摘要：高速精密角接觸球軸承在電主軸中的應(yīng)用涉及選型、加載和潤(rùn)滑等多個(gè)方面，合理的使用方式可以?xún)?yōu)化主軸性能和提高軸承實(shí)際壽命。本文從實(shí)踐角度分析了如何在電主軸中科學(xué)地應(yīng)用高速精密角接觸球軸承。

　　關(guān)鍵詞：角接觸球軸承；精密軸承；高速軸承；電主軸；應(yīng)用

　　合理地應(yīng)用主軸軸承對(duì)提高電主軸性能有著至關(guān)重要的影響。電主軸的特點(diǎn)是高速、高效，因而要求主軸軸承高速性好、承載能力強(qiáng)?；谶@種特點(diǎn)，高速精密角接觸球軸承成為精密電主軸中最為關(guān)鍵的基礎(chǔ)件。

1 角接觸球軸承的結(jié)構(gòu)及選用 同樣結(jié)構(gòu)型式的軸承應(yīng)由電主軸外載荷特性來(lái)確定接觸角的大小。接觸角越大，軸承軸向承載能力越強(qiáng)，但主軸允許的最高轉(zhuǎn)速越低。電主軸由于常用于內(nèi)圓磨削，主要載荷為徑向載荷，因而常采用15°接觸角的單列角接觸球軸承。

2 軸承的極限轉(zhuǎn)速 極限轉(zhuǎn)速是軸承的一個(gè)重要性能指標(biāo)，也是選用軸承時(shí)必須考慮的一個(gè)因素。世界各大軸承公司對(duì)極限轉(zhuǎn)速的定義各不相同。因此，在參考軸承樣本上軸承的極限轉(zhuǎn)速選用軸承時(shí)，應(yīng)分析該轉(zhuǎn)速所要求的預(yù)載荷狀況、潤(rùn)滑冷卻方式以及軸承壽命要求等。即使?jié)M足使用條件，軸承的應(yīng)用轉(zhuǎn)速也不能經(jīng)常處于極限轉(zhuǎn)速，因?yàn)闃O限轉(zhuǎn)速是在特定條件下的轉(zhuǎn)速性能指標(biāo)，并非每套軸承都能以極限轉(zhuǎn)速安全地工作。軸承型號(hào)不同，極限轉(zhuǎn)速的區(qū)別非常大。在高速電主軸的設(shè)計(jì)中，常用dn值的大小來(lái)初步判定軸承的選用合理與否。仔細(xì)分析各軸承公司的樣本，對(duì)同一公司而言，應(yīng)用于高速、超高速的精密角接觸球軸承在相同材料、相同結(jié)構(gòu)形式、相同精度時(shí)的極限速度下的dn值大體是一致的。而在同樣外形尺寸下，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同或采用材料的差別，不同公司的軸承在極限速度下的dn值卻不一樣?！　×硗飧鲝S都給出了特定條件下的速度修正系數(shù)，根據(jù)這些系數(shù)可以修正實(shí)際軸系中軸承允許的極限dn值。另一個(gè)問(wèn)題便是，在選擇用于高速主軸的精密主軸軸承時(shí)，不能以dn值的不同在各廠家間進(jìn)行橫向比較，而應(yīng)該通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)或應(yīng)用實(shí)踐積累一些適用于某結(jié)構(gòu)形式軸承在特定條件下的使用系數(shù)，以便在應(yīng)用不同型號(hào)軸承時(shí)進(jìn)行最高dn值的縱向類(lèi)比修正?！　∫訸YSB70系列角接觸球軸承在2GDZ系列磨電主軸上的使用為例，歸納主軸軸承在電主軸軸系中的安全修正系數(shù)。2GDZ系列磨電主軸的設(shè)計(jì)參數(shù)（如功率、轉(zhuǎn)速等）經(jīng)過(guò)合理匹配，軸承的潤(rùn)滑、冷卻條件相當(dāng)，排列形式一樣，其修正系數(shù)如表1所示。

　　以上修正系數(shù)經(jīng)實(shí)踐證明，對(duì)主軸軸承的應(yīng)用是比較合理的。比較可知，由于軸承的具體應(yīng)用條件不同，對(duì)軸承極限轉(zhuǎn)速的修正系數(shù)并不相同，但變化范圍并不大。由此可得出結(jié)論：ZYSB70系列軸承在油霧潤(rùn)滑、串聯(lián)安裝（DT）條件下，根據(jù)載荷狀況可取修正系數(shù)樣本值的0.45-0.80，并且軸承越小，外加載荷越輕，該系數(shù)越接近理論修正系數(shù)0.8。

3 角接觸球軸承的帶載荷運(yùn)轉(zhuǎn) 角接觸球軸承在電主軸中常以高速、超高速運(yùn)轉(zhuǎn)，因而離心力對(duì)軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)影響非常大。鋼球?qū)⒃跐L動(dòng)的同時(shí)有一定程度的打滑，滑動(dòng)產(chǎn)生的摩擦熱不但使軸承的溫升加劇，而且嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致鋼球表面局部退火，增加了磨損和燒傷程度。為克服離心力的影響，角接觸球軸承在主軸中總是帶預(yù)載荷運(yùn)轉(zhuǎn)。恰當(dāng)?shù)念A(yù)載荷能夠使內(nèi)外圈接觸角在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)保持一致，不僅能延長(zhǎng)軸承壽命，而且能提高軸承及主軸的剛性?！　∪绻A(yù)載荷過(guò)大，軸承潤(rùn)滑及散熱條件差，同樣使用條件下軸承壽命短，容易燒傷或卡死，且高速性能越差，但軸承及主軸的支承剛性則大大增加。如果預(yù)載荷過(guò)小，則主軸整體剛性與承載能力明顯下降。如果預(yù)載荷量值不足以克服主軸工作所承受的軸向力和驅(qū)動(dòng)力對(duì)其的影響，主軸在工作中將產(chǎn)生明顯振動(dòng)，所加工的工件表面將出現(xiàn)明顯振紋。如果預(yù)載荷不足以抑制陀螺力矩，主軸軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中將由于“打滑”而急劇發(fā)熱，鋼球表面有明顯“貓眼”狀磨損痕跡?！　∫话爿S承樣本上都給有輕、中、重三種預(yù)載荷值。但在電主軸中應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)載荷狀況、潤(rùn)滑油品和冷卻方式來(lái)綜合考慮。選擇原則是預(yù)載荷盡量接近實(shí)際應(yīng)用所需，并考慮外來(lái)載荷對(duì)預(yù)載荷的影響。

4 角接觸球軸承在電主軸中的配置及加載方式 依據(jù)轉(zhuǎn)速和外載荷的不同，角接觸球軸承在電主軸的軸承組中有單套使用、串聯(lián)使用、并聯(lián)（背對(duì)背、面對(duì)面）使用等方式。單套和串聯(lián)使用的軸承通過(guò)彈簧施加預(yù)載荷，并聯(lián)使用的軸承通過(guò)調(diào)整配對(duì)軸承凸出量，使兩軸承在壓緊狀態(tài)下以負(fù)游隙（帶載荷）運(yùn)轉(zhuǎn)?！　‰娭鬏S的合理支承為兩組軸承組，考慮裝配工藝性，前軸承組為固定端。對(duì)單套和串聯(lián)使用軸承組來(lái)說(shuō)，彈簧組通過(guò)前推和后拉兩種方式施加預(yù)載荷?！　?duì)并聯(lián)軸承，如果不是萬(wàn)能配對(duì)（采用等高墊），則預(yù)載荷要通過(guò)內(nèi)外墊的高度差來(lái)調(diào)整?！　≡谶x用主軸支承時(shí)，串聯(lián)式（DT）用于單一方向軸向力較大的場(chǎng)合，DB并聯(lián)式由于可承受雙向載荷，用于軸向定位準(zhǔn)確的場(chǎng)合，如磨削軸承套圈的溝道用主軸。DF并聯(lián)式可用于多點(diǎn)支承或軸承前后座孔同心不易保證的場(chǎng)合。

5 角接觸球軸承與相關(guān)件的配合精度 由于軸承套圈厚度相對(duì)較薄，所以與之配合的主軸或軸承座的形狀誤差會(huì)影響軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)效果，使主軸旋轉(zhuǎn)精度下降，軸承溫升和運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲加大。為控制這種影響，對(duì)配合面的主控指標(biāo)有以下幾個(gè)方面：（1）尺寸公差；（2）形狀公差中的圓度、圓柱度要求；（3）軸系各支承面的同軸度要求；（4）軸承定位端面和配合面軸線的垂直差要求；（5）表面粗糙度要求。

6 角接觸球軸承的潤(rùn)滑劑使用 由于電主軸的結(jié)構(gòu)緊湊，其軸承的潤(rùn)滑方式主要有油脂潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑和油氣潤(rùn)滑。油浴潤(rùn)滑和噴油潤(rùn)滑一般不用于高速電主軸。油脂潤(rùn)滑沒(méi)有冷卻作用，極限轉(zhuǎn)速低，更換潤(rùn)滑劑較為復(fù)雜，但是外殼構(gòu)造和密封裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，沒(méi)有污染；油霧潤(rùn)滑允許的極限轉(zhuǎn)速高，更換潤(rùn)滑油簡(jiǎn)單，潤(rùn)滑的同時(shí)有一定的冷卻作用，可降低軸承的溫升，但其油路設(shè)計(jì)復(fù)雜，尾氣如不加以回收，對(duì)環(huán)境污染較為嚴(yán)重；與油霧潤(rùn)滑相比，所允許的極限轉(zhuǎn)速更高，軸承溫升更小，用油量少，污染小，但配套裝置價(jià)格昂貴。

7 角接觸球軸承在主軸中的使用誤區(qū) （1）極限轉(zhuǎn)速的誤區(qū)：表現(xiàn)為主軸大功率和高轉(zhuǎn)速同時(shí)要求，大刀具和高轉(zhuǎn)速同時(shí)要求，潤(rùn)滑方式選擇不當(dāng)?shù)取！　。?）尺寸系列選擇誤區(qū)：表現(xiàn)為軸承剛性和轉(zhuǎn)軸剛性不匹配，造成軸系整體剛性不好。　?。?）供油過(guò)量問(wèn)題：表現(xiàn)為軸承攪油阻力大，溫升高?！　。?）配合過(guò)緊或過(guò)松：表現(xiàn)為溫升高或振動(dòng)大。

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