双半外圈调心球轴承预紧分析及在工程中的应用

　　1　引　言

　　双列调心球轴承外圈滚道是球面的一部分,其曲率中心在轴承旋转轴线上,具有自动调心的性能,一是用于补偿由于轴的弯曲和轴承座孔变形产生的同轴误差,二是在大型机构中,可以降低支撑结构的安装调试精度指标。有不少学者对这类轴承的调心问题进行了研究[1-4],文献[5]对这类轴承的径向和轴向刚度进行了分析计算。成对双联向心推力球轴承在轴承生产中考虑到预紧变形量的大小,在相配对的两个轴承的内圈或外圈的端面上,磨去一定的预紧变形量[6]。当将这种轴承安装到轴承部件上时,用轴向预紧装置压紧相应端面,两轴承即处于预紧状态,磨削量可根据实际工作负载来确定。轴承预紧后,轴承的刚度和旋转精度都能得到改善。很多学者对此进行了相关的研究[7-11]。

　　LAMOST天文望远镜像场旋转轴两个支撑点距离为1 938 mm,为了降低两个支撑座孔同轴要求和加工调试成本,需要用可调心轴承来补偿两个座孔同轴偏差。另一方面,像场旋转精度要求RMS值为1″,因此,支撑轴承需要进行消隙处理。这两个要求实际上是双列调心球轴承和双联向心推力球轴承的特点综合。因此,本文采用了一种称之为双半外圈双列调心球轴承,采用球面外圈实现调心功能,用两个双半外圈,在其中间加隔圈,通过控制隔圈的厚度来达到预紧的目的。采用这样的轴承,实现了大角度调心和预紧提高刚性的双重功能,保证了像场旋转轴系的旋转精度。跟星实测像场旋转精度RMS值优于0.3″。这种轴承隔圈厚度的控制是实现高精度轴系的重要一环。首先根据对这类轴承的力学分析,得到相对于工作负荷的预紧力Fa0,然后根据三维接触弹性理论,得出在Fa0的作用下,两个半外圈的相对趋近量Δt,Δt就是中间隔圈的磨削量。经过磨削后的隔圈装入轴承后,在压紧装置的作用下,实现了轴承的消隙,达到提高旋转精度的目的。这类轴承,可以根据不同的工作负荷,磨削不同的隔圈,达到不同的预紧目的。

　　2　预紧力和预紧量分析计算

　　2.1　轴承结构

　　双半外圈双列调心球轴承结构如图1所示。由双半外圈、隔圈、钢球、保持架和内圈组成。与传统的双列向心球面球轴承相比,其区别在于球面外圈由三部分组成:两个内球面半外圈和中间隔圈。这种轴承有如下的特点:

　　(1)能够实现较大的调心功能,调心角度达3°。

　　(2)能够采用定位预紧,提高轴承的刚度。与现有调心球轴承1∶12锥面预紧相比,既降低了轴承和被支撑轴的加工成本,又不需要较大的轴向空间。

　　(3)轴承本身自成一预紧的封闭系统,这样预紧力不会传给被支撑轴。