王小剛，周琳，趙國強(qiáng)，張彥合，張曉楊

(洛陽LYC軸承有限公司 技術(shù)中心，河南 洛陽 471039)

轉(zhuǎn)盤軸承可承受徑向載荷、雙向軸向載荷以及傾覆力矩，適用于需較高運(yùn)轉(zhuǎn)精度的軸承配置，如回轉(zhuǎn)盤、銑床頭和可逆夾具等。目前存在的轉(zhuǎn)盤軸承無法同時(shí)滿足低扭矩、高精度、高轉(zhuǎn)速、高剛性的使用要求。為了彌補(bǔ)目前轉(zhuǎn)盤軸承綜合性能相對(duì)較差的不足，提出了一種新型結(jié)構(gòu)的低扭矩、高剛性推力球和圓柱滾子組合轉(zhuǎn)盤軸承。

1 常規(guī)轉(zhuǎn)盤軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

常規(guī)轉(zhuǎn)盤軸承一般為三排滾子組合推力軸承(YRT結(jié)構(gòu)[1]，圖1a)、雙排推力角接觸球軸承(ZKLDF結(jié)構(gòu)[2]，圖1b)及其衍生結(jié)構(gòu)，從應(yīng)用來看，2種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)盤軸承的性能又有所區(qū)別。YRT結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)盤軸承高精度、高剛性性能更突出，適合于低速、短時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的應(yīng)用，如分度工作臺(tái)及回轉(zhuǎn)銑頭等；而ZKLDF結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)盤軸承低摩擦、高轉(zhuǎn)速性能更突出，適合于高速、長期運(yùn)轉(zhuǎn)的場合，如回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、銑削、磨削、珩磨頭等設(shè)備。

圖1 轉(zhuǎn)盤軸承結(jié)構(gòu)示意圖

2 推力球和圓柱滾子組合轉(zhuǎn)盤軸承設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

推力球和圓柱滾子組合軸承如圖2所示，軸向采用兩列推力球結(jié)構(gòu)承受軸向力和傾覆力矩；徑向采用圓柱滾子結(jié)構(gòu)承受徑向力；推力滾道采用直滾道，改變鋼球與弧形溝道相配合的常規(guī)設(shè)計(jì)，降低摩擦，提高轉(zhuǎn)速性能；保持架由內(nèi)圈擋邊引導(dǎo)，進(jìn)而對(duì)鋼球進(jìn)行徑向限位，以防止鋼球徑向滑動(dòng)引起滑動(dòng)摩擦。

1—外圈；2—軸向保持架；3—鋼球；4—第2內(nèi)圈；5—連接螺栓；6—徑向滾子；7—尼龍隔離塊；8—內(nèi)圈圖2 推力球與圓柱滾子組合軸承結(jié)構(gòu)示意圖

與YRT結(jié)構(gòu)軸承相比，軸向滾動(dòng)體由圓柱滾子改為鋼球，滾動(dòng)體與軸向滾道的接觸由線接觸改為點(diǎn)接觸[3]，同時(shí)避免了軸向滾子因?yàn)閮?nèi)外速度差而造成的滑動(dòng)摩擦，極大地降低了軸承的摩擦磨損、提高了軸承的高速性能；但其剛性稍差于YRT結(jié)構(gòu)軸承。

與ZKLDF結(jié)構(gòu)軸承相比，徑向有圓柱滾子軸承承受徑向載荷，軸向有兩列多排球承受軸向載荷和傾覆力矩，而ZKLDF結(jié)構(gòu)軸承只有兩列成60°接觸角的鋼球承受由徑向力、軸向力和傾覆力矩組成的聯(lián)合載荷。其剛性優(yōu)于ZKLDF結(jié)構(gòu)軸承。

尺寸相同的YRT結(jié)構(gòu)軸承、ZKLDF結(jié)構(gòu)軸承和推力球與圓柱滾子組合轉(zhuǎn)盤軸承3種軸承轉(zhuǎn)速與剛性和轉(zhuǎn)速與摩擦力矩的對(duì)比分別如圖3、圖4所示。

圖3 轉(zhuǎn)速和剛度性能比較

圖4 轉(zhuǎn)速和摩擦力矩性能比較

采用密珠結(jié)構(gòu)如圖5所示，密珠結(jié)構(gòu)鋼球按螺旋線密集排列,即在軸承的每個(gè)徑向和軸向截面內(nèi)均布滿鋼球,使每個(gè)鋼球循獨(dú)自的溝道繞主軸回轉(zhuǎn)。有均化和降低溝道表面磨損的作用,提高軸系的回轉(zhuǎn)精度和使用壽命。同時(shí)也解決了YRT結(jié)構(gòu)中滾子兩端由于速度差而造成的滑動(dòng)。根據(jù)空間尺寸選用三排或更多排排列方式，溝道采用直溝道，有效地降低摩擦力矩，提高軸承的轉(zhuǎn)速。

圖5 軸向鋼球分布示意圖

2.2 軸向保持架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軸向保持架采用直兜孔，減小了鋼球與保持架的接觸面積，從而減小兩者之間的摩擦。另外，在保持架支承臺(tái)階與內(nèi)徑引導(dǎo)面上增加弧形缺口如圖6所示，以減小與套圈間的接觸面積，達(dá)到減重與降低摩擦的作用。

圖6 軸向保持架主視圖

2.3 徑向滾子間增加尼龍隔離塊

徑向滾子間的尼龍隔離塊如圖7所示，材料為聚酰胺1010-HG2-869,除可降低徑向滾子之間的摩擦力,減小摩擦力矩外，聚酰胺材料本身具有良好的自潤滑作用。此外，隔離塊中間增加一個(gè)儲(chǔ)存油脂的通孔，以提升潤滑效果。

圖7 徑向隔離塊示意圖

3 應(yīng)用實(shí)例

某新型高精度跟蹤架對(duì)軸承技術(shù)指標(biāo)要求：摩擦力矩不大于40 N·m；軸向、徑向剛度不小于5 kN/μm；傾覆剛度不小于400 kN·m/mrad；轉(zhuǎn)速不小于350 r/min。尺寸相同的3種結(jié)構(gòu)軸承的剛性[4]、轉(zhuǎn)速和摩擦力矩的技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 3種結(jié)構(gòu)軸承的技術(shù)指標(biāo)

4 結(jié)束語

根據(jù)以上低扭矩高剛性推力球和圓柱滾子組合轉(zhuǎn)盤軸承的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及應(yīng)用實(shí)例，可以看出該組合新型軸承解決了轉(zhuǎn)盤軸承低扭矩、高精度、高轉(zhuǎn)速、高剛性無法同時(shí)兼顧的問題，其綜合性能要優(yōu)于YRT和ZKLDF結(jié)構(gòu)軸承，更適合應(yīng)用于望遠(yuǎn)鏡、試驗(yàn)臺(tái)等綜合性能要求較高的精密回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。