圓錐交叉滾子軸承在立式車床上的應(yīng)用

程蓓蓓 岳云萍

(大連機床集團有限責(zé)任公司技術(shù)中心，遼寧大連 116620)

回轉(zhuǎn)工作臺廣泛應(yīng)用于各種數(shù)控銑床、鏜床、各種立車、立銑等機床上。在機床設(shè)計上除了要求回轉(zhuǎn)工作臺能很好地承受工件重量外，還需要保證其在承載下的回轉(zhuǎn)精度。轉(zhuǎn)臺軸承作為轉(zhuǎn)臺的核心部件，在轉(zhuǎn)臺運行工程中不僅要具有很高的承載能力，還需具備高回轉(zhuǎn)精度、高抗傾覆能力以及較高的轉(zhuǎn)速能力等。

1 應(yīng)用于回轉(zhuǎn)工作臺軸承類型

在回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計中，使用比較多的軸承類型大致分為以下幾種:

(1)推力球軸承+圓柱滾子軸承

推力球軸承能承受一定的軸向力，所以該軸承主要用于承受工件的重量;而圓柱滾子軸承主要用于徑向的定位和承受外部的徑向力(切削力、銑削力)。該類設(shè)計應(yīng)用廣泛，并且成本也相對比較的低廉。由于推力球是一種點接觸的軸承，所以它的軸向承載力相對比較低，主要用于小型或中型機床回轉(zhuǎn)工作臺中。此外推力球的潤滑也比較困難。

(2)靜壓軸承+精密圓柱滾子軸承

靜壓軸承是一種靠外部供給壓力油，在軸承內(nèi)建立靜壓承載油膜以實現(xiàn)液體潤滑的滑動軸承。液壓靜壓軸承從起動到停止始終在液體潤滑下工作，故而具有磨損小、使用壽命長和起動功率小等特點。此外這種軸承還具有旋轉(zhuǎn)精度高、油膜剛度大和能抑制油膜振蕩等優(yōu)點。精密圓柱滾子軸承具有很好的徑向承載力，并且由于采用了精密級的軸承，回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)精度也能得到很好的保證。使用該類設(shè)計的回轉(zhuǎn)工作臺能承受較大的軸向力，有些工件的重量超過200 t，轉(zhuǎn)臺直徑超過10 m。但是該類設(shè)計也有一些不足之處，由于靜壓軸承必須附帶一套專用的供油系統(tǒng)來供給壓力油，維護比較復(fù)雜而且成本也比較高。

(3)交叉滾子軸承

交叉滾子軸承(圖1)在轉(zhuǎn)臺上的應(yīng)用也比較普遍。交叉滾子軸承的特征是軸承中有2個滾道，兩排交叉排列的滾子。與傳統(tǒng)的推力軸承+徑向定心軸承組合相比，交叉滾子軸承結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧并簡化了工作臺設(shè)計，從而降低了轉(zhuǎn)臺的成本。另外，由于使用了優(yōu)化的預(yù)緊力，該類軸承具有很高的剛度，因而轉(zhuǎn)臺的剛度和精度也都得到了保證。得益于兩排交叉滾子的設(shè)計，軸承的有效跨距能得到顯著提高，所以該類軸承具有很大的抗傾覆力矩。在交叉滾子軸承中，又分成2種類型:第一種是圓柱交叉滾子軸承;第二種是圓錐交叉滾子軸承。通常，圓柱交叉滾子軸承價格比圓錐交叉滾子軸承低，適用于轉(zhuǎn)速相對較低的轉(zhuǎn)臺中;而圓錐交叉滾子軸承采用了圓錐滾子的純滾動設(shè)計。

2 交叉滾子軸承特點

該類軸承具有2組滾道和滾子，相互呈直角組合，滾子交錯相似，因此節(jié)省了空間和軸承座材料。大錐角和錐形幾何設(shè)計使軸承總體有效跨距是軸承自身寬度的幾倍。交叉滾子軸承能承受大傾覆力矩，此外也適合空間受限、要求旋轉(zhuǎn)質(zhì)量重心盡可能低的應(yīng)用場合(見表1)。

表1 交叉滾子軸承的特性和優(yōu)勢

圖2說明了交叉滾子軸承的設(shè)計原理，即兩組滾道和滾子相互呈直角組合(滾子交錯相對)，截面高度為T相對于實際的截面高度小，而軸承總體有效跨距大幅增大，穩(wěn)定性也隨之增強。

3 應(yīng)用前后工作臺傳動機構(gòu)比較

3.1 應(yīng)用前立式車床工作臺

電動機通過變速箱驅(qū)動一對傘齒輪帶動大齒圈暨工作臺圍繞主軸旋轉(zhuǎn)。主軸軸承采用的是內(nèi)環(huán)孔帶有錐度的2組雙列圓柱滾子軸承。這個錐度與主軸上的錐面相結(jié)合，上升軸承內(nèi)環(huán)可使直徑漲大來調(diào)整軸承的徑向間隙。工作臺通過靜壓導(dǎo)軌進行浮起，通過油膜檢測機構(gòu)來伺服調(diào)整供油量。

立式車床主要加工件現(xiàn)在正在往大型、重型結(jié)構(gòu)方向發(fā)展，但限制立車大型化的瓶頸問題就是主傳動大型軸承的制造問題。我國現(xiàn)有大型軸承基本上都靠進口，成本比較高，國內(nèi)就算生產(chǎn)出相應(yīng)的規(guī)格尺寸軸承，但其旋轉(zhuǎn)精度也遠遠達不到機床本身要求。所以工作臺軸承問題一直是立車制造廠的瓶頸問題。

3.2 應(yīng)用圓錐交叉滾子軸承的立車工作臺

如圖4所示，安裝圓錐交叉滾子軸承后的立式車床工作臺明顯簡化，取消了主軸、靜壓軸承以及一系列壓力油管等零件。1個單列圓錐交叉滾子軸承，可取代傳統(tǒng)的2或3個軸承的排列設(shè)計;在立車的主軸轉(zhuǎn)盤應(yīng)用上，以更小的裝配空間具有更高的精度及剛性的特性;立車主軸轉(zhuǎn)盤設(shè)計更為簡單;有效降低裝配高度進而降低整體重心的高度，同時減輕轉(zhuǎn)盤主軸結(jié)構(gòu)的重量;提高抗翻傾扭矩性能;圓錐滾子設(shè)計轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，滾子只滾動無滑動，小振動、低噪聲、低發(fā)熱、潤滑及冷卻油用量少;潤滑及冷卻的油路系統(tǒng)設(shè)計更為簡單;更小的驅(qū)動功率;減少轉(zhuǎn)盤主軸的裝配時間。

4 結(jié)語

交叉滾子軸承適合于各種類型的立式或臥式鏜床以及立磨、立車和大型齒輪銑床等應(yīng)用。運轉(zhuǎn)精度高;轉(zhuǎn)速能力強;減少軸長度和加工成本，熱膨脹導(dǎo)致幾何尺寸的變化有限;尼龍分隔器，轉(zhuǎn)動慣量小，起動扭矩小，易于控制角分度;優(yōu)化預(yù)緊力，剛度高，跳動小;線接觸，滾子運轉(zhuǎn)精度高;滲碳鋼提供優(yōu)良的抗沖擊力和表面抗磨能力;簡單但潤滑充分。并且交叉滾子軸承安裝簡單，在軸承安裝時只需將交叉滾子軸承預(yù)緊到推薦的數(shù)值，易于調(diào)整和按原有安裝形式維修，非常適合應(yīng)用于大型回轉(zhuǎn)工作臺等部件。

［1］羅永順.機床數(shù)控化改造技術(shù)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2007.

［2］TIMKEN 鐵肯姆說明書5494C［Z］.

［3］王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控機床結(jié)構(gòu)與設(shè)計［M］.北京:兵器工業(yè)出版社，1999.