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1、影響電主軸軸承動剛度的原因淺析口李彥口楊洋口王廣輝洛陽軸研科技股份有限公司河南洛陽471039摘要：高速電主軸軸承是高速電主軸的核心部件，對高速電主軸技術(shù)進(jìn)展影響較大。分析了超高速時(shí)主軸軸承對轉(zhuǎn)子支承的動剛度等動力特性方面的參數(shù)，并對超高速時(shí)影響軸承動剛度的因素進(jìn)行了綜合分析。關(guān)鍵詞：超高速電主軸軸承動剛度中圖分類號：TH133．33+4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000—4998f2013)10—0061—03高速電主軸在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域已表1B71900C／P4軸承的基本參數(shù)(n=l50000r／min)經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用，而高速電軸承類型lD．
2、,／mmid,／mmJWia／(。)il工E／MPapJ(kg·mm。)lP主軸軸承是關(guān)鍵影響因素。高速軸承GCr15球f16l3．175I11l15f0．53l0．552000000．0078510．335在航天、汽車工業(yè)、軍工等領(lǐng)域獲得Si3N4球I16l3．175{l1}15l0．5310．5532Ooo00．o032l0．2535廣泛應(yīng)用?，對機(jī)床行業(yè)的發(fā)展也起到舉足輕重的作轉(zhuǎn)子支承的徑向剛度用表示，軸向剛度用。表示，用。所謂電主軸的超高速是指接近或達(dá)到設(shè)計(jì)所允角向載荷和角向剛度分別用尬、K。表示。許的極限轉(zhuǎn)速，筆者結(jié)合自身_T作經(jīng)驗(yàn)，從電
3、主軸軸承1．1軸向預(yù)載荷的影響使用者的角度計(jì)算了超高速時(shí)主軸軸承對轉(zhuǎn)子支承的在超高速電主軸中，一般通過彈簧加載系統(tǒng)對主動剛度等動力特性方面的參數(shù)．并對超高速時(shí)影響軸軸軸承施加一定大小的軸向預(yù)載荷，即軸承的預(yù)載承動剛度的因素進(jìn)行了綜合分析。荷為彈性的定壓預(yù)載荷。圖1所示為超高速時(shí)軸向預(yù)載荷對主軸軸承動剛度的影響情況，可以看出，在超高1超高速時(shí)主軸軸承動剛度的影晌因素速時(shí)，增加軸向預(yù)載荷的值，有利于增加主軸軸承動剛度是主軸軸承在超高速情況下最重要的動力的動剛度，特別是徑向動剛度增加較大。然而，隨著軸特性參數(shù)之一I3]。與軸承內(nèi)部的載荷分布、球滾動體在承
4、預(yù)載荷的增加，軸承的壽命L卻大幅度降低(圖2套圈滾道上的接觸剛度等因素有關(guān)。影響超高速主軸所示)，因此，對于速度接近于極限轉(zhuǎn)速的超高速電主軸承動剛度的主要因素有外部工況條件和內(nèi)部幾何結(jié)軸軸承，采用增加預(yù)載荷來提高軸承動剛度的方法．實(shí)構(gòu)、材料物理性能等，外部工況條件包括主軸轉(zhuǎn)速、軸際上增加的幅度和可調(diào)節(jié)的有效范圍相當(dāng)有限。承軸向預(yù)載荷、外載荷等；內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)、材料物理性1．2徑向外載荷的影響能與軸承的主要設(shè)計(jì)參數(shù)有關(guān)，如設(shè)計(jì)接觸角、套圈滾徑向外載荷數(shù)值增加不大時(shí)．在超高速情況下X-J"道的曲率半徑以及球滾動體的直徑、數(shù)量、材料的物理主軸軸承動剛度的影
5、響并不大．但當(dāng)徑向力增加到一性能等。定數(shù)值時(shí)，會使軸承內(nèi)部的一個(gè)或部分球滾動體承受以表1所示B71900C／P4主軸軸承參數(shù)為例，通較大的載荷，而另外一個(gè)或部分球滾動體與內(nèi)圈滾道過對超高速時(shí)軸承內(nèi)的動力學(xué)狀態(tài)進(jìn)行仿真分析和動之間的接觸載荷很小甚至為零，從而脫離內(nèi)圈滾道．導(dǎo)剛度的計(jì)算，分析有關(guān)主要影響因素對軸承動剛度的致軸承的動剛度特別是徑向支承剛度突然減小。此時(shí)，影響情況。由于軸承內(nèi)部球滾動體的超高速運(yùn)動，使球滾動體承表中：D為軸承中徑；為球滾動體直徑；為滾受的載荷在從小到大突然變化的過程中，球與套圈滾動體數(shù)量；為接觸角i為內(nèi)圈滾道曲率半徑系數(shù)i道
6、之間發(fā)生劇烈滑動，產(chǎn)生軸承突然“卡死”而失效的為外圈滾道曲率半徑系數(shù)；E為球材料彈性模量；P現(xiàn)象。為球材料質(zhì)量密度；為球材料泊松比；為軸承軸向1．3設(shè)計(jì)接觸角的影響載荷。超高速時(shí)，隨著設(shè)計(jì)接觸角的增加，軸承的徑向在超高速電主軸中，主軸軸承的外載荷較小，徑向動剛度大幅度減小，軸向和角向動剛度卻有所增加，并力、通常可以合成為一個(gè)方向上的徑向力，由于且轉(zhuǎn)速越高，軸向和角向動剛度增加的幅度越大。但軸承結(jié)構(gòu)和支承性能的對稱性，為討論方便，將軸承對是。當(dāng)軸承設(shè)計(jì)接觸角較小時(shí)，軸承的軸向承載能力相應(yīng)也較小，而接觸角增大時(shí)。軸承所能夠達(dá)到的極收稿日期：2013年3
7、月機(jī)械制造51卷第591)期2013／10回1．6球滾動體材料的影響球滾動體材料的質(zhì)量密度P吲越小，超高速運(yùn)行時(shí)對減小球離心力等慣性效應(yīng)的呂g作用越有利，相應(yīng)對軸承動剛之度等動力特性參數(shù)的影響也越小；球材料彈性模量的數(shù)值越大，球與套圈滾道之間3O507090110130150的接觸剛度越大，有利于提高PjNN軸承的動剛度。圖3和圖4所▲圖1預(yù)載荷對軸承動剛度的影響▲圖2預(yù)載荷對軸承壽命的影響示為在其它尺寸和條件均相同時(shí)，采用幾種不同材料的球?qū)χ鬏S軸承動剛度的影響情況，從圖中可以看出，在一般昌皇呂皇高速時(shí)，采用彈性模量較大、●●ZZ—．質(zhì)量密度較小的
8、陶瓷材料的球滾動體可以大幅度地提高軸承的動剛度，但在超高速情況下．如果套圈材料仍然為鋼n／(kr·min一)n／(kr·m
