四點(diǎn)接觸球軸承在節(jié)省空間的同時(shí)起到三重作用
2024-03-04 11:14:45
四點(diǎn)接觸球軸承可以同時(shí)處理徑向、推力和力矩負(fù)載，因此可以簡(jiǎn)化機(jī)器設(shè)計(jì)，主要用于慢速至中速應(yīng)用，或振蕩運(yùn)動(dòng)占主導(dǎo)地位的應(yīng)用中。
單個(gè)四點(diǎn)接觸軸承通常不需要第二個(gè)軸承，這提供了一些非常重要的好處，包括節(jié)省空間、重量減輕、成本節(jié)約、剛性和準(zhǔn)確性、更快的安裝、更少的維護(hù)等。
由于獨(dú)特的球道幾何形狀可以產(chǎn)生兩倍多的接觸點(diǎn)，四點(diǎn)接觸球軸承可以單獨(dú)或以任何組合方式抵抗徑向、推力和力矩載荷。四點(diǎn)接觸球軸承有一排帶有內(nèi)圈和外圈的球，球槽由兩個(gè)中心生成，每個(gè)半徑略大于球半徑，接觸角通常偏離徑向中心線35°，但可以根據(jù)應(yīng)用情況進(jìn)行變化。
重要優(yōu)勢(shì)
四點(diǎn)接觸球軸承在旋轉(zhuǎn)元件具有高直徑與軸向長(zhǎng)度之比的應(yīng)用中特別有效，大多數(shù)都有很大的孔徑與截面尺寸之比，這個(gè)比例越大，單個(gè)座圈就越薄、越靈活，薄壁軸承的尺寸范圍為1"至40"，回轉(zhuǎn)支承的外徑范圍為4"至178"。
轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)有一個(gè)由兩個(gè)軸承支撐的傳統(tǒng)中心柱，去掉中心支柱可以降低整體的高度和重量，并騰出空間供其他部件使用。同樣，只有一個(gè)軸承意味著沒有跳動(dòng)匹配，沒有直徑匹配，也沒有兩個(gè)跳動(dòng)不相等的軸承擺動(dòng)的機(jī)會(huì)，所有這些都提高了組件的精度。
消除第二個(gè)軸承也消除了為優(yōu)化其配合而進(jìn)行調(diào)整的需要，從而減少了墊片或夾緊環(huán)的費(fèi)用（也許還有熟練進(jìn)行這些調(diào)整的技術(shù)人員），相比之下，四點(diǎn)接觸球軸承是通過適當(dāng)?shù)膬?nèi)部配合制造的，并簡(jiǎn)單地固定在其配合部件上。
四點(diǎn)接觸球軸承如何工作？
當(dāng)內(nèi)座圈旋轉(zhuǎn)時(shí)，向下的推力載荷在點(diǎn)B處傳遞到滾珠，然后通過滾珠（通常以35°接觸角）傳遞到點(diǎn)D，從那里，推力載荷進(jìn)入外座圈和支撐結(jié)構(gòu)。
滾珠在滾道槽中沿著負(fù)載傳輸線的偏轉(zhuǎn)減輕了滾珠在接觸點(diǎn)A和C處的壓力，并允許滾珠圍繞垂直于線BD的軸線平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。力矩載荷大致相同，推力載荷從B點(diǎn)的內(nèi)圈傳遞到D點(diǎn)的外圈，同時(shí)，推力載荷180°相反，從C點(diǎn)的內(nèi)圈傳到a點(diǎn)的外圈上。
徑向阻力發(fā)生在距離應(yīng)用點(diǎn)180°處（假設(shè)推力載荷比徑向載荷大得多），徑向載荷在接觸線CA和BD上受到同等阻力，單個(gè)載荷的關(guān)系決定了反作用力是大還是小。
最后，消除第二個(gè)軸承可以節(jié)省資金，這些資金可以用于將功能（齒輪、安裝孔、潤(rùn)滑接頭）集成到四點(diǎn)接觸軸承中，以進(jìn)一步優(yōu)化性能。
四點(diǎn)接觸軸承可以根據(jù)ABEC精度等級(jí)和更大尺寸制造，在涉及有限旋轉(zhuǎn)角度的振蕩運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用中，當(dāng)大部分旋轉(zhuǎn)的跳動(dòng)為零時(shí)，有時(shí)可以使用ABEC 1軸承來代替ABEC 3或5，在這種情況下，應(yīng)規(guī)定臨界要求（軸向跳動(dòng)或徑向跳動(dòng)），以滿足ABEC標(biāo)準(zhǔn)。
四點(diǎn)接觸軸承使用一排滾珠而不是雙排滾珠，可以通過多種方式提高準(zhǔn)確性，例如，當(dāng)雙排滾珠系統(tǒng)中的徑向跳動(dòng)異相時(shí)，旋轉(zhuǎn)將產(chǎn)生擺動(dòng)，當(dāng)應(yīng)用需要兩排滾珠之間有很大的空間時(shí)，擺動(dòng)也可能由結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)引起，當(dāng)必須抵抗高力矩載荷時(shí)，如果兩排之間的軸向跳動(dòng)存在預(yù)緊差異，軸承摩擦可能會(huì)發(fā)生變化。
材料的選擇
四點(diǎn)接觸球軸承通常由傳統(tǒng)的抗摩擦軸承材料制成，但與其他軸承一樣，材料決定最終取決于應(yīng)用，高碳52100合金和440C不銹鋼是通孔硬化的常見選擇，當(dāng)需要選擇性硬化時(shí)，例如當(dāng)軸承具有整體特征（如法蘭和齒輪）時(shí)，可選擇滲碳或感應(yīng)硬化（諸如8620、4340、150和1552的合金被用于此目的）。所有材料都可以硬化至Rc 58，以獲得100%的承載能力和最長(zhǎng)的使用壽命（在Rc 50時(shí)，容量降至約50%，在Rc 45時(shí)降至小于30%）。
當(dāng)耐腐蝕很重要時(shí)，座圈和滾珠可以由沉淀硬化不銹鋼制成，也可以涂上薄而致密的鉻，如Endurakote鍍層。
限制速度
四點(diǎn)接觸球軸承主要用于低速或減速應(yīng)用，在組合負(fù)載下，一些滾珠被負(fù)載到兩組觸點(diǎn)上，由于它們不能同時(shí)繞兩個(gè)軸滾動(dòng)，因此它們傾向于繞一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)，這會(huì)導(dǎo)致另一組觸點(diǎn)出現(xiàn)更多打滑，增加摩擦和磨損，尤其是在高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)。
最大允許速度隨孔徑、截面尺寸、球體尺寸、護(hù)圈類型、潤(rùn)滑類型和負(fù)載類型而變化，通常，這種類型的軸承在變槳線速度低于1100英尺/分鐘時(shí)表現(xiàn)最佳，然而，預(yù)緊、潤(rùn)滑和同時(shí)單獨(dú)加載的可變效應(yīng)可以克服這一限制，對(duì)于需要更高速度的應(yīng)用，應(yīng)咨詢軸承制造商。
潤(rùn)滑和維護(hù)
在大多數(shù)應(yīng)用中，四點(diǎn)接觸球軸承通常需要更少的維護(hù)。油脂潤(rùn)滑是典型的潤(rùn)滑方式，因?yàn)樵S多應(yīng)用都涉及低速或擺動(dòng)，如果應(yīng)用涉及完全旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)相距180°安裝的潤(rùn)滑脂加注口應(yīng)允許足夠的通道，如果設(shè)計(jì)要求重載和全旋轉(zhuǎn)，或者如果軸承位于必須用油潤(rùn)滑的其他運(yùn)動(dòng)部件附近，則使用油潤(rùn)滑。
雖然許多軸承在工廠進(jìn)行了預(yù)潤(rùn)滑，但仍然必須根據(jù)需要補(bǔ)充和更換潤(rùn)滑劑，在軸承座圈中加入孔或配件有助于實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，當(dāng)軸承具有整體密封時(shí)尤其如此，即使在大直徑軸承（例如100英寸）中。
分離器應(yīng)始終用于四點(diǎn)接觸軸承，其類型因應(yīng)用而異，材料選項(xiàng)包括鋼、不銹鋼、青銅、酚醛、尼龍、聚四氟乙烯和不銹鋼絲（彈簧型），最常見的形式是Conrad深溝軸承中的護(hù)圈，可以從側(cè)面通過座圈之間的間隙插入軸承中。
完整的一體式護(hù)圈通常是最堅(jiān)固的選擇，但將其插入四點(diǎn)接觸軸承需要拆分其中一個(gè)座圈或提供加載塞，這在輕型軸承中并不實(shí)用，因?yàn)樽μ《鵁o法拆分，并且無法用鉚釘或螺釘重新組裝。