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浅谈机床设计中轴承的选用技巧
- 分类：行业应用
- 作者：
- 来源：
- 发布时间：2017-02-08
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【概要描述】轴承是机床中广泛使用的设备之一，轴承的性能及精度直接影响机床的使用质量，轴承的种类也是多种多样的，它的类型、结构、配置、精度、安装、调整、润滑和冷却都直接影响主轴组件的工作性能。要根据具体的使用选择适合的轴承才能起到最大的作用。因此，正确选用轴承是机床主轴组件配置的重要内容之一。
浅谈机床设计中轴承的选用技巧
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浅谈机床设计中轴承的选用技巧
【概要描述】轴承是机床中广泛使用的设备之一，轴承的性能及精度直接影响机床的使用质量，轴承的种类也是多种多样的，它的类型、结构、配置、精度、安装、调整、润滑和冷却都直接影响主轴组件的工作性能。要根据具体的使用选择适合的轴承才能起到最大的作用。因此，正确选用轴承是机床主轴组件配置的重要内容之一。
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浅谈机床设计中轴承的选用技巧
轴承是机床中广泛使用的设备之一，轴承的性能及精度直接影响机床的使用质量，轴承的种类也是多种多样的，它的类型、结构、配置、精度、安装、调整、润滑和冷却都直接影响主轴组件的工作性能。要根据具体的使用选择适合的轴承才能起到最大的作用。因此，正确选用轴承是机床主轴组件配置的重要内容之一。
合理的选用轴承，不仅能够延长机器的使用寿命，而且能够降低机器故障率，提高使用效率，减少维修费用，对于提高企业生产效率和生产力有着重要的推动作用。
1 主轴滚动轴承的合理配置
1.1 两支承主轴轴承的配置形式
主轴轴承的选择和配置形式主要根据主轴组件的工作任务及结构特性来决定，同时还必须兼顾制造厂家长期使用某种类型轴承所积累的经验及轴承的的供应条件灵活决定。机床主轴有前、后2个支承和前、中、后3个支承两种，以前者较为多见。两支承主轴轴承的配置形式，包括主轴轴承的选型，组合以及布置， 主要根据对所设计主轴组件在转速、承载能力、刚度以及精度等方面的要求。在确定两支承主轴轴承配置形式时应遵循以下一般原则：
（1）适应刚度和承载能力的要求：主轴轴承配置形式的选择首先应满足所要求的刚度和承载能力。支承中有多个轴承的比只有一个轴承的刚度高。由于提高前支承的刚度能有效提高主轴组件的刚度， 故提高刚度的轴承应配置在前支承。
（2）适应转速要求：不同型号、规格和精度等级的轴承所允许的最高转速是不同的。在相同条件下，点接触的比线接触的高；圆柱滚子比圆锥滚子高。因此，应综合考虑对主轴组件刚度和转速两方面的要求来选择轴承配置形式。
（3）适应精度的要求：主轴组件承受轴向力的推力轴承配置形式直接影响主轴的轴向位置精度。前端定位时，主轴受热变形向后延伸，不影响加工精度，但前支承结构复杂，调整轴承间隙不方便，前支承处发热量大。后端定位的特点与上述相反。两端定位时，主轴受热伸长时轴承轴向间隙的改变较大。
1.2 三支承主轴组件
某些机床由于结构设计上的原因，导致主轴箱长度较长，其主轴两个支承之间的支承跨距远大于最佳跨距，此时，应考虑增设中间支承来提高主轴组件的刚度和抗振性。由于制造工艺上的限制，要使箱体中三个主轴支承座孔中心完全同轴不可能。为了保证主轴组件的刚度和旋转精度，通常只有两个支承起主要作用，而另一个支承起辅助作用，辅助支承常采用刚度和承载能力较小的轴承，其外圈与支承座孔的配合比主要支承松1～2 级，保证有一定的间隙，以解决三孔不同轴的问题。
1.3 轴承间隙的调整和预紧
合理的轴承间隙或适当的预紧（负间隙）对主轴组件的工作性能和轴承的寿命有重要的影响。除了某些特制的轴承制造时已保证了要求的间隙量以外，一般主轴组件都应当在结构上保证能调整轴承的间隙。机床上调整轴承间隙常用拧紧螺母或修磨垫片的方法。通常滚柱轴承比球轴承允许的预加载荷要小一些。轴承精度越高，达到同样刚度所需的预加载荷越小。转速越高，轴承精度越低，正常工作所要求的间隙越大。
1.4 主轴轴承的润滑
润滑对主轴组件的工作性能与轴承的寿命有很大的影响。润滑不合理可能引起发热量增加，降低主轴工作精度，并加速轴承磨损。用于滚动轴承的润滑剂可分为两类，即油脂润滑剂和液体润滑剂。滚动轴承润滑方式的选择与轴承的转速、负荷、容许温度及轴承类型有关。由于轴承的温升通常与轴承的速度因素（dn 值或dmn）成正比，故常可按轴承的dn 值或dmn 选择润滑方式。
2 主轴滑动轴承
滑动轴承因具有良好的抗振性、旋转精度高、运动平稳等特点，应用于高速或低速的精密、高精度数控机床。主轴滑动轴承按产生油膜的方式，可以分为动压轴承和静压轴承两大类。按照流体介质不同可分为液体滑动轴承和气体滑动轴承。
2.1 液体动压轴承
动压轴承是靠主轴以一定转速旋转时带着润滑油从间隙大处向间隙小处流动，形成压力油膜而将主轴浮起，并支承载荷。轴承中只产生一个压力油膜的叫单油楔动压轴承。当载荷、转速等工作条件变化时，单油楔动压轴承的油膜厚度和位置也随着变化，使轴心线浮动而降低了旋转精度和运动平稳性。多油膜轴承因有几个独立油膜， 形成的油膜压力在几个方向支承轴颈，轴心位置稳定性好，抗振性和抗冲击性能好。
当主轴以一定的速度旋转时，在轴颈周围能形成几个压力油楔，把轴颈推向中央，因而主轴的向心性好。当主轴受到外载荷时，轴颈稍有偏心，承载的油隙间隙减小而压力升高，相对方向的油隙间隙增大而压力降低，形成了新的平衡。此时承载方向的油膜压力将比普通单油楔轴承的压力高，油膜压力愈高和油膜越薄，则其刚度越大。故多油楔轴承能满足主轴组件的要求。油膜的承载能力与工作状况有关，如速度、润滑油的黏度、油楔结构等。转速越高，间隙越小，油膜的承载能力越大。动压滑动轴承必须在一定的运转速度下才能产生压力油膜。因此，不适用于低速或转速范围变化较大而下限转速过低的主轴。因此，一般不宜在加工中心主轴组件中使用。
2.2 液体静压轴承
液体静压轴承由一套专用供油系统、节流器和轴承三部分组成。静压轴承由供油系统供给一定压力油，输进轴和轴承的间隙中，利用油的静压力支承载荷，轴颈始终浮在压力油中。所以，轴承油膜压强与主轴转速无关，承载能力不随转速而变化。静压轴承与动压轴承相比有如下优点：承载能力高、旋转精度高、油膜有均化误差的作用、可提高加工精度，抗振性好，运转平稳，既能在极低速下工作，也能在极高转速下工作，摩擦小，轴承寿命长。静压轴承主要的缺点是需要一套专用供油设备，轴承制造工艺复杂、成本高。
2.3 气体静压轴承
用空气作为介质的静压轴承称为气体静压轴承，也称为气浮轴承或空气轴承，其工作原理与液体静压轴承相同。由于空气的黏度比液体小得多，摩擦小，功率损耗小，能在极高转速或极低温度下工作，震动、噪声特别小，旋转精度高，寿命长，基本上不需要维护，用于高速、超高速、高精度数控机床主轴组件中。
2.4 磁力轴承
磁力轴承是一种新型的高性能轴承，具有各种传统轴承无法相比的特殊性能。磁力轴承不与轴颈表面接触， 不存在机械摩擦和磨损，不需要润滑和密封，温升低，热变形小，转速高，寿命长，能耗低；磁力轴承基本电磁力反馈控制系统保证主轴的旋转精度， 刚度和阻尼可调控， 可消除转子质量不平衡引起的振动，可实现高速回转下自平衡，回转特性可由传感器和控制系统获得， 便于状态监控和诊断。磁力轴承主要用在加工中心的主轴组件中。
3 结语
轴承的合理选用是与机器的使用寿命及使用效率息息相关的，机械的使用效率又与企业的生产效率和生产量想关联，在市场制经济体制下，一个企业要想生存以及发展，靠的就是生产力和生产效率。因此，轴承虽小，作用却大。每一个细小的机械零件，在一个企业的运作中都是不可忽视的。
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