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、加載和潤滑等多個方面，合理的使用方式可以優(yōu)化主軸性能和提高軸承實際壽命。本文從實踐角度分析了如何在電主軸中科學地應(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)用主軸軸承對提高電主軸性能有著至關(guān)重要的影響。電主軸的特點是高速、高效，因而要求主軸軸承高速性好、承載能力強?；谶@種特點，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確定接觸角的大小。接觸角越大，軸承軸向承載能力越強，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)速是軸承的一個重要性能指標，也是選用軸承時必須考慮的一個因素。世界各大軸承公司對極限轉(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，應(yīng)分析該轉(zhuǎn)速所要求的預(yù)載荷狀況、潤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，因為極限轉(zhuǎn)速是在特定條件下的轉(zhuǎn)速性能指標，并非每套軸承都能以極限轉(zhuǎn)速安全地工作。軸承型號不同，極限轉(zhuǎn)速的區(qū)別非常大。在高速電主軸的設(shè)計中，常用dn值的大小來初步判定軸承的選用合理與否。仔細分析各軸承公司的樣本，對同一公司而言，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)可以修正實際軸系中軸承允許的極限dn值。另一個問題便是，在選擇用于高速主軸的精密主軸軸承時，不能以dn值的不同在各廠家間進行橫向比較，而應(yīng)該通過大量實驗或應(yīng)用實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)用不同型號軸承時進行最高dn值的縱向類比修正。　　以ZYSB70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)計參數(shù)（如功率、轉(zhuǎn)速等）經(jīng)過合理匹配，軸承的潤滑、冷卻條件相當，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)實踐證明，對主軸軸承的應(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轉(zhuǎn) 角接觸球軸承在電主軸中常以高速、超高速運轉(zhuǎn)，因而離心力對軸承的運轉(zhuǎn)狀態(tài)影響非常大。鋼球?qū)⒃跐L動的同時有一定程度的打滑，滑動產(chǎn)生的摩擦熱不但使軸承的溫升加劇，而且嚴重時導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)載荷運轉(zhuǎn)。恰當?shù)念A(yù)載荷能夠使內(nèi)外圈接觸角在運轉(zhuǎn)時保持一致，不僅能延長軸承壽命，而且能提高軸承及主軸的剛性?！　∪绻A(yù)載荷過大，軸承潤滑及散熱條件差，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)動力對其的影響，主軸在工作中將產(chǎn)生明顯振動，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，主軸軸承運轉(zhuǎn)過程中將由于“打滑”而急劇發(fā)熱，鋼球表面有明顯“貓眼”狀磨損痕跡。　　一般軸承樣本上都給有輕、中、重三種預(yù)載荷值。但在電主軸中應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)載荷狀況、潤滑油品和冷卻方式來綜合考慮。選擇原則是預(yù)載荷盡量接近實際應(yīng)用所需，并考慮外來載荷對預(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)（背對背、面對面）使用等方式。單套和串聯(lián)使用的軸承通過彈簧施加預(yù)載荷，并聯(lián)使用的軸承通過調(diào)整配對軸承凸出量，使兩軸承在壓緊狀態(tài)下以負游隙（帶載荷）運轉(zhuǎn)。　　電主軸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。對單套和串聯(lián)使用軸承組來說，彈簧組通過前推和后拉兩種方式施加預(yù)載荷。　　對并聯(lián)軸承，如果不是萬能配對（采用等高墊），則預(yù)載荷要通過內(nèi)外墊的高度差來調(diào)整?！　≡谶x用主軸支承時，串聯(lián)式（DT）用于單一方向軸向力較大的場合，DB并聯(lián)式由于可承受雙向載荷，用于軸向定位準確的場合，如磨削軸承套圈的溝道用主軸。DF并聯(lián)式可用于多點支承或軸承前后座孔同心不易保證的場合。

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較薄，所以與之配合的主軸或軸承座的形狀誤差會影響軸承的運轉(zhuǎn)效果，使主軸旋轉(zhuǎn)精度下降，軸承溫升和運轉(zhuǎn)噪聲加大。為控制這種影響，對配合面的主控指標有以下幾個方面：（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 角接觸球軸承的潤滑劑使用 由于電主軸的結(jié)構(gòu)緊湊，其軸承的潤滑方式主要有油脂潤滑、油霧潤滑和油氣潤滑。油浴潤滑和噴油潤滑一般不用于高速電主軸。油脂潤滑沒有冷卻作用，極限轉(zhuǎn)速低，更換潤滑劑較為復(fù)雜，但是外殼構(gòu)造和密封裝置設(shè)計簡單，沒有污染；油霧潤滑允許的極限轉(zhuǎn)速高，更換潤滑油簡單，潤滑的同時有一定的冷卻作用，可降低軸承的溫升，但其油路設(shè)計復(fù)雜，尾氣如不加以回收，對環(huán)境污染較為嚴重；與油霧潤滑相比，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)速同時要求，大刀具和高轉(zhuǎn)速同時要求，潤滑方式選擇不當?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。　?。?）供油過量問題：表現(xiàn)為軸承攪油阻力大，溫升高?！　。?）配合過緊或過松：表現(xiàn)為溫升高或振動大。

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