推力平动球轴承

苏 健，高 冰，杨孟祥，陈 原

（1.广东技术师范学院，广州 510635；2.洛阳轴研科技股份有限公司，河南 洛阳 471039）

推力平动球轴承用于各种输入旋转运动，输出平行运动的场合。相比其他形式的同类装置，推力平动球轴承具有结构简单紧凑，承载能力大，适应转速高，使用寿命长等特点。例如，其应用于涡旋压缩机中，可以实现动涡盘相对于静涡盘的平行运动。

1 轴承结构

量的兜孔，且兜孔的分布圆直径相等。上、下止推垫和钢球承受轴向载荷，动、静保持架与钢球配合实现输入旋转运动输出平行运动的功能。

推力平动球轴承的结构如图1所示，其由上、下止推垫，动、静保持架和若干钢球组成。上、下止推垫为均质钢板，动、静保持架上均布相同数

图1 推力平动球轴承

2 工作原理

图2所示为动保持架的一个兜孔和静保持架的一个兜孔与滚动体相配合的情况。为了便于分析，假设滚动体为圆柱滚子。动保持架通过一套轴承与偏心轴相连接（图1），静保持架固定在底座上。滚子同时与动、静保持架的兜孔相接触。如果将偏心轴看作一个曲柄，则动保持架内孔与偏心轴颈构成了曲柄的一个铰链。如果把整个动保持架视为连杆，则动、静保持架的兜孔与滚子构成了连杆的另一个铰链。而静保持架兜孔中心到动保持架兜孔中心的连线可以看做是摆杆的长度，这样就构成了一个四连杆机构。当偏心轴输入旋转运动时，动保持架做平面运动。当偏心轴的偏心距与静保持架兜孔中心到动保持架兜孔中心的距离相等时，动保持架做平行运动。若动、静保持架兜孔的半径均为R，滚子半径为r，偏心轴的偏心距为e，则动保持架平行运动的条件为：e＝2R-2r。

图2 推力平动轴承工作原理

3 设计要点

3.1 运动条件

推力平动球轴承的工作状态如图3所示，要实现其平行运动，由于滚动体为钢球，须保证偏心轴的偏心距为：

图3 推力平动轴承工作状态

式中：R为动、静保持架兜孔半径；r为钢球半径；L1为动、静保持架兜孔深度；β为动、静保持架兜孔坡口角度。

为了确保钢球与保持架的坡口面相接触须保证（图4）：

图4 钢球与保持架接触示意图

3.2 载荷要求

推力平动球轴承主要承受轴向载荷，载荷由钢球和止推垫承担。钢球与止推垫最大接触应力应小于许用接触应力。钢球与止推垫在载荷作用下产生弹性变形而形成微小的圆形接触区。根据Hertz接触理论，其最大接触应力［1］：

3.3 结构设计

推力平动球轴承是非标准轴承，需要满足所配套的机械结构的尺寸限制，其结构尺寸须与主参数相匹配，在满足所有约束条件的同时使轴承的结构参数最优化。

由于该轴承和推力球轴承所承受的载荷类型相同，所以其主参数设计可以参照推力球轴承的设计方法［2］。

4 设计步骤

已知外形尺寸D、偏心距e、外部轴向载荷Fa、配套机械相关尺寸及预期使用寿命。

（1）根据外形尺寸D和偏心距e及保持架平行运动的基本条件，初步设定兜孔半径R和钢球半径r。

（2）查推力球轴承主参数表［2］，初步设定主参数Dw，Z。

（3）将主参数代入（4）式计算最大接触应力pmax，所得结果与许用接触应力［σ］比较，小于［σ］则进行下一步设计，若大于或等于［σ］则重新进行上述过程。许用接触应力与接触疲劳寿命有关，不同的接触疲劳寿命对应不同的许用接触应力［3］。

（4）根据配套机械结构尺寸要求和推力球轴承主参数表，设定Dw，Z，Dpw，依据文献［2］计算Ca。

（5）根据（1）～（2）式的约束条件和轴承结构设计的约束设定保持架的坡口角度、保持架厚度L和兜孔深度L1。

（6）根据轴承使用性能的要求确定轴承零件材料及热处理要求。

5 结束语

从推力平动球轴承的运动分析入手，推导出满足平行运动的约束条件；通过轴承载荷分析，提出了此类型轴承的设计要点，最后所提出的设计步骤可供此类型轴承设计参考。