CN112033255A - 一种双列短圆柱滚子轴承预紧量的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种双列短圆柱滚子轴承预紧量的计算方法，属于滚动轴承装配技术领域。解决了现有双列短圆柱滚子轴承难以计算精确预紧量的问题。它包括装配前测量双列短圆柱滚子轴承的原始间隙，查得需装配的双列短圆柱滚子轴承的预紧间隙，计算双列短圆柱滚子轴承的预紧量，计算使用月牙扳手拧紧圆螺母的旋转角度。它主要用于双列短圆柱滚子轴承的预紧。

Description

一种双列短圆柱滚子轴承预紧量的计算方法

技术领域

本发明属于滚动轴承装配技术领域，特别是涉及一种双列短圆柱滚子轴承预紧量的计算方法。

背景技术

双列短圆柱滚子轴承如图3所示，普遍应用在镗床、车床、铣床和磨床等主轴结构中。双列短圆柱滚子轴承的特点是：内圈设有锥孔，与主轴的锥形轴径相匹配，轴向移动内圈往轴颈大端移动，轴承内圈胀大，用来调整轴承的径向间隙和预紧；轴承的滚动体为滚子，能承受较大的径向载荷和较高的转速；轴承有两列滚子交叉排列，数量较多，因此刚度很高；不能承受轴向载荷。

双列短圆柱滚子轴承的预紧或称预加载荷，就是在安装双列短圆柱滚子轴承的时候，在双列短圆柱滚子轴承的轴向给一定的力，消除双列短圆柱滚子轴承的间隙，甚至产生一定的过盈量，使滚动体和内外圈接触部分产生预变形。从而可以提高双列短圆柱滚子轴承的寿命、旋转精度、刚度和抗振性，减少轴承在工作时的变形，这是由于双列短圆柱滚子轴承的变形与载荷之间的关系是非线性的缘故。如图4所示，没有预加载荷时，受工作载荷T1以后，双列短圆柱滚子轴承产生变形Y1，受预加载荷T0，先消除双列短圆柱滚子轴承的变形Y0，由于非线性的缘故，精准的预紧可预先消除很多变形Y0。而具有预加载荷T0的情况下，受同样大小的工作载荷T2(T1＝T2)作用下，产生的变形Y2，从图可见Y2大大小于Y1。上述内容说明，受同样的工作载荷，不预紧的双列短圆柱滚子轴承，在工作时会产生很大的变形；精准预紧的情况下，受同样大小的工作载荷，双列短圆柱滚子轴承产生的变形大大减小。

但是双列短圆柱滚子轴承的预加载荷不能太大，因为双列短圆柱滚子轴承的实际载荷是等于工作载荷再加上预加载荷。因此过大的预加载荷会造成双列短圆柱滚子轴承发热、磨损、寿命下降。所以，双列短圆柱滚子轴承有一个最佳预加载荷的问题。

现有双列短圆柱滚子轴承径向间隙的调整，见图1，不需要任何复杂装置，只要将轴承内圈沿主轴锥形轴颈往大端方向作轴向移动即可实现，调整时，用月牙扳手拧紧圆螺母使轴承内圈往轴颈大端移动，轴承内圈胀大，轴承径向间隙减小，形成预加负荷。这种轴承调整的困难在于其应用在变速很大，例如：转速自20～2000转/分的万能机床上，温升又要求不能太高，同时主轴的径向和轴向跳动规定在0.01毫米以内时。在低速工件条件下，万能机床粗加工，双列短圆柱滚子轴承承受大的工作载荷，万能机床要求双列短圆柱滚子轴承结构有足够的刚性，即要求双列短圆柱滚子轴承的滚道与滚柱的间隙要小，也就是轴承内圈往主轴颈大端轴向移动要多一点。而在高速时，万能机床精加工。工作载荷要求小，这时的主要问题是降低轴承温度，要求双列短圆柱滚子轴承的滚道与滚柱的间隙要大些，也就是轴承内圈往主轴颈大端轴向移动要少一点。

双列短圆柱滚子轴承在正确调整的情况下，其优点才能体现出来。否则，其优点可能完全丧失。所以双列短圆柱滚子轴承有一个最佳轴向移动量。

现有双列短圆柱滚子轴承的预紧，是利用轴承内圈往轴颈大端轴向位移时，轴颈给内圈锥孔径向力，使内圈胀大而预紧。所以双列短圆柱滚子轴承预紧量就是双列短圆柱滚子轴承内圈往轴颈大端方向的轴向位移量。双列短圆柱滚子轴承预紧量的计算方法就是双列短圆柱滚子轴承内圈往轴颈大端方向的轴向位移量的计算方法。

现有确定双列短圆柱滚子轴承最佳预紧量的方法

双列短圆柱滚子轴承径向间隙的调整不需要任何复杂装置，只要将轴承内圈往轴颈大端方向的轴向移动即可实现，原先确定双列短圆柱滚子轴承最佳预紧量靠试凑法。步骤如下：

(1)先凭经验，用月牙扳手拧紧圆螺母，推动轴承内圈往轴颈大端方向轴向移动一定的位移量。

(2)为保证主轴的径向和轴向跳动规定在0.01毫米以内，适当地调整轴向位移量；

(3)万能机床空运转试验时开高速档，根据轴承温度的情况，打开主轴箱箱盖，再适当地调整轴向位移量；

(4)万能机床根据最大工作载荷全负荷试验时，开低速档，根据机床是否有力的情况，打开主轴箱箱盖，再适当地调整轴向位移量。

(5)再检查主轴的径向和轴向跳动规定在0.01毫米以内；开高速档，检查轴承温度的情况。

现有技术并没有找到双列短圆柱滚子轴承最佳预紧量的计算方法。不知道双列短圆柱滚子轴承最佳预紧量是多少；不知道用月牙扳手拧紧圆螺母推动轴承内圈往轴颈大端方向的最佳轴向位移量是多少，不知道用月牙扳手拧紧圆螺母转多少角度合适。其次，修理机床装配新轴承时，不知道新的双列短圆柱滚子轴承的原始间隙的确定值，只知道原始间隙的一个范围，查资料得到原始间隙的最小值和最大值。修理机床装配旧轴承时，不知道旧的双列短圆柱滚子轴承的原始间隙。双列短圆柱滚子轴承预紧量的调整靠试凑法太麻烦，解决问题不彻底。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种双列短圆柱滚子轴承预紧量的计算方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种双列短圆柱滚子轴承预紧量的计算方法，它包括以下步骤：

步骤一：将双列短圆柱滚子轴承的内圈端面固定，使千分表的测头触及轴承外圈的外圆上，沿千分表的测头方向往左拨动轴承外圈，得到千分表的一个读数，沿千分表的测头方向往右拨动轴承外圈，得到千分表的另一个读数，千分表的两个读数之差即为轴承的原始间隙A；

步骤二：根据速度因数dn和双列短圆柱滚子轴承的精度等级，查得轴承的预紧间隙B；

步骤三：根据空心主轴的内孔直径和轴承内圈孔的平均直径，查得壁厚系数K；

步骤四：轴承内圈滚道的增大值Δd＝原始间隙A-预紧间隙B；

步骤五：双列短圆柱滚子轴承内圈往轴颈大端的轴向位移量L＝K×Δd，双列短圆柱滚子轴承内圈往轴颈大端的轴向位移量L即为双列短圆柱滚子轴承预紧量；

步骤六：设圆螺母应旋转的角度值为X，圆螺母的螺距为M，则X＝360×L/M，以此得到圆螺母的旋转角度。

更进一步的，所述双列短圆柱滚子轴承内圈的锥度为1：12。

更进一步的，所述圆螺母的螺距为1.5mm或2mm。

更进一步的，所述圆螺母通过月牙扳拧紧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了现有双列短圆柱滚子轴承难以计算精确预紧量的问题。修理万能机床，装配双列短圆柱滚子轴承时，本发明提供了预紧量的计算方法，并提供了拧紧圆螺母应旋转的角度值，提供了双列短圆柱滚子轴承原始间隙的测量方法。双列短圆柱滚子轴承预紧量调整不用试凑法，解决问题彻底。

附图说明

图1为本发明所述的双列短圆柱滚子轴承径向间隙调整示意图；

图2为本发明所述的双列短圆柱滚子轴承原始间隙测量示意图；

图3为本发明所述的双列短圆柱滚子轴承结构示意图；

图4为本发明所述的双列短圆柱滚子轴承再和与变形关系示意图。

1-轴承，2-主轴，3-垫圈，4-圆螺母，5-千分表。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。

参见图1-4说明本实施方式，一种双列短圆柱滚子轴承预紧量的计算方法，它包括以下步骤：

步骤一：将双列短圆柱滚子轴承的内圈端面固定，使千分表5的测头触及轴承外圈的外圆上，沿千分表5的测头方向往左拨动轴承外圈，得到千分表5的一个读数，沿千分表5的测头方向往右拨动轴承外圈，得到千分表5的另一个读数，千分表5的两个读数之差即为轴承的原始间隙A；

步骤二：根据速度因数dn和双列短圆柱滚子轴承的精度等级，查得轴承的预紧间隙B；

步骤三：根据空心主轴2的内孔直径和轴承内圈孔的平均直径，查得壁厚系数K；

步骤四：轴承内圈滚道的增大值Δd＝原始间隙A-预紧间隙B；

步骤五：双列短圆柱滚子轴承内圈往轴颈大端的轴向位移量L＝K×Δd，双列短圆柱滚子轴承内圈往轴颈大端的轴向位移量L即为双列短圆柱滚子轴承预紧量；

步骤六：设圆螺母4应旋转的角度值为X，圆螺母4的螺距为M，则X＝360×L/M，以此得到圆螺母4的旋转角度。

本实施例所述双列短圆柱滚子轴承内圈的锥度为1：12，所述圆螺母4的螺距为1.5mm或2mm，所述圆螺母4通过月牙扳拧紧。

第一步，装配前测量双列短圆柱滚子轴承的原始间隙，如图2所示，将双列短圆柱滚子轴承内圈端面固定，用千分表5的测头触及外圈的外圆上，按千分表5测头方向往复拨动外圈，即稍微用力向左拨动外圈，停顿一下，得到千分表5的一个读数，稍微用力向右拨动外圈，停顿一下，得到千分表5的另一个读数，千分表5的两个读数之差即为轴承原始间隙。设测得的原始间隙为A，A是双列短圆柱滚子轴承的滚道与滚柱的间隙，例如，测量一个内径为110毫米的新的双列短圆柱滚子轴承，A＝0.038毫米，测量一个内径为110毫米的旧的双列短圆柱滚子轴承，A＝0.048毫米。

第二步，查得需装配的双列短圆柱滚子轴承的预紧间隙。根据双列短圆柱滚子轴承祥本资料，查得需装配的双列短圆柱滚子轴承的工作间隙，例如，表1为推荐的双列短圆柱滚子轴承3182100的工作间隙。双列短圆柱滚子轴承的工作间隙就是双列短圆柱滚子轴承在工作载荷下应有的间隙范围，工作载荷是一个时大时小的动态值，工作载荷是一个区间值，见图4，最小工作载荷出现在万能机床高转速、精加工时，背吃刀量非常小，切削力非常小的时候。最大工作载荷出现在万能机床低转速、粗加工，背吃刀量非常大，切削力非常大的时候。所以双列短圆柱滚子轴承的工作间隙也有一定的范围，也是一个区间值，表1中工作间隙的最大值就是需装配的双列短圆柱滚子轴承的预紧间隙。设查得的预紧间隙值为B。

表1双列短圆柱滚子轴承的工作间隙(mm)

例如，当速度因数dn<50000，双列短圆柱滚子轴承为D级时，预紧间隙值B＝0.003毫米。当速度因数dn<50000，双列短圆柱滚子轴承为C级时，预紧间隙值B＝0。

第三步，计算双列短圆柱滚子轴承的预紧量。双列短圆柱滚子轴承一般是利用圆螺母，使轴承内圈沿锥度为1：12的轴颈往大端向作轴向移动，迫使内圈弹性变形径向胀大。在装配和预紧轴承时，双列短圆柱滚子轴承内圈轴向位移量L与轴承内圈滚道的增大值Δd之间的关系，可按下列公式计算：

L＝K×Δd (mm)

式中：K——壁厚系数，见表2；

Δd——双列短圆柱滚子轴承内圈滚道直径的增大值(mm)。

轴承内圈滚道的增大值Δd属于弹性变形范围，轴承拆卸后，轴承内孔直径回复到原来的值。L就是的预紧量，就是双列短圆柱滚子轴承内圈往轴颈大端向的轴向位移量。

Δd＝A-B

L＝K×(A-B)

表2壁厚系数K

d<sub>0</sub>/d	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.75
								K	12.5	14.5	15	16	17	18	19

机床主轴都是空心的，表2中d₀为空心主轴的内孔直径，d为轴承内圈孔的平均直径。从表中可见：实心轴，K＝12。壁越薄，K值越大。因为壁厚越薄，轴颈的径向收缩就越大。

第四步，计算使用月牙扳手拧紧圆螺母的旋转角度。双列短圆柱滚子轴承一般是利用圆螺母，使轴承内圈沿锥度为1：12的轴颈往大端向作轴向移动。圆螺母的螺距一般是1.5mm或2mm。预紧时，设用月牙扳手拧紧圆螺母应旋转的角度值为X，X按下列公式计算：

X＝360×L/M

式中：M为圆螺母的螺距，一般取1.5mm或2mm。

例如，当A＝0.038，B＝0.003，K＝16，圆螺母的螺距为1.5毫米时。双列短圆柱滚子轴承预紧量L＝K×(A-B)＝16×(0.038-0.003)＝0.56毫米；月牙扳手拧紧圆螺母应旋转的角度值X＝360×K×(A-B)/1.5＝360×0.56/1.5＝134.4度。

圆螺母端面上拉8等分刻度线，把双列短圆柱滚子轴承套在主轴的锥度为1：12的轴颈上，用手转动圆螺母，手转不动为止，这时双列短圆柱滚子轴承的内孔完全贴合锥度为1：12的轴颈上，在圆螺母端面上做好起始标记线，用月牙扳手拧紧圆螺母，旋转的角度值为X角度。并保证主轴的径向和轴向跳动规定在0.01毫米以内，这里不用调整；万能机床空运转试验时开高速档，检查轴承温度的情况，这里不用调整；万能机床根据最大工作载荷全负荷试验时，开低速档，根据机床是否有力的情况，可能要作适当的调整。

以上对本发明所提供的一种双列短圆柱滚子轴承预紧量的计算方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种双列短圆柱滚子轴承预紧量的计算方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一：将双列短圆柱滚子轴承的内圈端面固定，使千分表(5)的测头触及轴承外圈的外圆上，沿千分表(5)的测头方向往左拨动轴承外圈，得到千分表(5)的一个读数，沿千分表(5)的测头方向往右拨动轴承外圈，得到千分表(5)的另一个读数，千分表(5)的两个读数之差即为轴承的原始间隙A；

步骤二：根据速度因数dn和双列短圆柱滚子轴承的精度等级，查得轴承的预紧间隙B；

步骤三：根据空心主轴(2)的内孔直径和轴承内圈孔的平均直径，查得壁厚系数K；

步骤四：轴承内圈滚道的增大值Δd＝原始间隙A-预紧间隙B；

步骤五：双列短圆柱滚子轴承内圈往轴颈大端的轴向位移量L＝K×Δd，双列短圆柱滚子轴承内圈往轴颈大端的轴向位移量L即为双列短圆柱滚子轴承预紧量；

步骤六：设圆螺母(4)应旋转的角度值为X，圆螺母(4)的螺距为M，则X＝360×L/M，以此得到圆螺母(4)的旋转角度。

2.根据权利要求1所述的一种双列短圆柱滚子轴承预紧量的计算方法，其特征在于：所述双列短圆柱滚子轴承内圈的锥度为1：12。

3.根据权利要求1所述的一种双列短圆柱滚子轴承预紧量的计算方法，其特征在于：所述圆螺母(4)的螺距为1.5mm或2mm。

4.根据权利要求1所述的一种双列短圆柱滚子轴承预紧量的计算方法，其特征在于：所述圆螺母(4)通过月牙扳拧紧。

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