精密滾動軸承在電子專用設備中的應用

1、精密滾動軸承在電子專用設備中的應用    1 引言 精密滾動軸承在精密軸系中的正確應用涉及到不同種類軸承的自身特征和諸多影響軸承精度的外在因素。若考慮不周就會失去使用精密軸承的意義。尤其在主軸高速旋轉和要求高精度的情況下，精密滾動軸承的關聯(lián)因素顯得更為突出。 2 因素 2.1 精度 使用精密滾動軸承時，只有軸和軸承座的形位公差精度和表面粗糙度同軸承精度協(xié)調一致時，才能充分發(fā)揮其效能。也就是說安裝部件精度是影響軸承旋轉精度的主要因素。但是過高的要求安裝部件精度會給機械加工造成困難。在應用中應根據機械設計手冊推薦值為依據，結合實踐經驗做出合理的選擇。不容忽視

2、的是軸承尺寸精度，在選擇安裝部件與軸承的配合時，應注意考慮此因素，所選擇的配合將影響軸承間隙或軸承的預載荷。 2.2 剛度 軸承的剛度取決于其類型和大小。主要判斷準則是：滾子元素類型（如球形或圓柱形）、滾子數(shù)量及大小和接觸角度。 滾子數(shù)目對剛度的影響大于軸承尺寸大小的影響。增加相同百分數(shù)滾子數(shù)目提高的軸承剛度要大于增加軸承尺寸所提高的軸承剛度。由于這個原因，精密滾動軸承以增加滾子數(shù)目提高其剛度。 接觸角對剛度的影響，一般是接觸角度小，則滿足徑向高剛度；接觸角度大，則滿足軸向高剛度。在布置軸承時，同一位置安裝兩個或更多軸承可以提高剛度。角接觸球軸承最適宜這種使用且往往是配對使用。 軸承剛度還會受

3、主軸和軸承座的影響，其配合公差要慎重選擇；配對軸承組剛度還會受預載荷的影響。 軸承剛度表述為載荷作用下的彈性變形與恢復程度的比率。由于滾動軸承彈性恢復與載荷不成直線關系，所以很難用單一函數(shù)描述；在應用中可以用線性關系做近似的估算。 2.3 載荷 在設備中精密軸系使用精密滾動軸承時，軸承的載荷容量不是選擇軸承唯一考慮的關鍵因素，而決定軸承內徑的是軸的設計要求。其它關鍵因素如軸承剛度，允許速度和旋轉精度等是決定性因素。 在應用時，選擇軸承類型和布置形式時，作為基本規(guī)則： 相同尺寸的滾子軸承比球軸承有較大的承載能力；角接觸球軸承和圓錐滾子軸承能夠承受徑向和軸向復雜載荷；雙向角接觸推力球軸承可承受雙向

4、載荷。 2.4 速度 軸承滾動速度可以在允許溫度下做調節(jié)；精密滾動軸承具有低摩擦特性，由此而形成低熱量特性。所以精密滾動軸承可以用于高速工作情況。軸承產生的熱量很大程度上取決于工作速度，另外還受軸承類型、潤滑方式、預載荷和工作載荷等因素的影響。 2.5壽 命 在應用中，作為一項基本要求就是要使所選擇軸承具有較長的壽命。測定精密軸承基本壽命主要包括靜載荷容量和作用載荷兩個參數(shù)。另外還要考慮預載荷對軸承壽命的影響以及主軸強度和軸承自身因素等的影響。對于高速工作情況，主軸要有高耐磨性；滾子元素產生的離心力也會影響載荷情況和縮短軸承使用壽命。 對于低速旋轉或慢慢擺動情況，軸承所受載荷可以認為是等量的靜

5、載荷，而沒有任何運動特征的影響。在這種情況下，由于載荷而產生的滾子和軌道的永久性變形會影響壽命；同時，軸承還要經得住周期性重沖擊載荷。 2.6 預載荷 預載荷不但可以提高軸承的剛度，而且可以提高其旋轉精度。在設備主軸的應用中一般使用預載荷軸承和配對軸承組。 對于單列角接觸球軸承和圓錐滾子軸承，通常調節(jié)內外圈軸向間隙而獲得預載荷；對于圓柱滾子軸承，通過內圈錐形孔合適的安裝獲得預載荷；對于雙向角接觸推力球軸承，調整隔離套筒尺寸，安裝便會獲得預載荷。 在外力作用下，軸承內部載荷分配情況會改變。部分滾子元素會承受過多的載荷，同時，另外一部分滾子元素會得到釋放，彈性變形便改變，見圖1。 圖1說明在相同預

6、載荷F0作用下產生了相同的彈性變形；在外力Fa作用下，軸承A產生a變形，軸承B的變形會減??；繼續(xù)增加作用外力至Fa,軸承B的預載彈性變形完全釋放。這不利于軸承的使用，在應用時要注意考慮作用外力的大小，以便選擇恰當?shù)念A載荷。 在應用中另一方面要限制軸承預載荷最大值。因為加大預載荷后摩擦力會加大，導致溫度上升。 對于配對軸承組，其預載荷的大小確定比較復雜；其目的是適應精度、剛度和速度等不同的要求。 2.7 潤滑 滾動軸承的潤滑目的是防止?jié)L子元素直接接觸磨損和生銹。對于精密滾動軸承來說，這一因素更值得重視。 為了在滾子元素和滾道間形成潤滑油膜，僅需少量的潤滑油。脂潤滑方式是最為簡單和普遍的選擇；但對

7、于高速主軸軸承來說，必須使用油潤滑，因為這種情況下，潤滑脂的使用壽命很短，見圖2。 A: 精密角接觸球軸承 B: 配對精密角接觸球軸承組 C: 雙列圓柱滾子軸承；雙向角接觸推力球軸承 D: 圓錐滾子軸承 圖2說明脂潤滑方式的正常工作時間與軸承的類型及大小和轉速有關。在使用脂潤滑方式時，要注意潤滑脂種類的選擇，裝入軸承空腔潤滑脂量的計算和短暫的低速試車。在實際操作中，試車階段不容忽視，以便使?jié)櫥鶆蚍植己蛿D出過多的潤滑脂。 圖3說明了潤滑油的數(shù)量與軸承溫度和摩擦力圖3說明了潤滑油的數(shù)量與軸承溫度和摩擦力之間的關系。區(qū)域A： 潤滑油量不足，滾子元素和軌道間不能形成有效保護膜，T和WF會迅速增大。

8、區(qū)域B:潤滑油量恰好，T和WF最小。區(qū)域C:增加了潤滑油量，T和WF都會增加而且T的增加幅度更大。區(qū)域D:繼續(xù)增加油量，WF會增大，T達到最高點后會緩慢下降。散熱與摩擦力之間形成平衡。區(qū)域E:繼續(xù)增加油量，在M點后T會迅速下降，這是由于油的冷卻占主導作用。B反映的是噴油潤滑方式，D則表現(xiàn)了油循環(huán)潤滑的特征。 在使用油潤滑時要注意方式的選擇和油的粘性及油量的確定。應根據具體環(huán)境和條件合理選擇。 2.8 密封 使用精密滾動軸承時必須在內部和外界之間有效密封；要考慮以下因素，包括環(huán)境情況、潤滑方式、密封環(huán)繞速度、密封摩擦和密封摩擦導致的溫升。 對于精密滾動軸承，最后兩個因素更為重要。由于密封摩擦很可

9、能產生軸承不能接受的熱量。所以高速情況下精密滾動軸承往往采用非橡膠密封。 非橡膠密封的密封特征由其端蓋結構形成，可用于軸向、徑向或軸向和徑向組合情況。這種密封沒有摩擦和磨損。 橡膠密封接觸于密封表面，由于接觸的摩擦力會使溫度升高，橡膠密封的使用受一定的限制。這種形式很少用于精密滾動軸承的密封；此形式僅適于低速情況。 橡膠密封和非橡膠密封結合使用，可以提高密封效果。在實際應用中，當臨界速度小于 1m/s 時，可以采用V形橡膠密封，這種應用產生的摩擦力很小，而安裝簡便，使用經濟。 3 應用實例 圖4所示為一電子專用設備主軸結構。其轉速為2 840 rmin，主軸端跳為0.005 mm，主軸徑跳為0.005 mm，受軸向和徑向載荷。 由于該軸端跳和徑跳要求較高，為中等轉速，所以采用了精密角接觸球軸承。軸承配對使用，分為兩組，一組軸向固定，一組軸向外圈放松，以便消除由于溫升而引起軸變形對軸承正常工作的影響。布置形式利于提高軸系剛度和解決復雜載荷的共同作用。在裝配時采用修研隔圈而達到獲得預載荷的目的。該軸系采用了非接觸式密封和橡膠密封相結合形式；采用脂潤滑方式潤滑。 4 結束語