机床用高速主轴轴承技术.doc

机床用高速主轴轴承技术 1 高速主轴轴承发展情况为了适应机床主轴的高速要求,一般多使用刚性和高速性能优良的角接触球轴承, 其次使用圆柱滚子轴承( 见表 1)。与此同时逐步开发出与之相适应的润滑系统。从表述主轴轴承高速性能的 dmN 值(dm 为轴承节圆直径 mm ,N 为转速 r/min) 来看, 脂润滑条件下 dm N值在 50 × 10 4以下。开发出油气润滑后, dmN 值已达到 100 × 10 4 以上。此后在轴承方面又开发出了滚动体为陶瓷的角接触球轴承, 实现了 dmN 值为 200 × 10 4。到 90 年代开发出喷射润滑后, dmN 值可达到 300 × 10 4。表1 主轴用滚动轴承特性比较- 圆锥滚子轴承单列圆柱滚子轴承双列圆柱滚子轴承角接触球轴承成对或成组安装角接触球轴承承载能力径向□□○△□轴向□←??△←△→联合○??□□高速性能▽□△○□高精度△□□○○低噪声低力矩▽□△○□刚性○□○△□备注 2 套对置使用 N(NN) 型和 NU(NNU) 型接触角为 C(15 ℃), AC(25 ℃), 60℃, 2 套或 2 套以上组合使用○□△▽?←?优?劣不可单向双向表2 陶瓷材料(Si 3N 4) 与轴承钢(Gcr15) 性能比较项目 GCr15 Si 3N 4比耐热性(℃) 180 800 密度(g/cm 3) 线膨胀系数(1/ ℃) × 10 -6 × 10 -6 弹性模量(MPa) × 10 4 × 10 4 维氏硬度(HV) 700 ~ 800 1300 ~ 1800 - 泊松比 热导率[W/(m · K)] ~ —耐蚀性不良良—磁性强磁非磁—导电性导电绝缘— 2 高速主轴轴承技术 1) 高速角接触球轴承从表 1 可以看出圆锥滚子轴承,单列、双列圆柱滚子轴承在高速性能方面均劣于角接触球轴承。角接触轴承是具有接触角的轴承,接触角越大轴向刚度越好,但因为球与滚道之间的陀螺滑动和自旋滑动也大, 因此发热也会增加。为了提高速度性能, 方法是减小球的大小( 或质量) ,改变沟道的曲率系数,以减小球的离心力,降低高速运转时产生的内部载荷,同时增加球的数量以提高刚性。 2) 陶瓷球角接触球轴承为了减少球质量以提高速度, 推出了仅滚动体系用氮化硅(Si3N4) 陶瓷的混合型陶瓷球轴承,其性能比较见表 2。作为高速主轴轴承材料,陶瓷(Si3N4) 有以下优点: · 重量轻。由于密度比轴承钢小, 高速旋转时滚动体产生的离心力小, 旋转力矩可以减小,因此可以降低温升,提高寿命。· 良好的导热性使陶瓷材料的滚动体在高速运转时不易与金属产生粘着。在润滑条件较好的情况下耐烧伤。· 热膨胀小。滚动体与内圈接触时不易发生预紧力增加而导致游隙减小,出现烧伤。· 由于硬度高、刚性好,轴承的变形小,主轴的刚性也得到提高。因此, 综上所述, 采用陶瓷材料(Si3N4) 作为滚动体, 与轴承钢滚动体相比速度可提高约 25% ~ 35% ,寿命可提高约 3 倍。 3) 新型混合角接触球轴承在高速旋转时,内圈由于离心力而产生膨胀,与滚动体接触应力变大,使内部预载荷增加、游隙变小、发热增加。针对此问题,最近开发出内圈