一種低扭矩高剛性推力球和圓柱滾子組合轉盤軸承

王小剛，周琳，趙國強，張彥合，張曉楊

(洛陽LYC軸承有限公司 技術中心，河南 洛陽 471039)

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

1 常規(guī)轉盤軸承的結構特點

常規(guī)轉盤軸承一般為三排滾子組合推力軸承(YRT結構[1]，圖1a)、雙排推力角接觸球軸承(ZKLDF結構[2]，圖1b)及其衍生結構，從應用來看，2種結構轉盤軸承的性能又有所區(qū)別。YRT結構轉盤軸承高精度、高剛性性能更突出，適合于低速、短時運轉的應用，如分度工作臺及回轉銑頭等；而ZKLDF結構轉盤軸承低摩擦、高轉速性能更突出，適合于高速、長期運轉的場合，如回轉工作臺、銑削、磨削、珩磨頭等設備。

圖1 轉盤軸承結構示意圖

2 推力球和圓柱滾子組合轉盤軸承設計特點

2.1 結構特點

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構承受軸向力和傾覆力矩；徑向采用圓柱滾子結構承受徑向力；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)設計，降低摩擦，提高轉速性能；保持架由內(nèi)圈擋邊引導，進而對鋼球進行徑向限位，以防止鋼球徑向滑動引起滑動摩擦。

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構示意圖

與YRT結構軸承相比，軸向滾動體由圓柱滾子改為鋼球，滾動體與軸向滾道的接觸由線接觸改為點接觸[3]，同時避免了軸向滾子因為內(nèi)外速度差而造成的滑動摩擦，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結構軸承。

與ZKLDF結構軸承相比，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結構軸承只有兩列成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結構軸承。

尺寸相同的YRT結構軸承、ZKLDF結構軸承和推力球與圓柱滾子組合轉盤軸承3種軸承轉速與剛性和轉速與摩擦力矩的對比分別如圖3、圖4所示。

圖3 轉速和剛度性能比較

圖4 轉速和摩擦力矩性能比較

采用密珠結構如圖5所示，密珠結構鋼球按螺旋線密集排列,即在軸承的每個徑向和軸向截面內(nèi)均布滿鋼球,使每個鋼球循獨自的溝道繞主軸回轉。有均化和降低溝道表面磨損的作用,提高軸系的回轉精度和使用壽命。同時也解決了YRT結構中滾子兩端由于速度差而造成的滑動。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，提高軸承的轉速。

圖5 軸向鋼球分布示意圖

2.2 軸向保持架結構設計

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，在保持架支承臺階與內(nèi)徑引導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儲存油脂的通孔，以提升潤滑效果。

圖7 徑向隔離塊示意圖

3 應用實例

某新型高精度跟蹤架對軸承技術指標要求：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；轉速不小于350 r/min。尺寸相同的3種結構軸承的剛性[4]、轉速和摩擦力矩的技術指標見表1。

表1 3種結構軸承的技術指標

4 結束語

根據(jù)以上低扭矩高剛性推力球和圓柱滾子組合轉盤軸承的設計特點及應用實例，可以看出該組合新型軸承解決了轉盤軸承低扭矩、高精度、高轉速、高剛性無法同時兼顧的問題，其綜合性能要優(yōu)于YRT和ZKLDF結構軸承，更適合應用于望遠鏡、試驗臺等綜合性能要求較高的精密回轉工作臺。