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数控车床主轴设计

日期:2020-11-10 06:31 作者:皇冠app

  数控车床主轴设计_机械/仪表_工程科技_专业资料。数控车床主轴设计及说明

  数控车床主轴系统分 析报告 学院:机械工程学院 班级:09 创新 一 班 姓名: 学号:0910100xxx MJ-50 数控车床主轴结构 下图为 MJ-50 数控车床主轴结构。交流主轴电动机通过带轮 15 把运动传给主轴 7 。主 轴前支承由一个双列圆柱滚子轴承 1 1 和一对角接触球轴承 1 0 组成, 轴承 11 用来承受径向 载荷,两个角接触球轴承分别承受两个方向的轴向载荷,另外还承受径向载荷。松开螺母 8 的锁紧螺钉, 就可用螺母来调整前支承轴承的间隙。 主轴的后支承为双列圆柱滚子轴承 14, 轴承间隙由螺母 1 和螺母 6 来调整。主轴的支承形式为前端定位,主轴受热膨胀向后伸长, 前后支承所用双列圆柱滚子轴承的支承刚性好, 允许的极限转速高。 前支承中的角接触轴承 能承受较大的轴向载荷, 且允许的极限转速高。 主轴所采用的支承结构适宜高速大载荷的需 要。主轴的运动经过同步带轮 16、同步带轮 3 以及同步带 2 带动脉冲编码器 4,使其与主轴 同速运转。脉冲编码器用螺钉 5 固定在主轴箱体 9 上。 1、主传动系统的传动方式: 机床主传动系统可分为无极变速传动和有级变速变速传动。 与普通机床相比, 数控车床 的主传动采用交、直流主轴调速电动机,电动机调速范围大,并可无级调速,使主轴箱结构 大为简化。为了适应不同的加工需要,数控车床的主传动系统有一下三种传动方式: 1.1 由电机直接驱动:主轴电机与主轴通过联轴器直接连接,或采用内装式主轴电动机 直接驱动,如下图 a 所示。采用直接驱动大大简化了主轴箱结构,能有效提高主轴刚度。这 种传动的特点是主轴转速的变化、 出去转矩与电机的特性完全一致。 但由于主轴的输出功率 和转矩特性直接决定于主轴电动机的性能,因而使这种变速传动的应用受到了一定的限制。 1.2 采用定比传动:主轴电动机经定比传动传递给主轴,如下图 b 所示。定比传动可采 用带传动或齿轮传动,带传动具有传动噪声小、振动小的有点,一般应用在中小型数控车床 上。 采用定比传动扩大了直接驱动的应用范围, 即在一定程度上能满足主轴功率与转矩的要 求,但其变速范围仍与电动机的调速范围相同。 1.3 采用分档变速传动:采用分档变速传动主要是为了解决主轴电动机的功率特性与机 床主轴功率特性的匹配,如下图 c 所示。变速机构仍然采用齿轮副来实现。目前,电动机本 身的调速范围已达 1:100~1:1000,所以多数机床的变速传动机构不超过 2 级。采用分档变速 传动可适应更多的刀具材料和更广泛的工艺要求, 并满足各种切削运动的转矩输出, 特别是 保证低速时的转矩和扩大恒功率的调速范围。 2、主轴组件设计 2.1 主轴组件的性能要求 主轴组件是机床主要的部件之一。由于主轴组件直接承受切削力,转速范围又很大,因 而数控机床的加工质量很大程度上要靠它保证。据统计,相对于机床的其他部件,主轴组件 对加工综合误差的影响在通常情况下要占 30%到 40%,严重时可达 60%到 80%。因此数控机 床设计对主轴组件提出了很高的要求。主轴组件的性能主要包括以下几方面。 (1)精度 主轴组件的精度包括旋转精度和运动精度。旋转精度是指装配后的部件在无 一载或低速转动条件下,主轴前端工作部位的径向跳动、端面跳动和轴向窜动的大小。主轴 组件的旋转精度直接影响机床的加工精度。 如车床前端定位锥孔与卡盘定心轴颈的径向跳动, 会影响加工工件的圆度,而轴向窜动则会影响加工螺纹的螺距精度。因此,主轴组件的旋转 精度是机床的一项重要的精度指标。对于通 用机床主轴组件的旋转精度,国家标准已有 规定。 (2)静态刚度 主轴组件的静态刚度是指 受外力作用时,主轴组件抵抗变形的能力, 又分为抗弯和扭转两种刚度。数控机床多采 用抗弯刚度作为衡量主轴组件刚度的指标。 通常以主轴前端产生单位位移时,在位移方 向上所施加的作用力大小来表示。如图 2-17 所示。如果主轴组件刚度不足,在切削力及其 他力的作用下,主轴将产生较大的弹性变形,不仅影响工件的加工质量,还会破坏齿轮、轴 承的正常工作条件,使磨损加快,精度降低。 影响主轴组件刚度的因素很多,如主轴的尺寸、形状,主轴轴承的类型、数量、配置形 预紧情况,前后轴承跨距、主轴前端的悬伸量等。 (3)抗振性 抗振性包括抵抗受迫振动的能力和抵抗自激振动的能力,有时也把抵抗受 迫振动的能力成为动刚度,此时,抗振性仅指抵抗自激振动的能力。若主轴组件抗振性差, 工作时容易产生振动,不仅降低了加工质量,而且限制了机床生产率的提高,使刀具耐用度 下降。 影响主轴组件抗振性的主要因素有部件的静刚度、 质量分布和阻尼, 特别是主轴前轴承 的阻尼。设计时,要使主轴的固有频率远大于工作时的激振频率,使之不易产生共振。 (4)热稳定性 主轴组件在运转中,温升过高会引起两方面的不良后果:一是主轴组件 和箱体因热膨胀而变形, 主轴的回转中心线和机床其他件的相对位置会发生变化, 直接影响 加工精度; 其次是轴承等元件会因温度过高而改变已调好的间隙和破坏正常润滑条件, 影响 轴承的正常工作。严重时甚至会发生“抱轴” 。 由于受热膨胀是材料的固有特性,因此提高主轴组件热稳定性的主要措施是减少发热、 加快散热、 隔离热源以及采用尽可能合理的结构设计, 以使热变形能得到补偿和对加工的影 响最小。 (5)耐磨性 主轴组件必须有足够的耐磨性,以便能长期保持精度。主轴上易磨损的地 方是刀具或工件的安装部位以及移动式主轴的工作部位。 为了提高耐磨性, 主轴的上述部位 应该淬硬,或者经过氮化处理,以提高其硬度增加耐磨性。主轴轴承也需有良好的润滑,提 高其耐磨性。 以上这些要求, 有的还是矛盾的。 例如高刚度与高速, 高速与低温升, 高速与高精度等。 这就要具体问题具体分析。 例如设计高效数控机床的主轴组件时, 主轴应满高速和高刚度的 要求:设计高精度数控机床时,主轴应满足高刚度、低温升的要求。 2.2 主轴 主轴是主轴组件的重要组成部分。它的结构形状和 尺寸、制造精度、材料及其热处理,对主轴组件的工作 性能都有很大影响。 (1)主轴的结构形状 主轴的结构形状主要取决于轴 上所安装的零件、 轴承、 传动件及夹具等的类型、 数目、 位置、安装定位方式等,也考虑其工艺性要求。主轴通 常是一个前粗后细的阶梯轴,即轴径尺寸从前轴颈起, 向后逐渐缩小。这样的结构,是为了适应主轴各段承受 的不同载荷,以满足刚度要求,同时也为其上的多个零 件提供足够的安装、定位及止推面,同时也有利于加工 和装配。 数控车床主轴的轴端通常用于安装夹具,要求夹具 在轴端定位精度高、定位刚度好、装卸方便,同时使主 轴的悬伸长度短。主轴端部结构,一般采用短圆锥法兰 盘式, 如图 2-18 所示。 短圆法兰结构有很高的定心精度, 主轴的悬伸长度短,大大提高了主轴的刚度。 (2)主轴的材料和热处理 选择主轴材料与热处理方法,主要依据主轴部件的工作条件 及结构特点,即应满足主轴对刚度、强度、耐磨性、精度等方面的具体要求。一般机床主轴 常用 4 5 钢,调质到 200~250HB 左右,主轴端部锥孔、定心轴颈或定心圆锥面等部位局部 淬硬到 50~55 HRCo 若支承采用滚动轴承, 则轴颈可不淬硬, 但是为了防止敲碰损伤轴颈的 配合表面,常对主轴轴颈处进行淬硬。如果机床主轴有更高要求时,宜选用合金钢,如对耐 磨性要求很高的主轴,常选用 38CrMoAIA,并经氮化处理。 (3)主轴主要精度指标 主轴的精度直接影响到主轴部件的旋转精度。主轴的轴承、齿 轮等零件相连接处的表面几何形状误差和表面粗糙度, 关系到接触刚度。 因此, 设计主轴时, 必须根据机床精度标准有关的项目制定合理的技术要求。 主轴的精度指标有:前支撑轴颈的同轴度约 5μ m 左右;轴承轴颈需按轴承内孔“实际 尺寸”磨配,且须保证配合过盈 1~5μ m;锥孔与轴承轴颈的同轴度为 3~5μ m,与锥面的 接触面积不小于 80%,且大端接触较好;装 NN3000K 型调心圆柱滚子轴承的 1:12 的锥面, 与轴承内圈接触面积不小于 85%。 2.3 主轴的技术条件 ( 1) Φ 156h6 外圆对 A 与 B 的公共轴线 的端面对 A 与 B 公共轴线、 锥面 B 对 A 与 B 的公共轴线、 对 A 与 B 公共轴线)C 面对 A 与 B 公共轴线 的端面对 A 与 B 公 共轴线″锥面对 A 与 B 公 共轴线)左端面对 A 与 B 公共轴线 键槽两侧面对基 准 C 轴线:12 锥面作涂色法检验,接触 均匀,接触靠大端,接触率不得小 于 75%; (10)公制 120 锥孔在轴端处对 A 与 B 公共轴线 处对 A 与 B 公共轴线 处,M170×3-6h 在Φ 188 处对 A-B 基准的端面跳动 0.02; 2.4 主轴加工工艺过程的制定和分析 主轴加工工艺过程制订的依据是主轴的结构, 技术要求, 生产批量和工厂现有的技术工 人,技术人员水平与设备条件等。主轴的加工工艺工程一-般可概括为下列三个阶段。 粗加工阶段 (1)毛坯处理:毛坯备料,锻造和正火(工序 1) (2)粗加工:钻顶尖孔、粗车外网、钻大通孔(工艺 2-5),这个阶段主要是采用大的切削 用量切除大部分余量。通过这个阶段还可及时发现锻造裂纹等缺陷。 半精加工阶段 (1)半精加工前的热处理:对于 45 号钢一般采用调质处理并达到 HB235(工序 6) ; (2)半精加工:半精车各外圆,钻锪铰各孔(工序 7-9) ,这个阶段主要是为精加工做好 准备,尤其是为精加工做好基准面准备。 精加工阶段 (1)精加工前的热处理:局 部淬火(工序 10), 热时效(工序 17); (2)精加工前的各种加工: 车螺纹,粗磨各外圆、端面、 锥面、锥孔、铣键槽(工序 11 -16) ; (3)精加工:精磨外圆和内 外锥面,保证主轴最重要表面 精度(工序 18),这个阶段主要 是把各表面都加工到图纸规 定的要求。 2.5 主轴轴承 主轴轴承是主轴组件的。 重要组成部分,它的类型、结构、配置、精度、安装、调整和润滑都直接影响了主轴组件的 工作性能。 主轴轴承的选用,主要是依据主轴部件的工作要求,如传递功率的大小、速度范围、工 作精度, 并考虑制造条件及其他经济技术综合指标。 数控车床的主轴轴承可采用滚动轴承和 滑动轴承。 滚动轴承摩擦阻力小, 可以预紧, 润滑维护简单,能在一定的转速范围和载荷 变动范围内稳定地工作。此外,滚动轴承由 专业化工厂生产,选购维修方便。由于滚动 轴承有许多优点,加之制造精度的提高,所 以在数控车床上得到广泛的应用。 主轴轴承多采用圆柱滚子轴承、圆锥滚 子轴承以及角接触球轴承。下面简述常用滚 动轴承的结构特点及适用范围。 (l)双列向心短圆柱滚子轴承 图 2-19 所 示 为 NN3000K 型 轴 承 和 NNU4900K 型轴承,内圈有锥度为 1:12 的锥 孔与主轴的锥形轴颈相配。通过轴向移动内 圈, 改变其在主轴上的位置来调整轴承轴向间隙。 两排直径和长度相等的短圆柱滚子交错排 列,滚子数量为 50 到 60 个,载荷均布。保持架一般用铜或塑料制成,以适应滚子在高速下 运转。 两个型号轴承区别是滚道环槽开的位置不同,滚道环槽开在内圈上,工艺性好,但调整 间隙时易使内圈滚道畸变。 滚道环槽开在外圈上, 调整间隙时内圈滚道不会发生畸变但工艺 性复杂,不适于小规格的轴承。因此,NNU4900K 只有大型,最小内径为 lOOmm。 这种轴承的特点是径向刚度和承载能力较大,旋转精度高,径向结构紧凑,寿命长,在 主轴组件中应用广泛。但是它不能承受轴向载荷,而需配用推力轴承。 (2)双向推力向心球轴承 图 2-20 所示为 23440(旧标准 2268100)系列 60°角接触双 向推力向心球轴承,它与 NN3000K 系列轴承配套使用,以承受双向轴向载荷。该轴承由外 圈 2、内圈 1、内圈 4 以及隔套 3 组成。修磨隔套 3 的厚度,便可消除间隙和预紧。外圈 2 的外圆基本尺寸与同孔径的 NN3000K 型轴承相同, 但外径为负公差, 与箱体孔之间有间隙, 所以不承受径向载荷,作为推力轴承使用。外圈 2 开有槽和油孔,润滑油由此进入轴承。 这种轴承特点是接触角大,钢球直径较小而数量较多,轴承承载能力和精度较高。极限 转速比一般推力球轴承高出 1.5 倍,与同孔径的 NN3000K 型轴承相同。适用于高转速、较 大轴向力、中等以上载荷的主轴前支承处。 (3)双列圆锥滚子轴承 这种轴承由外圈 2、内圈 1、 内圈 4 以及隔套 3 组成,如图 2-21 所示。修磨隔套 3 的 厚度来调整间隙或预紧。外圈有轴肩,一端抵住箱体或 主轴套筒的端面, 另一端用法兰压紧, 以实现轴向定位。 因此,箱体孔可做成通孔,便于力加工。 这种轴承既可以承受径向载荷,又可以承受双向轴 向载荷。由于滚子数量多,承载能力和刚度都高,轴承 制造精度较高,适用于中低速、中等以上载荷的机床主 轴的前支承。但设计选用时,应考虑给予充分的润滑和 冷却条件。 (4)角接触球轴承 这种轴承既可以承受径向载荷, 又可承受轴向载荷。 常用的接触角有两种:α =25°和α =15°其中, =25°的代号为 7000AC 旧标准为 46100) α ( , 属于特轻型;或代号为 7190AC旧标准为 46900) ,属超 轻型。α =15°的代号为 7000C(旧代号为 36100) ,属特轻型;或代号为 719()C 则(旧代号 为 1036900),属超轻型。如 图 2-22 所示。 角 接 触 球轴 承 多用 于 高速主轴。 随接触角的不同 有所区别,α =25°的轴向 刚度较高, 但径向刚度和允 许的转速略低, 在数控车床 主轴上应用较多;α =15° 的转速可更高些, 但轴向刚 度较低, 在数控车床上常用 于不承受轴向载荷的主轴 的后轴承。 由 于 角 接触 球 轴承 为 点接触, 刚度较低, 为了提高刚度和承载能力, 一般采用多联组配的方式。 如图 2-23(a)、 (b)、 (c)所示为三种基本组配方式,分别为背靠背、面对面和同向组配,代号分别为 DB、DF 和 DT。这三种组配方式两个轴承都能共同承受径向载荷。背靠背和面对面组配都能承受双向 轴 向载荷;同向组配则只能承受单向轴向载荷。背靠背与面对面组配相比,支承点(接触线与 轴线的交点)间的距离 AB,前者比后者大,因而能产生一个较大的抗弯力矩,即支承刚度 较大。运转时,轴承外圈的散热条件比内圈好,因此,内圈的温度将高于外圈,径向膨胀的 结果将使轴承的过盈加大。 轴向膨胀对背靠背组配将使过盈减小, 可以补偿一部分径向膨胀; 而对于面对面组配,将使过盈进一步增加。基于以上分析,主轴受有弯矩,又属高速运转, 则主轴轴承必须采用背靠背组配。 在上述三类组配的基础上,还可派生出各种三联、四联甚至五联组配。例如,图 2-23 (d)是三联组配,相当于一对同向与第三个背靠背组配,代号为 TBT。 (5)轴承的精度等级 滚动轴承的精度分为 P2、P4、P5、P6 和 P0 级(旧标准为 B、C、 D.E,G 级) 。其中 P2 级最高,P0 级为普通精度级。主轴轴承以 P4 级为主。高精度主轴可用 P2 级。要求较低的主轴或三支承主轴的辅助轴承可用 P5 级。 P6 和 PO 一般不用。 主轴颈通常是与轴承配磨的。 因此, 规定了两种辅助精度级 SP 和 UP。 它们的跳动公差, 分别与 P4 和 P2 级相同, 但尺寸公差略宽。 这样做, 可以在满足使用要求的前提下降低成本。 虽然轴承精度包括的项目甚多,但决定性的只有一二项。轴承的工作精度主要决定于旋 转精度。对向心轴承主要是“成套轴承内圈的径向跳动 Kia’ ’或“成套轴承外圈的径向跳动 Kea。对推力轴承主要是“成套轴承内圈端面对滚道的跳动 Sia’,而对角接触球轴承则应 ’ 兼顾 Kia(或 Kea)和 Sia。主轴滚动轴承内、外圈的旋转精度可查相关手册。 如果切削力方向固定,不随主轴旋转而旋转(如车床的主轴,则应根据 Kia 选择。如 果切削力方向随主轴旋转而旋转(如加工中心的主轴) ,则应根据 Kea 选择。 , 前后轴承之间,前轴承对主轴组件精度的影响比后轴承的大。因此,后轴承的精度可比 前轴承的精度低一级。 2.6 支撑类型的选择 机床主轴有前、后两个支撑和前、中、后三个支撑两种配置形式。数控车床的主轴采用 用两支承形式。两支承主轴的配置形式包括主轴轴承的类型、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来选择。 从径向承载和刚度方面来看, 线接触的圆柱或圆锥滚子轴承要比点接触的球轴承承载力 强、刚度高。双排滚道的轴承的滚动体数目多于单排滚道的轴承,承载力比后者强。因此, 径向载荷大时, 一般多选用双列短圆柱滚子轴承或圆锥滚子轴承, 较小时可选用向心推力球 轴承。通常,前支承所受载荷大于后支承,而且前支承变形对主轴轴端位移影响较大,故一 般要求前支承的承载能力和刚度应比后支承大。 点接触的球轴承比线接触的圆柱和圆锥滚子 轴承的极限转速高。 但推力球轴承在转速过高时钢球受离心力作用会甩出去, 允许的极限转 速较低, 圆锥滚子轴承的滚子大端端面与轴承内圈挡边的摩擦为滑动摩擦, 允许的极限转速 低于同尺寸的圆柱滚子轴承。 数控车床常见的有以下几种典型的配置形式:速度型、高刚度型和刚度速度型。 (1)速度型 如图 2-24(a)所示,前、后支承均采用双联角接触球轴承,该配置适用予高 速、高精度、中等负载的数控车床。图 2-24(b)所示的配置,前支承采用三联或四联角接触 球轴承,后支承用双联角接触球轴承,此类釉承配置方式适用于高速、高精度和较高负 载要求的数控车床。 (2)高刚度型 如图 2-25(a)所示,前支承是双列圆柱滚子轴承加双向角接触球轴承,使 之能承受较 大的径向和 轴向负载,后 支承也采用 了双列圆柱 滚子轴承。此 类主轴轴承 配置使整个主轴组件具有很高的刚性,且温升对刚度、精度和寿命的影响较小,适用于要求 中速偏高及有强力切削要求的高刚度、较高精度的数控车床。如图 2—25(b)所示,前支承采 用双列圆锥滚子轴承,可承受高的轴向和径向载荷,后支承采用单列圆锥滚子轴承,但主轴 转速和精度的提高受到限制。这种配置适用于中、低速要求和中等精度、重载要求的数控车 床。 (3)速度刚度型 图 2-26 所示的配置,前支承 采用三联角接触球轴承,承受径向和轴向载荷,后 支承采用双列短圆柱滚子轴承。较之图 2-24(b)的 配置,该配置具有较高的刚度,适用于要求高速、 高精度和较大负载的数控车床。 2.7 预紧 预紧是指使轴承滚道与滚动体之间有一定的 过盈量。当滚动轴承在有间隙的条件下工作,会造 成载荷集中作用在处于受力方向的少数几个滚动体上, 使这几个滚动体与滚道之间产生很大 的接触应力和接触变形。如略有过盈时,可使承载的滚动体增多,滚动体受力均匀,还可均 化误差。所以,适当预紧可提高轴承的刚度和寿命。但是,过度预紧会使滚动体和滚道的变 形太大,将导致轴承温升的提高,并降低轴承寿命。 (1)角接触球轴承的预紧 角接触球轴承一般必须在轴向有预加载荷条件下才能正常 工作。轴承厂规定的预载荷分为轻、中、重三种。车床主轴的角接触球轴承常采用中预加载 荷。若用户有特殊要求,可与轴承制 造厂协商,专门定故。 角接触球轴承的预紧方式主要 有两种:恒位置预紧和恒力预紧。 恒位置预紧是将轴承内外圈在 轴向固定,以初始预紧量确定其相对 位置,运转过程中预紧量不能自动调 节。 2-27(a)为角接触球轴承外圈宽 图 边相对(背对背)安装,这时修磨轴 承内圈的内侧;图 2-2 7(b)为外圈窄 边相对(面对面)安装,这时修磨轴 承外圈的窄边。在安装时按图示的相 对关系装配,并用螺母或法兰盖将两个轴承轴向压拢,使两个修磨过的端面贴紧,使两个轴 承的滚道之间产生预紧。另一种方法是将两个厚度不同的隔套放在两轴承内、外圈之间,同 样将两个轴承轴向相对压紧, 使滚道之间产生预紧, 如图 2--28 所示。两种方法都是使轴承的内、外圈轴 间错位实现预紧的,故又称为轴向预紧。恒位置预 紧具有较高的刚性,但随着转速的提高、轴承滚子 发热膨胀、内外圈温差增大、滚子受离心力、轴承 座的变形等因素影响,使轴承预紧力急剧增加。 恒力预紧是一种利用弹簧或者液堰系统对轴承 实现预紧的方式。如图 2-29 所示,在高速运转中, 弹簧能吸收引起轴承预紧力增加的过盈量,以保持 轴承预紧力不变,这对超高速主轴特别有利,但在 低速重切削 条件下, 预紧 结构的变形 会影响主轴 的刚性。 图 2—2 9 恒力预紧 图 2—3 0 可调整预加载荷的装置 为了克服上述两种预紧方式的缺点,使主轴组件 既能适应低速重载加工,又能适应高速运转,出现了 可调整预加载荷的装置,如图 2-30 所示。在最高转速 时,其预加载荷值由弹簧力确定,当转速较低时,按 不同的转速,通以不同压力值的油压或气压作用于活 塞上而加大预加载荷,以便达到与转速相适应的最佳 预载荷值。 (2)双列短圆柱滚子轴承的预紧 这类轴承的预紧是通过轴承内孔锥面与相应主轴部分 产生过盈配合,使滚动体产生弹性变形,从而达到提高轴承刚性的目的。图 2-31(a)结构简 单,但预紧量不易控制,常用于轻载机床主轴部件。图 2-31(b)用右端螺母限制内圈的轴向 位移量, 易于控制预紧量。 2-31 (c)在主轴凸缘上均布数个螺钉以调整内圈的轴向位移量, 图 调整方便,但是用几个螺钉调整,易使垫圈歪斜。图 2-31 (d)将紧靠轴承右端的垫圈做成两 个半环,可以径向取出,修磨其厚度可控制预紧量的大小,调整精度较高。调整螺母一般采 用细牙 螺纹, 便于微 量调整, 而且在 调好后 要能锁 紧防松。 2.8 主轴组件润滑与密封 2.8.1 滚动轴承的润滑 对滚动轴承进行良好润滑,可以减小轴承内部摩擦与磨损,防止烧粘,延长疲劳寿命, 排出摩擦热并冷却。滚动轴承的润滑有油脂、油雾、油一气、喷射等润滑方式。脂润滑一般 用在 dmn(dm 是轴承内外径的平均值,单位 mm,n 是转速,单位 r/min)小于 1×106 的低 速主轴,在使用陶瓷轴承的条件下,可使其 dm n 值提高 25%~35%。dm n 值在 1×106 以上 的主轴,多采用油雾、油一气和喷射润滑方式。 (1)油脂润滑 滚动轴承可用脂润滑,是它的突出优点之一。当滚动轴承的 dmn 较低时 可用脂润滑。脂润滑不需要供油管路和系统,没有漏油问题。如果脂的选择合适,洁净、密 封良好,则脂的使用寿命会很长,一次充脂可以使用到大修,不需中途补充。因此,结构上 不必设计加脂孔。 (2)油雾润滑 如果滚动轴承的 dmn 值较高时,则轴承不仅需要润滑还需冷却,此时可 采用油雾润滑。油雾润滑以压缩空气为动力,通过油雾器,使油液雾化并混入空气流中,然 后输送到需要润滑的地方。 油雾润滑能获得良好而均匀的润滑效果, 压缩空气不仅输送油雾, 还能带走摩擦产生的热量, 大大降低摩擦副的工作温度, 又因油雾润滑大幅度降低润滑油的 消耗量,从而减少了因搅拌而引起的发热;此外,油雾润滑具有一定的压力,因此可以起到 良好的密封作用。 (3)油一气润滑 油一气润滑是最近发展起来的一种所需油量最少的新技术,润滑剂消 耗量是油雾润滑量的 1/10, 能确保润滑的高效性及降低磨损, 是一种比较理想的润滑方式, 尤其适用于高速旋转的滚动轴承。 油一气润滑是将具有一定压力的压缩空气和润滑油混合后, 形成条纹状油液微滴, 进入 轴承内部摩擦区域进行润滑。 要求所形成的润滑油膜不能太厚, 最好选择比样本提供的参考 黏度值大 5~10 倍的润滑油, 以确保有良好的黏度和润滑性能。 在重载条件下还可选用耐高 压含有添加剂的油。压缩空气必须干燥,且过滤精度不大于 3μ m,空气压力必须与流量、 管路长度、管路内径、轴承的内压力损失相匹配。轴承的供油方式取决于轴承类型和配置方 式。对单列轴承而言,最佳润滑方式为从一边进入轴承内部,喷嘴孔应与内环齐平,不能指 向保持架; 对双列轴承而言, 润滑油必须从与外圈滚道边齐平的地方喷入轴承内部以对轴承 充分润滑。 与油雾润滑相比,油一气润滑由于使用大量空气冷却轴承,轴承温升比油雾润滑时低, 因此允许轴承的 dmn 值可更高,一般用于 dmn1×106 的高速轴承。此外,油气润滑的油不 雾化,用后可回收,不像油雾润滑会污染环境。油气润滑原理如图 2-32 所示。 (4)喷射润滑 当轴承高速旋转时,滚动体和保持架也以相当高的速度旋转,并使其周 围空气形成气流, 这样用一般润滑方法就很难将润滑油输入到轴承中。 这时就必须要用高压 喷射的方法,才能将润滑油送到预定的区域。这种润滑方式是用油泵,通过位于轴承内圈和 保持架中心之间的一个或几个口径为 0.5~Imm 的喷嘴,以一定的压力,将流量500mL/ min 的润滑油喷射到轴承上,使之穿过轴承内部,经轴承另一端流入油槽,达到对轴承润滑 和冷却的目的。 虽然喷射润滑可使 dmn 值达到 2.5×106, 但需要大量润滑油, 因搅拌阻力使动力损失较 大,而且需要较复杂的附属设备,成本较高,所以一般用于 dmn1.6×106 并承受重负载的 轴承。 2.8.2 主轴组件的密封 主轴组件的密封有接触式密封和非接触式密封。 图 2-33 是几种非接触密封的形式。图 2-33(a)是利用轴承盖与轴的间隙密封,轴承盖的 孔内开槽是为了提高密封效果。这种密封用在工作环境比较清洁的油脂润滑处。图 2-3.3 (b) 是在螺母的外圆上开锯齿形环槽, 当油向外流时, 靠主轴转动的离心力把油沿斜面甩到端盖 1 的空腔内,油液流回箱内。图 2-33(c)是迷宫式密封结构,在切屑多、灰尘大的工作环境下 可获得可靠的密封效果, 这种结构适用油脂或油液润滑的密封。 在用非接触式的油液密封时, 为了防漏,应确保回油能尽快排掉,因此要保证回油孔的畅通。 接触式密封主要有油毡圈和耐油橡胶密封圈密封,如图 2-34 所示。 附一 一般主轴基本结构图示 附二: 车床带联主轴 附三: 锁紧螺母 材 质 : 42CrMo4 调质 硬 度 : HRC28 °~32° 螺纹精度:ISO 4H 精密车削 平面偏 摆:0.005mm 锁定方式为利用钢 材本身的弹性,以 轴向锁固,强制锁 定。本产品特别针 对工作环境恶劣、 螺帽易于松脱的场 合,其锁定能力为 传统螺帽 3 倍以 上,为其特异优点。 NK 设计的锁定方式,因为装配上的误差,故无法确保平面与螺纹的垂 直偏摆为其缺点。

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