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高速角接觸球軸承在數(shù)控金切機床中的應(yīng)用

時間:2016-02-17 03:02:14 來源:洛陽匯普軸承有限公司

數(shù)控金切機床高速主軸的性能,在相當(dāng)程度上取決于主軸軸承及其潤滑。滾動軸承由于剛度好、精度可以制造得較高、承載能力強和結(jié)構(gòu)相對簡單,不僅是般切削機床主軸的,也受到高速切削機床的青睞。從高速性的角度看,滾動軸承中角接觸球軸承,圓柱滾子軸承次之,圓錐滾子軸承差。

角接觸軸承的球(即滾珠)既公轉(zhuǎn)又自轉(zhuǎn),會產(chǎn)生離心力Fc和陀螺力矩Mg。隨著主軸轉(zhuǎn)速的增加,離心力Fc和陀螺力矩Mg也會急劇加大,使軸承產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力,從而導(dǎo)致軸承摩擦加劇、溫升增高、精度下降和壽命縮短。因此,要提高這種軸承的高速性能,就應(yīng)想方設(shè)法抑制其FcMg的增加。從角接觸球軸承FcMg的計算公式得知,減少球材料的密度、球的直徑和球的接觸角都有利于減少FcMg,所以現(xiàn)在高速主軸多使用接觸角為15°或20°的小球徑軸承??墒?,球徑不能減小過多,基本上只能是標(biāo)準(zhǔn)系列球徑的70%,以免削弱軸承的剛度,更關(guān)鍵的還是要在球的材料上尋求改進。

角接觸球軸承

GCr15軸承鋼相比,氮化矽(Si3N4)陶瓷密度僅為它的41%,用氮化矽制作的球要輕得多,自然在高速回轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的離心力和陀螺力矩也要小得多。與此同時,氮化矽陶瓷的彈性模量和硬度是軸承鋼的1.5倍和2.3倍,而熱膨脹系數(shù)僅為軸承鋼的25%,這既可提高軸承的剛度和壽命,又使軸承的配合間隙在不同溫升條件下變化小,工作可靠,加之陶瓷耐高溫且不與金屬發(fā)生粘咬,顯然用氮化矽陶瓷制作球體更適合進行高速回轉(zhuǎn)。實踐表明,陶瓷球角接觸球軸承與相應(yīng)的鋼球軸承相比速度能提高25%~35%,不過價格也要高些。

外將內(nèi)外圈為鋼、滾動體為陶瓷的軸承統(tǒng)稱為混合軸承。目前混合軸承又有新發(fā)展:是陶瓷材料已用于制作圓柱滾子軸承的滾子,市場上出現(xiàn)了陶瓷圓柱混合軸承;二是用不銹鋼(比如FAG公司用氮化不銹鋼Crodinur30)代替軸承鋼制作軸承的內(nèi)外圈別是內(nèi)圈,由于不銹鋼的熱膨脹系數(shù)比軸承鋼小20%,自然在高速回轉(zhuǎn)時,因內(nèi)圈熱膨脹所造成的接觸應(yīng)力增大趨勢會受到抑制。

眾所周知,dmh值是表達滾動軸承高速性能的速度因子(dm是滾動軸承內(nèi)、外圈的平均直徑,單位mm;h是軸承的轉(zhuǎn)速,單位r/min)。角接觸球軸承的高速性能不僅與球的接觸角、直徑和材料相關(guān),而且與軸承的潤滑方式關(guān)系密切。目前滾動軸承有脂潤滑、油霧潤滑和油氣潤滑三種方式,其中油霧潤滑雖然果不錯,但污染環(huán)境和危害工人健康,外已很少采用。

高速角接觸球軸承

脂潤滑是簡單和環(huán)保性的種潤滑方式。由于脂在超高速運轉(zhuǎn)下容易變質(zhì),故其dmh值較低,軸承為鋼球時僅達80×104,為陶瓷球時可達110×104(FAG公司開發(fā)的新代低溫軸承其dmh值還可以在此基礎(chǔ)上增加10%左右)?,F(xiàn)在高速主軸軸承用得多的是油氣潤滑方式,它是定時、定量地供給軸承以油—氣混合物,使軸承各部位獲得的微量潤滑并把污染減至很小。采用油氣潤滑的鋼球或陶瓷球角接觸球軸承,其dmh值般可分別達到到140×104210×104,若采用比較殊的油氣潤滑方式,陶瓷球角接觸球軸承的dmh值可達250×104甚至更高點為殊油氣潤滑方式的種,在試驗室內(nèi)其dmh值已達280×104)。

高速電主軸滾動軸承的配置形式有多種,但比較典型的是前、后軸承呈“O”型布局的兩對角接觸球軸承。由于后軸承也是角接觸球軸承,般要設(shè)置滾珠套以便讓后軸承能沿殼體軸向移動,使得主軸受熱后可自由向后方膨脹。般說來,角接觸球軸承需要在軸向有預(yù)加負(fù)荷才能正常工作,預(yù)加負(fù)荷愈大,軸承的剛度愈高但溫升也愈大。比較簡單的辦法是,根據(jù)電主軸的轉(zhuǎn)速范圍和所要承受的負(fù)載,選定個的固定預(yù)加負(fù)荷值;更好的辦法則是預(yù)加負(fù)荷能隨主軸轉(zhuǎn)速改變而調(diào)整,在高轉(zhuǎn)速時減小預(yù)加負(fù)荷,在低轉(zhuǎn)速時增加預(yù)加負(fù)荷。

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