試想一下，哪種軸承能適應(yīng)雙向軸向載荷，并具有非常小的軸向定位公差？QJ系列的四點(diǎn)接觸球軸承以其獨(dú)特設(shè)計(jì)，能滿足這種要求 —— 即使在軸向空間非常緊湊的場(chǎng)合。

四點(diǎn)接觸球軸承（圖1）可承受雙向軸向載荷以及一定程度的徑向載荷，并具有非常小的軸向定位公差。這種軸承還節(jié)省了空間，因?yàn)樗梢钥闯蓛蓚€(gè)單列角接觸球軸承的二合一組合，因此它是工業(yè)齒輪箱、機(jī)車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、壓縮機(jī)及其它應(yīng)用場(chǎng)合的絕佳選擇。

設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和技術(shù)特點(diǎn)

標(biāo)準(zhǔn)SKF四點(diǎn)接觸球軸承（也稱作QJ系列軸承）由一個(gè)整體外圈、一個(gè)徑向?qū)﹂_(kāi)式內(nèi)圈、一組鋼球和一個(gè)外圈引導(dǎo)式保持架組成。其軸承套圈設(shè)計(jì)具有一些不同尋常的細(xì)節(jié)（圖2）。外圈類似于深溝球軸承設(shè)計(jì)，但滾道幾何形狀橫截面則頗為不同。深溝球軸承滾道呈圓環(huán)形，而四點(diǎn)接觸球軸承外圈則由兩個(gè)對(duì)稱的滾道組成。每個(gè)滾道都是圓環(huán)形，在軸承外圈中心相交于一個(gè)奇點(diǎn)，這種滾道形式也稱作“哥特式弧線”。兩個(gè)滾道圓弧的中心在軸向上有個(gè)很小的偏距（圖2）。內(nèi)圈分成兩半，與外圈滾道的設(shè)計(jì)原理一樣。使其相比于深溝球軸承設(shè)計(jì)具有一定的優(yōu)勢(shì)。外圈滾道的這種設(shè)計(jì)能夠獨(dú)立定義接觸角（標(biāo)準(zhǔn)為35°）和軸向游隙。換句話說(shuō)，可以設(shè)計(jì)一種特殊的軸向游隙，而不會(huì)改變軸承的密合度（滾道曲率與球直徑的比值）。

35°接觸角的軸承要求滾道擋肩要高。具有整體式內(nèi)圈的軸承無(wú)法裝入足夠數(shù)量的球。四點(diǎn)接觸球軸承采取對(duì)開(kāi)式內(nèi)圈設(shè)計(jì)，從而能容納***大數(shù)量的球，其數(shù)量只受保持架橫梁厚度的限制。

一般來(lái)說(shuō)，這種軸承組裝包括三個(gè)步驟：

·將保持架裝入外圈；

·將球壓入保持架；

·從兩邊裝入兩半內(nèi)圈，內(nèi)圈沒(méi)有自固定功能。為避免在運(yùn)輸和搬運(yùn)過(guò)程中軸承散落，內(nèi)孔中已插有塑料固定件。

理論上，一個(gè)球與軸承套圈分別有四個(gè)接觸點(diǎn)（圖3）。只有在施加純徑向載荷時(shí)才出現(xiàn)四點(diǎn)接觸，但是這種載荷情況在實(shí)際應(yīng)用中很少出現(xiàn)。然而，***常見(jiàn)的情況是純軸向載荷（圖4a)，在這種情況下只有兩個(gè)接觸點(diǎn)在對(duì)角位置傳遞載荷。如果軸向載荷改變了方向，這兩個(gè)接觸點(diǎn)會(huì)移到對(duì)面位置。這解釋了為什么這種軸承類型能承受兩個(gè)方向的軸向載荷。也有一些應(yīng)用兼具徑向和軸向的載荷，但以軸向載荷為主（圖4b）。如果要用單列角接觸球軸承來(lái)實(shí)現(xiàn)同樣功能，則需要兩個(gè)相同的軸承以背對(duì)背或面對(duì)面的型式配置。這意味著用一個(gè)四點(diǎn)接觸球軸承即可實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間的布局設(shè)計(jì)。兩個(gè)單列角接觸球軸承可以用一個(gè)四點(diǎn)接觸球軸承來(lái)代替，但有一個(gè)重要條件：四點(diǎn)接觸球軸承需要在軸向載荷為主的情況下才能正確發(fā)揮作用。SKF建議的軸向和徑向的載荷比是Fa/Fr>1.27。

SKF四點(diǎn)接觸球軸承標(biāo)配機(jī)削銅窗式保持架（型號(hào)后綴MA，圖1a）或注塑聚醚醚酮（PEEK）窗式保持架（型號(hào)后綴PHAS，圖1b)。兩種保持架均采用外圈引導(dǎo)式，它們都具有很好的引導(dǎo)功能，從而能提高轉(zhuǎn)速極限。而對(duì)稱保持架的特殊設(shè)計(jì)能讓軸承裝入***大數(shù)量的大尺寸球。

圖5匯總了SKF QJ系列軸承的主要特性。

載荷、基本額定壽命和額定轉(zhuǎn)速

四點(diǎn)接觸球軸承非常緊湊的設(shè)計(jì)可能會(huì)讓一些人擔(dān)心，它的額定載荷可能會(huì)低于兩個(gè)配對(duì)的單列角接觸球軸承。圖6比較了2和3直徑系列QJ軸承和對(duì)應(yīng)的72 B和73 B配對(duì)角接觸球軸承的額定載荷，結(jié)果是四點(diǎn)接觸球軸承和配對(duì)的角接觸球軸承的承載能力幾乎沒(méi)有差異。總的來(lái)說(shuō)，用四點(diǎn)接觸球軸承可以節(jié)省50%的軸向空間。

不過(guò)，還應(yīng)當(dāng)考慮基本額定壽命，關(guān)鍵因數(shù)是當(dāng)量動(dòng)載荷，采用以下載荷計(jì)算公式：

P = 0.60×F_r + 1.07×F_a

? 用于四點(diǎn)接觸球軸承（接觸角35°）

P = 0.57×F_r + 0.93×F_a

? 用于配對(duì)角接觸球軸承（接觸角40°）

很明顯，四點(diǎn)接觸球軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷較高，主要是因?yàn)榻佑|角較小，但由此產(chǎn)生較低基本額定壽命的缺點(diǎn)，在很大程度上是通過(guò)設(shè)計(jì)上節(jié)省的空間來(lái)平衡的。

圖7顯示了QJ 2和QJ 3系列與72 B和73 B系列配對(duì)軸承極限轉(zhuǎn)速的對(duì)比，結(jié)果清楚顯示前者額定轉(zhuǎn)速要高約70%。這可以用較小的接觸角（35°小于40°）、高質(zhì)量保持架材料（實(shí)心黃銅或PEEK）、外圈引導(dǎo)式保持架，以及特殊潤(rùn)滑保持架兜孔等原因來(lái)解釋。

鄰近部件的設(shè)計(jì)

在許多應(yīng)用中，四點(diǎn)接觸球軸承是與圓柱滾子軸承等徑向軸承組合使用的。這里關(guān)鍵的一點(diǎn)是，四點(diǎn)接觸球軸承只承受軸向載荷。因此，四點(diǎn)接觸球軸承的外圈不應(yīng)軸向夾緊或徑向夾緊，而應(yīng)在軸承座中留有一定的徑向間隙（1至2 mm的空隙）安裝（圖8）。否則，外圈無(wú)法補(bǔ)償熱膨脹，從而導(dǎo)致軸承中出現(xiàn)不應(yīng)有的額外作用力。為避免外圈旋轉(zhuǎn)，大多數(shù)軸承在外圈上均配備兩個(gè)定位槽，這樣就能用定位銷(xiāo)將外圈固定到軸承座上（圖8）。如果無(wú)法避免外圈的軸向夾緊，在安裝時(shí)必須注意確保外圈居中。

要注意，兩半內(nèi)圈需要始終軸向夾緊。

應(yīng)用舉例

在設(shè)計(jì)空間有限、雙向軸向重載或高轉(zhuǎn)速等場(chǎng)合，四點(diǎn)接觸球軸承是值得考慮的解決方案。這些工況可能出現(xiàn)在泵、緩速器、壓縮機(jī)、工業(yè)或汽車(chē)齒輪箱、牽引電機(jī)或轉(zhuǎn)向架等應(yīng)用中。以下列舉了一些配備四點(diǎn)接觸球軸承的設(shè)備例子：

螺桿壓縮機(jī)（圖9a）廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域，以較高的壓力壓縮各種氣體，包括空氣、腐蝕氣體、氧氣、制冷劑或其他氣體。壓縮過(guò)程是通過(guò)兩個(gè)螺桿的連續(xù)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的。螺桿兩端的壓差產(chǎn)生軸向力，這種力通常由四點(diǎn)接觸球軸承來(lái)承受。兩個(gè)螺桿之間，以及螺桿與壓縮機(jī)機(jī)殼之間很窄的間隙要求采用剛性軸承配置，而且軸向游隙要小。

渦輪緩速器（圖9b）把卡車(chē)過(guò)多的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能。此應(yīng)用要求軸承具有很高的極限轉(zhuǎn)速以及適應(yīng)速度急變的能力，這是四點(diǎn)接觸球軸承的一種典型應(yīng)用。

多相泵（圖9c）比傳統(tǒng)泵更能有效地開(kāi)采油田。這種泵位于海底，對(duì)上游油氣混合物進(jìn)行加壓，因此對(duì)可靠性的要求非常高。通常，四點(diǎn)接觸球軸承可承受這種軸向載荷。

風(fēng)電齒輪箱（圖9d）把非常慢的主軸轉(zhuǎn)速（約18 r/min）轉(zhuǎn)變成約100倍的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。在高速軸上，螺旋齒輪產(chǎn)生很大的軸向載荷需要承受，因而采用圓柱滾子軸承和四點(diǎn)接觸球軸承組合。

鐵路行業(yè)（圖9e）主要有兩種應(yīng)用場(chǎng)合：變速箱和牽引電機(jī)，通常采用圓柱滾子軸承和四點(diǎn)接觸球軸承組合。要對(duì)牽引電機(jī)軸承進(jìn)行保護(hù)以防止電流通過(guò)而造成軸承損壞。一個(gè)常見(jiàn)解決方案是使用絕緣軸承（INSOCOAT）。對(duì)于帶定位槽的四點(diǎn)接觸球軸承，其內(nèi)圈兩半部分要涂上絕緣層。

INSOCOAT是SKF集團(tuán)的注冊(cè)商標(biāo)。

總結(jié)    

四點(diǎn)接觸球軸承（QJ軸承）是一種特殊類型的角接觸球軸承。在許多應(yīng)用中，一個(gè)QJ軸承可有效取代兩個(gè)配對(duì)的單列角接觸球。事實(shí)上，其節(jié)省空間設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)速性能和承載能力都令人矚目，這也是為什么這種軸承廣泛用于壓縮機(jī)、泵和緩速器等多種應(yīng)用場(chǎng)合。