行星齒輪箱中軸承的應(yīng)用

李 荃

南京高精齒輪集團(tuán)有限公司 江蘇 南京 211100

引言：軸承是工業(yè)中不可缺少的重要零部件，其作用在于支撐旋轉(zhuǎn)部件，降低旋轉(zhuǎn)部件在旋轉(zhuǎn)中的摩擦系數(shù)，同時(shí)提高旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)精度。在支撐的同時(shí)，軸承也可以承受一定的力和彎矩，同時(shí)起到降低噪音、減小振動(dòng)的效果。內(nèi)部有滾動(dòng)體的稱為滾動(dòng)軸承，而不包含滾動(dòng)體，通過(guò)圓柱或平面摩擦傳遞運(yùn)動(dòng)的稱為滑動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承是本文中主要的討論對(duì)象，滑動(dòng)軸承不在本文討論范圍之內(nèi)。

齒輪箱同樣也是機(jī)械工業(yè)中的重要組成部分，其作用在于傳遞原動(dòng)機(jī)的扭矩至工作機(jī)。由于齒輪箱可以設(shè)計(jì)成不同的速比，這就可以實(shí)現(xiàn)將原動(dòng)機(jī)的扭矩增大或減小、或是將原動(dòng)機(jī)的速度提高或降低。同時(shí)，通過(guò)不同的齒輪箱結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)將原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變、或者同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)工作機(jī)構(gòu)的功能。

1.行星齒輪箱中的軸承介紹和軸承應(yīng)用

行星齒輪箱是一種應(yīng)用廣泛的齒輪結(jié)構(gòu)，由于采用了行星輪功率分流技術(shù)，相對(duì)于平行軸齒輪箱，其功率密度高、體積小、重量輕、承載能力強(qiáng)。軸承是行星齒輪箱中的重要零件，下文介紹不同類(lèi)型的軸承在行星齒輪箱中的應(yīng)用。

1.1 深溝球軸承

深溝球軸承是一種應(yīng)用廣泛的軸承，其滾動(dòng)體為位于軸承內(nèi)圈和軸承外圈之間的球型滾子。深溝球軸承的內(nèi)部游隙較小，極限轉(zhuǎn)速較高，傳動(dòng)精度高。但是相對(duì)于下文提到的其他類(lèi)型軸承，深溝球軸承的承載能力有限，其徑向力承載能力一般，軸向力承載能力較弱。

針對(duì)自身的這種特點(diǎn)，深溝球軸承較常被用于行星齒輪箱中載荷較小而轉(zhuǎn)速較高的位置。對(duì)于小行星齒輪箱的輸入軸，由于與電機(jī)直接相接，轉(zhuǎn)速較高；另外與大型齒輪箱習(xí)慣性使用輸入聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)不同，小行星齒輪箱往往采用電機(jī)軸插入齒輪箱輸入軸的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)對(duì)齒輪箱輸入軸的旋轉(zhuǎn)精度有較高要求。配對(duì)或單個(gè)深溝球軸承很適合安裝在這種類(lèi)型的輸入軸上。在這種應(yīng)用中，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中認(rèn)為這種輸入軸是不承受除了自重以外的徑向力以及任何軸向力的。

1.2 圓柱滾子軸承

圓柱滾子軸承的滾動(dòng)體為圓柱型滾子，位于軸承外圈和軸承內(nèi)圈之間。圓柱滾子軸承可以做成無(wú)擋邊結(jié)構(gòu)，也就意味著其內(nèi)圈或外圈是可以直接拆卸的，這種結(jié)構(gòu)便于安裝，同時(shí)避免了軸承軸向間隙調(diào)整的過(guò)程。由于圓柱滾子軸承這種特性，其承載徑向載荷的能力較強(qiáng)。圓柱滾子軸承可以做成滿裝滾子無(wú)保持架結(jié)構(gòu)，這就保證了在有限的空間內(nèi)，放置更多的滾動(dòng)體，這種滿裝圓柱滾子軸承的徑向力承載能力和動(dòng)載荷更強(qiáng)。同時(shí)由于沒(méi)有保持架，滿裝軸承的極限轉(zhuǎn)速較低。無(wú)擋邊的圓柱滾子軸承，往往無(wú)法承受軸向載荷，而有擋邊的圓柱滾子軸承，可以承受較小的軸向載荷。

在行星齒輪箱中，行星輪體積較小，中間還穿有銷(xiāo)軸，在大多數(shù)情況下，行星輪內(nèi)無(wú)法選擇徑向厚度較大的軸承。因此，圓柱滾子軸承就成了行星輪內(nèi)軸承的最佳選擇。根據(jù)所需要的軸承動(dòng)載荷，以及行星輪的寬度，可以選擇單列、雙列、三列甚至四列圓柱滾子軸承。齒輪箱制造廠家可以直接采購(gòu)整體式多列圓柱滾子軸承，也可以選擇單列圓柱滾子軸承并自行組合布置。

對(duì)于小行星齒輪箱，由于其行星輪更小，往往會(huì)使用無(wú)外圈的圓柱滾子軸承置于其內(nèi)，同時(shí)使用行星輪內(nèi)孔硬化技術(shù)，輔以內(nèi)孔精磨加工，將行星輪內(nèi)孔做成軸承滾道，起到軸承外圈的作用，這種結(jié)構(gòu)更加緊湊，在同樣的行星輪內(nèi)可以布置更大的圓柱滾子軸承，承擔(dān)更大的載荷。

1.3 滾針軸承、滾針

滾針軸承與圓柱滾子軸承類(lèi)似，只是其中的圓柱形滾動(dòng)體更細(xì)更長(zhǎng)，適用于安裝在更小的行星輪內(nèi)。另外，在某些特別小行星齒輪箱中，會(huì)在行星輪內(nèi)布置滾針組，使用之前提到的內(nèi)孔硬化行星輪充當(dāng)滾針的內(nèi)滾道，配合外表面硬化，且精密磨削后的銷(xiāo)軸外圓，作為滾針的外滾道。此類(lèi)結(jié)構(gòu)最緊湊，在行星輪體積超小、且轉(zhuǎn)速不高的情況下廣泛使用。

滾針多使用在多級(jí)小行星齒輪箱的輸出級(jí)和中間級(jí)行星輪中，可以根據(jù)所需要的動(dòng)載荷、選取不同直徑、不同寬度的滾針，也可以使用兩列滾針并排布置的結(jié)構(gòu)，從而使得行星輪承載能力最大化。對(duì)于小行星齒輪箱的高速級(jí)行星輪內(nèi)，一般不推薦使用滾針配置，而推薦滾針軸承的應(yīng)用。采用較多的是無(wú)內(nèi)圈的滾針軸承，這種應(yīng)用對(duì)行星輪內(nèi)孔要求不是特別高，并不要求內(nèi)孔硬化及精密磨削，但是對(duì)作為滾針軸承的銷(xiāo)軸外圓要求較高，硬化及精磨的要求與前文提到的滾針用銷(xiāo)軸類(lèi)似。

1.4 球面滾子軸承

球面滾子軸承也被稱為調(diào)心滾子軸承，是一種非分體結(jié)構(gòu)的雙列徑向軸承，其內(nèi)外圈之間的滾動(dòng)體為兩列對(duì)稱的鼓形滾子。由于滾子較大，其承載能力較強(qiáng)。球面滾子軸承可以同時(shí)承受徑向載荷與軸向載荷，并且由于其球面的滾子形狀，其對(duì)軸線的安裝精度要求不是特別高，一旦軸線發(fā)生彎曲變形，球面滾子軸承可以通過(guò)內(nèi)外圈不平行補(bǔ)償軸線的誤差，非常適用于中間包含齒輪的長(zhǎng)軸兩側(cè)。

對(duì)于某些齒輪輸出的小行星齒輪箱，由于其輸出小齒輪一側(cè)與開(kāi)式齒圈嚙合，且齒圈精度不高，輸出載荷與沖擊較大，造成輸出軸的彎扭變形較大。這種時(shí)候，在輸出齒輪軸上配置球面滾子軸承，可以有效地補(bǔ)償軸變形帶來(lái)的傳動(dòng)誤差，并且提高輸出軸上軸承及齒輪的使用壽命。

1.5 圓錐滾子軸承

圓錐滾子軸承的滾動(dòng)體為圓錐形，其軸承內(nèi)圈、以及外圈上都有圓錐形滾道。多數(shù)情況下，圓錐軸承的內(nèi)圈、保持架及滾子形成一體，外圈可以分離。圓錐滾子軸承的滾子接觸角大，對(duì)軸向力承載能力較強(qiáng)，也可以承擔(dān)一定的徑向力。圓錐滾子軸承往往配對(duì)使用。

圓錐滾子軸承廣泛運(yùn)用于工程機(jī)械齒輪箱中的行走減速機(jī)、以及卷?yè)P(yáng)減速機(jī)中，作為旋轉(zhuǎn)齒圈和固定支撐軸之間的承載軸承，其可以有效的承擔(dān)卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)中的鋼絲繩拉力，以及行走機(jī)構(gòu)中由于履帶式工程機(jī)械行走和轉(zhuǎn)彎帶來(lái)附加軸向力和徑向力。同時(shí)，配對(duì)安裝的圓錐滾子軸承可以提高支撐軸的剛度和傳動(dòng)精度，對(duì)行星齒輪的嚙合大有益處。

2.結(jié)束語(yǔ)

軸承是行星齒輪箱中不可缺少的部分，各類(lèi)軸承有不同的結(jié)構(gòu)，以及不同的承載能力、安裝方式、傳動(dòng)精度，對(duì)于行星齒輪箱，只有深入了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、應(yīng)用工況，以及失效模式，才可以根據(jù)實(shí)際情況，選取不同形式的軸承，并反復(fù)實(shí)驗(yàn)，才能實(shí)現(xiàn)最佳產(chǎn)品性能。