高速精密轴承

高速精密轴承的性能好坏将直接影响主轴单元的工作性能，是决定主釉寿命和负荷容量

的关馒部件。随着速度的提高，轴承的温度升高，振动和噪声增大，寿命减少。因此，提高主轴转速的前提是需要性能优异的高速主轴轴承。

（1）高速主轴轴承种类

高速加工中心的主轴设计采用了*的主轴轴承和润滑、散热等新技术。高速主轴支承用的高速轴承有接触式和非接触式轴承两大类。接触式轴承由于存在金属摩擦，因此库擦因数大，允许转速低。保持接触式轴承长期高速运转的技术措施是预加载荷的自动补偿和良好润滑。实施预加载荷自动补偿的方法之一是采用液压补偿系统，通过检测高速主轴运动特性的变化可确定预加载荷的大小，并通过后轴承的轴向移动保持预加载荷的值。目前用于支承高速主轴的接触式轴承有精密角接触球轴承。非接触式的流体轴承，其摩擦仅与流体本身的摩擦因数有关。由于流体的摩擦因数很小，因而可达到的允许转速。目前用于支承高速主铀的非接触轴承有空气轴承、液体动静承和磁悬浮轴承。

磁悬浮轴承(active maRnetic bearing，AMB)是一种利用电磁力将主轴无机械接触地悬浮起来的新型智能化轴承，其高速性能好、精度高、易实现实时诊断和在线监控，转速可达45000 r／加n，功率达20kw，可进行电子控制，回转精度高达o．2y”，是超高速电主轴理想的支承元件。但其价格较高，控制系统复杂，制造成本高，发热问题难以解决，因而还无法在高速主轴单元上推广应用。

液体动静承采用流体动、静力相结合的办法，使主轴在油膜支撑中旋转，具有径向和抽向跳动小、刚性好、阻尼特性好、寿命长的优点。功率达37．5kw，转速可达20000 r／min，主要用在低速重载场合。但其无通用性，维护保养较困难。

空气轴承(air beartn8)径向刚度低并有冲击，但高速性能好，一服用于超高速、轻载、精密主轴。空气轴承主轴也已经能够在18．8kw的功率下，达到10000一22000r／min的转速，在9．Ikw的功率下达到30000一55000r／min的转速。

角接触球轴承(a。8ular conta口ballbea％“8)在DN为2．o×10‘以下的高速主轴单元中应用，无论是速度极限、承载能力、刚度、精度等各方面均能很好地满足要求，其标推化程度高，价格低廉。影响角接触球轴承高速性能的主要原因是高速下作用在滚珠上的离心力和陀螺力矩增大。离心力增大会增加滚珠与该道间的摩擦，而陀螺力矩增大则会使滚珠与该道间产生滑动摩擦，使轴承摩擦发热加剧，因而降低轴承的寿命。为了提高轴承的高速性能，还可通过合理润滑、采用角接触陶瓷球轴承、合理的预紧力控制、对轴承滚道进行涂层处理等方法来提高性能。由于氮化硅(si3N4)陶瓷材料的密度只有轴承钢的40％，热胀系

数只有轴承钢的25％，弹性模量是轴承钢的1．5倍，硬度为轴承钢的2．3倍，并且耐高温、不导电、不导磁、导热率低。因此，用st3N4陶瓷作为滚珠材料的小直径滚珠轴承，与同规格同一精度等级的钢质滚珠轴承相比，其速度可提高60％，温升可降低35％一60％，寿命可提高3—6倍，可不用润滑或用油脂润滑。采用这种轴承的主轴，功率可达80kw，转速高达150000r／min，目前国外绝大多数高速机床主轴均采用这种轴承。

(2]高速主轴润滑、冷却方式

油气润滑采用油气分离的润滑冷却方式，对环境无污染．是比较理想的高速主轴润滑方式。它将少量的润滑油不经雾化而直接由压缩空气定时、定量地沿着专用的泊气管道壁均匀地被带到铀承的润滑区。润滑油起润滑的作用，而压缩空气起推动润滑油运动及冷却轴承的作用。油气始终处于分离状态，这有利于润滑油的回收，对环境没有污染。实施油气润滑时，一般要求每个轴承都有单独的油气喷嘴，对轴承喷射处的位置有严格的要求，否则不易保证润滑效果，油气润滑的效果还受压缩空气流量和泊气压力的影响。通常，增大空气流量可以提高冷却效果，而提高油气压力，不仅可以提高冷却效果，而且还有助于润滑油到达润

滑区。据报道，加大压力比采用常规压力进行油气润滑可使轴承的转速提高20％。一般用于DN＞10‘的高速轴承。 ’

喷射润滑是用油泵，通过位于轴承内困和保持架中心之间的一个或几个口径为o．5—1mm的喷嘴，以一定的压力，将流量＞500mI√min的润滑油喷射到轴承上，使之穿过轴承内部，经轴承另一端流入油槽，达到对轴承润滑和冷却的目的。当轴承高速旋转时，滚动体和保持架也以相当高的速度旋转，并使其周围的空气形成气流，这样用一般的润滑方法就很难将润滑油输入到轴承中。这时就必须要用高压喷射的方法，才能将润滑泊送到预定的区域。这种润滑方式通常用于DN＞1．6×10“并承受重负荷的轴承。

喷射润滑的轴承极限转速可达(2．3—2．5)×10e r／min。