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车床进给机构滚珠丝杠支撑轴承的选用当前位置 : 首页 > >> 产品知识

董 慧  实训科
摘  要:滚珠丝杠轴承是将回转运动转化为直线运动,或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。滚珠丝杠轴承由螺杆、螺母和滚珠组成,滚珠丝杠轴承功能是将旋转运动转化成直线运动,或将扭矩转换成轴向反覆作用力,同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。
关键词:滚珠丝杠、轴承、预紧、润滑
引言
进给机构滚珠丝杠的轴承所承受的载荷主要是轴向载荷,径向载荷除丝杠自重外一般没有其他的载荷。因此,对丝杠轴承的轴向精度和刚度要求较高。本进给系统的滚珠丝杠转速一般不会很高,高速运转的时间很短,因此,发热不是主要问题。进给机构要求运动灵活,对微小位移要相应灵敏,这就要求轴承的摩擦力矩要尽量低。此外还要求滚珠丝杠轴承要保证足够的精度和疲劳寿命。
一、滚珠丝杠轴承特点
   滚珠丝杠具有高精度、可逆性和高效率等特点,这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展,这项发展的重要意义就是将进口轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力,滚珠丝杠轴承被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。
  二、滚珠丝杠轴承的用途
  滚珠丝杠轴承为适应各种用途,提供了标准化种类繁多的产品。滚珠的循环方式有循环导管式、循环器式、端盖式。预压方式有定位预压(双螺母方式、位预压方式)、定压预压。可根据用途选择适当类型。丝杆有高精度研磨加工的精密滚珠丝杠(精度分为从CO-C7的6个等级)和经高精度冷轧加工成型的冷轧滚珠丝杠轴承(精度分为从C7-C10的3个等级)。另外,为应付用户急需交货的情况,还有已对轴端部进行了加工的成品,可自由对轴端部进行追加工的半成品及冷轧滚珠丝杠轴承。作为此轴承的周边零部件,在使用所必要的丝杠支撑单元、螺母支座、锁紧螺母等也已被标准化了,可供用户选择使用。
滚珠丝杠轴承以多年来所累积制品技术为基础,从材料、热外理、制造、检查至出货,都是以严谨的品保制度来加以管理,因此具有高信赖性。
目前,德国FAG公司专为滚珠丝杠配套了一种滚珠丝杠推力角接触球轴承。它其实就是60º推力角的推力角接触球轴承,这种轴承大都成对用于小跨度刚性双支承轴或精密主轴,它的应用十分广泛,特别是与滚珠丝杠的配套应用,它可称的上是滚珠丝杠的专用轴承。使用时要仔细调整好游隙,改变轴承的内、外圈轴向距离,便可调整轴承的内部游隙,同时可将几套轴承并联安装并给予一定的预过盈量,可以提高轴承系统的刚性。但这种轴承要求安装精确,对于轴线不对中误差很敏感。此外它还有如下优点:
接触角大,保持架用增强尼龙注塑成型,壁薄,可容纳较多的钢球,因此轴向承载能力大,刚度高。
既能承受轴向载荷,又能承受径向载荷,故可以简化支撑结构。
根据载荷情况,轴承可以进行各种组配。
这种轴承可以根据规定的预紧力在轴承生产厂家组配好成组供应,使用方不必自己调整,给使用方带来很大方便。
启动摩擦力矩小,可以降低滚珠丝杠副的驱动功率,提高近给机构的灵敏度。
综上所述,60º推力角接触球轴承精度高、使用方便、结构简单非常适合与滚珠丝杠配套使用,所以在此我们选择德国FAG公司生产的滚珠丝杠推力角接触球轴承。
三、推力角接触球轴承的组配方式
单只推力角接触球轴承只能承受一个方向上的轴向负荷,而成对安装时其附加轴向力即可相互抵消,而且具有两个方向的很强的轴向限位能力,成对安装一般采用两套轴承以其外圈宽端面相对(背靠背)或窄端面相对(面对面)两种安装形式,为便于成对或成组安装,有些轴承厂供应成对的、三套一组的和四套一组的等轴承,这样供应的同批轴承加工一致性好,使用时负荷承担较为均匀,附加轴向力相互抵消比较彻底。
下面对这两种组配方式作简要介绍:
(1)面对面组配   
这种组配方式的受力作用线向内收敛,所以轴承间的有效支点距离缩小,可承受双向的轴向载荷和径向载荷,但承受倾斜力矩的能力较差,并会较多地降低轴承的极限转速,一般适用于需要精度调心的场合。
(2)背靠背组配   
这种组配方式力的作用线向外侧发散,所以轴承间的有效支点距离增大,而且也可以承受双向的轴向载荷和径向载荷,并且有较大的承受倾斜力矩的能力。
由此可见背靠背方式安装轴承系统的刚性较好。所以,在此我们选用背靠背的组配方式。
四、轴承的计算
(1)当量动载荷
当量动载荷是指实际工作中作用于轴承的载荷,它的公式如下:
P = XFr + YFa               ( 2.4.1)
式中:P—— 当量动载荷
          Fr——径向载荷
          Fa——轴向载荷
          X—— 径向系数
          Y—— 轴向系数
    在本进给机构中径向载荷只为丝杠自重,假设丝杠的重量为Fr=12kg=120N。
    轴向载荷主要是克服径向切削力和移动部件产生的摩擦力经过计算得出Fa=1015.8N。(计算步骤在此不详细说明)
    X、Y的值根据Fa与Fr的比值在X、Y系数值表中查得:X=0.92,Y=1。
则:P=0.92×120+1015.8=1126.2N
(2)当量静载荷
当量静载荷是指实际中轴承套圈相对转速为零时作用在轴承上的载荷,其公式如下:
P0 = 2.3ctgαFr1 + Fa1          (2.4.2)
式中:P0——当量静载荷
          Fr1——径向静载荷
          Fa1——轴向静载荷
           α——接触角
    在本进给机构中径向静载荷只为丝杠自重,通过计算得F r1=12kg=120N。
    轴向静载荷主要是克服移动部件产生的摩擦力F a1=360N。 α=60º
则:P0=2.3×ctg60º×120+360=519.3N
根据当量动载荷和当量静载荷以及丝杠直径的大小,在FAG轴承样本上我们选择型号为7602045TVP FAG滚珠丝杠推力角接触球轴承——万用轴承组,内径为45mm,外径为85mm,宽度为19mm。在一般的配组轴承中每个轴承都标记上箭号显示轴承在该轴承组内的排列顺序,但万用轴承组的轴承可随意配对安装而无性能损失。因此,除了本身的接触角符号外,万用轴承组外表面没有安装位置标记。
(3)基本额定寿命
基本额定寿命是选用轴承的重要依据。在实际应用中习惯用工作小时数来表示轴承的寿命,它的计算公式为:
L10h=106/60n×(C/P)ε       (2.4.3)
(公式出自《机床滚动轴承应用手册》第40页)
式中:L10h——以小时为单位的基本额定寿命
      C——基本额定动载荷(N)  在FAG轴承样本中查得为68KN
      P——当量动载荷(N)   在FAG轴承样本中查得为38KN
      ε——寿命指数   球轴承ε=3
      n——轴承工作转速(r/min)n=2000r/min
将上述数据代入式2.4.3,则得:
L10h=106/60×(68000/38000)3=1.37×106h
五、 轴承的预紧
轴承适当的预紧可以提高轴承的旋转精度、刚度、寿命还可以较低噪声。
滚动轴承预紧方法分为径向预紧法和轴向预紧法两大类,分述如下。
1.径向预紧法
径向顶紧法多使用在承受径向负荷的圆锥孔轴承中,典型的例子是双列精密短圆柱滚子轴承,利用螺母调整这种轴承相对于锥形轴颈的轴向位置,使内圈有合适的膨胀量而得到径向负游隙,这种方法多用于机床主轴和喷气式发动机中。
2.轴向预紧法
轴向预紧法大体上可分为定位预紧和定压预紧两种。
在定位预紧中,可通过调整衬套或垫片的尺寸,获得合适预紧量;也可通过测量或控制起动摩擦力矩来调得合适的预紧; 还可直接使用预先调好预紧量的成对双联轴承来实现预紧的目的,此时一般不需用户再行调整,总之,凡是经过轴向预紧的轴承,使用时其相对位置肯定不会发生变化。
定压预紧是用螺旋弹簧、碟形弹簧等使轴承得到合适预紧的方法。预紧弹簧的刚性—般要比轴承的刚性小得多,所以定压预紧的轴承相对位置在使用中会有变化,但预紧量却大致不变。
定位预紧与定压预紧的比较如下:
(1)在预紧量相等时,定位预紧对轴承刚性增加的效果较大,而且定位预紧时刚性变化对轴承负荷的影响也小得多。
(2)定位预紧在使用中,由于轴和轴承座的温度差引起的轴向长度差,内外圈的温度差引起的径向膨胀量以及由负荷引起的位移等的影响,会使预紧量发生变化;而定压预紧在使用中,预紧的变化可忽略不计。
角接触轴承组配后常采用定位预紧,背对背组配的轴承定位预紧时只需轴承厂按照预紧力的大小把各轴承的内圈分别磨去一定的量,在安装时轴承的轴向位置在使用过程中保持不变,一般通过加金属垫片或配磨轴承顶圈来把轴承内圈挤紧,就可以得到预定的预紧力。
预紧力增大,刚度会有所提高,但一定转速下温升也会随之增高。因此预紧力大小的确定很重要,选择原则是:负荷重、要求刚度高、转速较低或允许温升较高时,应选较大的预紧力。反之,则应选较小的预紧力。目前,FAG轴承公司在样本中已经确定了轴承的预紧力,我们选用的轴承预紧力为4527N。
六、 轴承的润滑
润滑对于滚动轴承具有重要意义,轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力.还可以起着散热、减小接触应力、吸收振动、防止锈蚀等作用。 
    轴承常用的润滑方式有油润滑及脂润滑两类。此外,也有使用固体润滑剂润滑的。选用哪一类润滑方式,这与轴承的速度有关,试验证明:在速度不高时,用润滑脂比润滑油温升低;速度较高时,用润滑油较好。我们选用润滑脂润滑。
参考文献
[1]《机床滚动轴承应用手册》
[2]《金属切削机床》,顾熙棠,上海科学技术出版社,1993
作者简介
        董慧:女,1979年8月出生,吉林省松原市人,吉林工程技术师范学院机械设计制造及自动化专业本科学历,学士。现任辽北技师学院实训科机械技术教研组专业课教师,助理讲师。

 



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