高速精密角接觸球軸承結(jié)構(gòu)及性能

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1、萬方數(shù)據(jù)《軸承)2000．No．3●產(chǎn)品設(shè)計與應(yīng)用◆高速精密角接觸球軸承結(jié)構(gòu)及性能浙江大學(xué)(浙江杭州310027)蔣興奇馬家駒【A田SIRACT】M{ll【iIlgthehighspeed鋤目llarcontactballbearingaSthebody，thebasicstructureandstructuralfmanmmtersareintroduced，theeffectionofthemonhiIghspeedperformanceandrigidtyofthebt啦areanalyzed，therulesofdeterminingstructu

2、reandstructurealparametersforbt蚵I唱inhighspeedandsuper-highspeedapplicationsare西Ven．Theseruleshavealso黜guideactionforotherhighspeedprecisionbt強rin鏟．高速精密角接觸球軸承是機床主軸單元中應(yīng)用最廣泛的一類滾動軸承。為了實現(xiàn)主軸單元的高速化及高剛性，以提高機床的加工精度和加工效率，國內(nèi)外各大軸承制造商都對此軸承進行了大量的分析研究。本文以高速精密角接觸球軸承為對象，分析其結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)參數(shù)對軸承高速性能和剛性性能的影響。l

3、軸承的高速性能及剛性性能角接觸球軸承主要用于高速精密支承，它的速度性能通常用其極限轉(zhuǎn)速或以Ⅳ值來評定。各軸承制造商對軸承極限轉(zhuǎn)速定義略有不同，SKF公司的定義為[1】：軸承的極限轉(zhuǎn)速是指對應(yīng)于15×lo'hL，。壽命的載荷作用下，由軸、軸承座及潤滑劑所散發(fā)的熱量與在一定環(huán)境溫差下軸承摩擦所產(chǎn)生的熱量相平衡時的轉(zhuǎn)速。不同尺寸軸承的極限轉(zhuǎn)速差別很大，將其極限轉(zhuǎn)速乘以中徑，即厶Ⅳ就基本不受軸承尺寸的影響。根據(jù)極限轉(zhuǎn)速的定義。高速精密角接觸球軸承的速度性能不僅取決于軸承設(shè)計與配置，而且取決于主軸單元所允許的溫升及所采用的冷卻方法。軸承運行于什么轉(zhuǎn)速下才能稱為高速軸

4、承?文獻[2’31把d。Ⅳ值超過0．6×106llⅡIl·r／min稱為高速；NSK把厶Ⅳ值超過0．8X106mln·drain稱為高速，文獻[4]把d。N值超過1．0×106nll'fl·dmin稱為高速。隨著軸承設(shè)計制造和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，更關(guān)注的是d∥值超過1．8×1驢mln·dnfm的超高速軸承(Extro—HighSpeed，或Ulatr—HilghSpeedHJ，HighestSpeedL61和HigherSpeed?)oGMN[引、SNFA[91和FAFNIR【l訓(xùn)盡管只使用高速(HighSpeed)這一概念，但通過樣本分析，外形尺寸和結(jié)構(gòu)形式

5、完全相同的精密角接觸球軸承，分別給出了不同的厶Ⅳ值。普通設(shè)計厶Ⅳ值一般小于1．5×lO'Ird,n·r／min，特殊設(shè)計d。Ⅳ值達2．5×106mrn·r／rain以上。因此，作者傾向于把厶Ⅳ值超過0．6×lo'inin·r／rain的轉(zhuǎn)速稱為高速，把厶Ⅳ值超過1．8X10'mm·r／min的轉(zhuǎn)速稱為超高速。高速精密角接觸球軸承剛度影響主軸單元的剛度，也影響著機床的加工精度。軸承抵抗外載荷作用下的變形能力稱為軸承剛性。軸承的剛度定義為某一狀態(tài)下所承受的載荷變化量與內(nèi)外圈之間相對位移變化量之比。軸承承受的載荷主要分為軸向載荷、徑向載荷和力矩載荷，相應(yīng)地，軸承

6、的剛度也可分為軸向剛度，徑向剛度及角剛度。軸向預(yù)緊的精密角接觸球軸承，靜止?fàn)顟B(tài)下，任意鋼球與內(nèi)外圈接觸形成的法向接觸剛度為K=CFom$eCm口(1)式中C——剛度系數(shù)，決定于鋼球與內(nèi)外圈溝道接觸點幾何參數(shù)及接觸物體材料性能凡——軸承軸向預(yù)緊力口——預(yù)緊狀態(tài)下的接觸角軸承徑向剛度墨，軸向剛度K和角剛度局分別為[123墨=魯疋cos2a●K=ZK．sin2a局=Z如冠Ks稈口式中z——滾動體數(shù)量d?！S承節(jié)圓(中心圓)直徑(2)(3)(4)萬方數(shù)據(jù)‘軸承)2㈣№3R．——軸承內(nèi)圈溝道中心半徑2軸承結(jié)構(gòu)對高速性和剛性的影響精密角接觸球軸承的結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖

7、1a是外圈單擋邊、內(nèi)圈雙擋邊結(jié)構(gòu)，保持架采用外圈單擋邊引導(dǎo)。單擋邊外圈有利于外圈溝道多余潤滑劑流出，不僅減小潤滑劑攪動摩擦，而且有利于降低接觸點的摩擦發(fā)熱，是高速精密角接觸球軸承最普遍采用的結(jié)構(gòu)形式之一。GMN公司為$6000系列，SNFA公司為sE—E系列，SKF公司為7000系列，F(xiàn)AFNIR公司為2M0000WI或2MM0000WI系列，F(xiàn)AG公司為B7000系列及NSK公司為7000系列。罔罔罔目1精密角接肚球軸承的結(jié)構(gòu)圖1b是外圄單擋邊、內(nèi)圈雙擋邊結(jié)構(gòu)，保持架采用內(nèi)圈雙擋邊引導(dǎo)。與圖la軸承結(jié)構(gòu)相比，由于采用內(nèi)圈雙擋邊引導(dǎo)保持架，運動平穩(wěn)。保持架

8、內(nèi)徑減小。相應(yīng)地鋼球數(shù)量減少，軸承剛度減小，同時潤滑劑不易進入內(nèi)圈