推力平動球軸承

蘇 健，高 冰，楊孟祥，陳 原

（1.廣東技術(shù)師范學(xué)院，廣州 510635；2.洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039）

推力平動球軸承用于各種輸入旋轉(zhuǎn)運動，輸出平行運動的場合。相比其他形式的同類裝置，推力平動球軸承具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊，承載能力大，適應(yīng)轉(zhuǎn)速高，使用壽命長等特點。例如，其應(yīng)用于渦旋壓縮機(jī)中，可以實現(xiàn)動渦盤相對于靜渦盤的平行運動。

1 軸承結(jié)構(gòu)

量的兜孔，且兜孔的分布圓直徑相等。上、下止推墊和鋼球承受軸向載荷，動、靜保持架與鋼球配合實現(xiàn)輸入旋轉(zhuǎn)運動輸出平行運動的功能。

推力平動球軸承的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其由上、下止推墊，動、靜保持架和若干鋼球組成。上、下止推墊為均質(zhì)鋼板，動、靜保持架上均布相同數(shù)

圖1 推力平動球軸承

2 工作原理

圖2所示為動保持架的一個兜孔和靜保持架的一個兜孔與滾動體相配合的情況。為了便于分析，假設(shè)滾動體為圓柱滾子。動保持架通過一套軸承與偏心軸相連接（圖1），靜保持架固定在底座上。滾子同時與動、靜保持架的兜孔相接觸。如果將偏心軸看作一個曲柄，則動保持架內(nèi)孔與偏心軸頸構(gòu)成了曲柄的一個鉸鏈。如果把整個動保持架視為連桿，則動、靜保持架的兜孔與滾子構(gòu)成了連桿的另一個鉸鏈。而靜保持架兜孔中心到動保持架兜孔中心的連線可以看做是擺桿的長度，這樣就構(gòu)成了一個四連桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)偏心軸輸入旋轉(zhuǎn)運動時，動保持架做平面運動。當(dāng)偏心軸的偏心距與靜保持架兜孔中心到動保持架兜孔中心的距離相等時，動保持架做平行運動。若動、靜保持架兜孔的半徑均為R，滾子半徑為r，偏心軸的偏心距為e，則動保持架平行運動的條件為：e＝2R-2r。

圖2 推力平動軸承工作原理

3 設(shè)計要點

3.1 運動條件

推力平動球軸承的工作狀態(tài)如圖3所示，要實現(xiàn)其平行運動，由于滾動體為鋼球，須保證偏心軸的偏心距為：

圖3 推力平動軸承工作狀態(tài)

式中：R為動、靜保持架兜孔半徑；r為鋼球半徑；L1為動、靜保持架兜孔深度；β為動、靜保持架兜孔坡口角度。

為了確保鋼球與保持架的坡口面相接觸須保證（圖4）：

圖4 鋼球與保持架接觸示意圖

3.2 載荷要求

推力平動球軸承主要承受軸向載荷，載荷由鋼球和止推墊承擔(dān)。鋼球與止推墊最大接觸應(yīng)力應(yīng)小于許用接觸應(yīng)力。鋼球與止推墊在載荷作用下產(chǎn)生彈性變形而形成微小的圓形接觸區(qū)。根據(jù)Hertz接觸理論，其最大接觸應(yīng)力［1］：

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

推力平動球軸承是非標(biāo)準(zhǔn)軸承，需要滿足所配套的機(jī)械結(jié)構(gòu)的尺寸限制，其結(jié)構(gòu)尺寸須與主參數(shù)相匹配，在滿足所有約束條件的同時使軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)最優(yōu)化。

由于該軸承和推力球軸承所承受的載荷類型相同，所以其主參數(shù)設(shè)計可以參照推力球軸承的設(shè)計方法［2］。

4 設(shè)計步驟

已知外形尺寸D、偏心距e、外部軸向載荷Fa、配套機(jī)械相關(guān)尺寸及預(yù)期使用壽命。

（1）根據(jù)外形尺寸D和偏心距e及保持架平行運動的基本條件，初步設(shè)定兜孔半徑R和鋼球半徑r。

（2）查推力球軸承主參數(shù)表［2］，初步設(shè)定主參數(shù)Dw，Z。

（3）將主參數(shù)代入（4）式計算最大接觸應(yīng)力pmax，所得結(jié)果與許用接觸應(yīng)力［σ］比較，小于［σ］則進(jìn)行下一步設(shè)計，若大于或等于［σ］則重新進(jìn)行上述過程。許用接觸應(yīng)力與接觸疲勞壽命有關(guān)，不同的接觸疲勞壽命對應(yīng)不同的許用接觸應(yīng)力［3］。

（4）根據(jù)配套機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸要求和推力球軸承主參數(shù)表，設(shè)定Dw，Z，Dpw，依據(jù)文獻(xiàn)［2］計算Ca。

（5）根據(jù)（1）～（2）式的約束條件和軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計的約束設(shè)定保持架的坡口角度、保持架厚度L和兜孔深度L1。

（6）根據(jù)軸承使用性能的要求確定軸承零件材料及熱處理要求。

5 結(jié)束語

從推力平動球軸承的運動分析入手，推導(dǎo)出滿足平行運動的約束條件；通過軸承載荷分析，提出了此類型軸承的設(shè)計要點，最后所提出的設(shè)計步驟可供此類型軸承設(shè)計參考。