Achim Schmidt 來源：演進Evolution
前言
角接觸球軸承的接觸角通常為40°。SKF現已推出全新25°接觸角軸承系列，大大擴展了角接觸球軸承的產品組合。這一新產品系列的推出，首次輕松地實現了不對稱軸承配組，有效解決了眾所周知的Z小載荷問題，從而在泵或電動機等軸向負載應用場合延長軸承的使用壽命。
每個滾動軸承都有一個接觸角，用來傳遞軸承內部的力。Z簡單的例子是深溝球軸承，承受純徑向載荷的接觸角為0°，而角接觸球軸承的接觸角始終大于0°。
接觸角越大，滾動軸承的軸向載荷能力越高。在極端情況下，接觸角為90°，則成為純軸向軸承。角接觸球軸承介于純徑向軸承和純軸向軸承之間，可同時吸收徑向載荷和軸向載荷。
更小的接觸角和經優化的保持架帶來更多選擇
近期，帶黃銅保持架的SKF單列角接觸球軸承的產品陣容進一步擴大，軸承的接觸角比常見的40°小。以下簡要介紹新推出的25°角接觸球軸承（后綴AC）系列：
較小的接觸角會小幅降低軸向載荷能力，但會帶來其他優點。例如，在某些工況下，與40°接觸角相比，可能提高多達20%的轉速。這得益于軸承中更有利的運動學條件，盡可能地減小了滑動分量，從而減少熱量的產生。另外，較小的接觸角確保了較大的徑向剛度，這在主要承受徑向載荷的應用場合是有利因素。
SKF還優化了25°和40°接觸角軸承的黃銅保持架。由于采用了強度更高的材料并改進了形狀，保持架不僅更加堅固，還能使軸承實現更高的轉速。
保持架的性能得到改進，同時占用空間減小，可騰出更大空間來容納潤滑劑，從而可以延長滑潤劑更換間隔。此外，新型黃銅保持架的振動和噪音水平降低了15%。
軸承應用和布局
角接觸球軸承Z常用于泵、壓縮機和電動機。這些設備配備經改進的SKF角接觸球軸承后，可以更平穩地運行并延長使用壽命。
在這些應用場合中，單列角接觸球軸承通常（至少）成對安裝。這是因為當角接觸球軸承承受純軸向或純徑向載荷時，不可避免地會由于其接觸角而產生相應的徑向或軸向力。鑒于在這種設計中，一個軸承只能沿一個方向吸收軸向力，如果不成對使用，而軸向力來自相反方向，軸承便可能被破壞。
由于在大多數應用場合中，軸向力會來自兩個方向，因此反向作用力必須由反向軸承吸收。成對軸承的Z簡單形式是固定“ O型布局”（遵循接觸角線勾畫的形狀）的雙列角接觸球軸承。單個的通用角接觸球軸承也可以用不同的方式進行組合，O型和X型布局均可。
成對角接觸球軸承
當角接觸球軸承成對安裝時，可以使用多種方案來設置預載荷或軸承游隙。Z常見的方法是使用所謂的“通用配對”軸承（也稱為“通用軸承”）。通用軸承的優點是，在工廠加工時已經實現了相互匹配，當將它們安裝在軸承座上時，可以實現規定的預載荷/游隙。軸承內圈或外圈之間的初始座間隙是通過夾緊軸承來消除的。
為了獲得精確的預緊力/軸承游隙，縮進和突出的公差僅為幾個微米。
因此，通用軸承大大簡化了裝配，而其他傳統裝配方法需要耗費更多人力。例如，軸承預載荷也可以通過在軸承座或軸上插入特殊的隔套來調節，但必須費時費力地測量軸承，并且必須為每對軸承制造單獨的隔套。
為了降低組裝成本，接觸角為25°的新型AC角接觸球軸承已經提供了符合SKF Explorer等級的通用配對版本，同時還可根據要求提供各種預載荷和軸承游隙等級。
混合軸承組
角接觸球軸承組的軸向力主要來自一個方向，例如沿一個方向旋轉的風扇或泵便是這種情況。在此類應用場合，一個角接觸球軸承吸收軸向力，而第二個角接觸球軸承，即反向支撐軸承則不承受載荷。
然而，滾動軸承需要有一個Z小載荷，以實現無摩擦運行。空載軸承的載荷很有可能低于該Z小載荷。這可能導致滾珠的滾動行為出現異常（滾動接觸中出現滑動），產生俗稱的“粘污”，“粘污”會導致溫升，并造成表面損壞和/或保持架破裂，Z終導致軸承過早損壞。
混合軸承組的優勢
以往，此類應用場合通常會安裝由兩個相同的40°接觸角軸承組成的軸承組，軸向載荷主要作用于一側。不過這并非Z佳配置，因為較大的40°接觸角在空載時更容易受到Z小載荷問題的影響。
現在，新的25°接觸角軸承系列實現了40°和25°接觸角軸承的不對稱配組。這種軸承組具有很大的優勢。在不對稱軸承組中，主要的軸向力是通過接觸角較大的軸承（B = 40°）吸收的，而接觸角較小（AC = 25°）的空載軸承則降低了出現粘污的風險，因為它提高了提升力的閾值。提升力是外部軸向力，在該軸向力作用下，預加載軸承組中的反向支撐軸承會完全空載，無法保證所需的Z小載荷。
具體來說，這意味著在相同的外部載荷作用下，接觸角為25°的反向支撐軸承的空載程度較低。這大大降低了軸承過早失效的風險，進而提高了運行可靠性。
不對稱預加載軸承組中的撓曲和力分布
不對稱軸承組在內部載荷分布方面的優勢可以通過一個預加載軸承組的示例來說明，該軸承組由O型布局的兩個角接觸球軸承組成，它們承受純軸向力F（紅色箭頭）。40°接觸角軸承吸收軸向力，而25°接觸角軸承在軸向力作用下為空載。
坐標系中，x軸代表撓曲，y軸代表力。綠色曲線代表25°接觸角軸承，藍色曲線代表40°接觸角軸承。位置1代表無外部載荷的載荷比。位置2代表在40°軸承的提升力水平時具有外部軸向力F1的載荷比。位置3代表在25°軸承的提升力水平時具有外部軸向力F2的載荷比。
位置①：組裝后無外部載荷的載荷比
在藍線和綠線之間的交點處（在y軸上），沒有施加外力。兩個軸承都僅承受設定的預載荷。在此示例中，為簡化起見，假設預加載力F預載 = 1。
位置②和③：除預載荷外還施加外力時的載荷比
除了預載荷外還施加了外部軸向力F時，必須將視線從該圖中的中間交點向右移動。40°接觸角軸承（藍色）除了設定的預載荷外，還要承受力F帶來的載荷，因此藍色曲線上升。同時，力F使25°接觸角軸承（綠色）空載，因此綠色曲線下降。綠色曲線觸及x軸時，預載荷用盡，軸承空載。必須極力避免這種情況。
灰色虛線用于與接觸角為40°的反向支撐軸承進行比較。它顯示了在具有相同接觸角（40°+ 40°）的常規軸承組中的撓曲。
位置②的詳細說明：力F1（40°）和力F1（25°）
此時，常規軸承組（40°+ 40°）和不對稱軸承組（40°+ 25°）之間的差異變得尤為明顯。在這兩種情況下，外力完全相同(F1(40°) = F1(25°) = 2.8 x F預載)，而軸承組的撓曲不同。
力F1（40°）用虛線表示，力F1（25°）用實線表示。使用兩個40°接觸角軸承的常規軸承組，此時已經達到了提升力點。這可以從與x軸相交，表示40°接觸角反向支撐軸承撓曲的灰色虛線看出。此時預載荷已完全用盡（虛線相交處的黃色?）。這一點大約是預緊力的2.8倍。
然而，就不對稱軸承組而言，當施加相同的力時，軸承中仍存在一定的殘余預載荷。在這種情況下，綠色曲線仍在x軸上方（實線相交處的黃色框）。
位置③詳細說明：力F2
此處顯示了25°接觸角反向支撐軸承的提升力。值得注意的是，力F2 明顯大于力F1。具體來說，這一點約為預緊力的5.2倍。這意味著與由相同軸承組成的軸承組相比，不對稱軸承組可以吸收近乎兩倍的軸向力，而不會使反向支撐軸承空載。
因此，25°接觸角軸承更適合作為反向支撐軸承。
結論
接觸角為25°的SKF新一代角接觸球軸承是理想的反向支撐軸承解決方案。尤其是在軸向力主要來自一個方向的應用場合中，建議在設計中采用不對稱軸承組，以防止出現Z小載荷無法實現的問題，避免軸承過早失效。
此外，25°接觸角軸承也可用于要求高轉速和/或較高徑向剛度的應用場合。
