鄧軍　劉新峰　岳遠(yuǎn)望

摘要：綜述了角接觸球軸承在電主軸中的應(yīng)用現(xiàn)狀。分析了電主軸預(yù)緊力與電主軸精度，速度和壽命的關(guān)系。綜述了軸承定位預(yù)壓技術(shù)和恒壓預(yù)壓技術(shù)。原則和特點(diǎn)：分析和評論液壓裝置、形狀記憶合金彈簧、雙金屬墊片、壓電裝置、電磁裝置和離心裝置的壓力預(yù)壓技術(shù)和自動預(yù)壓技術(shù)的原理和效果。最后，預(yù)測了電主軸預(yù)緊技術(shù)的未來發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：主軸滾動軸;軸向預(yù)緊;預(yù)緊力

中圖分類號：TG659

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-6487（2019）03-0155-02

引言

電動主軸是通過將旋轉(zhuǎn)軸放置在電動機(jī)的轉(zhuǎn)子中而形成的完整的主軸單元。大多數(shù)電主軸旋轉(zhuǎn)10000到400000r/min，廣泛用于機(jī)械，汽車，航空航天，電子和其他領(lǐng)域。為滿足低速高扭矩切削和高速高精度切削的要求，提出了現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)。為了在低速下獲得足夠的剛度，必須對電主軸軸承施加大的預(yù)載荷。通過在高表面條件下施加小的預(yù)載力可以獲得高表面光潔度。

1主軸滾動軸軸向預(yù)緊技術(shù)現(xiàn)狀

由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝穩(wěn)定，電主軸維護(hù)方便，大多數(shù)高速加工中心的電主軸只能根據(jù)重載和介質(zhì)的綜合要求，對軸承施加適當(dāng)?shù)某跏碱A(yù)緊力和輕預(yù)載張力”。正確的預(yù)加載消除了軸承間隙，提高了軸的剛度和加工精度。然而，隨著電主軸溫度的升高，熱膨脹導(dǎo)致軸承的實(shí)際預(yù)載荷超過初始預(yù)載荷，導(dǎo)致軸承溫度升高。滾動軸承的精度壽命成為加工中心主軸精度壽命的瓶頸。軸承預(yù)壓技術(shù)是電主軸的關(guān)鍵技術(shù)之一。它與電主軸的精度，剛度和溫升有關(guān)。因此，有必要系統(tǒng)地開展國內(nèi)外主軸滾動軸承軸向預(yù)壓技術(shù)的研究成果?；仡櫡治隹偨Y(jié)，掌握電主軸軸承預(yù)緊技術(shù)的未來發(fā)展趨勢。

2軸承預(yù)緊力

滾動軸承電主軸通常包括主軸殼體，主軸（轉(zhuǎn)子），后端浮動軸承，工具接口，潤滑系統(tǒng)和定子冷卻水夾克。高速軸承加工技術(shù)是電主軸許多關(guān)鍵技術(shù)中的第一項(xiàng)。實(shí)現(xiàn)電主軸的高速，高精度是關(guān)鍵，也決定了電主軸的壽命和承載能力。電主軸軸承包括角接觸球軸承，圓錐滾子軸承，靜壓軸承和磁力軸承。磁懸浮軸承具有磨損低，能耗低，噪音低，壽命長，無潤滑等優(yōu)點(diǎn)，但價格昂貴，控制系統(tǒng)復(fù)雜，加熱問題不易解決[2]。不適合大規(guī)模推廣電主軸。靜壓軸承是一種多油楔形油膜軸承，結(jié)合了流體動力軸承和靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn)。解決了動壓軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)時發(fā)熱量大，供油系統(tǒng)復(fù)雜的問題，克服了動摩擦軸承啟停過程中干摩擦的缺點(diǎn)。它具有良好的高速性能和寬廣的速度范圍。適用于大功率粗加工和超高速精加工。但是，動態(tài)和靜態(tài)軸承必須單獨(dú)設(shè)計(jì)和制造。標(biāo)準(zhǔn)化程度低，維護(hù)困難。目前，它很少用于電主軸單元。角接觸球軸承通常具有15°，25°和40°的接觸角。接觸角越大，軸向承載能力越大，接觸角越小，這對于高速旋轉(zhuǎn)是有利的。SKF具有出色的速度性能，在超高速角接觸球軸承中具有12°接觸角。角接觸球軸承的“小球”結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高了速度和剛度。由于采用了Si3N4陶瓷球，使用Si3N4陶瓷球代替鋼球使角接觸球軸承的速度和使用壽命延長了一倍。其質(zhì)量僅為鋼球的1/3，其硬度是鋼球的兩倍，彈性模量是鋼球的1.5倍，其溫升比鋼球高35%～60%。鋼球。隨著陶瓷球制造技術(shù)和檢測技術(shù)的提高，角接觸球軸承的精密制造精度可達(dá)到P2或P4。因此，角接觸陶瓷球軸承是主軸支撐的主要形式。當(dāng)電主軸軸承高速旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生的熱量很大，這需要輔助油氣潤滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)繼續(xù)工作。為了在一個方向，上平衡單列角接觸球軸承的軸向載荷，必須成組使用角接觸球軸承。

在軸承安裝之前，采用與實(shí)際安裝相似的測試系統(tǒng)，對軸承進(jìn)行預(yù)安裝，將軸承安裝在機(jī)構(gòu)中，施加經(jīng)過換算所需要的軸向預(yù)緊力F，測量軸承實(shí)際距離的。測量數(shù)值即為軸承施加預(yù)緊力后，裝配中實(shí)際所需要的尺寸數(shù)值，這里面包含了軸承實(shí)際距離和軸承施加預(yù)緊力后的游隙調(diào)整尺寸，按照加工隔套長度。在實(shí)際安裝過程中，嚴(yán)格控制軸承內(nèi)孔與軸的配合，必須使軸承內(nèi)圈在軸頸處的配合即不松，又能靈活的沿軸向移動。要求內(nèi)外圈裝配時，在軸頸及軸承座孔處一般以雙手大拇指剛能推入配合最為適當(dāng)。然后通過調(diào)整套簡尺寸和外端軸承蓋尺寸，保證實(shí)際裝配尺寸，如果有需要，在尺寸調(diào)整過程中，可以加入固定尺寸的調(diào)整墊片，以保證軸承預(yù)緊力的數(shù)值與預(yù)測值相接近[8]。電主軸前軸承通常分為兩組或三組，配置為背對背配置，面配置，串聯(lián)配置和多組配置。電主軸的后軸承配有浮動支撐，以延長主軸端部的軸向長度。在切削負(fù)荷和預(yù)緊力的共同作用下，電主軸滾珠軸承在內(nèi)圈和外圈產(chǎn)生滾動摩擦，滑動摩擦和陀螺摩擦，產(chǎn)生大量的熱量。軸承的高速旋轉(zhuǎn)還會從油中產(chǎn)生熱量。軸承速度越高，預(yù)載荷和熱量越大。為了消除軸承內(nèi)外環(huán)間隙，依靠螺母進(jìn)行軸向固定的軸承，可以通過螺母扭轉(zhuǎn)軸向壓緊軸承內(nèi)環(huán)，到達(dá)軸承預(yù)緊的目標(biāo)。這種辦法是比較通用的辦法，其構(gòu)造簡單，適用性強(qiáng)，這樣預(yù)緊軸承的預(yù)緊力易于控制，缺陷是無定量數(shù)據(jù)。但是經(jīng)過測量最終的裝配軸向尺寸，加入適當(dāng)?shù)膲|片，就可調(diào)整預(yù)緊力的大小。為了提高生產(chǎn)效率和裝配精度，生產(chǎn)中通常借助定力矩扳手完成裝配。定力矩扳手最主要特征就是：可以設(shè)定扭矩，并且扭矩可調(diào)。定力矩扳手既可初緊又可終緊，它的使用是先調(diào)節(jié)扭矩，再緊固螺栓。在軸承的裝配過程中，可進(jìn)行預(yù)裝配，獲得預(yù)緊力所需要的擰緊力矩，然后進(jìn)行裝配。

3軸承設(shè)計(jì)改造

在高速軸承的設(shè)計(jì)和制造中，確定了高速軸承的結(jié)構(gòu)尺寸和自組織材料。由于高速高溫以及潤滑不良，切削力大等復(fù)雜條件，軸承內(nèi)部摩擦，熱應(yīng)力集中。它逐漸顯示出外部特性，如磨損，破損，粘附，增加工作噪音，增加振動和縮短精度壽命。除了軸承的自加熱之外，電動機(jī)的熱量也部分地傳遞給軸承。帶走的熱量主要由冷卻和潤滑系統(tǒng)組成，少量的熱量通過加熱傳遞到空氣中，因此它在50到70°C的范圍內(nèi)。實(shí)現(xiàn)電主軸的熱平衡。軸承預(yù)緊后，滾動體與內(nèi)圈和外圈之間的接觸是彈性變形，接觸面積增大，滾動體的參與力增加，從而提高了軸承剛度和旋轉(zhuǎn)精度，從而提高軸系的臨界性。速度。在計(jì)算軸承的軸向位移和軸向載荷的位移Fa載荷曲線時，軸承不會伸展5。當(dāng)應(yīng)用于軸承預(yù)載荷時，由軸向載荷引起的軸向位移是基于此，表明可以改善預(yù)載荷軸承剛度。對角接觸軸承施加預(yù)壓力，使軸承在負(fù)間隙內(nèi)工作，有效提高角接觸球軸承的剛性，減小其振動。預(yù)緊力與軸承的組合剛度之間存在非線性關(guān)系。軸承的軸向剛度小于單個軸承的軸向剛度，其徑向剛度大于單個軸承的徑向剛度。通過實(shí)驗(yàn)研究了主軸剛度與系統(tǒng)動態(tài)特性之間的關(guān)系。通過適當(dāng)增加徑向預(yù)載荷可以減小主軸的振幅。研磨5種金屬材料，增加軸承的初始預(yù)緊力，可以顯著減小磨削范圍，提高磨削表面質(zhì)量。然而，當(dāng)預(yù)載荷超過某個值時，預(yù)載荷的效果不會顯著增加?？梢钥闯?，適當(dāng)?shù)妮S向預(yù)載可以提高主軸的固有頻率和加工精度。預(yù)加載也會對電主軸產(chǎn)生負(fù)面影響，如摩擦和熱量。隨著軸向預(yù)載力增加，軸承滾子的內(nèi)圈和外圈滾道上的載荷也增加，并且油膜中的壓縮應(yīng)力和剪切應(yīng)力增加，導(dǎo)致摩擦轉(zhuǎn)矩增加。軸承。這可能導(dǎo)致軸承過熱。根據(jù)工況，合理控制軸承預(yù)緊力可以減少發(fā)熱量，延長軸承的使用壽命，提高電主軸的可靠性。定壓預(yù)緊利用螺旋彈簧裝置或碟形彈簧裝置使軸承得到合適的預(yù)緊。電主軸軸承的內(nèi)圈和外圈分別有一個與主軸和軸承發(fā)生干涉的座，預(yù)緊模式的內(nèi)圈保持套定位使軸承墊圈不能軸向移動，所以內(nèi)圈軸承的軸承擴(kuò)大主軸和軸承的外部圓圈是一個擠壓的座椅。輕輕按下并收縮。當(dāng)軸承內(nèi)圈和軸高速旋轉(zhuǎn)時，內(nèi)圈在離心力的作用下徑向膨脹，內(nèi)圈與軸之間的干涉發(fā)生變化。上述溫度和速度因素影響軸承的實(shí)際預(yù)載荷，這與工廠裝配的初始預(yù)載荷完全不同。雖然定位預(yù)緊方法的內(nèi)墊圈具有簡單的結(jié)構(gòu)和軸系統(tǒng)的強(qiáng)剛性，但是工作溫度的增加導(dǎo)致軸和軸承座的尺寸增大，從而增加了預(yù)緊力。緊固力，進(jìn)一步提高溫度和預(yù)緊力。該部件縮短了軸承的精度壽命，通常用于低速重切削條件。兩個軸承的外圈之間的彈簧提供恒定的壓力預(yù)載荷6]。由于彈簀剛度遠(yuǎn)小于軸承剛度，因此軸承外圈的相對位置隨速度和外部載荷而變化，但內(nèi)圈的位置不能改變。

4結(jié)束語

外圈的接觸載荷隨著載荷的增加而增加，而內(nèi)圈的接觸載荷和工作溫度基本保持不變。預(yù)壓法的軸向剛度和徑向剛度均大于恒壓預(yù)壓法。軸向剛度和徑向剛度隨著速度的增加而增加。隨著加載速度的增加，恒壓預(yù)載的軸向剛度增加。隨著旋轉(zhuǎn)速度減小，徑向剛度隨著旋轉(zhuǎn)速度增加而增加。

參考文獻(xiàn)

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