圆锥滚子轴承预紧力控制方法_李博溪

・72・ 机械制造技术 机械 2012年增刊 总第39卷———————————————收稿日期：2011－05－27基金项目：合肥工业大学学生创新基金项目（219）作者简介：李博溪（1989－），男，天津市人，在读本科生，主要研究方向为车辆工程；陈奇（1979－），男，安徽肥东人，副教授，主圆锥滚子轴承预紧力控制方法李博溪，陈奇，朱衍飞，袁伟，高振宝，许灿（合肥工业大学 机械与汽车工程学院，安徽 合肥230009）摘要：轴承预紧力是决定轴承承载能力和运行质量的重要参数。

首先给出三种常用预紧方法，然后分析预紧力测量的两种方法，最后讨论预紧力调整和控制方法，并提出两种预紧力大小自动调整装置。

本文的研究为圆锥滚子轴承的设计和安装提供理论支持和应用参考。

关键词：圆锥滚子轴承；预紧力；控制方法Controling method of conical roller bearing preloadLI Bo-xi ，CHEN Qi ，ZHU Yan-fei ，YUAN Wei ，GAO Zhen-bao ，XU Can( School of Mechanical and Automotive Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China ) Abstract ：The bearing preload is an important parameter to determine the load carrying capacity and operational quality of bearings. Firstly, three common methods of bearing preload is presented in this article. Secondly, two methods of measuring preload are analyzed. Finally, methods of adjusting and controling the bearing preload are discussed, and two automatic adjustment device of preload are brought forward. This study here provides theoretical support and application information for design and installation of conical roller bearings. Key words ：conical roller bearing ；preload ；controling method轴承的预紧，就是安装时采用某种方法在轴承中产生一定的轴向压紧力，以消除轴承中的轴向间隙（又称游隙），并在圆锥滚子内、外圈接触处产生一定的变形，预紧后的轴承受到工作载荷时，内外圈的径向和轴向变形都相对于没有预紧时要小得多，因此可保证传动精确、并可承受一定的载荷。

同时，轴承预紧可提高轴承刚度，保证轴运动时的旋转精度[1,2]。

轴承预紧力的大小对支撑轴的运行质量有重大影响，如果预紧力小了，相对启动比较容易，摩擦较小，但是旋转精度不高；如果增大预紧力，可有效提高轴承的旋转精度和承载能力，但轴承启动困难，摩擦较大，效率较低。

轴承预紧力存在一个最佳值，该值与轴承的转速、温升、负荷、主轴变形、轴承寿命、润滑条件等多种因素有重要的关系，因此要确定轴承的最佳预紧力，就必须进行大量实验[3]。

鉴于轴承预紧力的重要性，本文重点讨论圆锥轴承的常用预紧方法、预紧力大小的测量以及预紧力调节和控制方法。

1 常用轴承预紧方法（1）外圈或内圈压紧法将轴承内圈固定后，通过夹紧轴承外圈来预紧，如使用轴承端盖；或者在外圈定位后，通过压紧内圈来预紧，如使用圆螺母。

该方法机械2012年增刊 总第39卷机械制造技术 ・73・操作简便，使用范围最广，但预紧力大小不能改变，通常在外载荷固定的场合下使用，如减速机、机床主轴等[4]。

（2）隔套或者衬垫圈调整法通过增加或减小在内外圆处的垫圈厚度，可有效调整轴承预紧力。

具体方法为：在一对圆锥滚子轴承安装时，在内外圈之间先放置一定厚度的隔套，然后放置不同厚度的衬垫，以达到调整轴承预紧力的目的。

（3）弹簧预紧法使用弹簧顶住不旋转的外圈或者内圈，起到压紧轴承和预紧。

这种方法操作容易，并且可以得到稳定的预紧力。

但由于弹簧具有一定疲劳寿命，在一定时间后，弹簧弹性减小，预紧力减小，因此该方法可靠性相对上述方法较差，且必须设计出专门刚度的弹簧，成本较高。

2 预紧力大小测量由于预紧力大小对轴承以及其支承轴旋转质量的重要影响，因此有必要知道轴承在预紧后预紧力的实际大小。

常用方法有如下两种。

（1）直接测量法可在外圈上放置应变片的方法来测量外圈受挤压的受力，获得预紧力的大小[5]。

该测量方法可直接获得预紧力结果，但由于需要破坏外圈的结构，成本较高，因此不易于实际应用。

（2）间接测量法由于轴承预紧力与其轴向载荷满足一定的关系式，而轴向载荷又与轴承的摩擦力矩具有一定的关系式，因此通过测量轴承摩擦力矩，即可通过一系列的计算公式得到轴承预紧力的大小[6]。

3 预紧力调整和控制方法不同预紧力大小对轴承运行质量有重要影响，因此必须能够对预紧力进行调整和控制，目前主要有以下几种方法。

3.1 手感法（经验法）手感法即为给轴承施加一定的预紧力后，通过转动轴，感觉轴运行的灵活性来判断轴承预紧力是否合适。

通常以轴能轻松转动，且没有松动为宜。

该方法简单可行，但受操作者的经验和安装水平影响很大，且调整结果比较粗糙，不易推广[7]。

3.2 自动调整法对于某些精密运行机械，必须严格控制预紧力的大小，并能够根据轴承运行的速度和承受载荷实时地调节[8]。

本文提出如下两种调节装置。

（1）气动调节装置如图1所示，将轴承的内圈固定，通过放置在轴承端盖和轴承内圈中间的气动装置进行调整，当需要增加预紧力时，通过增加进气口的气压，反之，增加出气口的气压。

通过检测轴承的载荷和速度，实时地调整气缸两边的压力，从而达到调节轴承预紧力的目的，使轴承处于最佳预紧力状态和最佳运行模式。

1.轴承端盖2.气缸3.进气口4.活塞5.出气口6.轴承7.机架8.轴图 1 气动控制装置（2）电机控制装置如图2所示，将轴承外圈固定，通过设置在轴端部的旋紧螺母来调节轴承预紧力。

当旋紧螺母向左运动时，增加预紧力；反之，向右运动，减小预紧力。

可安装步进电机在旋紧螺母上，通过检测轴承载荷和转速，来控制电机的运转方向，达到调节预紧力的目的。

・74・ 机械制造技术 机械2012年增刊 总第39卷4 结束语介绍了三种常用轴承预紧的方法：外圈或内圈压紧法、隔套或者衬垫圈调整法和弹簧预紧法；讨论了两种轴承预紧力测量的方法：直接测量法和间接测量法；分析预紧力调整和控制方法：手感法和自动调整法，并提出了两种轴承预紧力自动调整装置。

1.机架2.轴承3.轴4.旋紧螺母图2 电机控制装置参考文献：[1]贾冬生，张敏，张永军. 滚动轴承预紧量的确定[J]. 机械研究与应用，2001，（4）：9-13.[2]李红光. 滚动轴承预紧的意义和预紧力的估算及调整[J]. 机械制造，2004，（9）：45-48.[3]郭明，陈宗农，王庆九. 精密机床主轴轴承的预紧力控制[J]. 工程设计，2001，（2）：85-87.[4]吴磊. 汽车主锥垫片测量装配技术和设备的研究[D]. 合肥：合肥工业大学，2008.[5]姜春. 主轴轴承预紧力的在线测量与控制及其对主轴系统特性的影响（上）[J]. 组合机床与自动化加工技术，1988，（2）34-39，56.[6]蒋蔚，梁波，李广文. 配对轴承预紧力分析及测试方法[J]. 轴承，2001，（4）：25-27.[7]王福成. 一种确定轴承预紧力的方法[J]. 现代零部件，2006，（4）：80-81.[8]李为民，王海涛. 轴向定位预紧轴承刚度计算[J]. 河北工业大学学报，2001，（2）：15-19.（上接第55页）3.2 验证在正常测试中，许多试件水平放置的测试仪一般两三个月后水蒸气对测试仪的使用效果影响显现，严重的会造成漏电、锈蚀等现象。

使用冷却室的测试仪在使用半年后没有发生以上现象。

将该测试仪上测试箱外壳拆卸后，获得如下检测结果：①目测箱体内部无锈蚀、水痕等；②用手擦拭箱体各处无水迹感觉；③用餐巾纸擦拭箱体内部各处后，餐巾纸上无润湿痕迹。

由此可得出该设计效果显著。

4 结束语本设计主要思路是将测试过程中上升的水蒸气引入上测试箱的冷却室中，再由冷却室与水蒸气进行热交换，使水蒸气冷凝以达到阻止水蒸气进入上测试箱内的目的。

这是一种经济适用的设计理念。

上述设计分析及计算过程中使用了许多假设条件，但每个假设都立足于使计算结果的安全系数更大。

由于本设计的测试仪挡气板上部仍有空隙让水蒸气可能会进入到上测试箱内，因此本设计不能完全避免水蒸气进入上测试箱。

要想完全隔离水蒸气，又不使摆动挂件杆产生附加力，其设计方法会比较复杂，产品的成本也会提高很多。

但切实可行的更合理的防止水蒸气进入上测试箱的方法仍有待进一步完善。

参考文献：[1]中华人民共和国国家发展和改革委员. QB/T 2713－2005皮革物理和机械试验收缩温度的测定，直到100℃的收缩温度的测定[S].[2]高崇伊. 液体的蒸发速率——热学[M]. 兰州：兰州大学出版社，2010.[3]王志魁. 化工原理[M]. 北京：化学工业出版社，2010.[4]北京石油化工工程公司. 氯碱工业理化常数手册[M]. 北京：化工工业出版社，1988.[5]成大先，等. 机械设计手册[M].北京：化工工业出版社 2004.。