高精度高剛度推力向心組合圓錐滾子軸承

周海軍，劉小輝

(1.成都重型軸承研究所，成都 610031；2.成都科華重型軸承有限公司，成都 610300)

為滿足目前國內高端裝備升級換代，實現全面數控化的要求，進行了高精度數控轉臺用軸承(轉盤軸承)的研究。轉盤軸承廣泛應用于要求承受較大軸向力及傾覆力矩的裝備上，普通轉盤軸承精度不高，轉速也較低；而高端裝備要求數控轉臺具有高精度、高剛度、較高轉速的特性，普通轉盤軸承不能滿足性能要求。現精密轉臺軸承常用結構為三排圓柱滾子轉盤軸承，軸承結構存在以下不足：(1)無法調整游隙至負游隙狀態；(2)不具備高剛度特征；(3)軸承旋轉時存在打滑現象，使其許用轉速受到限制；(4)套圈的加工工藝性要求高。為了克服以上不足，開發了用于大型精密轉臺的高精度高剛度推力向心組合圓錐滾子軸承。

1 結構

高精度高剛度推力向心組合圓錐滾子軸承工作時可承受軸向、徑向載荷及偏載造成的力矩。軸承由2列圓錐滾子及套圈組成，如圖1所示。中圈、內圈、滾子6及沖壓保持架構成向心圓錐滾子軸承，承受徑向載荷及偏載造成的力矩。座圈、中圈、滾子4以及隔離圓錐滾子的支柱保持架構成推力圓錐滾子軸承，承受軸向載荷。圖2為推力向心組合圓錐滾子軸承與軸臺的連接，其為最常用的安裝方式，也可根據實際需要進行安裝。

1—座圈；2—支柱保持架；3—中圈；4，6—滾子；5—沖壓保持架；7—內圈

1—拆卸螺紋孔；2—軸臺；3—壓緊環；4—軸承端蓋

2 特性

2.1 無間隙安裝

該系列軸承是無間隙的配合安裝。如圖2所示，座圈及內圈與軸臺的軸頸為過盈配合(無需熱套裝配)，安裝時按順序放入座圈、滾子4組件、中圈、內圈及滾子6組件。通過連接緊固件(如螺母或螺釘) 壓緊軸承端蓋，再通過壓緊環將作用力傳遞給內圈，完成安裝，這樣不僅實現了無間隙安裝，而且可以形成負游隙。

安裝時是各零件的疊加，拆卸時按相反順序即可一件一件地取下零件，小過盈配合的座圈、內圈分別通過拆卸螺孔，用螺釘將其頂出，安裝、拆卸均相當方便。

2.2 零件加工工藝性好，可實現高精度加工

軸承座圈、內圈及中圈的主要加工面(如內徑面、外徑面、滾道及擋邊)在采用特定的工裝后，能夠實現一次裝夾定位，只需調整磨頭即可完成相應各加工面的加工。消除了多次裝夾定位造成的累積誤差，從而保證了該軸承的高精度加工。

2.3 剛度高，額定載荷大，額定壽命長

由于軸承是無間隙安裝，并通過壓緊螺母(或一組壓緊螺釘)使軸承處于有預緊力的負游隙狀態，從而大幅度提高了軸承剛度。與相近尺寸的轉盤軸承相比，新型組合軸承的額定載荷及額定壽命[1-2]均有大幅度提高。如開發的KHZZ-08/P2與國外某知名品牌產品[3]的比較見表1。

由表1可知，KHZZ-08/P2與RTC950的軸向額定動載荷比值為3 850/1 290=2.98，相應的軸向額定壽命比值為(2.98)10/3=38.07；徑向額定動載荷比值為1 260/530=2.38，相應的徑向額定壽命比值為(2.38)10/3=17.99。

表1 KHZZ-08/P2與國外產品的對比

2.4 具有承受偏心載荷的能力

如圖1、圖2所示，中圈左側受偏心載荷時，其左側向下的作用力通過滾子4、座圈傳遞給軸臺的平面，而中圈右側向上的作用力則通過滾子6、內圈傳遞給軸臺的軸頸，形成抗傾覆力矩的支反力。其承受傾覆力矩的能力可通過加強軸臺的強度并適當調整向心推力部分的接觸角予以提高。

2.5 旋轉精度高

對該軸承施加適當的軸向預緊力后，可以實現加工工件的旋轉精度無限接近軸承初始旋轉精度。已研發的該系列軸承中，KHZZ-08/P2組合軸承已與新型轉臺配套用于2.5 m高精度數控立式車床中，加工直徑Φ1 900 mm以上工件的徑向、軸向跳動均在5 μm以內，達到了P2A(企業標準)旋轉精度的要求。

2.6 極限轉速高

采用圓錐滾子，避免了滾子在其軸線方向上的竄動和打滑，使得軸承的極限轉速得到有效提高。

2.7 主機結構簡化

如圖2所示，在軸承的中圈上裝上傳動齒輪(或蝸輪)及工作臺面，即為立式轉臺的典型結構，淘汰了傳統立式轉臺必須的主軸、殼體、2～3套軸承及相應配件，結構大大簡化，零件大幅度減小，成本降低。該組合軸承用于其他主機，同樣具有簡化結構，提高精度、性能及壽命的顯著優勢。

3 結束語

研制開發的高精度高剛度推力向心組合圓錐滾子軸承具有無間隙配合、高精度、高剛度、大承載、抗偏載及簡化主機結構等七大優勢。該新型組合軸承可以滿足國內高端裝備升級換代,實現全面數控化的要求。此新型組合軸承推廣應用后，可使相應的重型裝備的精度、性能和壽命等提高，同時也為各種重型主機的自主創新創造了良好的條件。