圓錐交叉滾子軸承在立式車床上的應用

程蓓蓓 岳云萍

(大連機床集團有限責任公司技術中心，遼寧大連 116620)

回轉工作臺廣泛應用于各種數控銑床、鏜床、各種立車、立銑等機床上。在機床設計上除了要求回轉工作臺能很好地承受工件重量外，還需要保證其在承載下的回轉精度。轉臺軸承作為轉臺的核心部件，在轉臺運行工程中不僅要具有很高的承載能力，還需具備高回轉精度、高抗傾覆能力以及較高的轉速能力等。

1 應用于回轉工作臺軸承類型

在回轉工作臺設計中，使用比較多的軸承類型大致分為以下幾種:

(1)推力球軸承+圓柱滾子軸承

推力球軸承能承受一定的軸向力，所以該軸承主要用于承受工件的重量;而圓柱滾子軸承主要用于徑向的定位和承受外部的徑向力(切削力、銑削力)。該類設計應用廣泛，并且成本也相對比較的低廉。由于推力球是一種點接觸的軸承，所以它的軸向承載力相對比較低，主要用于小型或中型機床回轉工作臺中。此外推力球的潤滑也比較困難。

(2)靜壓軸承+精密圓柱滾子軸承

靜壓軸承是一種靠外部供給壓力油，在軸承內建立靜壓承載油膜以實現液體潤滑的滑動軸承。液壓靜壓軸承從起動到停止始終在液體潤滑下工作，故而具有磨損小、使用壽命長和起動功率小等特點。此外這種軸承還具有旋轉精度高、油膜剛度大和能抑制油膜振蕩等優點。精密圓柱滾子軸承具有很好的徑向承載力，并且由于采用了精密級的軸承，回轉工作臺的回轉精度也能得到很好的保證。使用該類設計的回轉工作臺能承受較大的軸向力，有些工件的重量超過200 t，轉臺直徑超過10 m。但是該類設計也有一些不足之處，由于靜壓軸承必須附帶一套專用的供油系統來供給壓力油，維護比較復雜而且成本也比較高。

(3)交叉滾子軸承

交叉滾子軸承(圖1)在轉臺上的應用也比較普遍。交叉滾子軸承的特征是軸承中有2個滾道，兩排交叉排列的滾子。與傳統的推力軸承+徑向定心軸承組合相比，交叉滾子軸承結構緊湊、體積小巧并簡化了工作臺設計，從而降低了轉臺的成本。另外，由于使用了優化的預緊力，該類軸承具有很高的剛度，因而轉臺的剛度和精度也都得到了保證。得益于兩排交叉滾子的設計，軸承的有效跨距能得到顯著提高，所以該類軸承具有很大的抗傾覆力矩。在交叉滾子軸承中，又分成2種類型:第一種是圓柱交叉滾子軸承;第二種是圓錐交叉滾子軸承。通常，圓柱交叉滾子軸承價格比圓錐交叉滾子軸承低，適用于轉速相對較低的轉臺中;而圓錐交叉滾子軸承采用了圓錐滾子的純滾動設計。

2 交叉滾子軸承特點

該類軸承具有2組滾道和滾子，相互呈直角組合，滾子交錯相似，因此節省了空間和軸承座材料。大錐角和錐形幾何設計使軸承總體有效跨距是軸承自身寬度的幾倍。交叉滾子軸承能承受大傾覆力矩，此外也適合空間受限、要求旋轉質量重心盡可能低的應用場合(見表1)。

表1 交叉滾子軸承的特性和優勢

圖2說明了交叉滾子軸承的設計原理，即兩組滾道和滾子相互呈直角組合(滾子交錯相對)，截面高度為T相對于實際的截面高度小，而軸承總體有效跨距大幅增大，穩定性也隨之增強。

3 應用前后工作臺傳動機構比較

3.1 應用前立式車床工作臺

電動機通過變速箱驅動一對傘齒輪帶動大齒圈暨工作臺圍繞主軸旋轉。主軸軸承采用的是內環孔帶有錐度的2組雙列圓柱滾子軸承。這個錐度與主軸上的錐面相結合，上升軸承內環可使直徑漲大來調整軸承的徑向間隙。工作臺通過靜壓導軌進行浮起，通過油膜檢測機構來伺服調整供油量。

立式車床主要加工件現在正在往大型、重型結構方向發展，但限制立車大型化的瓶頸問題就是主傳動大型軸承的制造問題。我國現有大型軸承基本上都靠進口，成本比較高，國內就算生產出相應的規格尺寸軸承，但其旋轉精度也遠遠達不到機床本身要求。所以工作臺軸承問題一直是立車制造廠的瓶頸問題。

3.2 應用圓錐交叉滾子軸承的立車工作臺

如圖4所示，安裝圓錐交叉滾子軸承后的立式車床工作臺明顯簡化，取消了主軸、靜壓軸承以及一系列壓力油管等零件。1個單列圓錐交叉滾子軸承，可取代傳統的2或3個軸承的排列設計;在立車的主軸轉盤應用上，以更小的裝配空間具有更高的精度及剛性的特性;立車主軸轉盤設計更為簡單;有效降低裝配高度進而降低整體重心的高度，同時減輕轉盤主軸結構的重量;提高抗翻傾扭矩性能;圓錐滾子設計轉動平穩，滾子只滾動無滑動，小振動、低噪聲、低發熱、潤滑及冷卻油用量少;潤滑及冷卻的油路系統設計更為簡單;更小的驅動功率;減少轉盤主軸的裝配時間。

4 結語

交叉滾子軸承適合于各種類型的立式或臥式鏜床以及立磨、立車和大型齒輪銑床等應用。運轉精度高;轉速能力強;減少軸長度和加工成本，熱膨脹導致幾何尺寸的變化有限;尼龍分隔器，轉動慣量小，起動扭矩小，易于控制角分度;優化預緊力，剛度高，跳動小;線接觸，滾子運轉精度高;滲碳鋼提供優良的抗沖擊力和表面抗磨能力;簡單但潤滑充分。并且交叉滾子軸承安裝簡單，在軸承安裝時只需將交叉滾子軸承預緊到推薦的數值，易于調整和按原有安裝形式維修，非常適合應用于大型回轉工作臺等部件。

［1］羅永順.機床數控化改造技術［M］.北京:機械工業出版社，2007.

［2］TIMKEN 鐵肯姆說明書5494C［Z］.

［3］王愛玲.現代數控機床結構與設計［M］.北京:兵器工業出版社，1999.