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 企业动态
深度解析薄壁密封四点接触球轴承
发表时间:2018-12-2 9:51:15

    近年来,随着先进制造业的发展,对代表现代制造技术的各类机器人的需求日益增加。如大型工程机械、汽车、家电等自动化生产线,以及提升国家高科技战略地位的深海载人潜水器、仿人仿生机器人和喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运工业机器人等。为机器人的关键配套专用轴承,对机器人的运转平稳性、重复定位精度、动作精确度以及工作的可靠性等关键性能指标具有重要影响。目前,机器人用轴承种类较多,如薄壁深沟球轴承、薄壁角接触球轴承、薄壁四点接触球轴承和薄壁交叉滚子轴承等。由于薄壁四点接触球轴承和壁交叉滚子轴承具有承受联合载荷能力强、精度高、摩擦力矩小、重量轻、运转平稳等特点,因此大多被应用于工业机器人的腰部、肘部、腕部等部位.自从2O世纪6o年代机器人进入工业领域以来,无论是机器人的数量,还是机器人的技术都有了迅猛的发展。

    作为机器人关键零配件的专用配套轴承,国外一些轴承公司如日本的IKO、THK、NSK和美国Koydon等在20世纪8O年代就已研制出用于机器人各部位的系列化专用配套轴承,为机器人产业提供了80%左右能满足机器人需要的基础元器件,为工业机器人的迅速发展奠定了坚实的配套技术基础。国内工业机器人配套轴承大部分依靠进口,少数厂家虽然生产制造工业机器人配套轴承,但批量小、品种规格少,零部件通用化程度低,供货周期长,成本高,而且质量不稳定,这些因素严重制约了国内工业机器人产业的正常发展。为促进国内工业机器人专用轴承设计和加工技术的提高

    薄壁密封四点接触球轴承特点

    (1)外径与内径之比较小,滚动体直径小,数量多,与相同内径的标准轴承相比,其重量约为标准轴承的5%,横截面积约为标准轴承的20%。

    (2)定截面轴承:薄壁四点接触球轴承系列,轴承横截面尺寸相同,不随内、外径的变化而改变。

    (3)能承受径向载荷、双向推力载荷和倾覆力矩,相当于两套背对背安装的角接触球轴承,但其宽度只相当于一套角接触球轴承的宽度。

    1、关键结构参数设计

    根据薄壁密封四点接触球轴承在机器人中的使用状况和长寿命、高刚性、低摩擦的使用要求,在设计中不仅要考虑尽可能大的额定动载荷,同时针对薄壁轴承横截面较小的特点,要精心选择每个结构参数的最佳值,以改善轴承零件接触应力分布,达到有利于润滑油膜形成的最佳接触状态,提高轴承的使用寿命。

    2、套圈沟道位置

    由于薄壁四点接触球轴承内、外圈采用整体结构,而且截面积只有相同内径标准轴承20%,所以保持架径向壁厚取值有限,如果按通用轴承那样,沟道位置设计在轴承宽度中心,轴承形成对称结构,保持架兜孔底部强度将受到影响,同时密封圈的安装位置也将受到限制,因此,为保证轴承保持架具有足够的强度和密封圈有足够的安装空间,沟位置采取对两侧端面不对称的设计。

    3、挡边高度的确定

    工业机器人用四点接触球轴承处于工作状态时,除承受一定的径向载荷外,还承受一定的轴向载荷。在承受轴向载荷时,钢球与滚道之间将形成接触椭圆,若轴向载荷过大,可能造成钢球与内、外圈挡边边缘接触或挡边与滚道之间的接触椭圆被截断,产生应力集中,使轴承套圈发生疲劳磨损,早期失效。因此,挡边高设计时,需根据轴承承受轴向载荷大小利用Hertz接触应力理论推算出轴承套圈最小挡边高度J,从而计算出套圈挡边直径。实际设计时考虑到四点接触球轴承截面积较小,套

    圈壁较薄,在满足使用要求前提下,挡边高系数取值要比深沟球轴承小。

    4、密封结构设计

    工业机器人正在向小型化、轻量化、精密化发展。因此工业机器人用轴承的润滑最好采用带密封结构的润滑方式进行脂润滑。轴承的密封性能是衡量密封轴承的重要指标之一,密封轴承的早期破坏,往往是轴承密封不好,污染物进入轴承使润滑脂逐渐失效所致。因此设计密封轴承时,密封配合副要安全可靠,同时要考虑到轴承的具体工作要求和轴承的具体结构形式。

    5、针对工业机器人轴承壁薄的特点

    外圈密封槽和密封圈唇部的配合,设计时采用轴向定位,侧向压缩的定位配合形式,这种方法可以避免由于外圈密封唇压缩量过大,使外圈变形过大,外圈椭圆度超差,而且具有装配压力小,装配容易等特点。轴承内圈与密封唇的配合方式一般有两种,内圈密封唇与内圈挡边接触的接触式密封和内圈密封唇与内圈挡边接触的非接触式密封。接触式密封相对于非接触式密封防尘漏脂效果要好,但其摩擦力矩较大,温升较高,考虑到摩擦力矩较大,对机器人主机有不利影响,设计时一般采用非接触式密封结构。另外由于轴承套圈壁很薄,加工密封槽时,轴承内、外圈易变形,以内圈挡边采用无槽结构,但要严格控制密封间隙。

 

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