CN101761584B - 滚动轴承高刚度安装方法及轴承新结构 - Google Patents
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Abstract
滚动轴承高刚度安装方法及轴承新结构。安装步骤：A.将轴承内圈以过盈配合装于主机转轴上；B.在内圈轴向外端面处装含压紧和锁紧螺母的施压件，轴向施加预紧力，使轴承形成负游隙后锁紧；C.外圈与主机间过盈配合；D.在外圈径向外周增设法兰，并在法兰上开孔装螺钉，将外圈轴向紧固于外壳端面。法兰上也开拆卸螺孔，方便拆卸轴承。彻底改变了滚动轴承现有安装方式，使之变为刚性支承；减小主机振动、噪声。预紧力提高旋转精度；设压紧法兰使轴承具有承受力矩载荷的能力，且降低了高精度轴承及配对轴承尺寸精度要求。本发明提供了单双列球体、圆锥圆柱和组合等共8种滚动轴承的安装方法和新结构。特别适用于要求高刚性、高性能、高精度的重型主机，如机床、电机、工程、采掘、冶金等机械。
Description
(一)技术领域：本发明涉及几种滚动轴承安装方法及结构，属滚动轴承类(F16C)。
(二)背景技术：现有各种滚动轴承与应用设备(一般为机械装置，也可称为主机)的连接支承结构中，除转盘轴承外，绝大多数轴承均是轴承外圈1装于主机外壳5内，轴承内圈2装于主机的转轴6外。外圈与外壳间因采用过盈配合拆卸较困难，故一般采用间隙配合，配合级别为G7-P7。内圈和轴颈间，因内圈从转轴上拆卸下来的工具较全，现多取过盈配合，配合级别为g6-r7，从K5-r7均为过盈配合。此种配合常使轴承安装存在径向间隙，其值小则几微米，多则几十至上百微米。这些无法消除的间隙，大幅度降低了轴系的刚度，在稳定的外载荷条件下，轴承外径尚可稳定的贴合在壳体内孔的相应部位给予支反力而稳定工作，但在变动及变方向的外载下，轴承外径与壳体内孔的贴合部位将不断改变，使轴系产生无法避免的振颤，加上轴承内部存在的游隙，其振颤则更为加大，使机械装置产生振动，噪声，破坏其应有的性能。
(三)发明内容：本发明提出的滚动轴承高刚度安装方法及轴承新结构，就是解决上述现有滚动轴承与应用设备(机械装置)的连接支承结构中，因存在安装间隙和轴承内部的游隙，导致应用设备的振动、噪声及对性能的破坏等问题。
采用的技术方案如下：
滚动轴承高刚度安装方法，其特征是该安装方法包括下述步骤：
A.轴承内圈2或内圈和第二内圈2-1内孔以过盈配合装于转轴6上；
B.在轴承内圈或第二内圈轴向外端面处装施压件压紧螺母7和锁紧螺母8；轴向向内旋转压紧螺母使轴承形成负游隙后，轴向向内旋转锁紧螺母，使之锁紧；
C.轴承用外圈1轴向内端的外圆面1.5装入主机外壳5内孔，两者间为过盈配合；
D.在轴承外圈径向外周增设压紧法兰1.1，并在法兰上周向开孔装螺钉1.2，用螺钉1.2将外圈轴向紧固于外壳端面5.1上；便完成一端轴承M的安装。
若转轴为长轴时，在转轴另一端安装的轴承N，除按上述A、B、C、D相同步骤以外，在外壳和法兰端面间增设垫圈9，用以调节轴向尺寸。
采用上述滚动轴承高刚度安装方法所需的轴承新结构，包括：①外圈1和内圈2间有单列球体、单列圆锥滚子或单列圆柱滚子4的单列滚动轴承；或者②在外圈和内圈、外圈和第二内圈2-1之间设有双列球体、双列圆锥滚子或双列圆柱滚子4、4-1的双列滚动轴承；其特征是：
1)在轴承外圈的外端增设压紧法兰1.1，并在法兰上周向开与轴向固紧螺钉1.2相配合的通孔1.3；压紧法兰的宽度b1mm和外径D1mm如下选取：
b1＝(0.4-0.6)B1 D1≥d1+2d1.2+Δ
其中：B1为外圈宽度mm；d1为外圈外径mm，d1≤5000mm；d1.2为连接螺钉的六角螺钉头的外圆尺寸mm；Δ取值范围为2-10mm。
2)内圈或内圈和第二内圈内孔与主机转轴6间均为过盈配合；
3)内圈或第二内圈外端面处轴向均装调游隙和施加预紧力的施压件7、8；
4)主机外壳5内孔与外圈外圆面1.5间采用过盈配合；
5)在法兰上开用于拆卸轴承的两个以上拆卸螺孔1.4。
对组合滚动轴承新结构除b1＝(0.6-0.75)B1外，其余结构与上述结构完全相同。
本发明有益效果：
1)彻底改变了滚动轴承现有的安装方式，使之变为刚性支承。措施为：①设置和调整转轴(或轴台)上的施压件，以消除轴承内的游隙(或调整为负游隙)。②轴承外圈或内圈内端外圆面装入主机外壳内孔，两者间为过盈配合。③将外圈外端改为轴向压紧法兰，法兰的端面与壳体端面压紧，适于调整轴向游隙。这样就使新的支承变为高刚度支承。
2.刚度的提高，减小了振动、噪声。由于轴承与壳体改为端面压紧，消除了轴承配合产生的径向间隙，轴向压紧内圈，又将轴承内部调整为负游隙，从而使轴承安装后成为刚性支承，当用施压件施以的预紧力大于外载荷时，则在变动外载荷下，轴承仍处于预紧力造成的弹性变形接触状态，轴系产生的振颤极小，从而减小了轴系的振动、噪声。
3.预紧力提高了轴承的旋转精度。滚动轴承的精度等级是由轴承的尺寸精度和旋转精度决定的，而轴承的旋转精度是由套圈的形位误差和滚动体直径变动量所决定的。套圈的形位误差和滚动体的直径差必然在轴承内形成高点、低点，在预紧力作用下，高点受力大，弹性变形大，低点受力小，弹性变形小，由此使轴承的旋转精度得到较大幅度的提高。例如：本发明实施例7，主机为2.5M高精度数控立车。轴承为推力向心组合圆锥滚子轴承，轴承外形尺寸为d×D×H＝1090×1330×112，轴向额定动载荷为Ca＝3850KN，径向额定动载荷为Cr＝1260KN。轴承各零件及轴台(相当于本发明的转轴，但为静止件)的形位误差各为1～3μm，轴向及径向圆锥滚子的直径差为1～2μm。以此各误差组装成的轴承，其径向、轴向跳动量应为2～5μm，，但在装转台后施加了15T左右的预紧力(施压件中施力面2.7也可设在第二内圈2-1上端面)，精车淬回火后的Φ1900套圈沟道，在接触部位(α＝50°)的法向跳动量仅为1μm。计算表明，在15T的预紧力下，轴承套圈与滚子设定为无误差时的弹性变形的趋近量约为1.5～2.3μm，两排的总趋近量为3～4.5μm。但在有误差时，高点的承载大，弹性变形大，低点的承载小，弹性变形小，达到载荷分布及弹性变形的均衡时，就使轴承的旋转误差大幅度减小至1μm，旋转精度得到大幅度的提高。利用此类轴承的这一特性，可以用较低精度的轴承，实现高精度的使用，从而降低轴承成本。
4.设压紧法兰，且端面与壳体端面压紧，使轴承具有承受一定力矩载荷的能力。当内圈承受偏载或力矩载荷时，由于轴承外圈紧固于壳体端面，已具有承受一定力矩的支反功能。特别是为双内圈时，其能力更是成倍提高。
5.外圈带压紧法兰降低了高精度轴承及配对轴承尺寸精度的要求。轴承内径为基孔制公差，外径为基轴制公差，轴承精度越高，其内、外径的公差值越小，外圈带法兰后，原外径d1的公差取P0级，最高取P5级即可。而轴承内径d2与轴颈多为过盈量不大的配合，过盈大小将影响轴承安装后的使用游隙，但此种轴承安装后，其使用的游隙应调整为零游隙或负游隙，因此，内孔的公差取高于P5级的更高精度，已毫无意义。
6.本发明安装方式，简化了主机结构、安装拆卸方便。首先采用外圈带法兰的轴承后，原壳体内孔用于外圈轴向定位的台阶孔可取消，压紧外圈端面的法兰可取消，原有密封装置，可由轴承自带密封圈替代，从而简化了壳体结构，减小了壳体尺寸。外圈与壳体间为过盈配合，安装时只需装入固紧螺钉1.2压紧；拆卸时，旋松固紧螺钉，将拆卸用螺钉旋入拆卸螺孔1.4推动外壳，便实现轴承的方便装拆。而轴承内游隙的调整，则可在外圈装入壳体前由螺母调整，也较为方便。
7.虽然现有国标中：向心球轴承外径D＝6-280mm，圆锥滚子轴承外径D＝40-280mm，这两种外圈也设有定位和少量增强轴系刚性的尺寸小的凸缘，但对特大型轴承尚未触及。本发明提供了8种滚动轴承的高刚度安装方法和轴承新结构，特别适用于重型主机用特大型轴承。应用范围；凡要求高刚性、高性能、高精度的各种机械主机的主轴承支承，如机床、通用机械、电机、风机、运输机械、工程机械、采掘机械、冶金机械等的主轴承支承，各种传动的支承等等。
(四)附图说明：
图1实施例1：单列深沟球轴承高刚度安装的新结构正剖视图；
图2实施例2：双列深沟球轴承高刚度安装的新结构正剖视图；
图3实施例3：单列圆锥滚动轴承高刚度安装的新结构正剖视图；
图4实施例4：双列圆锥滚动轴承高刚度安装的新结构正剖视图；
图5实施例5：单列短圆柱滚子轴承高刚度安装的新结构正剖视图；
图6实施例6：双列短圆柱滚子轴承高刚度安装的新结构正剖视图；
图7实施例7：向心推力组合轴承高刚度安装的新结构正剖视图；
图8实施例8：推力组合轴承高刚度安装的新结构正剖视图；
图9实施例9：外圈带压紧法兰新结构尺寸符号标记图。
(五)具体实施方式：
实施例1：见图1和图9，单列深沟球轴承高刚度安装方法及轴承新结构。
单列深沟球轴承高刚度安装方法步骤如下：
A.轴承内圈2内圆面2.6以过盈配合装于转轴6上；B.在轴承内圈轴向外端面2.7处装的施压件压紧螺母7和锁紧螺母8；轴向向内旋转压紧螺母使轴承形成负游隙后，再轴向向内旋转锁紧螺母8，使之锁紧，也就是施加预紧力。C.轴承外圈1内端外圆面1.5装入主机外壳5内孔，两者间为过盈配合。D.轴承外圈径向外周增设压紧法兰1.1，并在法兰上周向开孔装螺钉1.2，用螺钉1.2将外圈轴向紧固于外壳端面5.1上，便完成一端轴承M的安装。当转轴为长轴时，在转轴另一端安装的轴承N，除按上述A、B、C、D相同步骤以外，在外壳和法兰端面间增设垫圈9，用以调节轴向尺寸，以避免壳体5与转轴6上轴承的轴向长度不一致而造成安装的尺寸误差。
用上述单列深沟球轴承高刚度安装方法所安装的单列深沟球轴承新结构如下形成：
①以过盈配合装于主机转轴6上的内圈2；内圈外端面2.7处装压紧螺母7和锁紧螺母8。②内圈2和外圈1间装的深沟单列球体4。③在内圈和外圈间，球体外侧装轴承自带密封圈3。④主机外壳5内孔与轴承外圈1间采用过盈配合。⑤见图9，在轴承外圈径向外周增设压紧法兰1.1，并在法兰上周向开与轴向固紧螺钉1.2相配合的通孔1.3；压紧法兰的宽度b1mm和外径D1mm如下选取：
b1＝(0.4-0.6)B1 D1≥d1+2d1.2+Δ
其中：B1为外圈宽度mm；d1为外圈外径mm(d1≤5000mm)；
d1.2为连接螺钉1.2六角螺钉头的外圆尺寸mm；Δ取值范围为2-10mm。
⑥见图9，在法兰上周向开两个以上用于拆卸轴承的拆卸螺孔1.4，拆卸时，旋松固紧螺钉，将拆卸用螺钉旋入拆卸螺孔推动外壳5，法兰脱离外壳端面5.1，便实现轴承的方便拆卸。见图1，内圈2内端面2.6a轴向紧靠转轴6(也可是转台6)凸台端面。
上述外圈1、内圈2、密封圈3和球体4为新结构单列深沟球轴承的本体。上述壳体5、转轴6、压紧螺母7和锁紧螺母8为与轴承连接和调整轴承内部负游隙所必须的相应零件，这些件可由本专利的厂家设计、制造配套供货，也可由用户在厂家指导下自行设计投入制造。
实施例2：图2和图9为双列深沟球轴承高刚度安装方法及轴承新结构。与上述实施例1相比，安装方法相同，除下列结构不同外，其于结构完全相同：增设以过盈配合(在2-1-6处)装于主机转轴6上的第二内圈2-1；且在第二内圈和外圈1间增设第二列深沟球体4-1，压紧螺母7紧靠第二内圈2-1外端面2-1-7处。内圈2与第二内圈2-1之间有轴向间距。
实施例3：见图3和图9，单列圆锥滚子轴承高刚度安装方法及轴承新结构。
与上述实施例1相比，安装方法完全相同。结构除以下不同之外，其余相同：
在内圈2和外圈1间装的是单列圆锥滚子4。
实施例4：见图4和图9，双列圆锥滚子轴承高刚度安装方法及轴承新结构。与上述实施例3相比，安装方法和结构除以下不同之外，其余相同：
1)安装方法：步骤A：设置第二内圈2-1也以过盈配合(在2-1-6处)装于转轴6上；步骤B：在第二内圈2-1轴向外端面2-1-7处用压紧螺母7和锁紧螺母8锁紧。
2)结构：①第二内圈2-1轴向外端面2-1-7处装压紧螺母7和锁紧螺母8。②第二内圈2-1和外圈1间装第二列圆锥滚子4-1和密封圈3。
实施例5：见图5和图9，单列短圆柱滚子轴承高刚度安装方法及轴承新结构。与上述实施例1相比，安装方法完全相同。结构除以下不同之外，其余相同：①外圈1和内圈2间装一列短圆柱滚子4。②转轴为长轴，在转轴另一端安装的轴承N，外壳端面与法兰间设有调节垫圈9。
实施例6：见图6和图9，双列短圆柱滚子轴承高刚度安装方法及轴承新结构。与上述实施例5相比，安装方法相同；结构除内圈2与外圈1间装的是双列短圆柱滚子4之外，其余相同。上述实施例5(见图5)、实施例6(见图6)为单列、双列短圆柱结构，同样为刚性支承，径向取负游隙，但在运转中因温升、温差使轴产生涨、缩时，内圈可轴向移动补偿，可与图1～5的各主支承配套，而成辅助刚性支承。
实施例7：见图7和图9，向心推力组合轴承高刚度安装方法及轴承新结构。
与上述实施例4(双列圆锥轴承)相比，安装方法相同。结构除以下不同之外，其余相同：①设第二内圈2-1以过盈配合装在主机转轴6台阶上(在2-1-6处)(转轴6也可称转台6)，第二内圈2-1与外圈1间装一列向心圆锥滚子4。②装在外壳内孔起定位作用的外圈外圆面为1.5，与外壳内孔间为过盈配合③见图9，法兰1.1宽度b1＝(0.6-0.75)B1。对应权利要求3。(此处b1不等于(0.4-0.6)B1)。
实施例8：见图8和图9，推力组合轴承高刚度安装方法及轴承新结构。与上述实施例7相比，安装方法相同。结构除以下不同之外，其余相同：第二内圈2-1与外圈1间装的是一列圆柱滚子轴承4。
Claims (3)
1.滚动轴承高刚度安装方法所需的轴承新结构，包括：①外圈(1)和内圈(2)间有单列球体、单列圆锥滚子或单列圆柱滚子(4)的单列滚动轴承；或者②在外圈和内圈、外圈和第二内圈(2-1)之间设有双列球体、双列圆锥滚子或双列圆柱滚子(4、4-1)的双列滚动轴承；其特征是：
1)在轴承外圈径向外周增设压紧法兰(1.1)，并在法兰上周向开与轴向固紧螺钉(1.2)相配合的通孔(1.3)；用轴向固紧螺钉(1.2)将外圈轴向紧固于外壳端面(5.1)上；便完成一端轴承(M)的安装；压紧法兰的宽度b1mm和外径D1mm如下选取：
b1＝(0.4-0.6)B1 D1≥d1+2d1.2+Δ
其中：B1为外圈宽度mm；d1为外圈外径mm，d1≤5000mm；d1.2为轴向固紧螺钉的六角螺钉头的外圆尺寸mm；Δ取值范围为2-10mm；
2)内圈内孔、或内圈和第二内圈内孔与主机转轴(6)间均为过盈配合；
3)内圈或第二内圈外端面处轴向均装调游隙和施加预紧力的压紧螺母(7)和锁紧螺母(8)；轴向向内旋转压紧螺母使轴承形成负游隙后，轴向向内旋转锁紧螺母，使之锁紧；
4)主机外壳(5)内孔与外圈外圆面(1.5)间采用过盈配合；
5)在法兰上开用于拆卸轴承的两个以上拆卸螺孔(1.4)。
2.滚动轴承高刚度安装方法所需的轴承新结构，包括在外圈和内圈间有一列圆锥滚子(4-1)、在外圈和第二内圈(2-1)之间有一列向心圆锥滚子或一列圆柱滚子(4)形成的组合滚动轴承；其特征是：
1)在轴承外圈径向外周增设压紧法兰(1.1)，并在法兰上周向开与轴向固紧螺钉(1.2)相配合的通孔(1.3)；用轴向固紧螺钉(1.2)将外圈轴向紧固于外壳端面(5.1)上；便完成一端轴承(M)的安装；压紧法兰的宽度b1mm和外径D1mm如下选取：
b1＝(0.6-0.75)B1 D1≥d1+2d1.2+Δ
其中：B1为外圈宽度mm；d1为外圈外径mm，d1≤5000mm；d1.2为轴向固紧螺钉的六角螺钉头的外圆尺寸mm；Δ取值范围为2-10mm；
2)内圈和第二内圈内孔与主机转轴(6)间均为过盈配合；
3)内圈外端面处轴向装调游隙和施加预紧力的压紧螺母(7)和锁紧螺母(8)；轴向向内旋转压紧螺母使轴承形成负游隙后，轴向向内旋转锁紧螺母，使之锁紧；
4)主机外壳(5)内孔与外圈外圆面(1.5)间采用过盈配合；
5)在法兰上开用于拆卸轴承的两个以上拆卸螺孔(1.4)。
3.按权利要求1或2所述滚动轴承高刚度安装方法所需的轴承新结构，其特征是装有球体或圆锥滚子的滚动轴承，在外圈和内圈间或外圈与第二内圈间外端面处均设有轴承自带密封圈(3)。
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