高速圆柱滚子轴承

2008-17期 驱动

文章来源:MM《现代制造》 发布时间:2016-01-10
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细节是决定主轴轴承工作效率的关键。FAG工业事业部研发的高速圆柱滚子轴承是一种高转速和高负荷能力的组合体,主要用于提高功率较大的主轴的生产效率。

主轴轴承是一种外部尺寸和精度等级标准化的产品。FAG主轴轴承一直随着应用组件(如TX保持架)结构和质量的提高以及新材料的引入(如适合滚动体的陶瓷和适合轴圈的Cronidur)而不断改进,而且其输出功率也有所提高。现在FAG推出的一种新型高速圆柱滚子轴承填补了至今仍在使用的圆柱滚子轴承和浮动轴承之间的空白。另外,FAG主轴轴承在全新解决方案的开发以及现有产品生产能力的提高等方面也有了新的进展。

图1  “建立标准!”——在此格言下FAG想把客户广泛使用的令人信服的方案带入市场,这些方案将成为该行业的新标准

在绝大部分主轴轴承的应用中,都是利用浮动轴承来平衡由于温度影响而引起的长度变化。必要的滑动基本上是在轴的内部和外部产生的。其中滑座中固定张紧的轴承和弹性组装在滑动轴套里的轴承或一体化的轴承装置,都是FAG轴外滑动解决方案的典型实例。它们可在实现功能相同时,简化设备结构。圆柱滚子轴承和浮动轴承提供了在轴内实现必要长度平衡的可能性。与此相比,除上述功能外,新型高速圆柱滚子轴承还能够避免浮动轴功能失灵的危险,因为滚动体在导轨上的运动不可能有卡死现象。

新型高速圆柱滚子轴承,填补了迄今为止具有中等转速、高负载能力的圆柱滚子轴承和具有极高转速、低负载能力的浮动轴承之间的空白。同时,先进的FD轴承还简化了应用过程,可更加广泛的应用于各工业领域中。

通过减小轴承摩擦适应高转速

研发高速圆柱滚子轴承的目的是创新轴承结构,因为目前只能在陶瓷滚子轴承中安装钢滚子来研究转速范围。

摩擦力的大小是决定轴承转速的关键,而摩擦力的功率会随着转速的加快而增大。在机床设备中,一般使用少量普通黄油或机油润滑轴承,此时会产生热量,这些热量必须通过轴圈被引导出来。如果在某个确定点上,产生的热量不能被引导释放出来而引起温度升高,就会导致径向应变。如果摩擦力较小,那么出现这一确定点的主轴转速就较高,可以获得的转速参数也就较高。在高速圆柱滚子轴承的研发中,所研究的主要附着点是在滚动轴承中产生摩擦的地方,即滚动接触面上,包括滚动体和保持架之间的接触面以及保持架和引导面之间的接触面(滑动摩擦)。结果表明,除了优选的接触几何结构外,高速圆柱滚子轴承所拥有的一个外部端面引导的PEEK保持架,也比由滚动体引导的黄铜实心保持架的摩擦要小得多。

由于运转温度降低,滚动接触中对润滑剂的要求也就大大降低。除此以外,润滑剂的工作温度也会降低,所以其粘性和油膜厚度加大,也就延长了其使用寿命。采用这种方式,可以使由黄油润滑的高速圆柱滚子轴承的转速,比普通圆柱滚子轴承高60%,并且还轻松超过了带混合轴和黄铜保持架的轴承的转速,而负载能力只比普通圆柱滚子轴承稍小一点。

现在要为提高了转速的轴承提供一个带简单环境构造的可靠的浮动轴承,在价格方面肯定低于混合圆柱滚子轴承,但是相对于FD轴承其负载能力却提高了。几年来FAG一直利用浮动轴承在高转速时提供被称作“浮动转置轴承”的球浮动轴承解决方案。这些轴承由一个外圈和一个扁平内圈构成。外圈同深槽球轴承中的外圈相类似,内圈和圆柱滚子轴承中由Cronidur材料制成的内圈一样,滚动体则由陶瓷制成。

图2  转速提高80%:通过一个由PEEK制成的低摩擦的高速保持A的高速圆柱滚子轴承的转速比现今标准圆柱滚子轴承提高80%

功率提高后的主轴具有较高生产效率

如同圆柱滚子轴承一样,为了在装配时确保其较强的功能,新型高速圆柱滚子轴承也要在径向间隙允许范围内工作。由于转速和温度的影响,运转时轴承的径向间隙会发生变化,并出现磨损。可以经过特殊要求来调整或分配轴承间隙,然后再根据该数据来钻孔。新近研发的普通浮动轴承(FDT64),其轴的径向间隙就取决于钻孔直径。只要按照预先给出的直径公差生产轴承,那么组装后径向间隙就能控制在所期望的范围内。因此,没有配合轴也可以完成安装,大大简化了装配过程和仓库管理。FAG通过主轴轴承的创新设计,不仅开发出了可提高生产能力的产品,而且还优化了现有产品,以此来更全面的服务客户。具有较高转速和负载能力的高速圆柱滚子轴承不仅简化了环境构造,而且还实现了较高的生产能力。

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