影响电主轴轴承动刚度的原因浅析.pdf

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1、影响电主轴轴承动刚度的原因浅析口李彦口杨洋口王广辉洛阳轴研科技股份有限公司河南洛阳471039摘要：高速电主轴轴承是高速电主轴的核心部件，对高速电主轴技术进展影响较大。分析了超高速时主轴轴承对转子支承的动刚度等动力特性方面的参数，并对超高速时影响轴承动刚度的因素进行了综合分析。关键词：超高速电主轴轴承动刚度中图分类号：TH133．33+4文献标识码：A文章编号：1000—4998f2013)10—0061—03高速电主轴在数控机床领域已表1B71900C／P4轴承的基本参数(n=l50000r／min)经得到越来越广泛的应用，而高速电轴承类型lD．

2、,／mmid,／mmJWia／(。)il工E／MPapJ(kg·mm。)lP主轴轴承是关键影响因素。高速轴承GCr15球f16l3．175I11l15f0．53l0．552000000．0078510．335在航天、汽车工业、军工等领域获得Si3N4球I16l3．175{l1}15l0．5310．5532Ooo00．o032l0．2535广泛应用⋯，对机床行业的发展也起到举足轻重的作转子支承的径向刚度用表示，轴向刚度用。表示，用。所谓电主轴的超高速是指接近或达到设计所允角向载荷和角向刚度分别用尬、K。表示。许的极限转速，笔者结合自身_T作经验，从电

3、主轴轴承1．1轴向预载荷的影响使用者的角度计算了超高速时主轴轴承对转子支承的在超高速电主轴中，一般通过弹簧加载系统对主动刚度等动力特性方面的参数．并对超高速时影响轴轴轴承施加一定大小的轴向预载荷，即轴承的预载承动刚度的因素进行了综合分析。荷为弹性的定压预载荷。图1所示为超高速时轴向预载荷对主轴轴承动刚度的影响情况，可以看出，在超高1超高速时主轴轴承动刚度的影晌因素速时，增加轴向预载荷的值，有利于增加主轴轴承动刚度是主轴轴承在超高速情况下最重要的动力的动刚度，特别是径向动刚度增加较大。然而，随着轴特性参数之一I3]。与轴承内部的载荷分布、球滚动体在承

4、预载荷的增加，轴承的寿命L却大幅度降低(图2套圈滚道上的接触刚度等因素有关。影响超高速主轴所示)，因此，对于速度接近于极限转速的超高速电主轴承动刚度的主要因素有外部工况条件和内部几何结轴轴承，采用增加预载荷来提高轴承动刚度的方法．实构、材料物理性能等，外部工况条件包括主轴转速、轴际上增加的幅度和可调节的有效范围相当有限。承轴向预载荷、外载荷等；内部几何结构、材料物理性1．2径向外载荷的影响能与轴承的主要设计参数有关，如设计接触角、套圈滚径向外载荷数值增加不大时．在超高速情况下X-J"道的曲率半径以及球滚动体的直径、数量、材料的物理主轴轴承动刚度的影

5、响并不大．但当径向力增加到一性能等。定数值时，会使轴承内部的一个或部分球滚动体承受以表1所示B71900C／P4主轴轴承参数为例，通较大的载荷，而另外一个或部分球滚动体与内圈滚道过对超高速时轴承内的动力学状态进行仿真分析和动之间的接触载荷很小甚至为零，从而脱离内圈滚道．导刚度的计算，分析有关主要影响因素对轴承动刚度的致轴承的动刚度特别是径向支承刚度突然减小。此时，影响情况。由于轴承内部球滚动体的超高速运动，使球滚动体承表中：D为轴承中径；为球滚动体直径；为滚受的载荷在从小到大突然变化的过程中，球与套圈滚动体数量；为接触角i为内圈滚道曲率半径系数i道

6、之间发生剧烈滑动，产生轴承突然“卡死”而失效的为外圈滚道曲率半径系数；E为球材料弹性模量；P现象。为球材料质量密度；为球材料泊松比；为轴承轴向1．3设计接触角的影响载荷。超高速时，随着设计接触角的增加，轴承的径向在超高速电主轴中，主轴轴承的外载荷较小，径向动刚度大幅度减小，轴向和角向动刚度却有所增加，并力、通常可以合成为一个方向上的径向力，由于且转速越高，轴向和角向动刚度增加的幅度越大。但轴承结构和支承性能的对称性，为讨论方便，将轴承对是。当轴承设计接触角较小时，轴承的轴向承载能力相应也较小，而接触角增大时。轴承所能够达到的极收稿日期：2013年3

7、月机械制造51卷第591)期2013／10回1．6球滚动体材料的影响球滚动体材料的质量密度P吲越小，超高速运行时对减小球离心力等惯性效应的吕g作用越有利，相应对轴承动刚之度等动力特性参数的影响也越小；球材料弹性模量的数值越大，球与套圈滚道之间3O507090110130150的接触刚度越大，有利于提高PjNN轴承的动刚度。图3和图4所▲图1预载荷对轴承动刚度的影响▲图2预载荷对轴承寿命的影响示为在其它尺寸和条件均相同时，采用几种不同材料的球对主轴轴承动刚度的影响情况，从图中可以看出，在一般昌皇吕皇高速时，采用弹性模量较大、●●ZZ—．质量密度较小的

8、陶瓷材料的球滚动体可以大幅度地提高轴承的动刚度，但在超高速情况下．如果套圈材料仍然为钢n／(kr·min一)n／(kr·m