试想一下，哪种轴承能适应双向轴向载荷，并具有非常小的轴向定位公差？QJ系列的四点接触球轴承以其独特设计，能满足这种要求 —— 即使在轴向空间非常紧凑的场合。

四点接触球轴承（图1）可承受双向轴向载荷以及一定程度的径向载荷，并具有非常小的轴向定位公差。这种轴承还节省了空间，因为它可以看成两个单列角接触球轴承的二合一组合，因此它是工业齿轮箱、机车驱动系统、压缩机及其它应用场合的绝佳选择。

设计细节和技术特点

标准SKF四点接触球轴承（也称作QJ系列轴承）由一个整体外圈、一个径向对开式内圈、一组钢球和一个外圈引导式保持架组成。其轴承套圈设计具有一些不同寻常的细节（图2）。外圈类似于深沟球轴承设计，但滚道几何形状横截面则颇为不同。深沟球轴承滚道呈圆环形，而四点接触球轴承外圈则由两个对称的滚道组成。每个滚道都是圆环形，在轴承外圈中心相交于一个奇点，这种滚道形式也称作“哥特式弧线”。两个滚道圆弧的中心在轴向上有个很小的偏距（图2）。内圈分成两半，与外圈滚道的设计原理一样。使其相比于深沟球轴承设计具有一定的优势。外圈滚道的这种设计能够独立定义接触角（标准为35°）和轴向游隙。换句话说，可以设计一种特殊的轴向游隙，而不会改变轴承的密合度（滚道曲率与球直径的比值）。

35°接触角的轴承要求滚道挡肩要高。具有整体式内圈的轴承无法装入足够数量的球。四点接触球轴承采取对开式内圈设计，从而能容纳***大数量的球，其数量只受保持架横梁厚度的限制。

一般来说，这种轴承组装包括三个步骤：

·将保持架装入外圈；

·将球压入保持架；

·从两边装入两半内圈，内圈没有自固定功能。为避免在运输和搬运过程中轴承散落，内孔中已插有塑料固定件。

理论上，一个球与轴承套圈分别有四个接触点（图3）。只有在施加纯径向载荷时才出现四点接触，但是这种载荷情况在实际应用中很少出现。然而，***常见的情况是纯轴向载荷（图4a)，在这种情况下只有两个接触点在对角位置传递载荷。如果轴向载荷改变了方向，这两个接触点会移到对面位置。这解释了为什么这种轴承类型能承受两个方向的轴向载荷。也有一些应用兼具径向和轴向的载荷，但以轴向载荷为主（图4b）。如果要用单列角接触球轴承来实现同样功能，则需要两个相同的轴承以背对背或面对面的型式配置。这意味着用一个四点接触球轴承即可实现节省空间的布局设计。两个单列角接触球轴承可以用一个四点接触球轴承来代替，但有一个重要条件：四点接触球轴承需要在轴向载荷为主的情况下才能正确发挥作用。SKF建议的轴向和径向的载荷比是Fa/Fr>1.27。

SKF四点接触球轴承标配机削铜窗式保持架（型号后缀MA，图1a）或注塑聚醚醚酮（PEEK）窗式保持架（型号后缀PHAS，图1b)。两种保持架均采用外圈引导式，它们都具有很好的引导功能，从而能提高转速极限。而对称保持架的特殊设计能让轴承装入***大数量的大尺寸球。

图5汇总了SKF QJ系列轴承的主要特性。

载荷、基本额定寿命和额定转速

四点接触球轴承非常紧凑的设计可能会让一些人担心，它的额定载荷可能会低于两个配对的单列角接触球轴承。图6比较了2和3直径系列QJ轴承和对应的72 B和73 B配对角接触球轴承的额定载荷，结果是四点接触球轴承和配对的角接触球轴承的承载能力几乎没有差异。总的来说，用四点接触球轴承可以节省50%的轴向空间。

不过，还应当考虑基本额定寿命，关键因数是当量动载荷，采用以下载荷计算公式：

P = 0.60×F_r + 1.07×F_a

▶ 用于四点接触球轴承（接触角35°）

P = 0.57×F_r + 0.93×F_a

▶ 用于配对角接触球轴承（接触角40°）

很明显，四点接触球轴承的当量动载荷较高，主要是因为接触角较小，但由此产生较低基本额定寿命的缺点，在很大程度上是通过设计上节省的空间来平衡的。

图7显示了QJ 2和QJ 3系列与72 B和73 B系列配对轴承极限转速的对比，结果清楚显示前者额定转速要高约70%。这可以用较小的接触角（35°小于40°）、高质量保持架材料（实心黄铜或PEEK）、外圈引导式保持架，以及特殊润滑保持架兜孔等原因来解释。

邻近部件的设计

在许多应用中，四点接触球轴承是与圆柱滚子轴承等径向轴承组合使用的。这里关键的一点是，四点接触球轴承只承受轴向载荷。因此，四点接触球轴承的外圈不应轴向夹紧或径向夹紧，而应在轴承座中留有一定的径向间隙（1至2 mm的空隙）安装（图8）。否则，外圈无法补偿热膨胀，从而导致轴承中出现不应有的额外作用力。为避免外圈旋转，大多数轴承在外圈上均配备两个定位槽，这样就能用定位销将外圈固定到轴承座上（图8）。如果无法避免外圈的轴向夹紧，在安装时必须注意确保外圈居中。

要注意，两半内圈需要始终轴向夹紧。

应用举例

在设计空间有限、双向轴向重载或高转速等场合，四点接触球轴承是值得考虑的解决方案。这些工况可能出现在泵、缓速器、压缩机、工业或汽车齿轮箱、牵引电机或转向架等应用中。以下列举了一些配备四点接触球轴承的设备例子：

螺杆压缩机（图9a）广泛用于工业领域，以较高的压力压缩各种气体，包括空气、腐蚀气体、氧气、制冷剂或其他气体。压缩过程是通过两个螺杆的连续旋转实现的。螺杆两端的压差产生轴向力，这种力通常由四点接触球轴承来承受。两个螺杆之间，以及螺杆与压缩机机壳之间很窄的间隙要求采用刚性轴承配置，而且轴向游隙要小。

涡轮缓速器（图9b）把卡车过多的动能转化成热能。此应用要求轴承具有很高的极限转速以及适应速度急变的能力，这是四点接触球轴承的一种典型应用。

多相泵（图9c）比传统泵更能有效地开采油田。这种泵位于海底，对上游油气混合物进行加压，因此对可靠性的要求非常高。通常，四点接触球轴承可承受这种轴向载荷。

风电齿轮箱（图9d）把非常慢的主轴转速（约18 r/min）转变成约100倍的发电机转速。在高速轴上，螺旋齿轮产生很大的轴向载荷需要承受，因而采用圆柱滚子轴承和四点接触球轴承组合。

铁路行业（图9e）主要有两种应用场合：变速箱和牵引电机，通常采用圆柱滚子轴承和四点接触球轴承组合。要对牵引电机轴承进行保护以防止电流通过而造成轴承损坏。一个常见解决方案是使用绝缘轴承（INSOCOAT）。对于带定位槽的四点接触球轴承，其内圈两半部分要涂上绝缘层。

INSOCOAT是SKF集团的注册商标。

总结    

四点接触球轴承（QJ轴承）是一种特殊类型的角接触球轴承。在许多应用中，一个QJ轴承可有效取代两个配对的单列角接触球。事实上，其节省空间设计、转速性能和承载能力都令人瞩目，这也是为什么这种轴承广泛用于压缩机、泵和缓速器等多种应用场合。