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新型滚动式关节轴承的研制

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苏汉业

(西脉国际医疗股份有限公司)

  关节轴承属于滑动轴承,主要由一个外球面内圈和一个内球面外圈组成。一般用于速度较低的摆动运动、倾斜运动和旋转运动。相对于滚动轴承,其结构简单、体积小且承载能力大,广泛应用于工农业机械、航空航天、矿山冶金、印刷、纺织、铁路、汽车和船舶等领域。关节轴承工作时,内外圈作相对滑动,如何有效地减小摩擦、减轻磨损及延长使用寿命是研究的重点。本文提出一种新型滚动式关节轴承(以下简称“新型轴承”)可代替传统的关节轴承实现摆动运动,此构件各部件之间采用滚针轴承的滚动运动实现传动,可大大降低摩擦系数,减少磨损,延长使用寿命。

  1 新型轴承结构

  新型轴承主要由主体、保持架、安装轴、冲压外圈滚针轴承和轴销组成(见图1)。其中主体圆柱体上同心的两个孔通过轴销支撑联接保持架结构。保持架(见图2)在X轴及Y轴上分别有两个同心孔,用于安装冲压外圈滚针轴承;为减少摆动过程中发生窜动、提高摆动精度,四个轴承安装孔应分布在同一平面内;保持架中间V型槽设计主要考虑安装轴摆动避位;安装轴与保持架之间通过轴销及冲压外圈滚动轴承联接。


图1 滚动式关节轴承结构示意

1.主体;2.轴销;3.冲压外圈滚针轴承;4.保持架;5.安装轴


图2 保持架

  2 新型轴承工作原理

  新型轴承的工作方式为摆动运动,摆动原理为主体通过螺钉与固定部件(如底座)联接在一起,安装轴相对于主体可在一定范围内任意摆动,其摆动运动可分单轴摆动及双轴摆动。如图3所示,当安装轴绕着X轴在YOZ平面内摆动时,X轴上两个滚针轴承滚动,Y轴上两个轴承静止,保持架相当于主体静止;当安装轴绕着Y轴在XOZ平面内摆动时,Y轴上两个滚针轴承滚动,X轴上两个轴承静止,保持架与安装轴相对静止,保持架与安装轴同时绕着Y轴摆动。以上两种情况称为单轴摆动,摆动时只有X轴或者Y轴上的轴承单独滚动。


图3 单轴摆动示意

1.主体;2.保持架;3.安装轴

  如图4所示,当安装轴绕着X、Y轴以外的任意轴在任意平面内摆动时,X轴及Y轴上4个滚针轴承同时发生相应的滚动,保持架与安装轴分别相对于主体发生相应的摆动。以上情况称为双轴摆动,摆动时X轴或及Y轴上的轴承同时滚动。


图4 双轴摆动示意

1.主体;2.保持架;3.安装轴

  3 新型轴承特点

  新型轴承结构简单,摆动运动过程通过滚针轴承滚动线接触摩擦运动实现,滚动摩擦相对于滑动摩擦,摩擦系数低,使用寿命长;线接触相对于面接触,接触应力大,额定承载低。相对传统关节轴承,此新型轴承可实现高速摆动运动,具有摩擦系数低、使用寿命长和额定载荷相对低等特点。滚针轴承为摆动运动的关键支撑部件,价格便宜且市面上普遍可购买到,当滚针轴承发生磨损失效后可进行拆卸更换。

  4 总结

  简单介绍了一种新型滚动式关节轴承的结构,具有结构简单、摩擦系数低、使用寿命长和零件可更换等特点,可替代传统的关节轴承实现摆动运动。

来源:《金属加工(冷加工)》杂志