新型滾動式關(guān)節(jié)軸承的研制

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關(guān)節(jié)軸承屬于滑動軸承，主要由一個外球面內(nèi)圈和一個內(nèi)球面外圈組成。一般用于速度較低的擺動運動、傾斜運動和旋轉(zhuǎn)運動。相對于滾動軸承，其結(jié)構(gòu)簡單、體積小且承載能力大，廣泛應用于工農(nóng)業(yè)機械、航空航天、礦山冶金、印刷、紡織、鐵路、汽車和船舶等領(lǐng)域。關(guān)節(jié)軸承工作時，內(nèi)外圈做相對滑動，如何有效地減小摩擦、減輕磨損及延長使用壽命是研究的重點。本文提出一種新型滾動式關(guān)節(jié)軸承（以下簡稱“新型軸承”）可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的關(guān)節(jié)軸承實現(xiàn)擺動運動，此構(gòu)件各部件之間采用滾針軸承的滾動運動實現(xiàn)傳動，可大大降低摩擦系數(shù)，減少磨損，延長使用壽命。

1.新型軸承結(jié)構(gòu)

新型軸承主要由主體、保持架、安裝軸、沖壓外圈滾針軸承和軸銷組成（見圖1）。其中主體圓柱體上同心的兩個孔通過軸銷支撐聯(lián)接保持架結(jié)構(gòu)。保持架（見圖2）在X軸及Y軸上分別有兩個同心孔，用于安裝沖壓外圈滾針軸承；為減少擺動過程中發(fā)生竄動、提高擺動精度，四個軸承安裝孔應分布在同一平面內(nèi)；保持架中間V型槽設計主要考慮安裝軸擺動避位；安裝軸與保持架之間通過軸銷及沖壓外圈滾動軸承聯(lián)接。

圖1 滾動式關(guān)節(jié)軸承結(jié)構(gòu)示意1.主體 2.軸銷 3.沖壓外圈滾針軸承4.保持架 5.安裝軸

圖2 保持架

2.新型軸承工作原理

新型軸承的工作方式為擺動運動，擺動原理為主體通過螺釘與固定部件（如底座）聯(lián)接在一起，安裝軸相對于主體可在一定范圍內(nèi)任意擺動，其擺動運動可分單軸擺動及雙軸擺動。如圖3所示，當安裝軸繞著X軸在YOZ平面內(nèi)擺動時，X軸上兩個滾針軸承滾動，Y軸上兩個軸承靜止，保持架相當于主體靜止；當安裝軸繞著Y軸在XOZ平面內(nèi)擺動時，Y軸上兩個滾針軸承滾動，X軸上兩個軸承靜止，保持架與安裝軸相對靜止，保持架與安裝軸同時繞著Y軸擺動。以上兩種情況稱為單軸擺動，擺動時只有X軸或者Y軸上的軸承單獨滾動。

如圖4所示，當安裝軸繞著X、Y軸以外的任意軸在任意平面內(nèi)擺動時，X軸及Y軸上4個滾針軸承同時發(fā)生相應的滾動，保持架與安裝軸分別相對于主體發(fā)生相應的擺動。以上情況稱為雙軸擺動，擺動時X軸或及Y軸上的軸承同時滾動。

圖3 單軸擺動示意1.主體 2.保持架 3.安裝軸

圖4 雙軸擺動示意1.主體 2.保持架 3.安裝軸

3.新型軸承特點

新型軸承結(jié)構(gòu)簡單，擺動運動過程通過滾針軸承滾動線接觸摩擦運動實現(xiàn)，滾動摩擦相對于滑動摩擦，摩擦系數(shù)低，使用壽命長；線接觸相對于面接觸，接觸應力大，額定承載低。相對傳統(tǒng)關(guān)節(jié)軸承，此新型軸承可實現(xiàn)高速擺動運動，具有摩擦系數(shù)低、使用壽命長和額定載荷相對低等特點。滾針軸承為擺動運動的關(guān)鍵支撐部件，價格便宜且市面上普遍可購買到，當滾針軸承發(fā)生磨損失效后可進行拆卸更換。

4.總結(jié)

簡單介紹了一種新型滾動式關(guān)節(jié)軸承的結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、摩擦系數(shù)低、使用壽命長和零件可更換等特點，可替代傳統(tǒng)的關(guān)節(jié)軸承實現(xiàn)擺動運動。

（收稿日期：20180807）

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