主轴结构一般采用角接触球轴承支撑,轴承的具体配置形式取决于载荷的大小,方向,主轴的转速以及主轴的工作要求。角接触球轴承在有轴向预加载荷的条件下才能正常工作。预加载荷不仅可以消除轴承的轴向游隙,还可以进步轴承刚度以及主轴的旋转精度,抑制振动和滚珠自转时的打滑现象等。
一般来说,预加载荷越大,进步刚度和旋转精度的效果就越好;但是另一方面,预加载荷越大,温升就越高,可能造成烧伤,从而降低轴承和主轴使用寿命,甚至不能正常工作。因此要根据不同转速和负载的主轴来选择轴承最佳的预加载荷值。
主轴轴承在高速旋转时,滚珠会产生很大的离心力和陀螺力矩,此时的离心力远大于切削时作用给滚珠的力,故此时轴承设计的主要参数不再是工作载荷,而应是转速。为了解决高速旋转的离心力,对于电主轴轴承本身,可以采取两个措施:
(1)尽量减小主轴轴承滚珠直径,即减小滚珠的径向尺寸;
(2)采用密度小的Si3N4陶瓷材料滚珠,即减小滚珠质量。Si3N4陶瓷材料具有密度小、弹性模量大、热胀系数小、耐高温、不导电、不导磁和导热系数小等优点。目前用热压Si3N4陶瓷制作滚珠,滚道仍然用轴承钢,这种轴承被称为混合陶瓷轴承。
轴承噪音是环境的重要污染源,也是轴承行业需要控制的重要指标,特别是对家电、办公机械、加工机床用角接触球轴承噪音限值更为突出。近十多年,我国轴承行业在降低轴承噪声方面做了许多工作,使轴承降噪水平有很大提高,但与国外相比,仍有一定的差距,用户反映突出的是“异音”问题,即轴承运转中出现一种不规则的突发声,甚至尖叫声。
轴承噪音影响因素很多,也很复杂,需要从轴承的整体设计,轴承的每一个零件——内圈、外圈、保持架、滚动体和润滑油(脂)去分析研究,也需要从角接触球轴承每个零件所用的材料、加工工艺过程乃至工程中采用的设备、工艺材料等方面去分析研究。
1、角接触球轴承的滚动表面如有裂纹、压痕或锈蚀,就会发生像铆接铆钉那样周期性的振动和噪声,其周期可能固定不变但大多与转速成一定的对应关系,伤痕在沟道上会连续发生,伤痕在钢球上就时隐时现,而且这种噪声随安装和润滑条件而有一定的变化。
2、角接触球轴承内有尘埃等异物,会发生非周期性的振动和所谓尘埃声,其振动与噪声的大小不定,而且或有或无。
3、润滑剂选用错误、润滑剂不足或发生老化硬结,都能导致轴承产生振动和噪声,而且这种噪声没有一定的规律。对于这种情况,只有选用合适的润滑剂,调整其润滑剂量,延长润滑剂的使用寿命并合理确定更换周期。
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