不同类型的超精密角接触球轴承分析

机床主轴是整个机床的心脏,是实现工件加工精度,直接影响机床性能的关键部位。当今高速、的生产方式对主轴的速度、精度、负载能力和运行噪音提出了更高的要求,因此主轴的设计制造者面对巨大的挑战,而正确的轴承选型分析可帮助主轴制造商应对上述挑战。对于精密轴承的选择,需要综合考虑以下各种因素:精度、刚度、转速及载荷等。根据具体的应用要求,确定哪种因素更为重要,再进行有针对性的选型。
一.标准系列的主轴轴承
此系列分为p4和p4s级,内外圈及滚动体一般采用52100全淬透钢。在一定条件下,脂润滑的转速可达到650,000dn,油润滑可达到1,000,000dn。与高速系列相比,标准系列的滚动体直径较大、预紧力较高,适用于切削载荷大且系统动态刚性要求高的场合。
此外,润滑脂的添加量是选型中需要考虑的重要条件。润滑脂添加过多,会严重影响轴承散热,运行温度将急剧上升,从而导致润滑脂寿命迅速下降,也缩短轴承使用寿命;润滑脂添加过少,无法形成一定的润滑油膜来分离轴圈和滚动体,彼此之间的摩擦会造成较高的温升,同样影响轴承寿命。对于不同转速,推荐的加脂量也相应不同。当转速低于500,000dn时,加脂量应为轴承内部自由空间的25%-40%;当转速高于500,000dn时,加脂量应为轴承内部自由空间的15%~20%。需要注意的是标准系列的保持架有两种类型:滚动体引导的尼龙保持架和外圈引导的胶木保持架。两类轴承的内部自由空间不同,计算加脂量时应该予以区分。
二.陶瓷球系列的主轴轴承
此系列为p4s级,内外圈一般为52100全淬透钢,滚动体为陶瓷材料。在一定条件下,脂润滑的转速可达到750,000dn,油润滑可达到1,500,000dn。动态径向和轴向承载能力与标准系列相当,但刚性提高50%;陶瓷的重量比钢材轻60%,降低了滚动体离心力的作用,从而减少了打滑与自旋现象,与滚道之间的发热量也相应减少,轴承寿命延长;同时陶瓷球热膨胀系数低,高速运行温度上升时,比标准系列的钢球预紧力小,发热量小。经过比较,陶瓷球系列的转速约为标准系列的1.5倍,理论运行寿命可高达35倍;当高转速和高承载能力、高刚性同时需要被满足时,应该考虑选用陶瓷球系列,并将加脂量控制在轴承内部自由空间的15%~20%。
三.高速系列的主轴轴承
此系列为p4s级,内外圈一般为52100全淬透钢,滚动体可选择52100全淬透钢或者陶瓷材料,并且具有开放式和双侧非接触密封式两种类型。在一定条件下,脂润滑的转速可达到850,000dn~1,000,000dn,油润滑可达到1,700,000dn~2,000,000dn。
高速系列通常应用于高转速加工设备,例如高速加工中心、高速铣床,因其能够满足低发热、低运行温度及高刚性的使用要求。这一系列的主要优点是:*,滚动体直径减小且数目增多,精密设计的滚道外形,使滚动体与滚道的接触区域减小,摩擦发热减少;第二,高速运转时小尺寸滚动体所受离心力减小,打滑与自旋现象减弱,接触区域的发热量减少;第三,内外圈均有高低挡肩,为润滑剂提供了更加开放的通道,可以及时带走运行中产生的热量;第四,润滑剂对滚动体的剪切影响变小,发热量减少。当转速要求更高时,还可以选择极限转速和动态刚性更高的timken?陶瓷球高速系列,进一步减少运行中的发热量,从而实现更低的运行温度。
四.wearever超精密抗磨损主轴轴承
wearever高性能轴承的内外圈采用压缩屈服强度和硬度更高的高氮钢,并采用陶瓷材料作为滚动体,因此能够抵抗坚硬的污染物,是传统52100轴承钢耐磨性的100倍;其次,wearever材料的内外圈能够承受高于传统轴承30%的滚动接触应力,从而保证了更长的运行寿命。同时,此种轴承拥有高于其它所有产品系列的材料刚性、陶瓷滚动体,再结合高速系列的特殊几何设计,使得这一类轴承能够达到高于传统产品40%的转速和传统轴承无法实现的加速度。

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