机床用滚动轴承的结构特点及其应用.

当径向载荷作用于轴上时，轴端的变形主 要由轴的弯曲引起，但支承轴承内部的变形也 不容忽视。单个轴承的刚度取决于以下几个因 素： (1)、滚动体的形式；滚子轴承中滚动体与 滚道之间为线接触，而球轴承是点接触。因此， 在给定载荷作用下，滚子轴承中的变形要比球 轴承小一些，即滚子轴承的刚度要高一些。 (2)、滚动体的尺寸和数量；尺寸大、数量 多对提高轴承的刚度有利，但由于受轴承横截 面积大小的限制，滚动体的尺寸与数量必须有 一最佳匹配。
七、预载荷及极限轴向载荷 精密滚动轴承在工作时一般要施加 一定的预载荷，主要目的是： 1．使旋转轴在轴向和径向正确定 位，提高轴承的旋转精度。 2．提高刚度。 3．控制高速下滚动体的自旋滑 动，减少滚动体的公转打滑。 4．提高轴承阻尼，降低振动和噪 声。 5．提高轴承使用寿命。
(3)、滚动体的材料；材料的弹性模量 大，相应的变形量就小，刚性就好。因此， 采用陶瓷球的轴承，其刚度就比采用钢制 球的同结构轴承要高。 (4)、轴承的接触角；对角接触球轴承， 接触角越大，轴向刚度越高。 (5)、轴承的预载荷；一般情况下，预 载荷越大，轴承的刚性越好，但预载荷过 大，轴承易产生过热、卡死或者过早磨损 等现象，因此，轴承的预载荷要适当。
径和与其配套的双列圆柱滚子轴承的 外径相同，但其偏差较小，故与箱体 孔的配合有一定间隙。因此。双向推 力角接触球轴承不能承受径向载荷。 随着数控机床高速化的发展，双向推 力角接触球轴承其转速性能有时可能 不能满足数控机床高速化的需求，这 时可用两套背靠背、接触角为30º 或40º 的角接触球轴承组替代。
72
70
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精密机床主轴用圆柱滚子轴承常见的是单 列 N10 型 ( 旧代号 2100) 和双列 NN30 型 ( 旧代号 3182100)尺寸系列、并且内孔带1：12的锥度。 双向推力角接触球轴承常用 2344和2347两 个尺寸系列，其中， 2344 系列用于同圆柱滚子 轴承圆锥孔小端配合、 2347系列用于大端。 主轴用精密圆锥滚子轴承常用320 (旧代号 2007100) ，也有用329 (旧代号2007900)系列。 滚珠丝杠用轴承常用标准公制尺寸系列 7602 和 7603 ，也有用非标公制 BS 及英制尺寸 BSS系列。
角接触球轴承
Fa/Cor
载荷系数X和Y值 e
Fa/Fr≤e
X Y
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Fa/Fr＞e X
0.44 0.44 0.44 0.44 0.44 0.44 0.44 0.44 0.44 0.41
接触角
Y
1.47 1.40 1.30 1.23 1.19 1.12 1.02 1.00 1.00 0.87
机床用滚动轴承的 结构特点及其应用
姜韶峰
洛阳轴承研Hale Waihona Puke Baidu所 洛阳轴研科技股份有限公司
前言： 洛阳轴承研究所是原国家机械工业部直 属、轴承行业唯一的国家一类综合性研究机 构，全国首批具有进出口权的百家科研院所 之一。多年来，在轴承行业始终保持着轴承 设计理论、产品开发、应用技术、电主轴、 工艺装备、精密仪器、试验技术、材料研究 以及行业信息等综合优势，占据着国内航天、 航空、高速精密机床轴承、电主轴、轴承成 套用磨削超精设备、机电一体化轴承专用检 测仪器等技术领域的领先地位，是中国轴承 行业相关技术创新的龙头和重要基地。
滚珠丝杆轴承即指 60º 接触角的 单向推力角接触球轴承，该轴承能 承受较大的单一方向的轴向载荷， 同时也可承受一定的径向载荷，滚 珠丝杆轴承常常需组配使用，该轴 承结构特点为高的轴向刚度、高转 速、低摩擦、长寿命以及瞬时高低 速转换性能好等。
滚珠丝杆轴承
二、轴承的尺寸系列
机床主轴用高速角接触球轴承常用尺 寸系列18、19、(1)0、(0)2、对相同内径 的轴承，18、19、(1)0、(0)2四个尺寸系 列轴承的外径依次增大。精密机床主轴主 要根据刚度和转速来选择支承轴承，然后 再根据需要考虑其它因素，如承载能力、 抗振性、噪声等，相同的安装空间，(1)0、 19、18尺寸系列的轴承允许的轴径依次增 大，另外，轻系列的轴承虽然球径较小，
四、刚度 轴承抵抗在外载荷作用下变形的能力 称为轴承的刚性，用刚度来表示。轴承滚 动体与滚道间在无载荷时的接触有点接触 和线接触两种，不论何种接触，接触面积 总是随载荷的增加而增大，但相接触的两 物体间的趋近是不与载荷成线性关系，也 就是说，轴承的刚度不是一个常数，它随 着载荷的改变而有所变化。一般来说，随 着载荷的增加，轴承的刚度也有所增加。
洛阳轴研科技股份有限公司挂牌于 2001年11月22日，是以洛阳轴承研究所为 主发起人成立的一家股份制公司。公司自 成立之日起就充分发挥自身的技术优势， 积极推进科技成果的商品化、产业化，坚 持以科研为先导、市场为导向、产业为支 柱，走科、工、贸相结合的道路，确立了 立足于中国轴承工业，发展高新技术的目 标，努力实现跨越式发展。
预载 等级
A B C A B C A B C A B C
DB、DF TBT TFT TT QBT、QBC QFT、QFC QT
六、基本额定寿命
对于单套滚动轴承或一组在 同一条件下运转的近于相同的 滚动轴承，其基本额定寿命是 与90%的可靠度、常用的材料 和加工质量以及常规运转条件 相关的寿命。
成组角接触球轴承的基本额定寿命L10为
角接触球轴承
角接触球轴承
圆柱滚子轴承
双向推力角接触球轴承
双向推力角接触球轴承
圆锥滚子轴承
角接触球轴承可承受径向载荷 和一个方向的轴向载荷，在承受径 向载荷时，将引起轴向分力，因此， 角接触球轴承总是与承受反方向轴 向载荷的轴承匹配安装。机床主轴 用角接触球轴承的接触角多为15º 和 25º 两种，其中 15º 接触角用于转速 较高、轴向载荷较小处。
总之，对角接触球轴承，为提高轴向刚度， 应尽可能采用双联或三联、四联等多联配置方 式。
五、极限转速
滚动轴承的极限转速是指轴承在一定的工 作条件下达到所能承受的最高热平衡温度时的 转速值。ZYS精密滚动轴承样本给定的极限转 速适于以下情况： (1)、 轴承精度；角接触球轴承和滚珠丝 杆轴承为P4级，圆柱滚子轴承及双 向推力角接触球轴承是SP级，圆锥 滚子轴承的精度是P5级。
圆柱滚子轴承中滚子和滚道为线 接触，该轴承能承受较大的径向载荷。 由于圆柱滚子轴承内外圈可分离，故 不能承受轴向载荷。圆柱滚子轴承有 单列和双列之分，内孔分圆柱孔和带 1:12锥度的圆锥孔。其中，精密机床主 轴最常见的圆柱滚子轴承为内孔带1:12 锥度的双列圆柱滚子轴承NN30K(旧代 号3182)系列，该轴承需要与承受轴向
Cr Pr
10 / 3
时）
式中：
—— 一组轴承中轴承套数 Cr ——单套轴承的径向额定动 载荷（N） Pr ——单套轴承的径向当量动 载荷（N） ——轴承转速（r/min）
i
n
对于滚珠丝杠球轴承和双向推力 角接触球轴承，计算其寿命时要采用 轴向载荷。
1.角接触球轴承的径向当量动载荷Pr Pr=X· Fr+Y ·Fa 式中： X、Y——载荷系数 ，见下表 Fr、Fa——轴承外加径向、 轴向载荷 （N） 2.圆柱滚子轴承的径向当量动载荷 Pr=Fr 3.滚珠丝杆球轴承及双向推力角接触球轴 承主要承受的是轴向载荷Fa，因此，该轴 承的轴向当量动载荷Pa=Fa。
15°
0.015 0.029 0.058 0.087 0.120 0.170 0.290 0.440 0.580
0.38 0.40 0.43 0.46 0.47 0.50 0.55 0.56 0.56 0.68
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
25°
需要注意的是：对精密机床主轴轴承， 在高速旋转时，由于离心力和陀螺力矩的 作用，导致滚动体与套圈沟道过早磨损， 使得轴承精度丧失。另外，由于轴承润滑 不良或使用不当，也会破坏轴承的精度。 轴承精度的丧失满足不了主轴的精度要求， 即认为轴承寿命已到。因此，主轴轴承的 使用寿命就是指精度寿命，又称磨损寿命， 而不是指疲劳寿命。一般认为，轴承的疲 劳寿命越大，其精度寿命也越大。
以下就针对机床用滚动轴承的 类型及特点、轴承的尺寸系列、精 度、刚度、极限转速、基本额定寿 命、预载荷及极限轴向载荷、轴承 的润滑、轴承的配合、轴承的组配、 轴承的装卸和调整、轴承允许的工 作温度、轴承应用实例等方面进行 简单介绍：
一．机床用滚动轴承的类型及特点
滚动轴承在机床上的使用主要用于 主轴、滚珠丝杆及一般传动轴三个部位。 装于一般传动轴上的轴承，其要求和选用 原则与普通机械传动轴轴承无异。因此， 通常我们所说的机床轴承即指机床主轴轴 承和滚珠丝杆轴承。 机床主轴常用角接触球轴承、圆柱 滚子轴承、双向推力角接触球轴承和圆锥 滚子轴承等类型。如下图：
载荷的双向推力角接触球轴承2344(旧 代号2268)或2347(旧代号2268K)系列组 合使用，该轴承最显著的优点之一就 是，即使安装后也可调整内部游隙。 双向推力角接触球轴承由两个轴 圈、一个座圈、一个隔套、两套滚动 体与保持架组件组成。修磨隔套的厚 度即可调整轴承的预紧。轴承的公称 接触角为60º ，可承受较大的双向轴向 载荷，轴向刚度高。该轴承的公称外
Cr L10 i . Pr
2.1
3
3
（百万转） （小 时）
或
L10h
6 Cr 10 i 2.1 . 60n Pr
圆柱滚子轴承，其基本额定寿命为
Cr L10 Pr
10 / 3
（百万转）
10 6 （小 60n
或
L10h
（2）、单套轴承，轻预载。 （3）、正常安装，轴承与轴和座的 配合合适，旋转零件动平衡。 （4）、脂润滑时采用合适的润滑脂 ， 脂量适中。 （5）、油润滑时润滑油性能优良、 粘度合适、油量充足。 （6）、轴承不可过载，且在正常的 工作温度下旋转。
样本中给定的极限转速值是指理想 状态下的最高转速，由于轴承在使用过 程中受多种条件的限制和制约，轴承的 实际极限转速可能要低于样本给定值。 滚动轴承的极限转速取决于轴承的 结构类型、尺寸系列、尺寸大小、保持 架结构和材料、滚动体材料、轴承精度、 内部游隙、冷却措施、配合轴和座的精 度以及轴承的组配方式和预紧大小等。
当考虑精密机床轴承的极限转速时， 主要应注意以下几个影响因素： (1)、轴承精度； (2)、轴承材料； (3)、润滑方式； (4)、预紧大小； (5)、组配方式。 样本中给定的轴承的极限转速是指单 套轴承在理想状态下的最高转速，实际应 用中应乘如下转速降低系数。
极限转速
组配方式
DT
降低系数
公差等级
国家轴承质量监督检验中心、全国滚动 轴承标准化技术委员会、中国轴承工业协会 技术委员会均挂靠在本所。另外，机械工业 高速精密轴承工程研究中心和军品轴承技术 开发中心也设在该所。 20世纪70年代中期，洛阳轴承研究所在 国内首次试制成功高速精密机床主轴用角接 触球轴承，填补了国内空白并开始替代进口。 多年来，本所研制生产的高精密轴承广泛地 应用于航天、航空、航海、机床、纺织、铁 路、汽车、轧机及其它行业。
2 0.99 0.88 0.70 0.88 0.77 0.60 0.77 0.60 0.38 0.71 0.50 0.27 4 0.90 0.80 0.65 0.80 0.70 0.55 0.70 0.55 0.35 0.65 0.45 0.25 5 0.81 0.72 0.58 0.72 0.63 0.50 0.63 0.50 0.31 0.58 0.40 0.22
但安装的球数多，同样保证轴承具有较高 的刚度。较小球径的轴承由于产生的离心 力小，因而允许的转速也高。所以，从刚 度和转速两方面来考虑，精密机床主轴轴 承宜选用(1)0、19、18尺寸系列，但由于 18系列轴承壁薄、加工难度大，除非特殊 场合，一般很少采用。故高速精密机床主 轴最常见的角接触球轴承为(1)0、19尺寸 系列。
三、精度 轴 承 的 精 度 一 般 分 为 P0(G)、 P6(E)、P5(D)、P4(C)、（P4A）、 P2(B)等级别，精度等级依次升高。精 密机床轴承的精度一般用 P5 及其以上 级，高速精密主轴用角接触球轴承及 滚珠丝杆轴承常选 P4 及其以上级，双 列圆柱滚子轴承及双向推力角接触球 轴承常用SP及UP级两种特殊精度。