專利名稱：中小型精密轉臺用雙列弧面滾道異徑球軸承的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學機械軸承領域，特別是一種中小型精密轉臺用雙列弧面滾道異徑球軸承。
背景技術：
主要應用在以通光口徑在Im以下的光電經(jīng)緯儀和望遠鏡方位軸系為代表的中小型精密轉臺，不僅要承受數(shù)噸以上的軸向載荷，還要求承受由于結構不對稱以及風載帶來的徑向載荷和彎矩載荷，同時保證高運動精度和良好的穩(wěn)定性，從而滿足轉臺工作的平穩(wěn)性、精確性等要求。常見的轉盤軸承，包括四點接觸球軸承、雙排異徑球軸承、交叉圓柱滾子軸承、三排圓柱滾子軸承等結構，其摩擦阻力的大小和均勻性，以及回轉精度也無法達到光電設備的高精度要求。而液體靜壓軸承雖然摩擦力矩低，功耗小，回轉精度好，壽命長，但其液壓油的性能受溫度影響較大，須嚴格控制工作環(huán)境的溫度變化，同時還需要一套復雜可靠的供油系統(tǒng)以及獨立供電系統(tǒng)，進而增加設備、空間和重量。傳統(tǒng)經(jīng)緯儀常用的徑向密珠(或滾柱)軸承結合平面止推密珠軸承結構如附圖6 所示。它是由軸向端面止推球軸承和徑向圓柱面向心球軸承通過一些配合件共同構成的散裝軸系結構，包括止推軸承下環(huán)1-1、保持架擋板1-2、止推軸承保持架1-3、止推鋼球1-4、 壓塊1-5、止推軸承上環(huán)1-6、止推軸承保持架承載組件1-7、過渡環(huán)1-8、擋環(huán)1-9、向心軸承外環(huán)1-10、向心軸承保持架支撐環(huán)1-11、向心軸承內(nèi)環(huán)1-12、鎖緊螺母1-13、向心軸承下保持架1-14、向心軸承上保持架1-15、向心軸承保持架壓環(huán)1-16、向心軸承鋼球1-17。承擔軸向載荷的止推鋼球1-4通過止推軸承保持架1-3安裝在止推軸承下環(huán)1-1和止推軸承上環(huán)1-6之間，而止推軸承上下環(huán)通過壓塊和螺釘分別固定在轉臺下方和基座上方的對應安裝表面上，同時保持架擋板1-2和止推軸承保持架承載組件1-7共同限定推軸承保持架1-3 的軸向、徑向自由度，僅保留其圓周方向自由度。承擔徑向載荷的向心軸承鋼球1-17通過向心軸承下保持架1-14和向心軸承上保持架1-15安裝在向心軸承外環(huán)1-10和向心軸承內(nèi)環(huán)1-12之間，而向心軸承外環(huán)通過過渡環(huán)1-8、擋環(huán)1-9和螺釘固定在轉臺內(nèi)孔的安裝表面上，同時向心軸承內(nèi)環(huán)1-12通過鎖緊螺母1-13固定在與基座相連的芯軸外圓安裝表面上。該軸承存在的主要問題是雖然具有低摩擦、高回轉精度的優(yōu)點，與其配合的承載面都是平面或圓柱面，相應的設計、加工和檢測技術已很成熟，但由于構成軸系的零件較多，而且作為軸承環(huán)工作表面的平面和內(nèi)外圓柱面的加工精度指標很高，均需要通過鍛造、 粗車、精車、粗磨、精磨和手工刮研等多道工序實現(xiàn)，是整個跟蹤架軸系中加工周期最長的部件，加工成本也很高。因此，需要研制出一種新型中小型精密轉臺用轉盤軸承來滿足光電經(jīng)緯儀和望遠鏡方位軸系的各項指標要求
發(fā)明內(nèi)容
針對上述情況，為了解決現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明的目的就在于提供一種中小型精密轉臺用雙列弧面滾道異徑球軸承，可以有效解決回轉精度低、轉臺工作平穩(wěn)性差的問題。本發(fā)明解決技術問題采用的技術方案是，中小型精密轉臺用雙列弧面滾道異徑球軸承，包括下軸承環(huán)、密封圈、擋環(huán)、軸向鋼球保持架、軸向鋼球、徑向鋼球、徑向鋼球保持架和上軸承環(huán) 、壓環(huán)，其中下軸承環(huán)的下部開有下弧面滾道，上部還開有內(nèi)弧面滾道，上軸承環(huán)的下部開有上弧面滾道，上部還開有外弧面滾道；軸向鋼球通過軸向鋼球保持架裝在下軸承環(huán)下部的下弧面滾道內(nèi)，軸向鋼球還與上軸承環(huán)下部的上弧面滾道相連；徑向鋼球通過徑向鋼球保持架裝在下軸承環(huán)上部的內(nèi)弧面滾道內(nèi)，徑向鋼球還與上軸承環(huán)上部的外弧面滾道相連；壓環(huán)裝在下軸承環(huán)的上端面，擋環(huán)裝在下軸承環(huán)的外圓柱臺階上，擋環(huán)與下軸承環(huán)的外圓柱臺階之間裝有密封圈。本發(fā)明具有大承載、高精度、低摩擦阻力、摩擦力矩變化均勻、結構簡潔、工作穩(wěn)定、成本較低、加工周期較短，便于系列化的優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的中小型精密轉臺用雙列弧面滾道異徑球軸承的整體結構剖視圖。圖2是本發(fā)明的徑向鋼球以及對應弧面滾道的剖視圖。圖3是本發(fā)明的中小型精密轉臺用雙列弧面滾道異徑球軸承的裝配圖。圖4是本發(fā)明的下軸承環(huán)的剖視圖。圖5是本發(fā)明的上軸承環(huán)的剖視圖。圖6是現(xiàn)有的徑向密珠軸承結合平面止推密珠軸承的結構示意圖。圖中，1-1、止推軸承下環(huán)，1-2、保持架擋板，1-3、止推軸承保持架，1-4、止推鋼球，1-5、壓塊，1-6、止推軸承上環(huán)，1-7、止推軸承保持架承載組件，1-8、過渡環(huán)，1-9、擋環(huán)， 1-10、向心軸承外環(huán)，1-11、向心軸承保持架支撐環(huán)，1-12、向心軸承內(nèi)環(huán)，1-13、鎖緊螺母， 1-14、向心軸承下保持架，1-15、向心軸承上保持架，1-16、向心軸承保持架壓環(huán)，1-17、向心軸承鋼球，1、下軸承環(huán)，2、密封圈，3、擋環(huán)，4、軸向鋼球保持架，5、軸向鋼球，6、徑向鋼球，7、 徑向鋼球保持架，8、上軸承環(huán)，9、壓環(huán)，10、外圓柱臺階，11、下弧面滾道，12、內(nèi)弧面滾道， 13、上弧面滾道，14、外弧面滾道。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作詳細說明。由圖1-3所示，中小型精密轉臺用雙列弧面滾道異徑球軸承，包括下軸承環(huán)1、密封圈2、擋環(huán)3、軸向鋼球保持架4、軸向鋼球5、徑向鋼球6、徑向鋼球保持架7和上軸承環(huán) 8、壓環(huán)9，其中下軸承環(huán)1的下部開有下弧面滾道11，上部還開有內(nèi)弧面滾道12，上軸承環(huán) 8的下部開有上弧面滾道13，上部還開有外弧面滾道14 ；軸向鋼球5通過軸向鋼球保持架 4裝在下軸承環(huán)1下部的下弧面滾道11內(nèi)，軸向鋼球5還與上軸承環(huán)8下部的上弧面滾道 13相連；徑向鋼球6通過徑向鋼球保持架7裝在下軸承環(huán)1上部的內(nèi)弧面滾道12內(nèi)，徑向鋼球6還與上軸承環(huán)8上部的外弧面滾道14相連；壓環(huán)9裝在下軸承環(huán)1的上端面，擋環(huán) 3裝在下軸承環(huán)1的外圓柱臺階10上，擋環(huán)3與下軸承環(huán)1的外圓柱臺階10之間裝有密封圈2。所說的壓環(huán) 9與徑向鋼球保持架7的上端面在X方向上相距4_6mm。由圖4-5所示，所說的下軸承環(huán)1呈L型。所說的位于下軸承環(huán)1下部的下弧面滾道11與上軸承環(huán)8下部的上弧面滾道13 相對應，下軸承環(huán)1上部的內(nèi)弧面滾道12與上軸承環(huán)8上部的外弧面滾道14相對應。所說的軸向鋼球5的直徑比徑向鋼球6的直徑大。所說的軸向鋼球5與上軸承環(huán)8和下軸承環(huán)1之間采用弧面滾道接觸方式，徑向鋼球6與上軸承環(huán)8和下軸承環(huán)1之間采用弧面滾道接觸方式，軸向鋼球5的直徑比徑向鋼球6的直徑大。本發(fā)明的下軸承環(huán)1和上軸承環(huán)8均由42CrMo軸承鋼制成，下弧面滾道11、內(nèi)弧面滾道12、上弧面滾道13和外弧面滾道14采用表面淬火，面形誤差小于0. 002mm，軸向鋼球5和徑向鋼球6均是整體淬硬的高碳鉻軸承鋼GCrl5SiMn制成的G5級鋼球，球直徑變動量Vdws和球形誤差均小于0. 13 μ m，表面粗糙度Ra小于0.014 μ m，硬度61 66HRC。軸向鋼球保持架4和徑向鋼球保持架7均由GRPA66-25尼龍制造。密封圈2采用耐油丁晴橡膠。 軸承球組節(jié)圓直徑800mm，軸跳Sm小于0. 006mm,徑跳Km小于0. 004mm，轉臺應用后軸系晃動精度小于2"。軸承的潤滑方式采用脂潤滑方式，潤滑劑采用7008航空潤滑脂。由圖3所示，本發(fā)明工作時，上軸承環(huán)8和下軸承環(huán)1分別固定在軸承上方的轉臺和軸承下方的基座上，下軸承環(huán)1通過螺釘與軸承下方基座的上安裝表面相連接，成為固定部分。上軸承環(huán)8通過螺釘與軸承上方轉臺的下安裝表面相連接，成為轉動部分。轉動部分借助軸向鋼球5和徑向鋼球6的滾動實現(xiàn)與固定部分之間的相對轉動。主要承擔軸向載荷的軸向鋼球5通過軸向鋼球保持架4的隔離塊式結構約束徑向、軸向自由度，僅保留圓周方向的旋轉自由度。承擔徑向載荷的徑向鋼球6通過徑向鋼球保持架7的隔離塊式結構約束徑向、軸向自由度，僅保留圓周方向的旋轉自由度。本發(fā)明具有良好的滾動特性和低摩擦阻力，摩擦力矩變化小于10% ；依據(jù)Hertz 彈性接觸理論，在同樣載荷條件下，其弧面滾道與鋼球間的接觸面積，明顯大于傳統(tǒng)經(jīng)緯儀的平面止推密珠軸承結構，因此具有較小的接觸應力和彈性趨近量，較大的基本額定靜載荷和靜載荷安全系數(shù)。位于下部的軸向鋼球采了大接觸角(75 < α <85° )的設計，遠大于一般推力角接觸球軸承(α <60° )的接觸角，這種結構能夠在不改變鋼球和滾道材料的前提下大幅度提高承載能力和剛度，更適合大載荷高剛度要求。借鑒深溝球軸承的滾道結構，位于上部的徑向鋼球也采用了利于增大接觸面積的弧面滾道，相對于傳統(tǒng)經(jīng)緯儀的徑向圓柱面滾道密珠軸承結構，能夠在保證一定的預過盈載荷的同時，提高軸承的壽命和定位精度；其機械式滾動結構相對于傳統(tǒng)的液體靜壓軸承具有結構簡潔、工作穩(wěn)定可靠、寬溫度適用范圍和成本低等優(yōu)點；根據(jù)不同口徑經(jīng)緯儀和望遠鏡的需求可設計成適應不同載荷工況的系列產(chǎn)品。
權利要求
1.中小型精密轉臺用雙列弧面滾道異徑球軸承，包括密封圈(2)、擋環(huán)(3)和壓環(huán)(9)， 其特征在于，還包含了下軸承環(huán)(1)、軸向鋼球保持架(4)、軸向鋼球(5)、徑向鋼球(6)、徑向鋼球保持架(7)和上軸承環(huán)(8)，其中下軸承環(huán)(1)的下部開有下弧面滾道(11)，上部還開有內(nèi)弧面滾道(12)；上軸承環(huán)(8)的下部開有上弧面滾道(13)，上部還開有外弧面滾道(14)；軸向鋼球(5)通過軸向鋼球保持架(4)裝在下軸承環(huán)(1)下部的下弧面滾道(11) 內(nèi)，軸向鋼球(5)還與上軸承環(huán)⑶下部的上弧面滾道(13)相接觸；徑向鋼球(6)通過徑向鋼球保持架(7)裝在下軸承環(huán)(1)上部的內(nèi)弧面滾道(12)內(nèi)，徑向鋼球(6)還與上軸承環(huán)⑶上部的外弧面滾道(14)相接觸；壓環(huán)(9)裝在下軸承環(huán)(1)的上端面，擋環(huán)(3)裝在下軸承環(huán)(1)的外圓柱臺階(10)上，擋環(huán)(3)與下軸承環(huán)(1)的外圓柱臺階(10)之間裝有密封圈(2)。
2.根據(jù)權利要求1所述的中小型精密轉臺用雙列弧面滾道異徑球軸承，其特征在于， 所說的壓環(huán)(9)與徑向鋼球保持架(7)的上端面在X方向上相距4-6mm。
3.根據(jù)權利要求1所述的中小型精密轉臺用雙列弧面滾道異徑球軸承，其特征在于， 所說的下軸承環(huán)(1)呈L型。
4.根據(jù)權利要求1所述的中小型精密轉臺用雙列弧面滾道異徑球軸承，其特征在于， 所說的下軸承環(huán)(1)下部的下弧面滾道(11)與上軸承環(huán)(8)下部的上弧面滾道(13)相對應，下軸承環(huán)(1)上部的內(nèi)弧面滾道(12)與上軸承環(huán)(8)上部的外弧面滾道(14)相對應。
5.根據(jù)權利要求1所述的中小型精密轉臺用雙列弧面滾道異徑球軸承，其特征在于， 所說的軸向鋼球(5)與上軸承環(huán)(8)和下軸承環(huán)(1)之間采用弧面滾道接觸方式，徑向鋼球(6)與上軸承環(huán)(8)和下軸承環(huán)(1)之間采用弧面滾道接觸方式，軸向鋼球(5)的直徑比徑向鋼球(6)的直徑大。
全文摘要
中小型精密轉臺用雙列弧面滾道異徑球軸承涉及光學機械軸承領域，其包括下軸承環(huán)、密封圈、擋環(huán)、軸向鋼球保持架、軸向鋼球、徑向鋼球、徑向鋼球保持架、上軸承環(huán)、壓環(huán)，下軸承環(huán)下部開有下弧面滾道，上部開有內(nèi)弧面滾道；上軸承環(huán)下部開有上弧面滾道，上部開有外弧面滾道。軸向鋼球通過軸向鋼球保持架裝在下軸承環(huán)下部的下弧面滾道內(nèi)，同時與上弧面滾道相接觸；徑向鋼球通過徑向鋼球保持架裝在內(nèi)弧面滾道內(nèi)，還與外弧面滾道相接觸；壓環(huán)裝在下軸承環(huán)的上端面，擋環(huán)裝在下軸承環(huán)的外圓柱臺階上，擋環(huán)與下軸承環(huán)的外圓柱臺階之間裝有密封圈。本發(fā)明具有大承載、高精度、低摩擦阻力、摩擦力矩變化均勻、工作穩(wěn)定、成本較低、便于系列化等優(yōu)點。
文檔編號F16C19/56GK102434578SQ201110273868
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權日2011年9月15日
發(fā)明者代霜, 王志臣, 王槐, 趙勇志 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所