淺談機(jī)床設(shè)計(jì)中軸承的選用技巧

淺談機(jī)床設(shè)計(jì)中軸承的選用技巧

付政委

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摘要：在機(jī)械設(shè)備使用過(guò)程中，軸承本身的精度、壽命、相關(guān)性能對(duì)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)起著至關(guān)重要的作用。本文主要介紹了機(jī)床設(shè)計(jì)綜合多方因素后常用的軸承的種類，并分析研究了選用各類軸承的技巧、如何合理安排軸承位置等幾個(gè)機(jī)床設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：機(jī)床設(shè)計(jì);軸承選擇;選用技巧;

在機(jī)械行業(yè)存在這非常多的零件，而軸承屬于其中精度非常高的一種，對(duì)其的選擇不僅需要利用數(shù)學(xué)、物理等方面的學(xué)科知識(shí)，還需要考慮現(xiàn)實(shí)情況，綜合熱處理等加工技藝，對(duì)軸承進(jìn)行選擇。

1.軸承的基本認(rèn)識(shí)

1.1.軸承對(duì)于主軸的重要性認(rèn)識(shí)

對(duì)于主軸來(lái)說(shuō)，軸承是其最重要的組成部分之一，軸承的類型、安裝位置、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和精度等等都對(duì)主軸的性能起到關(guān)鍵性的作用，而主軸性能的變化直接影響機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，我們得到以下兩個(gè)結(jié)論：一是，從變形量考慮，主軸組件總變形量近三分之一至二分之一是由于軸承的變形量而引起的;二是，從內(nèi)部能量產(chǎn)生的來(lái)源出發(fā)，軸承自身的發(fā)熱是主軸組件發(fā)熱的重要方式，占能量產(chǎn)生的絕大部分。因此，在機(jī)床設(shè)計(jì)中，需要將軸承的選用列為重點(diǎn)考慮范圍，綜合考慮多方因素，選擇最適合機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承。

1.2.主軸軸承的分類

按軸承運(yùn)轉(zhuǎn)方式分類的話，機(jī)床設(shè)計(jì)中最常用的軸承有兩類，分別是滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承。

另外的分類方式還有按其承受載荷分布來(lái)分類，可以分為向心軸承和推力軸承兩類。

筆者本文主要研究分析的是主軸的滾動(dòng)軸承。

2.以主軸滾動(dòng)軸承為例進(jìn)行分析

滾動(dòng)軸承的一般定義是，將運(yùn)轉(zhuǎn)著的軸與軸座之間的發(fā)生滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，從而有效減少額外摩擦損失，提高機(jī)械效率的精密度較高的機(jī)械元件。

2.1.滾動(dòng)軸承的組成部分和其各部分作用

滾動(dòng)軸承一般是由四個(gè)部分組成的，這四個(gè)部分是內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架。

其每一部分有其不同的作用，內(nèi)圈主要是為了配合軸的運(yùn)動(dòng)并和其同時(shí)旋轉(zhuǎn);外圈是支撐軸承座的;滾動(dòng)體是分布在內(nèi)圈和外圈之間的部分，其不同因素的改變會(huì)直接影響到滾動(dòng)軸承的使用性能和壽命;而保持架的主要作用就是保證滾動(dòng)體的均勻分布，限制其非運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)，并引導(dǎo)其旋轉(zhuǎn)，在一定程度上有潤(rùn)滑作用。

2.2.滾動(dòng)軸承特征及其與滑動(dòng)軸承的比較

滾動(dòng)軸承優(yōu)點(diǎn)較多，主要可以分為以下幾個(gè)方面：滾動(dòng)軸承消耗較小，由于其產(chǎn)生的摩擦阻力較小，所以相較滑動(dòng)軸承來(lái)說(shuō)，機(jī)械效率較高，也因此適合大批量生產(chǎn)，質(zhì)量較為上乘;其自身?yè)碛懈呔取⒏咿D(zhuǎn)速的特征，在一定運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，磨損較小，這就使得使用壽命較長(zhǎng)，性價(jià)比較高;滾動(dòng)軸承具有可自動(dòng)調(diào)心，結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。

整體上來(lái)說(shuō)，滾動(dòng)軸承的性能好于滑動(dòng)軸承，但是在某些方面，也存在不足。比如說(shuō)，和滑動(dòng)軸承相比，其噪音非常大，成本也較高，支座的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜等等。因此，選擇軸承還是要依據(jù)現(xiàn)實(shí)情況而進(jìn)行判斷，不可一概而論。

2.3.兩支承主軸軸承的配置形式

對(duì)主軸軸承的配置形式主要是根據(jù)其當(dāng)時(shí)主軸的工作條件和結(jié)構(gòu)來(lái)決定的，同時(shí)必須結(jié)合考慮軸承的使用性能、使用壽命等不同因素。筆者經(jīng)分析研究，主要可以將配置形式要遵循的要求分為以下幾個(gè)部分：

2.3.1考慮到限制轉(zhuǎn)速的因素

不同種類和規(guī)格的軸承所允許的最高轉(zhuǎn)速也是存在不同的，最高轉(zhuǎn)速隨著軸承材料的變化、精度要求的高低也不斷改變。普遍情況時(shí)，圓柱滾子軸承所允許的最高轉(zhuǎn)速比圓錐滾子軸承高。從轉(zhuǎn)速上來(lái)考慮配置形式，還要結(jié)合主軸組件的剛度，兩者需進(jìn)行綜合考慮。

2.3.2考慮到限制載荷的因素

兩支承主軸軸承的配置形式應(yīng)該最先考慮的就是載荷限制和剛度要求。為了提高機(jī)械設(shè)備的壽命，使用多個(gè)軸承來(lái)銜接相較于只使用一個(gè)軸承是比較理想的情況。在前支承的剛度變化對(duì)整個(gè)主軸組件的剛度影響較大，因此，剛度較高的軸承應(yīng)該首先配置在前端。

2.3.3考慮到精度要求的因素

主軸組件一般會(huì)承受軸向和徑向的推力，而這其中軸向的推力軸承配置形式對(duì)機(jī)械設(shè)備的精度有直接且關(guān)鍵性的影響。為提高精度，需要進(jìn)行兩端定位，前端的定位一般較為復(fù)雜且對(duì)加工精度影響并不大，但是后端定位卻相反，后支承結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，支承處的發(fā)熱量較大，調(diào)整其軸承間的間隙也比較容易，可以較容易的調(diào)整精度。

2.4.三支承主軸組件

在機(jī)床設(shè)計(jì)中，支承間的間距也是影響機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)方式和使用壽命的重要因素。而某些機(jī)床由于要求主軸箱長(zhǎng)度要達(dá)到一定程度，因此使得主軸兩個(gè)支承間間距并非是最佳選擇距離，鑒于這種情況，較為合適的方式是增加中間軸承，便于減輕其余兩軸承的承載壓力，提高主軸組件的剛度和抗振性。

3.機(jī)床設(shè)計(jì)中選擇軸承考慮因素

3.1主軸滾動(dòng)軸承的剛度和承載能力

主軸軸承軸向載荷的大小和轉(zhuǎn)速的快慢，都對(duì)機(jī)床設(shè)計(jì)中軸承的選用有莫大的關(guān)系。較為常見(jiàn)的做法是，軸向載荷較大時(shí)，采用推力軸承;轉(zhuǎn)速較高時(shí)，采用角接觸軸承;兩者都是為了合理控制軸向載荷，避免發(fā)生損壞。保證剛度要求。

3.2配合公差等級(jí)

在一般機(jī)床設(shè)計(jì)中，采用精度普通的軸承就可滿足其工藝要求，但是在某些精密機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，就需要采用高精度軸承，保證其運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量和工作平穩(wěn)度。

3.3對(duì)軸承間隙的調(diào)整和預(yù)緊

為延長(zhǎng)軸承使用壽命和保證機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，一般會(huì)對(duì)軸承間隙進(jìn)行調(diào)整，常用的方法是加墊片或者擰緊螺母。機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速越高，軸承的精度就越低，所要求的能在正常條件下工作的軸承間隙也越大。

4.結(jié)語(yǔ)

軸承的選用不可一概而論，不同的軸承有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在選用軸承時(shí)，應(yīng)對(duì)幾種軸承進(jìn)行各個(gè)方面的比較，考慮軸向載荷、轉(zhuǎn)速等現(xiàn)實(shí)情況，最終選擇出最適合的軸承，使得機(jī)械設(shè)備能在最完善的情況下運(yùn)作工作，使得機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性較高，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量較高，機(jī)械效率較高。

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