滚滑轴承螺旋空心滚子受力变形的理论研究

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Theoretical Study for Deformation of Spiral Hollow Rollers ofRolling-Sliding Compound BearingsLu Li-ming(Colege of Mechanical and Electrical Engineering，East China Trafic University，Nanchang 330013，China)Abstract：A new type of roiling-sliding compound bearing is proposed based on roling bearing and sliding bearing。

The deformation formulas of rolers in the direction of radial and axial are deduced by analysis of force，stress，deform a-tion energy and deform ation of spiral hollow cylindrical rolers，which helps to analyze the variation of the diameter andlength of the elastic rollers and provides a basis for the optimal design and application of rolling-sliding compoundbearings。

Key words：rolling-sliding bearing；spiral hollow cylindrical roler；deform ation1 滚滑轴承结构及特点机械装备中使用的轴承大部分是滚动轴承和滑动轴承。这两种轴承各有优、缺点，滚动轴承的优点主要在于启动摩擦阻力孝维护方便、适用于中低速状态下工作，最大缺点是承受冲击载荷能力差；动压滑动轴承的优点主要在于承受冲击载荷能力强，摩擦因数小，结构简单，适用于中高速状态下工作，最大缺点是启动和低速时摩擦阻力大。

其主要由内圈、外圈、螺旋空心圆柱滚子和滑块构成 j，兼有滚动轴承和滑动轴承的优点，能更好地收稿日期：2012-09-19；修回日期：2012-11-13基金项目：国家 自然科学基金资助项目(51065009)；江西省自然科学基金资助项目(2010GZC0032)作者简介：卢黎明(1963-)，男 ，教授 ，主要研究方向为轴承及液体润滑控制。E-mail：luliming###ecjtu.jx.an。

适应低速重载的工作条件。其中螺旋空心圆柱滚子的主要作用是使轴承保持滚动轴承的优良特性，如良好的启动性能和高速稳定性；而滑块的主要作用是使轴承保持动压滑动轴承的优良特性，如较高的承载能力、较长的使用寿命。滚滑轴承的工作性能与其零部件之间的摩擦性能有很大关系，由于螺旋空心圆柱滚子径向受压后会产生径向和轴向变形，这必定会影响滚子端面与套圈挡边之间的摩擦。为此，对滚滑轴承螺旋空心圆柱滚子径向受压后的径向和轴向变形情况进行研究。

1-外圈；2-滑块；3-螺旋空心圆柱滚子；4-内圈图1 滚滑轴承示意图卢黎明：滚滑轴承螺旋空心滚子受力变形的理论研究2 滚子受力分析螺旋空心圆柱滚子-般由窄钢带卷制而成 ，工作中主要受内圈的径向冲击载荷。因滚子受冲击时处于收缩状态，滑块作用在滚子上的力很小 ，可忽略不计；另外，滚子与滚道之间存在微滑动，但滚道表面有润滑油，摩擦阻力很小，也可忽略不计。因此，螺旋空心圆柱滚子的受力可简单视为受内、外圈作用的-对平衡力。由于滚子是正弦周期性螺旋状，每圈钢带情况相同，每圈钢带又可分成完全相同的 4部分 ，每部分都是从与套圈接触的接触点到中间的部分 ，每部分的受力情况相同，而且每部分的结构和受力相同，故对整个滚子的分析可简化为对 1/4圈窄钢带的分析。每圈钢带的轴向伸长量为 1/4圈钢带轴向伸长量的4倍。假定套圈(内圈或外圈)与每圈钢带上的作用力为2F ，则 1/4圈钢带与套圈接触处的-端受力为F 。在1/4圈钢带上取-斜截面A，设该截面中心到 F 作用力线的垂直距离为 ，对斜截面 A进行分析 J，可知斜截面A上作用有弯矩MF和与径向力 F 平行作用于截面中心大小为 F 的水平力，如图2所示。

A图2 螺旋滚子受力简图在斜截面A上，建立如图2所示的6轨坐标系，M和 可分解为F， c。 c。s 0c-丁FrDsin sin， (1)- F sin - sin s ，(2)：Msin F (sin ， (3)Ft3F sin qcos ， (4)F63-Frsin sin ， (5)F，I3-F COS ， (6)式中： 为绕 t轴回转的扭矩； 为滚子螺旋圈自xOz垂直平面至弹簧材料任意截面的极角；0f为螺旋圈的螺旋角；D为螺旋圈中径；M如为绕b轴回转的弯矩；M 为绕n轴回转的弯矩；F。为沿t轴作用的截面法向力；F如为沿b轴作用的截面切向力 ；F 为沿n轴作用的截面切向力。

3 匝力分柝1/4圈螺旋钢带的受力截面因只作平行移动，可看作悬臂梁-端的受力情况，其最大应力点应在 詈或： 的截面上 ，故取 詈或 截面进行应力分析。由(1)～(6)式可知，当 ，IT或挈时， ，：- in ， ：- 咖 0f， ：0，F，3：F COS 0，F -F sin 0c，F柏0▲而可得：Fb3产生的剪应力r - ，F，3产生的正去 舰 产生的应力： ---3FD广cos a，扭矩 产生的应力/9Ia1Jr ：L ： -FDsin aM (因螺旋空心滚子的截 trn -1口21- 2I961口21 骤眦 工 面是长、宽分别为a ，b 的矩形，且扭转时无约束限制，由非圆截面杆自由扭转理论可知，矩形截面的最大剪应力在矩形长边的中点处L4 )， 为与 bl/a有关的系数。为了验证1/4圈螺旋钢带上述分析的可行性，进行如下分析，因螺旋空心圆柱滚子的螺旋角很小，故可将 1圈螺旋钢带看成 1圈封闭圆环，现取其÷进行分析，如图3所示。

图3 与 成90∝面上的应力分析示意图· 12· 《轴承)2013.No.4因将其视作圆环 ，故 司令 0和 0，由(1) (6)式可知： ，：0，M63：- FrD，M ：0， ， ，0，F.z0。即在 詈或 的截面上只受弯矩和正压力，这与用材料力学知识处理 1/4封闭圆环得到的结论是相同的，由此可知对 1/4圈螺旋钢带的分析是正确的。因此，由叠加原理可得，弹性滚子在 詈或挈处的材料截面上的正应力值 or和剪应力值 .r为： -Fr cos-ot- -3F Dcos a， (7) -- 丁：- - 。 (8) - - I X laIbl 6la - 由第四强度理论可知，弹性滚子 ，f或挈处材料截面上的最大应力为O'max ： W ： [(FrcoS - 3 c～ - -3 D) 2 2去 等 (9)4 变形能分析滚子承受载荷产生变形，吸收积聚的能量可利用弹簧变形能理论进行计算， 当岩，式中：V为 1/4圈滚子材料的体积；E为滚子的弹性模量；因螺旋角 O/很小， 为滚子的最大正应力； 为滚子的剪应力；G为剪切弹性模量。由(7)～(8)式可知， 》丁，故变形能的计算应以正应力的变形能形式为主，采用 Uk ，k为比例系数(不同截面 的取值不同，对于矩形截面材料扭转螺旋弹簧 k1/6)～(9)式代人U ，可得 1/4圈螺旋空心滚子的变形能为五 - ) 2 2a a7b7 3( 击 1 Z 0空 ]。

口(10)5 变形分析根据能量守恒定律，如果忽略摩擦损失，外力F 作的功应全部转化为 1/4圈螺旋空心滚子的变形能，即有Fr6： - 2 2十D 、2 sin 0[ZaI 口则半径方向位移量 6为- 等 州 击Frsin。"ot] (1l2 2 o ) . /滚子受力后，轴承将产生径向收缩 ，由(11)式可知弹性滚子中径将变为D ：D-26：D-2k [(1- ) 。

可Frcos203(·去) 等a1]。 口1Dl 抑1 D(12)如图4所示，-圈螺旋空心滚子按平面展开，即为直角三角形，由此可得-圈螺旋空心滚子受力后的伸长量为： f / -盯 -1rDt n ， √COS Ot(13)式中：f和 f 分别为-圈螺旋空心滚子受力前、后的轴向长度。

图4 -圈螺旋钢带的平面展开图n 圈螺旋空心滚子受力后的伸长量为AH n1△2， (14)则由(12)～(14)式可得AH t O-2k V [-OS(1-a C 凸等al3(1 .pai) a D1 1D1叮Tn1Dtan 。 (15)6 结束语螺旋空心圆柱滚子受力后将产生径向收缩和 量 !Q 二三ZCN41-l148/TH轴承 2013年4期Beating 2013.No.4 13-l5中小型行星减速机轴承漏脂问题解决方案杜 飞(上海皮尔轴承有限公司 应用工程部，上海 200060)摘要：在介绍中小型行星减速机的结构特点及使用工况的基础上，分析减速机工作中由于腔体内、外压力差的存在及密封结构的不足，造成齿轮润滑脂通过密封深沟球轴承泄漏出来的问题，提出了具体的改进方案，并通过试验验证了改进方案的有效性。

关键词：密封轴承；深沟球轴承；减速机漏脂；行星轮；密封结构中图分类号：TH133.33 1 文献标志码：B 文章编号：1000-3762(2013)04-0013-03中小型行星减速机适配各类伺服电动机、步进电动机、气动马达和液压马达等，产品广泛应用在航空航天、舰船、通信、数控机床、医疗机械及电子设备等领域。中小型行星减速机普遍存在减速机腔体内的润滑脂从输入轴端密封深沟球轴承泄漏的情况，尤其是垂直布置的减速机。漏出的油脂可能会回流到电动机内引起电动机故障；减速机箱体内的齿轮润滑脂长期泄漏会造成齿轮的润滑不良而引起故障。因此，必须对行星减速机的漏脂问题加以解决。

1 中小型行星减速机结构特点及工况1.1 减速机结构特点行星减速机结构如图 1所示，其结构特点为：收稿 日期 ：2012-11-03；修回日期 ：2012-12-27(1)输入轴由-套密封深沟球轴承支承，输出轴由两套密封深沟球轴承支承；1-输出轴；2-输出轴轴承；3-行星轮；4-齿；5-太阳轮；6-输人轴轴承；7-适配凸缘 ；8-夹紧螺丝；9-夹紧环；10-夹紧套；l1-装配孔图 1 行星减速机结构图轴向伸长；且径向收缩量和轴向伸长量与螺旋圈中径D、比例系数 、弹性滚子材料的体积 、弹性模量 、横截面厚度 口 、横截面高度 b 、螺旋角 、与b /a，有关的系数 和径向作用力F 等因素有关。另外，利用上述公式，通过实测内圈的最大变动量，可得到螺旋空心圆柱滚子的最大径向变形量、轴向伸长量和任意位置的径向变形量、轴向伸长量，进而可得出螺旋空心圆柱滚子与套圈挡边摩擦力的情况，为进-步研究滚滑轴承的动力学性能提供依据。