行星齿轮箱中轴承的应用

2019-02-19李荃

城市建设理论研究（电子版） 2019年8期

李荃

南京高精齿轮集团有限公司江苏南京 211100

引言：轴承是工业中不可缺少的重要零部件，其作用在于支撑旋转部件，降低旋转部件在旋转中的摩擦系数，同时提高旋转部件的旋转精度。在支撑的同时，轴承也可以承受一定的力和弯矩，同时起到降低噪音、减小振动的效果。内部有滚动体的称为滚动轴承，而不包含滚动体，通过圆柱或平面摩擦传递运动的称为滑动轴承。滚动轴承是本文中主要的讨论对象，滑动轴承不在本文讨论范围之内。

齿轮箱同样也是机械工业中的重要组成部分，其作用在于传递原动机的扭矩至工作机。由于齿轮箱可以设计成不同的速比，这就可以实现将原动机的扭矩增大或减小、或是将原动机的速度提高或降低。同时，通过不同的齿轮箱结构，可以实现将原动机的转动方向改变、或者同时驱动多个工作机构的功能。

1.行星齿轮箱中的轴承介绍和轴承应用

行星齿轮箱是一种应用广泛的齿轮结构，由于采用了行星轮功率分流技术，相对于平行轴齿轮箱，其功率密度高、体积小、重量轻、承载能力强。轴承是行星齿轮箱中的重要零件，下文介绍不同类型的轴承在行星齿轮箱中的应用。

1.1 深沟球轴承

深沟球轴承是一种应用广泛的轴承，其滚动体为位于轴承内圈和轴承外圈之间的球型滚子。深沟球轴承的内部游隙较小，极限转速较高，传动精度高。但是相对于下文提到的其他类型轴承，深沟球轴承的承载能力有限，其径向力承载能力一般，轴向力承载能力较弱。

针对自身的这种特点，深沟球轴承较常被用于行星齿轮箱中载荷较小而转速较高的位置。对于小行星齿轮箱的输入轴，由于与电机直接相接，转速较高；另外与大型齿轮箱习惯性使用输入联轴器的结构不同，小行星齿轮箱往往采用电机轴插入齿轮箱输入轴的结构，这种结构对齿轮箱输入轴的旋转精度有较高要求。配对或单个深沟球轴承很适合安装在这种类型的输入轴上。在这种应用中，传统的设计中认为这种输入轴是不承受除了自重以外的径向力以及任何轴向力的。

1.2 圆柱滚子轴承

圆柱滚子轴承的滚动体为圆柱型滚子，位于轴承外圈和轴承内圈之间。圆柱滚子轴承可以做成无挡边结构，也就意味着其内圈或外圈是可以直接拆卸的，这种结构便于安装，同时避免了轴承轴向间隙调整的过程。由于圆柱滚子轴承这种特性，其承载径向载荷的能力较强。圆柱滚子轴承可以做成满装滚子无保持架结构，这就保证了在有限的空间内，放置更多的滚动体，这种满装圆柱滚子轴承的径向力承载能力和动载荷更强。同时由于没有保持架，满装轴承的极限转速较低。无挡边的圆柱滚子轴承，往往无法承受轴向载荷，而有挡边的圆柱滚子轴承，可以承受较小的轴向载荷。

在行星齿轮箱中，行星轮体积较小，中间还穿有销轴，在大多数情况下，行星轮内无法选择径向厚度较大的轴承。因此，圆柱滚子轴承就成了行星轮内轴承的最佳选择。根据所需要的轴承动载荷，以及行星轮的宽度，可以选择单列、双列、三列甚至四列圆柱滚子轴承。齿轮箱制造厂家可以直接采购整体式多列圆柱滚子轴承，也可以选择单列圆柱滚子轴承并自行组合布置。

对于小行星齿轮箱，由于其行星轮更小，往往会使用无外圈的圆柱滚子轴承置于其内，同时使用行星轮内孔硬化技术，辅以内孔精磨加工，将行星轮内孔做成轴承滚道，起到轴承外圈的作用，这种结构更加紧凑，在同样的行星轮内可以布置更大的圆柱滚子轴承，承担更大的载荷。

1.3 滚针轴承、滚针

滚针轴承与圆柱滚子轴承类似，只是其中的圆柱形滚动体更细更长，适用于安装在更小的行星轮内。另外，在某些特别小行星齿轮箱中，会在行星轮内布置滚针组，使用之前提到的内孔硬化行星轮充当滚针的内滚道，配合外表面硬化，且精密磨削后的销轴外圆，作为滚针的外滚道。此类结构最紧凑，在行星轮体积超小、且转速不高的情况下广泛使用。

滚针多使用在多级小行星齿轮箱的输出级和中间级行星轮中，可以根据所需要的动载荷、选取不同直径、不同宽度的滚针，也可以使用两列滚针并排布置的结构，从而使得行星轮承载能力最大化。对于小行星齿轮箱的高速级行星轮内，一般不推荐使用滚针配置，而推荐滚针轴承的应用。采用较多的是无内圈的滚针轴承，这种应用对行星轮内孔要求不是特别高，并不要求内孔硬化及精密磨削，但是对作为滚针轴承的销轴外圆要求较高，硬化及精磨的要求与前文提到的滚针用销轴类似。

1.4 球面滚子轴承

球面滚子轴承也被称为调心滚子轴承，是一种非分体结构的双列径向轴承，其内外圈之间的滚动体为两列对称的鼓形滚子。由于滚子较大，其承载能力较强。球面滚子轴承可以同时承受径向载荷与轴向载荷，并且由于其球面的滚子形状，其对轴线的安装精度要求不是特别高，一旦轴线发生弯曲变形，球面滚子轴承可以通过内外圈不平行补偿轴线的误差，非常适用于中间包含齿轮的长轴两侧。

对于某些齿轮输出的小行星齿轮箱，由于其输出小齿轮一侧与开式齿圈啮合，且齿圈精度不高，输出载荷与冲击较大，造成输出轴的弯扭变形较大。这种时候，在输出齿轮轴上配置球面滚子轴承，可以有效地补偿轴变形带来的传动误差，并且提高输出轴上轴承及齿轮的使用寿命。

1.5 圆锥滚子轴承

圆锥滚子轴承的滚动体为圆锥形，其轴承内圈、以及外圈上都有圆锥形滚道。多数情况下，圆锥轴承的内圈、保持架及滚子形成一体，外圈可以分离。圆锥滚子轴承的滚子接触角大，对轴向力承载能力较强，也可以承担一定的径向力。圆锥滚子轴承往往配对使用。

圆锥滚子轴承广泛运用于工程机械齿轮箱中的行走减速机、以及卷扬减速机中，作为旋转齿圈和固定支撑轴之间的承载轴承，其可以有效的承担卷扬机构中的钢丝绳拉力，以及行走机构中由于履带式工程机械行走和转弯带来附加轴向力和径向力。同时，配对安装的圆锥滚子轴承可以提高支撑轴的刚度和传动精度，对行星齿轮的啮合大有益处。