CN113819142B - 轴系结构及其安装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种轴系结构及其安装方法，轴系结构包括：内轴；外轴，外轴为空心轴并且套设在内轴上；第一轴承，第一轴承设置在内轴与外轴之间；传感器，传感器安装在外轴内，用于在安装第一轴承时测量第一轴承的内圈和外圈之间的距离值，以基于距离值确定第一轴承的预紧力。根据本发明的轴系结构，可准确控制第一轴承的预紧力，因此可提高第一轴承的刚度和寿命，从而可确保轴系结构的可靠性。

Description

轴系结构及其安装方法
技术领域
本发明涉及轴系技术领域，尤其涉及一种轴系结构及其安装方法。
背景技术
轴系结构在现代工业中的应用非常广泛，作为轴系结构的核心部件的轴 承的安装工艺直接关系到轴系结构的安全运行。轴承根据不同的应用场合， 装配时需要不同的预紧力。
轴承的预紧力对轴承的寿命和刚度具有非常重要的影响，因此在轴系结 构的装配过程中，预紧力的控制对轴系结构的可靠性具有重要意义。然而， 目前的安装方法无法准确地确定实际装配过程中的预紧力的大小，因此难以 确保轴系结构的可靠性。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种新型的轴系结构，以解决现有技术中 无法准确地确定实际装配过程中的预紧力的大小的问题。
根据本发明的一方面，提供一种轴系结构，轴系结构包括：内轴；外轴， 外轴为空心轴并且套设在内轴上；第一轴承，第一轴承设置在内轴与外轴之 间；传感器，传感器安装在外轴内，用于在安装第一轴承时测量第一轴承的 内圈和外圈之间的距离值，以基于距离值确定第一轴承的预紧力。
可选地，外轴的内表面可形成有轴承安装部，并且可在与轴承安装部分 开的位置形成有沿径向延伸的腹板，传感器可安装在腹板中。
可选地，传感器可包括位移传感器，其中，传感器可在外轴的圆周方向 上设置为多个。
可选地，轴系结构还可包括第二轴承和端盖，第一轴承和第二轴承可沿 内轴的轴向安装，其中，第一轴承可安装在内轴的轴肩处，端盖可安装在内 轴的与轴肩相对的端部并且压抵第二轴承。
可选地，第一轴承和第二轴承可包括圆锥滚子轴承或角接触球轴承，其 中，第一轴承和第二轴承可背靠背设置。
根据本发明的另一方面，提供一种上述轴系结构的安装方法，该方法包 括：将第一轴承的内圈套设在内轴上；将第一轴承的外圈安装在外轴内；将 传感器安装在外轴内；将外轴套设在内轴上，沿着轴向方向朝第一轴承的内 圈推动第一轴承的外圈，并且基于传感器测量的第一轴承的内圈和外圈之间 的距离值确定第一轴承的预紧力，其中，当预紧力达到预定值时，停止推动第一轴承的外圈。
可选地，第一轴承的内圈和外圈之间的距离值可以为传感器和第一轴承 的内圈之间的距离与传感器与第一轴承的外圈之间的距离之间的距离差值。
可选地，轴系结构还可包括第二轴承，其中，该方法还可包括：在将外 轴套设在内轴上之前，将第二轴承的外圈安装在外轴内；在将外轴套设在内 轴上之后且朝向第一轴承的内圈推动第一轴承的外圈之前，将第二轴承的内 圈套设在内轴上；推动第二轴承的内圈，以使第一轴承的外圈朝向第一轴承 的内圈移动。
可选地，可通过工装推动第二轴承的内圈，其中，该方法还可包括：当 紧力达到预定值时，停止推动第二轴承的内圈；拆卸工装，端盖安装到内轴 的端部并且压抵第二轴承。
可选地，工装可包括动力装置和套管，套管的端部开设有沿轴向延伸的 开口，端盖可包括盖体和形成在盖体上套设部，套设部用于套设内轴的所述 端部，其中，该方法还可包括：当预紧力达到预定值时，通过开口测量套管 的推动端与内轴的所述端部之间的距离值，其中，套设部可的长度等于所述 距离值。
根据本发明的轴系结构，可准确控制第一轴承的预紧力，因此可提高第 一轴承的刚度和寿命，从而可确保轴系结构的可靠性。
根据本发明的轴系结构的安装方法，可实时反馈第一轴承的预紧力，因 此可便于控制第一轴承的预紧力，从而可提高第一轴承的刚度和寿命。另外， 根据本发明的轴系结构的安装方法，可便于设计端盖，并且可提高端盖与内 轴之间的匹配度。
附图说明
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的上述以及其他目的和 特点将会变得更加清楚，在附图中：
图1是通常的轴系结构的截面图。
图2是根据本发明的实施例的轴系结构的截面图。
图3是根据本发明的实施例的轴系结构处于安装过程中的截面图。
图4是根据本发明的实施例的用于安装轴系结构的工装的一部分的截面 图。
附图标号说明：
10：内轴；20：外轴；11：轴肩；21：轴承安装部；22：腹板；30：第 一轴承；31、41：内圈；32、42：滚子；33、43：外圈；10a、31a、33a、41a、 43a：第一端面；10b、31b、33b、41b、43b：第二端面；50：端盖；51：盖 体；52：套设部；60：传感器；70：工装；71：动力装置；72：套管；72a：开口。
具体实施方式
现在，将参照附图详细地描述根据本发明的实施例，其示例在附图中示 出，其中，相同的标号始终表示相同的组件。
图1示出了通常的轴系结构。
如图1所示，轴系结构包括内轴10、外轴20和第一轴承30。外轴20可 以为空心轴，并且套设在内轴10上。第一轴承30可设置在内轴10与外轴 20之间，用于实现内轴10与外轴20之间的相对旋转。
另外，轴系结构还可包括第二轴承40，第一轴承30和第二轴承40可沿 内轴10的轴向间隔布置，用于使得内轴10和外轴20更稳定地配合。可选地， 第一轴承30和第二轴承40可以为圆锥滚子轴承或角接触球轴承，并且可背 靠背安装。
另外，轴系结构还可包括端盖50，用于压抵第二轴承40。例如，端盖 50可包括盖体51以及形成在盖体51上的套设部52。套设部52可具有中空 部，以套设在内轴10的端部上，并且套设部52压抵第二轴承40。
作为示例，内轴10可具有第一端面10a和与第一端面10a相对的第二端 面10b。第一端面10a上可形成有轴肩11，轴肩11相对于内轴10的轴径方 向向外突出，形成外凸缘。第一轴承30可安装在轴肩11处，从而避免从内 轴10上脱落。第二轴承40可靠近第二端面10b设置。盖体51可覆盖内轴10的第二端面10b，并且套设部52可套设内轴10在第二端面10b所在的端 部上。
第一轴承30可包括内圈31、滚子32和外圈33，内圈31可套设在内轴 10的外周上并且抵靠在轴肩11上，外圈33可安装在外轴20内的轴承安装 部21中。内圈31可具有第一端面31a和第二端面31b，内圈31的第一端面 31a可压抵在轴肩11上。外圈33可具有第一端面33a和第二端面33b，第二 端面33b可抵靠在轴承安装部21的内侧壁上。
类似地，第二轴承40可包括内圈41、滚子42和外圈43，内圈41可套 设在内轴10的外周上，外圈43可安装在外轴20内的轴承安装部21中。内 圈41可具有第一端面41a和第二端面41b，外圈43可具有第一端面43a和第 二端面43b。
在安装上述轴系结构时，通常采用如下步骤进行安装。
首先，可将第一轴承30的内圈31和滚子32套设在内轴10上。例如， 可使第一轴承30的内圈31的第一端面31a抵靠在轴肩11上。可选地，在安 装之前，可先加热第一轴承30的内圈31和滚子32，以容易将第一轴承30 的内圈31套设在内轴10上。
然后，可将第一轴承30的外圈33和第二轴承40的外圈43安装到外轴 20内。例如，可将第一轴承30的外圈33和第二轴承40的外圈43安装到外 轴20的预定的轴承安装部21，即，可使第一轴承30的外圈33的第二端面 33b和第二轴承40的外圈43的第二端面43b抵靠在轴承安装部21的内侧壁 上。类似地，在安装之前，可先加热外轴20，以容易将第一轴承30的外圈 33和第二轴承40的外圈43安装到外轴20内。
然后，在内轴10和外轴20冷却至室温之后，可将外轴20套设到内轴 10上，并且可通过外力使外轴20相对于内轴10旋转，以使得第一轴承30 的滚子32与内圈31和外圈33圈均匀且充分接触。
然后，可将第二轴承40的内圈41和滚子42套设到内轴10上。类似地， 在安装之前，可执行加热操作。
然后，在第二轴承40的内圈41和滚子42冷却至室温之后，可安装端盖 50。例如，可将端盖50的套设部52套设在内轴10的端部上并且通过螺栓与 内轴10连接。
在上述安装过程中，仅依靠安装人员的经验进行安装，而无法确定第一 轴承30和第二轴承40的预紧力。由于无法获知第一轴承30和第二轴承40 的预紧力，因此可能会影响第一轴承30和第二轴承40的刚度和寿命，从而 影响整个轴系结构的可靠性。
另外，通常，通过上述安装过程来设计端盖50。具体地，在安装第二轴 承40的内圈41之前，可测量第二轴承40的外圈43的第一端面43a到内轴 10的第二端面10b的距离值；然后，基于该距离值以及第二轴承40的相关 技术参数来计算端盖50的套设部52的长度，来设计端盖50。在这种设计方 法中，端盖50的套设部52的长度通过多个参数计算而得，存在累积测量误 差，因此可能存在端盖50与内轴10不匹配的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种新型结构的轴系结构。下面，将 参照图2至图4来描述根据本发明的实施例的轴系结构。
如图2所示，与图1中的结构类似，轴系结构包括内轴10、套设在内轴 10上的外轴20以及设置在内轴10与外轴20之间的第一轴承30。另外，轴 系结构还可包括传感器60，传感器60可安装在外轴20内，用于在安装第一 轴承30时测量第一轴承30的内圈31和外圈33之间的距离值，以基于距离 值确定第一轴承30的预紧力。
通过设置传感器60，可基于所测量的第一轴承30的内圈31和外圈33 之间的距离值实时获知第一轴承30的预紧力的大小，因此在安装第一轴承 30时可将第一轴承30的预紧力控制为所需预紧力，从而可提高第一轴承30 的刚度和寿命，进而提高整个轴系结构的可靠性。
可选地，与图1中的轴系结构类似，轴系结构还可包括第二轴承40和端 盖50。第一轴承30和第二轴承40可沿内轴10的轴向布置，可以为圆锥滚 子轴承或角接触球轴承，并且可背靠背安装。第一轴承30安装在内轴10的 轴肩11处，端盖50安装在内轴10的与轴肩11相对的端部并且压抵第二轴 承40。
另外，与图1中的轴系结构类似，外轴20可形成有轴承安装部21以及 在与轴承安装部21分开的位置沿径向延伸形成的腹板22。传感器60可安装 在腹板22中。可选地，为了提高测量的准确性，在外轴20的圆周方向上， 传感器60可设置为多个。例如，传感器60可包括位移传感器，诸如霍尔位 移传感器。可选地，为了避免受到润滑脂影响，传感器60的信号线等可从外 轴20另外开设的孔中穿出，传感器60的信号线等与外轴20另外开设的孔之 间可进行密封，例如，通过PG螺母等方式。
下面，将参照图3来描述本发明的轴系结构的安装方法，以阐述第一轴 承30的预紧力的控制原理。
作为示例，将以轴系结构仅包括第一轴承30为例来描述轴系结构的安装 方法。
首先，可将第一轴承30的内圈31套设在内轴10上。即，可将第一轴承 30的内圈31安装在内轴10的轴肩11处。可选地，第一轴承30的滚子32 可随着第一轴承30的内圈31一起安装在内轴10上。此外，在安装之前，可加热第一轴承30的滚子32和内圈31，以膨胀后套设到内轴10上，从而冷 却后实现过盈配合。
然后，可将第一轴承30的外圈33安装在外轴20内。即，可将第一轴承 30的外圈33安装在外轴20内的轴承安装部21。可选地，在安装之前，也可 加热外轴20，以便于将外圈33装配到外轴20的内侧，并在冷却后实现两者 的过盈配合。
然后，可将传感器60安装在外轴20内。即，可将传感器60安装在腹板 22中。
然后，可将外轴20套设在内轴10，并且可通过外力使外轴20相对于内 轴10旋转，以使得第一轴承30的滚子32与内圈31和外圈33圈均匀且充分 接触。
然后，可沿轴向推动外轴20向着内轴10的轴肩11方向移动，从而通过 轴承安装部21朝向第一轴承30的内圈31推动第一轴承30的外圈33。再在 此过程中，传感器60实施测量第一轴承30的内圈31和外圈33之间的距离， 并且基于传感器60测量的第一轴承30的内圈31和外圈33之间的距离值确 定第一轴承30的预紧力。这里，第一轴承30的内圈31和外圈33之间的距离值为传感器60所在的位置和第一轴承30的内圈31之间的距离与传感器 60所在的位置与第一轴承30的外圈33之间的距离之间的距离差值。
具体地，在传感器60安装在外轴20的腹板22中的情况下，传感器60 可测量传感器60所在的位置与第一轴承30的外圈33之间的距离，并且该距 离是恒定的。当施加外力推动外轴20以朝向第一轴承30的内圈31推动第一 轴承30的外圈33时，传感器60随着外轴20一起移动，传感器60可实时测量传感器60所在的位置与第一轴承30的内圈31之间的距离，并且该距离是 变化的。通过将传感器60与内圈31之间的距离减去传感器60与外圈33之 间的距离，即可得知内圈31和外圈33之间的距离，从而可以计算轴承预紧力。
为了确定第一轴承30的预紧力，轴系结构还可包括控制器，控制器可基 于传感器60实时测量的第一轴承30的内圈31和外圈33之间的距离值来实 时计算第一轴承30的预紧力并且可实时显示。
当预紧力达到预定值时，停止推动第一轴承30的外圈33并且安装端盖 50，以完成轴系结构的安装。
作为另一示例，当轴系结构还包括第二轴承40时，可按照如下步骤来安 装第一轴承30和第二轴承40。
首先，可将第一轴承30的内圈31套设在内轴10上。即，可将第一轴承 30的内圈31安装在内轴10的轴肩11处。
然后，可将第一轴承30的外圈33和第二轴承40的外圈43安装在外轴 20内。即，可将第一轴承30的外圈33和第二轴承40的外圈43分别安装在 外轴20内的两个轴承安装部21。
然后，可将传感器60安装在外轴20内。即，可将传感器60安装在腹板 22中。
然后，可将外轴20套设在内轴10上，并且将第二轴承40的内圈41也 套设在内轴10上。
然后，推动第二轴承40的内圈41，以使第一轴承30的外圈33朝向第 一轴承30的内圈31移动，并且基于传感器60测量的第一轴承30的内圈31 和外圈33之间的距离值确定第一轴承30的预紧力。
当预紧力达到预定值时，停止推动第二轴承40的内圈41，然后安装端 盖50，以完成轴系结构的安装。
在上述安装过程中，可使用工装70来推动第二轴承40的内圈41。如图 3所示，工装70可包括动力装置71和套管72。套管72可套设在内轴10的 第二端面10b所在的端部，并且在动力装置71的驱动下推动第二轴承40的 内圈41朝向内轴10的轴肩11的方向移动。
可选地，如图4所示，套管72的端部可开设有沿轴向延伸的开口72a。 当预紧力达到预定值时，可通过该开口72a测量套管72的推动端与内轴10 的第二端面10b之间的距离值，该距离值可与端盖50的套设部52的长度相 等。也就是说，可通过套管72来设计端盖50的套设部52的长度，因此可提 高端盖50的设计准确度，从而提高端盖50与内轴10的匹配度。可选地，开 口72a可设置为多个，以提高设计准确度。
在完成测量之后，可拆卸下工装70，然后安装端盖50，以完成轴系结构 的安装。
由于第一轴承30和第二轴承40沿内轴10的轴向间隔布置，因此仅控制 第一轴承30的预紧力即可。
根据本发明的轴系结构，可准确控制第一轴承的预紧力，因此可提高第 一轴承的刚度和寿命，从而可确保轴系结构的可靠性。
根据本发明的轴系结构的安装方法，可实时反馈第一轴承的预紧力，因 此可便于控制第一轴承的预紧力，从而可提高第一轴承的刚度和寿命。另外， 根据本发明的轴系结构的安装方法，可便于设计端盖，并且可提高端盖与内 轴之间的匹配度。
虽然上面已经详细描述了本发明的实施例，但本领域技术人员在不脱离 本发明的精神和范围内，可对本发明的实施例做出各种修改和变形。但是应 当理解，在本领域技术人员看来，这些修改和变形仍将落入权利要求所限定 的本发明的实施例的精神和范围内。

Claims (7)

1.一种轴系结构的安装方法，其特征在于，所述轴系结构包括内轴(10)、外轴(20)、第一轴承(30)、第二轴承(40)、端盖(50)以及传感器(60)，所述外轴(20)套设在所述内轴(10)上，所述第一轴承(30)和所述第二轴承(40)沿着所述内轴(10)的轴向间隔安装在所述内轴(10)与所述外轴(20)之间，所述传感器(60)安装在所述外轴(20)内，用于测量所述第一轴承(30)的内圈(31)和外圈(33)之间的距离值，以基于所述距离值确定所述第一轴承(30)的预紧力，
所述方法包括：
将所述第一轴承(30)的内圈(31)套设在所述内轴(10)上；
将所述第一轴承(30)的外圈(33)安装在所述外轴(20)内；
将所述传感器(60)安装在所述外轴(20)内；
将所述第二轴承(40)的外圈(43)安装在所述外轴(20)内；
将所述外轴(20)套设在所述内轴(10)上；
将所述第二轴承(40)的内圈(41)套设在所述内轴(10)上；
利用工装(70)沿着轴向方向推动所述第二轴承(40)的内圈(41)，以使所述第一轴承(30)的外圈(33)朝向所述第一轴承(30)的内圈(31)移动；
基于所述传感器(60)测量的所述第一轴承(30)的内圈(31)和外圈(33)之间的距离值确定所述第一轴承(30)的预紧力，当所述预紧力达到预定值时，停止推动所述第一轴承(30)的外圈(33)；
根据所述第二轴承(40)的内圈(41)与所述内轴(10)的端部之间距离值设计所述端盖(50)；
拆卸所述工装(70)，将所述端盖(50)安装到所述内轴(10)的端部并且压抵所述第二轴承(40)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一轴承(30)的内圈(31)和外圈(33)之间的距离值为所述传感器(60)和所述第一轴承(30)的内圈(31)之间的距离与所述传感器(60)与所述第一轴承(30)的外圈(33)之间的距离之间的距离差值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述工装(70)包括动力装置(71)和套管(72)，所述套管(72)的端部开设有沿轴向延伸的开口(72a)，所述端盖(50)包括盖体(51)和形成在所述盖体(51)上的套设部(52)，所述套设部(52)用于套设所述内轴(10)的所述端部，
其中，所述方法还包括：
当所述预紧力达到预定值时，通过所述开口(72a)测量所述套管(72)的推动端与所述内轴(10)的所述端部之间的距离值，
其中，所述套设部(52)的长度等于所述距离值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外轴(20)的内表面形成有轴承安装部(21)，并且在与所述轴承安装部(21)分开的位置形成有沿径向延伸的腹板(22)，所述传感器(60)安装在所述腹板(22)中。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传感器(60)包括位移传感器，其中，所述传感器(60)在所述外轴(20)的圆周方向上设置为多个。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内轴(10)的第一端设置有轴肩(11)，所述第一轴承(30)的内圈(31)套设在所述内轴(10)上并与所述轴肩(11)抵接，所述端盖(50)安装在所述内轴(10)的第二端并且压抵所述第二轴承(40)的内圈(41)。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一轴承(30)和所述第二轴承(40)包括圆锥滚子轴承或角接触球轴承，
其中，所述第一轴承(30)和所述第二轴承(40)背靠背设置。
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