，因其具有摩擦力小、工作效率高、更换方便和维护容易等优点，被广泛应用于各类机械设备中。滚动轴承的装配质量对机械产品的运行精度、噪音、寿命等具有重要的影响[1]，而装配技术水平是装配质量的主要影响因素。在工程实践中，圆锥孔滚动轴承的安装与拆卸是项复杂和困难的工作。因此，选用更优的拆装工具和拆装方法对于保证圆锥孔滚动轴承的装配质量、提高装配效率和保障机械产品的长期可靠运行具有十分重要的意义。

液压螺母是一种强力紧固元件，具有经济高效、便捷省力、紧固可靠等优点，被广泛应用于矿冶[2]、船舶[3]、核工业[4]等领域当中。然而关于液压螺母在滚动轴承装配技术中的应用研究文献却相对较少，已有的研究[5-8]大多局限于液压螺母能够用于拆装轴承这一功能的介绍，而没有深入研究液压螺母拆装在圆锥轴颈上、紧定套上或退卸套上等复杂场合中的圆锥孔滚动轴承的应用规律和使用方法。实际上，因圆锥轴颈、紧定套和退卸套在结构上存在的差异，使得液压螺母在各场合中的应用规律和使用方法也有较大的区别。

本文在分析液压螺母结构和工作原理的基础上，结合工程实践，研究了液压螺母拆装的多种复杂场合中圆锥孔滚动轴承的应用。经实践检验，液压螺母在降低圆锥孔滚动轴承拆装过程中的磨损、提高装配质量和工作效率方面具有良好的使用效果。

1 液压螺母的结构和工作原理

如图1所示，液压螺母由两部分组成，一部分是带内螺纹且具有侧面凹槽的螺母本体，另一部分是装配在本体凹槽里的环状活塞。液压螺母本体部分的内螺纹用来连接轴颈或装配中的移动部件，起固定螺母体本身或当活塞部分静止时通过螺纹带动装配中的移动部件运动的作用，故使用液压螺母时，要求装配件中具有能够和液压螺母配合连接的螺纹，且螺纹尽可能多地咬合到位。液压螺母两部分之间存在的配合缝隙经两个O形密封圈的密封作用后，形成封闭的油腔。液压螺母工作时，液压泵输入的压力油通过快速接头进入油腔，推动活塞或螺母本体向外移动并产生巨大的推力，可使用该推力来装配或拆卸滚动轴承。此外，在螺母本体上还有一个无螺纹的孔，用来装千分表，千分表的测量触点紧接触活塞，可用来测量活塞的轴向位移。

图1 液压螺母结构原理图

液压螺母在装配时，根据其使用的场合和装配方式的不同，其操作方法和步骤有所差异，但可概括为以下基本步骤：1）通过螺纹连接，将液压螺母固定在轴颈或其他装配部件上；2）快速接头连接油管，将液压油压入液压螺母，以产生推力装配滚动轴承；3）滚动轴承装配到位后，打开回油阀，对液压螺母油腔进行卸流回油，活塞被退回起始位置；4）卸下液压螺母，对已安装到位的滚动轴承装上止动垫圈和锁紧螺母予以锁紧。

2 液压螺母在滚动轴承装配中的应用

滚动轴承根据内圈结构特点可分为圆锥孔轴承和圆柱孔轴承。在工程实践中，圆柱孔轴承使用传统的机械装配法或温差法装配较为方便简单[9]，但结构上的特点使得圆锥孔滚动轴承的拆装往往比圆柱孔轴承复杂困难，所以液压螺母主要用于圆锥孔滚动轴承的拆装。圆锥孔滚动轴承内圈总以过盈配合的方式进行安装，过盈量由内圈在圆锥轴颈或紧定套、退卸套上的轴向移动距离决定。轴承在圆锥形配合面上的移动距离越大，轴承径向游隙就会越小，可通过测量径向游隙减小量或轴向推进距离来确定轴承内圈装配过盈量。

2.1 装配圆锥轴颈上的滚动轴承

圆锥孔滚动轴承内圈为圆锥结构，可以直接装配在圆锥轴颈上。使用液压螺母进行装配时，先将圆锥孔滚动轴承套在待装配的轴颈上，然后将液压螺母旋于轴上，并使其活塞部分朝向轴承，再旋紧液压螺母，如图2所示。快速接头连接油管后，便可往油腔内注入液压油，在液压螺母活塞的大推力作用下，轴承向左移动。由于圆锥轴颈与轴承内圈是斜左上方向的锥面配合，故当滚动轴承向左移动时，轴颈与轴承内圈之间的配合越来越紧，滚动轴承的径向游隙也会越来越小。当轴承径向游隙值或轴向移动距离达到装配技术要求时，便可停止轴承的向左移动。当卸下液压螺母后，使用止动垫圈和锁紧螺母对滚动轴承予以锁紧，圆锥孔滚动轴承便被轻松安装在圆锥轴颈上。

在使用液压螺母装配圆锥轴颈上的滚动轴承时，要求轴颈上应有螺纹，以便于与液压螺母内螺纹连接，起着对液压螺母固定的作用；液压螺母活塞的大推力使得轴承与轴颈的紧配合达到技术要求的装配过盈量。

图2 液压螺母装配圆锥轴颈上的滚动轴承

2.2 装配紧定套上的滚动轴承

当需要把圆锥孔滚动轴承安装在圆柱轴颈上时，需要借助紧定套或退卸套来配合完成。紧定套由紧定衬套、锁紧螺母、锁紧垫圈（或锁紧卡）等部分组成，紧定衬套为非均匀厚度的开口圆环套，其内圈为圆柱孔、外表面为圆锥形，如图3所示。在紧定衬套圆环的薄端有连接用螺纹，拧紧锁紧螺母时可顶紧套在紧定衬套上的轴承。使用液压螺母装配紧定套上的圆锥孔滚动轴承时，首先在轴颈上套上合适尺寸大小的紧定衬套，然后将轴承装在紧定衬套上，液压螺母通过螺纹与紧定套相连接，如图4所示。装配过程中，轴承在轴颈上的轴向位置由轴环准确定位。为拆装方便，要求轴环的结构满足在使用时紧定套被压在轴环的下方，且与轴环保持一定的轴向距离。

图3 紧定套结构示意图

当向液压螺母注入液压油时，由于液压螺母活塞部分与轴承紧密接触，故液压螺母活塞相对轴颈静止，而液压油的持续注入将推动液压螺母主体部分带动紧定套向右移动。由于轴承内圈与紧定套是斜左上方向的锥面配合，故当紧定套向右移动时，轴承内圈逐渐膨胀，轴承与紧定套之间的配合越来越紧，轴承径向游隙逐渐减小，当径向游隙值达到装配技术要求范围时，便停止紧定套的向右移动。

图4 液压螺母装配紧定套上的滚动轴承

2.3 装配退卸套上的滚动轴承

退卸套结构与紧定套相似，由退卸衬套、锁紧螺母、锁紧垫圈三部分组成，但退卸衬套上的螺纹处在圆环的厚端。结构上的区别导致使用液压螺母装配退卸套上的轴承与装配紧定套上的轴承方法略有不同。液压螺母装配退卸套上的滚动轴承有2种方式。

1）液压螺母直接旋在轴颈上，液压螺母活塞推动退卸套移动。如图5（a）所示，圆锥孔滚动轴承压在退卸套上，通过轴环定位轴向位置。液压螺母本体部分通过螺纹连接固定在圆柱轴颈上。当开始注油后，液压螺母活塞推动退卸套向着使轴承与退卸套间锥面配合更紧的左方向移动，当轴承的径向游隙达到装配技术要求范围时，停止退卸套的向左移动。

2）液压螺母和止动螺母配合使用，液压螺母本体带动退卸套移动。如图5（b）所示，止动螺母旋于轴颈上，液压螺母活塞朝向止动螺母，本体部分通过内螺纹与退卸套相连接。工作时，液压螺母本体部分带动退卸套向左移动。

液压螺母装配退卸套上轴承的2种方式在工作原理上是一致的。轴承由轴环定位，且相对轴颈静止，退卸套在液压螺母的作用下向使轴承与退卸套间锥面配合更紧的方向移动，以实现轴承的装配。

图5 液压螺母装配退卸套上的滚动轴承

2.4 拆卸紧定套上的滚动轴承

对于装配在紧定套上的圆锥孔滚动轴承，使用液压螺母拆卸简单，但要求在紧靠液压螺母活塞的位置安装合适的止动装置。根据圆柱轴颈上是否有螺纹，止动装置有2种形式：可以是旋于轴颈上的止动螺母，也可以是固定在轴端的止动挡板，如图6所示。但2种形式拆卸轴承的原理和方法基本相同。当往液压螺母油腔注油后，液压螺母活塞保持静止状态，而本体部分会带动紧定套向左移动。由于轴承内圈与紧定套之间是斜左上方向的锥面配合，所以紧定套的向左移动会使得滚动轴承与紧定套的紧配合松脱开来。因此，在装配紧定套上轴承时，要求紧定套与轴环之间保持一定的间隙。

通过分析紧定套上轴承使用液压螺母进行安装或拆卸的过程可以发现，在装配中液压螺母的活塞部分和轴承总是相对轴颈保持静止，只能通过螺母本体部分内螺纹与紧定套上的螺纹连接，带动紧定套进行相对轴承向左或向右的移动，使轴承与紧定套之间的配合变松或变紧，从而实现轴承的拆装。

图6 液压螺母拆卸紧定套上的滚动轴承

2.5 拆卸退卸套上的滚动轴承

液压螺母拆卸退卸套上的圆锥孔滚动轴承操作非常简单。如图7所示，由于轴承内圈与退卸套之间是斜右上方向的锥面配合，故只需借用液压螺母作用力将退卸套从轴承下面向右边拉出即可。但需特别注意的是，为防止退卸套从配合位置突然分离时，液压螺母和退卸套从轴上飞出，应在轴端的液压螺母后面位置安装止动装置。

图7 液压螺母拆卸退卸定套上的滚动轴承

2.6 大型圆锥孔滚动轴承的拆装

对于大型圆锥孔滚动轴承，无论轴承是直接安装在轴颈上，还是安装在退卸套或紧定套上，由于其拆装都需要较大的作用力，所以采用液压螺母配合油注射法会更高效、省力，显示出更好的优越性,如图8所示。当利用油压机将油压入油槽后，在轴承内圈与轴颈配合面之间会形成一层油膜，能大幅减小拆装轴承所需要的推力，由此便可以对轴承进行轻松地安装或拆卸。

图8 液压螺母配合油注射法安装大型滚动轴承

3 结束语

滚动轴承的拆装工具和方法会直接影响轴承的装配质量和拆装的工作效率。为有效改进滚动轴承的装配技术，本文研究了液压螺母在圆锥孔滚动轴承装配技术中的应用规律和使用方法。液压螺母由螺母本体和活塞两部分组成，持续注入液压螺母油腔的压力油可以推动活塞或螺母本体向外移动产生巨大的推力，可用此推力来完成圆锥轴颈上、紧定套上或退卸套上等多种复杂应用场合中圆锥孔滚动轴承的拆装，但需结合装配件的具体结构灵活调整液压螺母的装配方式。在使用液压螺母拆装滚动轴承的过程中，轴承整体受力均衡，能有效避免使用机械法拆装时产生的物理冲击或碰撞对轴承造成损伤的问题。该研究对于保证圆锥孔滚动轴承的装配质量、提高拆装效率和更深入地开展液压螺母的应用研究及推广提供了有价值的参考。