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1 超精密轴承

2 SKF 移动应用 SKF 移动应用程序可以从苹果应用商店和安卓市场下载, 这些应用程序提供了许多有用的信息, 便于您进行关键的计算, 轻松体验 SKF 知识工程服务 苹果应用商店 安卓市场 SKF, BeyondZero, KMT 和 KMTA 是 SKF 集团的注册商标 NitroMax 是 SKF 集团的商标 Apple 是苹果公司在美国和其他国家的注册商标 Google Play 是谷歌公司的商标 SKF 集团 2014 本出版物内容的著作权归出版者所有且未经事先书面许可不得被复制 ( 甚至引用 ) 我们已采取了一切注意措施以确定本出版物包含的信息准确无误, 但我们不对因使用此等信息而产生的任何损失或损害承担任何责任, 不论此等责任是直接 间接或附随性的 任何本出版物提及的成本节约及利润增长均来源于斯凯孚客户的经历且不构成对未来的任何结果将保持一致的担保 PUB BU/P ZH 2014 年 2 月本刊物取代 6002 部分图片经 Shutterstock.com 授权允许使用

3 轴承选择和应用的基本原理 1 角接触球轴承 2 圆柱滚子轴承 3 双向推力角接触球轴承 4 推力 - 向心圆柱滚子轴承 5 丝杠驱动用推力角接触球轴承 6 精密锁紧螺母 7 量具 8 索引 9 1

4 目录 这就是 SKF... 6 SKF 一家知识工程公司... 8 单位换算 前言 轴承选择和应用的基本原理 超精密轴承的选择 轴承类型和设计 基本选择标准 轴承寿命和额定载荷 轴承动载荷和寿命 许用静载荷 摩擦 游隙和预载荷对摩擦的影响 润滑脂填充对摩擦的影响 混合陶瓷轴承的摩擦特性 转速 许用转速 可达到的转速 典型主轴轴承系统可达到的转速 轴承特性 外形尺寸 公差 预载荷和内部游隙 材料 设计考虑因素 轴承配置 系统刚度 轴承径向定位 轴承轴向定位 安装和拆卸规范 轴承预载荷 密封方案 润滑 脂润滑 油润滑 润滑剂的储存

5 安装和拆卸 安装位置 方法和工具 安装建议 试运行 拆卸 轴承的重复使用 SKF 主轴服务 轴承的存放 角接触球轴承 分类 设计和变型 轴承配置设计 轴承和轴承组的标记 轴承数据 预载荷 轴向刚度 轴承套圈的配合和压紧 轴承组的承载能力 轴承当量载荷 可达到的转速 安装 代号系统 产品表 2.1 角接触球轴承 圆柱滚子轴承 设计和变型 轴承数据 安装后轴承的径向内部游隙或预载荷 径向刚度 轴承当量载荷 可达到的转速 设计考虑因素 安装 代号系统 产品表 3.1 单列圆柱滚子轴承 双列圆柱滚子轴承 双向推力角接触球轴承 设计和变型 轴承的标记 轴承数据 预载荷 轴向刚度 轴承当量载荷 可达到的转速 安装 代号系统 产品表 4.1 双向推力角接触球轴承

6 目录 5 推力 - 向心圆柱滚子轴承 设计和变型 轴承数据 预载荷和刚度 摩擦 润滑 设计考虑因素 承载能力 轴承当量载荷 轴承当量载荷 安装 代号系统 产品表 5.1 推力 - 向心圆柱滚子轴承 丝杠驱动用推力角接触球轴承 设计和变型 轴承配置设计 轴承的标记 轴承数据 预载荷 轴向刚度 摩擦力矩 卸载力 轴承组的承载能力 轴承当量载荷 轴向承载能力 安装 可达到的转速 代号系统 产品表 6.1 单向推力角接触球轴承 双向推力角接触球轴承 螺栓安装用双向推力角接触球轴承 带凸缘座的盒式轴承单元 精密锁紧螺母 设计 产品数据 安装与拆卸 代号系统 产品表 7.1 带锁紧销的 KMT 型精密锁紧螺母 带锁紧销的 KMTA 型精密锁紧螺母 带轴向锁紧螺钉的 KMD 型精密锁紧螺母

7 8 量具 GRA 30 环规 产品表 8.1 GRA 30 环规 DMB 锥度规 产品表 8.2 DMB 锥度规 GB 30 和 GB 10 内部游隙规 产品表 8.3 圆柱滚子轴承用 GB 30 和 GB 10 内部游隙规 GB 49 内部游隙规 产品表 8.4 圆柱滚子轴承用 GB 49 内部游隙规 索引 文字索引 产品索引

8 SKF SKF SKF SKF SKF SKF S _1 ZH - SupB - 0 General.indd :51:06

9 2005 SKF SKF BeyondZero SKF SKF IT _1 ZH - SupB - 0 General.indd :51:12

10 一家知识工程公司 我们的知识 您的成功 生命周期管理是我们将技术平台和先进服务结合起来, 并将其应用在资产生命周期的每个阶段, 以帮助我们的客户取得更大成功 可持续发展和盈利的方法 技术规格 设计和开发 生命周期管理 制造和测试 维护和维修 安装和调试 运行和监测 与您紧密合作我们的目标是帮助我们的客户提高生产效率, 最大程度地减少维护, 实现更高的能源和资源利用效率, 优化设计, 延长使用寿命和提高可靠性 创新的解决方案无论是线性应用还是旋转应用, 或两者的结合, 的工程师都可以在资产生命周期的每个阶段与您合作, 通过了解整个应用提高 设备的性能 这种方法并不只是侧重于轴承或密封件等个别部件 它着眼于整个应用, 关注部件之间的交互作用 设计优化与验证可与客户紧密合作, 采取专利建模软件优化现有的或新的设计, 该软件还可以作为一个虚拟测试台来测试设计的完整性 8

11 SKF SKF SKF SKF SKF SKF 9

12 单位换算 单位换算 量单位换算 长度 英寸 1 mm in. 1 in. 25,40 mm 英尺 1 m ft. 1 ft. 0,3048 m 码 1 m yd. 1 yd. 0,9144 m 英里 1 km mi. 1 mi. 1,609 km 面积 平方英寸 1 mm sq-in 1 sq-in 645,16 mm 2 平方英尺 1 m sq-ft 1 sq-ft 0,0929 m 2 体积 立方英寸 1 cm cu-in 1 cu-in 16,387 cm 3 立方英尺 1 m 3 35 cu-ft 1 cu-ft 0,02832 m 3 英制加仑 1 l 0.22 gallon 1 gallon 4,5461 l 美制加仑 1 l US gallon 1 US gallon 3,7854 l 速度, 速率 英寸 / 秒 1 m/s 3.28 ft/s 1 ft/s 0,30480 m/s 英里 / 小时 1 km/h mph 1 mph 1,609 km/h 质量 盎司 1 g oz. 1 oz. 28,350 g 磅 1 kg lb. 1 lb. 0,45359 kg 美吨 1 tonne short ton 1 short ton 0,90719 tonne 英吨 1 tonne long ton 1 long ton 1,0161 tonne 密度磅 / 立方英寸 1 g/cm lb/cu-in 1 lb/cu-in 27,680 g/cm 3 力磅 - 力 1 N lbf. 1 lbf. 4,4482 N 压力, 应力 磅 / 平方英寸 1 MPa 145 psi 1 psi 6, Pa 1 N/mm psi 1 ba4.5 psi 1 psi 0, bar 力矩英寸磅 - 力 1 Nm 8.85 lbf-in 1 lbf-in 0,113 Nm 功率 英尺 - 磅 / 秒 1 W ft-lbf/s 1 ft-lbf/s 1,3558 W 马力 1 kw 1.36 hp 1 hp 0,736 kw 温度度摄氏 t C = (t F 32) 华氏 t F = 1,8 t C

13 前言 本样本中包含典型应用于机床主轴的标准类型的 SKF 超精密轴承 SKF 在全球的销售渠道均供应这些产品, 为客户提供最高水平的产品质量和客户服务 有关订货时间和交付的信息, 请联系您当地的 SKF 销售代表或 SKF 授权经销商 本样本的数据反映了截止 2013 年 SKF 的最高水平的技术和生产能力 由于设计的更新, 技术的发展和计算方法的改进, 部分数据可能有异于之前的版本 在材料 设计和加工方法等方面,SKF 保留持续改进其产品的权利, 其中一些变化是技术的发展带动的 最新动态与以前的样本相比, 为满足日益增加的应用需求, 几乎所有的轴承都已重新设计 多种尺寸和变型已经添加到轴承分类中 更新的主要内容包括 : 更多的角接触球轴承尺寸首次将 18 尺寸系列角接触球轴承包含在内 其他尺寸系列中, 在尺寸范围的两端也都增加了一些尺寸 密封轴承的数量是以前样本中的三倍左右, 混合陶瓷轴承的数量也已经增加 指南本样本分为 9 个主要章节, 在相应章节页面的右边区域用蓝色标签标出 : 第 1 章为设计和应用建议 第 2-6 章详细介绍了各种轴承类型 每一章对一类轴承进行说明, 产品表列出了选择轴承和设计轴承配置用的数据 第 7 章为精密锁紧螺母的产品信息 第 8 章为专用量具 第 9 章为快速检索具体产品或主题信息的索引 18 尺寸系列全新超精密角接触球轴承 11

14 前言 更多的角接触球轴承变型 SKF 提供更多的角接触球轴承类型的选择 : 直接油孔润滑轴承 预载荷等级更高的轴承 具有陶瓷球和 NitroMax 钢制套圈的轴承 全新的双向推力角接触球轴承系列原 2344 (00) 系列轴承被新的 BTW 系列轴承所取代 BTW 系列轴承摩擦更小, 能适应更高的转速, 重量更轻, 更易安装 推力 - 向心圆柱滚子轴承本样本中增加了推力 - 向心圆柱滚子轴承, 该类轴承常用于支承加工中心的旋转工作台 分度头和多轴头 具有陶瓷球和 NitroMax 钢制套圈的轴承 PEEK 保持架轴承增强 PEEK 制保持架能够使轴承适应更高的转速, 且运转更安静 更多采用该材料制造的保持架的角接触球轴承和圆柱滚子轴承可供选择 取代原 2344 (00) 系列的 BTW 系列轴承 推力 - 向心圆柱滚子轴承 PEEK 保持架能够实现更高的转速和更安静的运转 12

15 如何使用本样本本样本的设计便于迅速查找特定信息 样本的前面为全目录, 后面为产品索引和全文索引 每章章号都以印刷标签清楚地标明 产品标识 SKF 超精密轴承的产品代号通常包含轴承和附加特性的相关信息, 如需查找 SKF 某一种轴承或更多相关信息, 可参考 : Product index Designation Product Pro t tabl P 产品索引样本后面的产品索引列出了系列代号, 相关的轴承类型, 指导读者查阅相关产品章节和产品表 70../..L 70../..L1 70../HC 70../HC..H 70../HC..H1 70../HC..L 70../HC..L /HC Angular contact ball bearings... Angular contact ball bearings for direct oil-air lubrication... Angular contact ball bearings for direct oil-air lubrication. Angular contact ball bearings for direct oil-air lubric Angular contact ball bearings for direct oil-ai Hybrid angular contact ball bearings. Hybrid angular contact ball bea Hybrid angular contact b Hybrid angular co Hybrid ang Ang /..H 70../..H 使用产品索引易于查询基于轴承代号的相关信息 代号表每一产品章节的产品代号位于产品表页码之前 这些代号表可识别常用代号前缀和代号后缀 文字索引样本后的文字索引包含代号后缀, 依字母顺序排列, 为方便快速浏览采用粗体印刷 计量单位本样本中的计量单位符合 ISO 可以使用换算表进行单位换算 ( 第 10 页 ) 为便于使用, 温度值以摄氏和华氏两种温度提供, 温度值通常进行了圆整 因此, 采用换算公式时这两个温度值不一定是精确匹配的 Angular contact ball bearings Designation system 7 S 7 Prefix Open bearing (no designation prefix) S Sealed bearing V Bearing with NitroMax steel rings and bearing e Si 3N balls (hybrid bearing) Bearing series 718 Angu on 719 o 70 用于解码代号的代号表 Text index A A angular contact ball bearings 197 axial-radial cylindrical roller bearings 333 double direction angular contact thrust ball bearings 303, 311 thrust bearings for screw drives 342, AC 130, 196 ACB 196 accuracy of bearings of seats and abutments 75 77, 3 of seats and abutments (fo tolerance symbol de ACD 196 ACE 19 a 在文字索引中列出的代号后缀减少查找时间 markings 145, 194 matched sets mounted with spacer rings 166 mounting 123, 136, 145 oil nozzle positions ordering po prelo

16 前言 其他 SKF 产品和服务 SKF 提供多种产品 服务和解决方案, 不仅限于该样本中的产品, 但当您使用 SKF 超精密轴承时您可能需要这些产品或服务, 您可以联系 SKF 或者登陆 skf.com 获得产品信息 提供内容包括 : 润滑系统 SKF 可以提供一系列的自动润滑技术, 每一种技术都具有若干个重要的优势, 从提高产量 降低成本, 到更健康 更环保的工作场所 SKF 可以提供主轴润滑系统, 其适用于绝大多数的转速范围 ; 能够提供个性化的多点润滑系统, 适用于直线导轨 滚珠丝杠 轴承和辅助设备 ; 以及机械加工中的自动微量润滑系统, 其有助于减小对环境的影响, 创造更健康的工作环境 润滑系统 冷却泵 SKF 提供全系列的节省空间的离心式 螺杆主轴泵, 每一种设计都能够为特定机床应用提供可靠 有效的冷却液 由于是浸没式安装, 大部分的冷却泵在无密封的条件下工作, 减少了维护, 最终也使成本降低 有多种结构的泵可供选择, 以满足各种介质 流速和工作压力的要求, 提供各种标准驱动力的选择和电气连接规格 冷却泵 14

17 直线运动技术 SKF 采用最优方法将直线运动 轴承 密封方案 润滑剂和润滑系统的竞争优势结合在一起, 为用户提供线性驱动和导向系统的解决方案, 包括成形导轨 精密导轨 楔形滑台 标准直线滑台和直线球轴承 所有解决方案的设计都是为了便于维护和保持其可靠性 许多机床轴的线性驱动都装备有滚珠丝杠或者滚柱丝杠 SKF 滚珠和滚柱丝杠即使在高负载条件下也能够进行快速 精确的直线运动 机床轴配备的滚柱丝杠具有高的加速度 高的直线速度, 高的承载能力, 同时具有高的轴向刚度等独特的优势 行星滚柱丝杠没有循环系统, 滚动体间没有摩擦, 因此, 当机床轴反向时具有更高的精度 SKF 也可提供丝杠轴上预装支承轴承的滚柱丝杠, 这类丝杠可用螺栓直接安装到位, 加快和简化安装和调整程序 直线运动技术 定制的密封解决方案几十年的密封件制造经验, 再加上采用专用新材料, 使 SKF 已经成为标准密封件和定制设计密封解决方案的主要供应商 这些集成解决方案包括 : 密封件 先进设计的塑料件以及模压成形密封件, 为压力气缸 阀门 压紧装置等液压与气动应用以及像旋转式分配器 接头或分度工作台等旋转机械应用提供更高量级和高性能的机加工密封件 由于具备灵活的生产流程, 对标准和定制密封件的生产交货时间短, 能够及时交付, 使客户从中受益 包括耐水解和 / 或自润滑聚氨酯 氟碳橡胶 不同的 PTFE 化合物等各种各样的高性能密封材料, 提供高耐磨性, 长寿命, 以及与机床切削液的化学相容性 另外,SKF 能够为客户提供现场问题的解决分析和应用工程支持 密封 15

18 前言 主轴状态监测为避免加工过程中的干扰和意外生产停机, 主轴正常状态的监测至关重要 SKF 提供全系列的状态监测工具和技术 从手持式数据采集器和分析仪到在线监测和保护系统, 能够为设备状态包括轴承 不平衡和润滑问题提供可靠的监测数据 这些监测系统通过消除意外停机时间, 使机床操作者基于机床状态而不是通过时间进度安排维护计划, 提高了运行效率, 降低了成本 数据记录系统能够与机床控制系统相结合用于调整纠正措施 例如,SKF Spindle Assessment Kit( 主轴评估工具包 ) 对可靠的 简化的 机载状态监测而言, 提供全面的解决方案 此工具包包括 SKF Microlog Advisor Pro 加速度传感器 激光转速表 带支架千分表 皮带张力计和一个软件包 SKF 可以帮助您在机床主轴建立测量点, 同时作为服务协议的一部分也可以为您提供咨询服务 先进的计算工具 SKF 主轴模拟器是主轴应用分析的一个先进模拟软件程序 基于 SKF 模拟器平台, 并使用同样先进的技术, 该模拟器设计非常人性化 该软件能够模拟用户设定的转速 轴承温度分布对轴承与轴和座配合以及预载荷的影响 另外, 在主轴工作周期的每一步, 其能够分析外部载荷对轴和轴承的影响, 提供关于每个轴承中每个滚动体接触的高度准确信息 此程序支持主轴分析, 并包含了详细的 最新的 SKF 超精密轴承模型 主轴状态监测 SKF 主轴模拟器 16

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21 轴承选型和应用的基本原理 1 超精密轴承的选型 轴承的类型和设计 基本选择标准 轴承寿命和额定载荷 轴承动载荷和寿命 基本额定动载荷 轴承当量动载荷 基本额定寿命 混合陶瓷轴承的额定寿命 所需最小载荷 变化工况下的计算寿命 许用静载荷 基本额定静载荷 轴承当量静载荷 必要的基本额定静载荷 摩擦 游隙和预载荷对摩擦的影响 润滑脂填充量对摩擦的影响 混合陶瓷轴承的摩擦特性 转速 许用转速 可达到的转速 典型主轴轴承系统可达到的转速 轴承特性 外形尺寸 公差 预载荷和内部游隙 材料 轴承套圈和滚动体材料 保持架材料 密封材料 设计考虑因素 轴承配置 系统刚性 轴承刚度 轴承径向定位 推荐的轴和轴承座的配合 轴承安装面及挡肩的精度 轴承的轴向定位 定位方法 阶梯轴套 安装和拆卸的预留措施 轴承预载荷 密封方案 外部密封 集成密封 润滑 脂润滑 油润滑 润滑剂的储存 安装和拆卸 安装环境 安装方法及工具 安装建议 试运行 拆卸 轴承的重复使用 SKF 主轴服务 轴承的存放

22 轴承选型和应用的基本原理 超精密轴承的选型 一个主轴系统并不是仅仅由轴承组成, 轴和轴承座等相关零件也是整个系统不可缺少的部分, 润滑剂和密封零件亦扮演着重要的角色 为使轴承性能最优, 轴承中必须填加适量的合适的润滑剂, 以减小摩擦并防止轴承腐蚀 ; 密封零件也很重要, 因为它可以使润滑剂留在轴承内部, 并阻止外部污染物进入轴承 它之所以重要是因为清洁度对轴承使用寿命有着深刻影响, 因此 SKF 制造并出售各种不同的工业密封件和润滑系统 在轴承选择过程中涉及许多因素 : 可用空间 载荷 ( 大小和方向 ) 精度和刚度 转速 运转温度 振动等级 污染等级 润滑剂类型及润滑方法 当针对应用进行设计时, 所作出的每一个决定都会影响主轴系统的性能 可靠性和经济性 作为领先的轴承供应商,SKF 提供各种类型 系列 设计 变型和尺寸的超精密轴承 其中最常见的数据将在 轴承类型和设计 章节加以介绍 在轴承选择和应用的基本原理这一章节中, 轴承系统的设计者可以查找到所需的必要基本信息 但是想要涵盖每一种可能的应用所需的全部信息是不可能的 因此, 在这些情况下, 请联系 SKF 获取应用工程服务 技术服务可以进行复杂的计算 诊断并解决轴承性能的相关问题, 还提供轴承选型服务 SKF 同样向任何致力于改进其应用性能的人士推荐该服务 在 轴承选择和应用的基本原理 一章所提供的信息是通用的, 适用于大多数超精密轴承 在相关产品章节给出了针对特定轴承类型的详细信息 需要注意的是, 产品表中列出的许多数值是经过圆整处理的 一旦选定合适的轴承, 还需要考虑其他几个因素 : 配置中其他部件的合适形状和设计 恰当的配合以及轴承内部游隙或预载荷 锁紧装置 充分的密封 安装和拆卸方法 20

23 超精密轴承的选型 轴承类型和设计 SKF超精密轴承是为机床主轴和其他在高转 速甚至极高转速下要求有很高运转精度的应 用而设计的 每种类型的轴承都具有独特的 特性 使其适合具体的工况 对于不同类型 轴承的详情 请查阅相关产品的章节 1 1 角接触球轴承 ( 第127页) 高承载 (D型设计) (1) 高转速 (E型设计) (2) 高转速 (B型设计) (3) 不同变型的所有设计 单个安装或组配好的轴承组 通用配组轴承或通用配组轴承组 使用钢球的轴承或混合陶瓷轴承 开式轴承或带密封轴承 (3) 圆柱滚子轴承 ( 第263页) 单列 (N型设计) 基本设计 (4) 高速设计 (5) 混合陶瓷轴承 双列 (NN型设计) (6) 使用钢制滚子的轴承 混合陶瓷轴承 双列 (NNU型设计) (7) 双向推力角接触球轴承 ( 第301页 ) 基本设计 (BTW系列) (8) 使用钢球的轴承 混合陶瓷轴承 高速设计 (BTM系列) (9) 使用钢球的轴承 混合陶瓷轴承 _1 ZH - SupB - 1 Principles of selection and application.indd :37:19

24 轴承选型和应用的基本原理 推力 - 向心圆柱滚子轴承 ( 第 319 页 ) 基本设计 (NRT 系列 ) (10) 10 丝杠驱动用推力角接触球轴承 ( 第 337 页 ) 单向 (BSA 和 BSD 系列 ) (11), 成组安装的通用配组轴承 (12) 密封轴承 (13) 双向密封轴承 (BEAS 系列 ) (14) 螺栓安装轴承 (BEAM 系列 ) (15) 带一个凸缘座的套筒单元 (FBSA 系列 ) (16)

25 超精密轴承的选型 保持架本样本所示的超精密轴承都带有保持架 然而, 对于一些特殊应用, 会提供不带保持架的轴承 ( 满装滚动体 ) 保持架的主要用途是 : 隔离滚动体, 以减小轴承的摩擦力矩和摩擦热 保持滚动体均匀分布, 以优化载荷分布并使轴承安静 平稳的运行 引导非承载区的滚动体, 以改善滚动状况并避免损害性的滑动 在安装或拆卸中, 当可分离轴承的一个套圈被去除时, 保持住滚动体 保持架承受由摩擦 应变和惯性力产生的机械应力 保持架还会由于高温 某些润滑剂 润滑剂添加剂或副产品的老化 有机溶剂或冷却剂的作用而退化 因此, 保持架的设计和材料对滚动轴承在特定应用下的适用性有着重要影响 因此,SKF 采用不同材料开发了用于不同轴承类型和工况的各种保持架 在每个产品章节中, 均提供了关于标准保持架以及可能的替代品的信息 标准保持架可适合大多数应用 如果需要带非标保持架的轴承, 请在订购之前确定是否可以供货 基本选型标准对于机床主轴和其他在高转速下有高旋转精度要求的应用, 轴承的选择至关重要 SKF 超精密轴承包含有不同的轴承类型, 每种类型均具有不同的特性, 以满足特定的使用要求 选择超精密轴承时, 并无通用规则, 一些因素必须考虑和权衡, 其中最重要的几项如下所示 : 精度 ( 第 20 页 ) 刚性 ( 第 26 页 ) 可用空间 ( 第 27 页 ) 转速 ( 第 27 页 ) 载荷 ( 第 30 页 ) 轴向位移 ( 第 31 页 ) 密封解决方案 ( 第 31 页 ) 主轴系统的总成本和库存因素也影响轴承的选择 设计轴承配置时需要考虑的一些最重要的标准, 有独立的章节进行深入 全面地分析 有关每种轴承类型的特性和可用设计等相关信息, 请参阅具体产品章节 当对精度和生产率的要求特别高时, 有必要联系 SKF 对于高要求的应用场合,SKF 提供以下专用解决方案 : 混合陶瓷轴承 ( 第 53 页 ) 高氮合金钢 (NitroMax) 轴承 ( 第 52 页 ) 涂层轴承 1 23

26 轴承选型和应用的基本原理 精度对于滚动轴承, 精度由旋转精度和尺寸精度的公差等级来描述 SKF 与不同标准化组织的公差等级对比见表 1 大多数 SKF 超精密轴承是按照 P4A,P4C 或 SP 公差等级制造 SKF 超精密轴承的标准公差等级和可选公差等级列于表 2 各产品章节均提供了该类型轴承依据何种公差等级制造的详细信息 表 1 公差等级对比 SKF 公差等级 按照不同标准时的标准公差等级 旋转精度 尺寸精度 ISO 1) ANSI/ABMA 2) DIN 3) ISO 1) ANSI/ABMA 2) DIN 3) P4A 2 4) ABEC 9 4) P2 4) 4 ABEC 7 P4 P4 4 ABEC 7 P4 4 ABEC 7 P4 P5 5 ABEC 5 P5 5 ABEC 5 P5 P2 2 ABEC 9 P2 2 ABEC 9 P2 PA9A 2 ABEC 9 P2 2 ABEC 9 P2 P4C 4 ABEC 7 P4 4 ABEC 7 P4 SP 4 ABEC 7 P4 5 ABEC 5 P5 UP 5) 2 ABEC 9 P2 4 ABEC 7 P4 1) ISO 492 或 ISO 199 2) ANSI/ABMA Std. 20 3) DIN 或 DIN ) d > 120 mm ISO 4 或更高,ABEC 7 或更高, DIN P4 或更高 5) 取决于轴承尺寸, 旋转精度可能更高 表 2 SKF 超精密轴承的标准公差等级和可选公差等级 轴承类型 标准公差等级 可选公差等级 角接触球轴承 P4A 或 P4 1) PA9A 或 P2 1) 圆柱滚子轴承 SP UP BTW 系列双向推力角接触球轴承 SP UP BTM 系列双向推力角接触球轴承 P4C 丝杠驱动用推力角接触球轴承 P4A 推力 - 向心圆柱滚子轴承 2) 1) 径向跳动等于或优于 P4, 轴向跳动接近 P4 根据订货要求可减小轴向和径向跳动 24

27 超精密轴承的选型 旋转精度主轴系统的旋转精度取决于系统内部所有零件的精度 轴承旋转精度主要受轴承套圈滚道的形状和位置精度的影响 对于大多数应用, 为某个特定轴承选择合适的公差等级时, 内圈的最大径向或轴向跳动 ( 取决于轴承类型 ) 通常是决定性因素 图表 1 比较了不同公差等级内圈的最大径向跳动的相对值 尺寸精度轴承及与其配合的零件的外形尺寸精度对于获得适当的配合十分重要 轴承内圈与轴之间或外圈与轴承座之间的配合影响所安装轴承的内部游隙或预载荷 与其他类型的超精密轴承相比, 带有锥形孔的圆柱滚子轴承允许的尺寸偏差稍大 这是由于其游隙或预载荷是由在安装时内圈在锥形安装面上的推进量所决定的 1 不同公差等级的相对径向跳动极限 图表 1 内圈的径向跳动 [%] ( 参考内径 d = 70 mm) , N P6 P5 P4, P4C, SP P4A, P2, PA9A UP 公差等级 25

28 轴承选型和应用的基本原理 刚性在机床应用中, 主轴的刚性极其重要, 因为在载荷作用下主轴弹性变形的大小会严重影响机床的生产率和加工精度 尽管轴承刚度影响着系统刚性, 但仍需考虑包括刀具悬伸和轴承的数量及位置等其他影响因素 决定轴承刚度的因素如下 : 滚动体类型滚子轴承的刚度高于球轴承, 陶瓷滚动体的刚度高于钢制滚动体 在需要高径向刚性的应用中, 圆柱滚子轴承通常是最佳选择, 然而, 也可以使用最小接触角的角接触球轴承 在需要高轴向刚性的应用中, 优先选用具有大接触角的推力角接触球轴承 其刚性随预载荷的增大而增加, 但这会限制其许用转速 对于系统刚性和轴承刚度的更多信息, 请参考 系统刚性 部分 ( 第 66 页 ) 滚动体的数量和尺寸大量的小直径滚动体会增加轴承的刚度 接触角接近载荷角的接触角能获得更高的刚度 内部设计较大的密合度使角接触球轴承拥有更高的刚度 26

29 超精密轴承的选型 可用空间由于空间限制及对刚性和旋转精度的高要求, 高精度应用通常要求轴承具有小的截面 截面小的轴承可以容纳相对较大直径的轴, 可以用相对小的轴承外形获得需要的刚性 通常用于机床的角接触球轴承 圆柱滚子轴承和推力角接触球轴承几乎只有 ISO 9 和 0 直径系列 ( 图 1) 2 直径系列的角接触球轴承很少用于新设计, 但在现有应用中仍很常见 当紧凑的截面作为关键要求时, 优先选用 8 直径系列角接触球轴承 就刚性和承载能力而言, 通过选择 9 或 0 直径系列轴承, 可在同样的径向空间中获得适合某一特殊用途的最优轴承配置 丝杠驱动用推力角接触球轴承具有较大的截面 对于此类轴承,2 或 3 直径系列比较常见 显然, 可用空间并不是考虑重点, 而承载能力则极其重要 1 图

30 轴承选型和应用的基本原理 转速超精密轴承可达到的转速主要取决于轴承类型 设计和材料, 载荷的类型及大小, 润滑剂及润滑方式 就许用转速而言, 运转温度是一个附加的限制 高速应用的超精密轴承配置要求轴承产生最低的摩擦和热量 超精密角接触球轴承和圆柱滚子轴承最适用于此类应用 对于极高转速的应用, 有必要使用混合陶瓷轴承 ( 带陶瓷滚动体的轴承 ) 与其他超精密轴承类型相比, 角接触球轴承能够达到最高的转速 图表 2 比较了 SKF 不同系列角接触球轴承的相对转速能力 关于轴承系列的详情, 请参考第 196 页的 代号系统 部分 推力轴承不能达到与径向轴承一样高的转速 要想获得更高的转速, 必须容忍一定量的刚性损失, 这是一般规律 关于可达到的转速的附加信息, 请参考 转速 部分 ( 第 38 页 ) 28

31 超精密轴承的选型 图表 2 角接触球轴承的相对转速能力 1 轴承系列 719 CE/HCP4A 719 CB/HCP4A 70 CE/HCP4A 719 ACE/HCP4A 719 ACB/HCP4A 70 CB/HCP4A 70 ACE/HCP4A 719 CE/P4A 719 CB/P4A 70 ACB/HCP4A 70 CE/P4A 719 ACE/P4A 718 CD/HCP4 70 CB/P4A 719 CD/HCP4A 719 ACB/P4A 718 ACD/HCP4 70 ACE/P4A 70 ACB/P4A 719 ACD/HCP4A 718 CD/P4 70 CD/HCP4A 72 CD/HCP4A 719 CD/P4A 70 ACD/HCP4A 72 ACD/HCP4A 718 ACD/P4 70 CD/P4A 72 CD/P4A 719 ACD/P4A 70 ACD/P4A 72 ACD/P4A 相对转速能力 [%] AC 25 接触角 C 15 接触角 B 高转速 B 型设计 E 高转速 E 型设计 D 高转速 D 型设计 HC 陶瓷球 29

32 轴承选型和应用的基本原理 载荷针对高速应用选择 SKF 超精密轴承时, 额定计算寿命 ( 即基本额定载荷 ) 通常不是限制因素 其他条件, 如刚度 空心主轴要求的内径尺寸 加工速度和精度才是决定性因素 当选择轴承类型时, 载荷的大小和方向起着重要的作用 径向载荷与同样尺寸的球轴承相比, 超精密圆柱滚子轴承能够承受更大的径向载荷 圆柱滚子轴承不能承受轴向载荷, 但其内圈或外圈没有挡边, 依赖于此特殊设计, 它的内圈与外圈之间允许一定的轴向位移 轴向载荷双向推力角接触球轴承 (BTW 和 BTM 系列 ) 用于承受任一方向上的纯轴向载荷 成组的角接触球轴承也是可行的解决方案, 尤其在高速应用时 对于大型轴承配置或那些用于承受非常大的轴向载荷的轴承, 推荐使用专用单向推力球轴承或推力圆柱滚子轴承 关于这些特殊轴承的详情, 请联系 SKF 为确保推力轴承仅承受轴向载荷, 轴承外圈在安装时应该留有径向间隙 具有这些特性的超精密轴承有 : 718,719,70, 和 72 系列角接触球轴承 用于丝杠驱动的 BSA 和 BSD 系列单向推力角接触球轴承 用于丝杠驱动的 BEAS 和 BEAM 系列双向推力角接触球轴承 NRT 系列推力 - 向心圆柱滚子轴承 轴承承受轴向或径向载荷的能力由其接触角决定 ( 图 2) 接触角为 0 的轴承仅可承受纯径向载荷 随着接触角的增大, 轴向承载能力随之提高 当接触角达到 90, 轴承变为纯推力轴承, 仅可承受轴向载荷 然而, 转速能力却与接触角成反比, 即随接触角增大, 转速能力降低 推力 - 向心圆柱滚子轴承通过分开且互相垂直的滚子列来分担联合载荷的轴向和径向分量 当联合载荷中存在非常大的轴向载荷分量时, 径向载荷和轴向载荷可分别由各自的轴承支承 联合载荷联合载荷在轴向载荷和径向载荷同时作用下产生 ( 图 2) 承受联合载荷的一个非常有效的途径是使用可同时承受径向和轴向载荷的轴承类型 图 2 a 30

33 超精密轴承的选型 轴向位移在大多数应用中, 轴承必须在不产生轴向载荷的情况下适应主轴的热胀冷缩, 这就需要定位 / 非定位轴承系统 定位端轴承必须能够对主轴进行双向的轴向定位 在机床应用中, 可以使用成组的角接触球轴承或一对推力角接触球轴承 非定位端轴承必须允许主轴的热膨胀和收缩 圆柱滚子轴承非常适用于此种工况, 因为在其轴承内部允许轴和轴承座的相对运动 ( 图 3) 这使得轴承的内 外圈均可实现过盈安装 如果配对角接触球轴承用于非定位端, 轴承的内圈或外圈必须为间隙配合, 以保证它们可以在轴上或轴承座内滑动 但是, 间隙配合对系统刚性有负面影响 1 图 3 31

34 轴承选型和应用的基本原理 密封解决方案为将润滑剂保持在轴承中并防止污染物进入,SKF 提供一些带有集成密封的超精密轴承 : 非接触式密封 ( 图 4) 接触式密封 ( 图 5) 密封轴承可以为许多应用提供成本划算且节省空间的解决方案 密封轴承包括 : 带非接触式密封的角接触球轴承 带非接触式密封的丝杠驱动用单向推力角接触球轴承 带接触式或非接触式密封的丝杠驱动用双向推力角接触球轴承 双面密封的轴承一般为终身润滑, 而且不应冲洗 这类轴承在洁净环境下填充了适量的高品质润滑脂 它们无法再润滑, 除非是带再润滑特性的某些丝杠驱动用轴承 图 4 图 5 32

35 轴承寿命和额定载荷 轴承寿命和额定载荷 在工业应用中, 轴承的尺寸通常由与载荷相关的承载能力 应用要求的寿命和可靠性来决定 机床应用中, 轴承尺寸通常由其他因素决定, 如系统刚性, 主轴的固定尺寸以及应用的转速和进给参数 对于超精密轴承配置, 确定实际载荷尤其复杂, 因为其涉及许多影响因素 SKF 主轴模拟软件是一个分析静不定主轴轴承系统的精细计算机程序 其支持主轴分析并包含超精密轴承的详细模型 关于更多详细信息, 请联系 SKF 或访问 skf.com 网站上的 SKF 工程咨询服务 轴承动载荷和寿命 SKF 滚动轴承样本或 skf.com 选择轴承尺寸的章节中, 关于轴承寿命计算和基本额定载荷的通用数据也适用于超精密轴承 需要注意的是, 基于 ISO 281 的所有寿命计算适用于普通转速范围的轴承 对于速度系数 A mm/min 的应用, 请联系 SKF 基本额定动载荷基本额定动载荷 C 用于计算承受动态应力下, 即在承载时转动的轴承寿命 在 ISO 281 中, 其被定义为轴承的基本额定寿命 L 10 达到一百万转时所承受的载荷 并假设 : 载荷的大小和方向不变, 径向轴承承受径向载荷, 推力轴承承受作用于中心的轴向载荷 基本额定动载荷 C 值列于产品表中 轴承当量动载荷为了计算基本额定动载荷下轴承的额定寿命, 需要将轴承所承受的实际动载荷转换成当量动载荷 轴承的当量动载荷 P 定义为一个大小和方向均不变的假定载荷, 且径向轴承承受径向载荷, 推力轴承承受作用于其中心的轴向载荷 使用假定载荷时, 它应该与实际载荷对轴承寿命的影响相同 各个产品章节均提供了计算轴承当量动载荷所需的信息和数据 1 A = n d m 式中 A = 速度系数 [mm/min] d m = 轴承平均直径 [mm] = 0,5 (d + D) n = 转速 [r/min] 基于统计假设条件, 可以计算轴承额定疲劳寿命 关于详细信息, 请参考 SKF 滚动轴承样本的基本额定寿命章节或访问 skf.com 33

36 轴承选型和应用的基本原理 基本额定寿命 ISO281 中对轴承基本额定寿命的定义为 如果转速恒定, 通常采用运行小时数来表示计算寿命, 即 所需最小载荷轴承在高速工作或者承受大的加速度或载荷方向频繁变化的工况下, 滚动体的惯性力和润滑剂的摩擦对轴承配置的滚动状态有不利的影响, 可能导致滚动体和滚道间发生有害的滑动 为使轴承运转良好, 滚动轴承需要始终施加一个最小载荷 一般的 经验法则 是, 球轴承必要的最小载荷为 0,01 C, 而滚子轴承为 0,02 C 式中 L 10 = 基本额定寿命 (90% 可靠性 ) [ 百万转 ] L 10h = 基本额定寿命 (90% 可靠性 ) [ 小时数 ] C = 基本额定动载荷 [kn] P = 轴承当量动载荷 [kn] n p = 转速 [r/min] = 寿命方程的指数 = 球轴承为 3 = 滚子轴承为 10/3 混合陶瓷轴承的额定寿命当计算混合陶瓷轴承的额定寿命时, 可利用与钢制滚动体轴承同样的寿命值 混合陶瓷轴承中的陶瓷滚动体比钢制滚动体硬度和刚度都要高很多 尽管硬度和刚度的增加会在陶瓷滚动体和钢制滚道间产生更高的接触应力, 但现场经验和实验室试验表明 : 对两种轴承类型可以使用同样的额定寿命 大量的经验和试验表明, 在典型的机床应用中, 混合陶瓷轴承的使用寿命显著大于钢制滚动体的轴承 混合陶瓷轴承的使用寿命更长是由于其滚动体的硬度 低密度和表面光洁度 低密度使得离心力和惯性力产生的内部载荷最小化 ; 硬度增加使滚动体更加耐磨 ; 表面光洁度则使轴承的润滑效果最佳化 34

37 轴承寿命和额定载荷 变化工况下的计算寿命在一些应用中, 载荷的大小和方向 转速 温度以及润滑状态等运行工况会不断的变化 在这些类型的应用中, 如果不首先将载荷谱或应用的工作周期缩减为有限数量的简化载荷工况, 轴承寿命就无法计算 在载荷连续变化的工况下, 每个不同的载荷等级可以积累, 载荷谱可简化为恒定载荷段的柱状图 ( 图表 3) 在运行过程中, 每个载荷段以运行时间的百分比或分数来表示 需要注意, 与轻载相比, 重载荷和中等载荷会更快的消耗轴承寿命 因此, 载荷图中充分表现冲击载荷和峰值载荷就非常重要, 即使这些载荷作用时间很短, 甚至只有数转 在每个工作区间中, 轴承载荷和运行工况可以平均为一些常数值 每个工作区间中的运行小时数或转数表征的特殊载荷工况下的寿命分数也应包含在内 因此, 若 N 1 为 P 1 载荷工况下的转数,N 为所有变化的载荷周期完成后的转数, 则周期分数 U 1 = N 1 /N,P 1 载荷工况下的计算寿命为 L 10 1, 在变化工况下, 轴承寿命可定义为 1 L 10 = U 1 U 2 U L 10 1 L 10 2 L 10 3 式中 L 10 = 基本额定寿命 (90% 可靠度 ) [ 百万转 ] L 10 1, L 10 2,... = 基本额定寿命 (90% 可靠度 ), 在不变工况 1,2,... 下 [ 百万转 ] U 1, U 2,... = 周期分数, 在不变工况 1,2,... 下注 :U 1 + U U n = 1 这种计算方法的应用, 在很大程度上取决于应用中有代表性的载荷图的有效性 注意, 这种类型的载荷历程也可以来自于一个相似类型的应用 1 恒定载荷段的柱状图 图表 3 P P 1 工作区间 P 2 P 3 P 4 U 1 U 2 U 3 U 4 100% 35

38 轴承选型和应用的基本原理 许用静载荷非常重的载荷或冲击载荷会使沟道或滚动体发生永久变形 对于超精密轴承配置, 一定不能产生永久变形 为确保静载荷不引起永久变形, 可将轴承的基本额定静载荷和当量静载荷加以比较, 以确定轴承是否有永久变形的风险 对于承受较重载荷的超精密角接触球轴承, 应检查是否发生接触椭圆截断现象, 以避免出现边缘应力, 因为其也会导致永久变形 关于更多详情, 请联系 SKF 基本额定静载荷在 ISO76 中定义的基本额定静载荷 C 0 等于受载最重的滚动体与滚道接触区域中心的计算接触应力 这个应力会使滚动体和滚道产生大约为滚动体直径 0,0001 倍的总的永久变形量 对于径向轴承, 载荷为纯径向的 ; 对于推力轴承, 载荷为纯轴向, 且作用于轴向中心 基本额定静载荷 C 0 值在产品表中列出 轴承当量静载荷为了比较实际载荷和基本额定静载荷, 必须把实际载荷转换成当量载荷 轴承的当量静载荷 P 0 定义为一假定载荷, 这个假定载荷使轴承产生的最大滚动体负载等于轴承实际载荷产生的最大滚动体载荷 计算轴承当量静载荷需要的信息和数据见各产品章节 必要的基本额定静载荷为了避免轴承出现永久变形, 必要的基本额定静载荷由下式确定 C 0 s 0 P 0 式中 C 0 = 基本额定静载荷 [kn] P 0 = 轴承当量静载荷 [kn] s 0 = 静安全系数最小值的选取原则 对于钢球的超精密角接触球轴承 ( 包括推力球轴承 ),s 0 = 2 对于钢制滚子的超精密圆柱滚子轴承,s 0 = 3 对于超精密的推力 - 向心圆柱滚子轴承,s 0 = 4 对于混合陶瓷轴承, 静安全系数应增大 10% 对于丝杠驱动用推力角接触球轴承, 可用减小的静安全系数 s 0 = 1 36

39 摩擦 摩擦 轴承内的摩擦可以描述为所有阻碍旋转的力 形成因素包括以下几个方面, 但不限于 : 载荷作用下滚动体和沟道的弹性变形 转速 润滑剂和润滑方法 滚动体与保持架之间 挡肩与引导圈之间及密封圈与配合面间的滑动摩擦 这些因素使轴承产生摩擦热 当摩擦热和应用中散失的热量达到平衡时, 即达到轴承的运转温度 关于超精密轴承中摩擦的详情, 请联系 SKF 润滑脂填充对摩擦的影响初始运转或轴承补充润滑后, 在最初的几小时或几天的运转期间, 脂润滑轴承的摩擦力矩会异常地高 这种高的初始摩擦力矩会表现出温升峰值, 这是由于轴承自由空间中润滑脂的不均匀分布造成的 经过跑合之后, 轴承的摩擦力矩和运转温度与油润滑轴承的值极为接近 轴承中注入过量的润滑脂会出现更高的摩擦力矩 混合陶瓷轴承的摩擦特性与钢制滚动体相比, 氮化硅滚动体更低的密度会减小内部离心力 结合其低摩擦系数, 在高速下会显著降低轴承的温度 较低温度的运转会延长轴承和润滑剂的使用寿命 1 游隙和预载荷对摩擦的影响高的运转温度或高转速会减小轴承的内部游隙或增大预载荷 而其中任何一种改变均会导致摩擦力的增大 这对超精密轴承的配置非常重要, 因为超精密轴承通常会施加预载荷, 且对预载荷的变化极其敏感 对于游隙和预载荷变化敏感的应用场合, 请联系 SKF 37

40 轴承选型和应用的基本原理 转速 滚动轴承可以工作的最高转速主要决定于其许用运转温度 轴承的运转温度取决于轴承产生的摩擦热 所有外部传导的热量和轴承散发出去的热量 因此, 由于超精密轴承的低摩擦所对应的低运转温度, 它们就最适合于高速应用场合 和同样尺寸的滚子轴承相比, 虽然球轴承的承载能力较低, 但更小的滚动接触面积使其可以在更高的转速下运转 对于所有轴承类型, 混合轴承都可以提供额外的优异性能 图 4 比较了脂润滑时, 不同类型主轴轴承的温升 图中轴承曲线可视为代表了整个轴承系列 对于每个轴承系列可达转速的指导值分别为图表 5 ( 第 40 页 ) 用于油气润滑 图表 6 ( 第 42 页 ) 用于脂润滑 这两个图皆以速度系数 A 为基础 对于各轴承系列的详情, 请参阅以下轴承的代号系统 : 角接触球轴承 ( 第 196 页 ) 圆柱滚子轴承 ( 第 286 页 ) 双向推力角接触轴承 ( 第 311 页 ) 丝杠驱动用推力角接触球轴承 ( 第 364 页 ) 通常, 具有较小截面积的轴承能获得较高的转速, 因为其具有较小的平均直径 d m 值 图表 4 脂润滑主轴轴承的温升 温升 [ C] 30 [ F] ,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 速度系数 A [10 6 mm/min] 角接触球轴承 7008 CE/HC( 高速 混合 弹簧预紧 ) 角接触球轴承, 背对背 S71912 ACB/HCDBA( 密封 高速 混合 ) 7205 CD/DBA( 高承载 ) CD/DBA ( 高承载 长隔圈 ) 7005 CD/HCDBA ( 高承载 混合 ) 圆柱滚子轴承 NN 3014 KTN 推力角接触球轴承 BTW 100 BTM 100 B 38

41 转速 许用转速一套轴承的许用转速取决于轴承摩擦产生的热量 任何外部传导的热量和轴承散发出去的热量 在轴承散热不充分的场合, 或因设计原因, 或因高的环境温度, 也许需要附加的冷却方法以保持轴承的温度在允许范围之内 冷却可以通过不同的润滑方法得以实现 例如, 在喷油和循环油润滑系统中, 在油返回轴承之前, 会对其过滤, 如果需要还会对其冷却 产品表中列出了可达到的转速, 但不是极限转速, 因为许用转速除受轴承影响外, 还受其他因素影响 1 39

42 轴承选型和应用的基本原理 图表 5 可达到的转速指导值 油气润滑 角接触球轴承轴承系列 719 CE/HC, 70 CE/HC 719 CE, 70 CE 719 ACE/HC, 70 ACE/HC 719 ACE, 70 ACE 718 CD/HC, 719 CD/HC, 70 CD/HC, 72 CD/HC 718 CD, 719 CD, 70 CD, 72 CD 718 ACD/HC, 719 ACD/HC, 70 ACD/HC, 72 ACD/HC 718 ACD, 719 ACD, 70 ACD, 72 ACD 719 CB/HC, 70 CB/HC 719 CB, 70 CB 719 ACB/HC, 70 ACB/HC 719 ACB, 70 ACB AC 25 接触角 C 15 接触角 B 高速 B 设计 E 高速 E 设计 D 高承载 D 设计 HC 陶瓷球 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 速度系数 A [10 6 mm/min] 圆柱滚子轴承轴承系列 N 10 KPHA/HC5 N 10 KPHA N 10 KTNHA/HC5 N 10 KTNHA N 10 KTN/HC5 N 10 KTN NN 30 NNU 49 PHA 碳纤维增强型 PEEK 保持架, 外圈引导 TN PA66 保持架, 滚子引导 TNHA 玻璃纤维增强型 PEEK 保持架, 外圈引导 HC5 陶瓷滚子 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 速度系数 A [10 6 mm/min] 40

43 转速 续图表 5 可达到的转速指导值 油气润滑 1 双向推力角接触球轴承轴承系列 BTM ATN9/HCDB, BTM AM/HCDB BTM ATN9/DB, BTM AM/DB BTM BTN9/HCDB, BTM BM/HCDB BTM BTN9/DB, BTM BM/DB BTW A 30 接触角 B 40 接触角 M 机制黄铜保持架, 球引导 TN9 玻璃纤维增强型 PA66 保持架, 球引导 HC 陶瓷球 DB 背对背配置 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 速度系数 A [10 6 mm/min] 丝杠驱动用推力角接触球轴承轴承系列 BSA 2 BSA 3 BSD 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 速度系数 A [10 6 mm/min] 41

44 轴承选型和应用的基本原理 图表 6 可达到的转速指导值 脂润滑 角接触球轴承轴承系列 719 CE/HC, 70 CE/HC 719 CE, 70 CE 719 ACE/HC, 70 ACE/HC 719 ACE, 70 ACE 718 CD/HC, 719 CD/HC, 70 CD/HC, 72 CD/HC 718 CD, 719 CD, 70 CD, 72 CD 718 ACD/HC, 719 ACD/HC, 70 ACD/HC, 72 ACD/HC 718 ACD, 719 ACD, 70 ACD, 72 ACD 719 CB/HC, 70 CB/HC 719 CB, 70 CB 719 ACB/HC, 70 ACB/HC 719 ACB, 70 ACB AC 25 接触角 C 15 接触角 B 高速 B 设计 E 高速 E 设计 D 高承载 D 设计 HC 陶瓷球 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 速度系数 A [10 6 mm/min] 圆柱滚子轴承轴承系列 N 10 KPHA/HC5 N 10 KPHA N 10 KTNHA/HC5 N 10 KTNHA N 10 KTN/HC5 N 10 KTN NN 30 NNU 49 PHA 碳纤维增强型 PEEK 保持架, 外圈引导 TN PA66 保持架, 滚子引导 TNHA 玻璃纤维增强型 PEEK 保持架, 外圈引导 HC5 陶瓷滚子 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 速度系数 A [10 6 mm/min] 42

45 转速 续图表 6 可达到的转速指导值 脂润滑 1 双向推力角接触球轴承轴承系列 BTM ATN9/HCDB, BTM AM/HCDB BTM ATN9/DB, BTM AM/DB BTM BTN9/HCDB, BTM BM/HCDB BTM BTN9/DB, BTM BM/DB BTW A 30 接触角 B 40 接触角 M 机制黄铜保持架, 球引导 TN9 玻璃纤维增强型 PA66 保持架, 球引导 HC 陶瓷球 DB 背对背配置 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 速度系数 A [10 6 mm/min] 丝杠驱动用推力角接触球轴承轴承系列 BSA 2 BSA 3 BSD BEAS 2RZ BEAS 2RS BEAM 2RZ BEAM 2RS FBSA 2../D.. FBSA 2../Q.. 2RS 双面接触密封 2RZ 双面非接触密封 /D 有两个轴承的单元 /Q 有四个轴承的单元 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 速度系数 A [10 6 mm/min] 43

46 轴承选型和应用的基本原理 可达转速产品表中列出的可达转速是指导值, 适用于下列条件 : 轴上轴承安装部位和轴承座内径加工满足推荐的直径值和几何公差 ( 推荐的轴和轴承座的配合, 第 70 页 ) 轻载荷 (P 0,05 C) 轴承散热良好 合适的润滑剂和润滑方法 角接触球轴承为弹簧轻预载荷 产品表中列出的脂润滑轴承可达转速是在填充合适的 高质量和低粘度的润滑脂下得到的 产品表中列出的油气润滑轴承可达转速值也可适用于其他油润滑方法, 但应使用如下减小系数 : 典型主轴轴承系统的可达转速一个典型主轴轴承系统由不同类型的轴承组成, 一组轴承位于工具端, 另一组轴承位于非工具端 工具端的轴承通常是关键的一组 它通常使用较大的轴承, 其转速系数 A 较大 图 7 给出了可能使用的轴承系统和其相对转速性能的对比 对比是基于工具端使用内径 80 mm 非工具端使用 70 mm 的轴承 关于轴承系列的详细信息, 请查阅相关代号系统 : 角接触球轴承 ( 第 196 页 ) 圆柱滚子轴承 ( 第 286 页 ) 双向推力角接触球轴承 ( 第 311 页 ) 对于油浴润滑, 减小系数为 0,3 0,4 对于油雾润滑, 减小系数为 0,95 当轴承应用带油冷却器的喷油循环润滑系统时, 轴承可得到高于产品表中列出的可达转速 对于其他信息, 请联系 SKF 44

47 转速 图表 7 典型主轴轴承系统的相对转速性能 1 工具端 非工具端 NN 3016 KTN + BTW 80 CTN9 NN 3014 KTN NN 3016 KTN + BTM 80 BTN9 NN 3014 KTN NN 3016 KTN + BTM 80 ATN9 NN 3014 KTN NN 3016 KTN + BTM 80 ATN9 N 1014 KTNHA CE/QBCB N 1014 KTNHA ACD/TBTB N 1014 KTN ACD/TBTB CD/DBA ACE/TBTA CE/DBA ACE/DBA N 1014 KTNHA ACE/DBA CE/DBA ACE/HCTBTA CE/HCDBA 7016 CD/TBTB NN 3014 KTN 7016 CD/TBTB 7014 CD/DBA 7016 CD/QBCB N 1014 KTNHA 7016 CE/DBB N 1014 KTNHA 7016 CE/QBCB N 1014 KTNHA 7016 CE/HCDT 7014 CE/HCDT 7016 ACD/DBB 7014 CD/DBA 7016 ACD/TBTB 7014 CD/DBA 7016 ACE/HCDBA 7014 CD/HCDBA 7016 ACE/DBA N 1014 KPHA 7016 ACE/HCDBA N 1014 KTNHA/HC ACE/HCDBA N 1014 KPHA/HC ACE/TBTA 7014 CE/DBA 7016 ACE/DBA 7014 CE/DBA 7016 ACE/DBA N 1014 KTNHA 油润滑脂润滑 角接触球轴承 AC 25 接触角 C 15 接触角 E 高速 E 设计 D 高承载 D 设计 HC 陶瓷球 DB 两个轴承, 背靠背 <> DT 两个轴承, 串联 << TBT 三个轴承, 背对背加串联 <>> QBC 四个轴承, 串联背对背 <<>>, A 轻预载荷 B 中预载荷 相对转速性能 [%] 圆柱滚子轴承 PHA 碳纤维增强型 PEEK 保持架, 外圈引导 K 圆锥孔 TN PA66 保持架, 滚子引导 TNHA 玻璃纤维增强型 PEEK 保持架, 外圈引导 HC5 陶瓷滚子 双向推力角接触球轴承 A 30 接触角 B 40 接触角 C 60 接触角 TN9 玻璃纤维增强型 PA66 保持架, 球引导 45

48 轴承选型和应用的基本原理 轴承特性 SKF 超精密轴承按几个通用规范制造 接下来将描述这些有关尺寸 公差 预载荷或游隙和材料的规范 在各自的产品章节有更多的信息 倒角尺寸径向倒角尺寸 (, r 4 ) 和轴向倒角尺寸 (, r 4 ) ( 图 6) 的最小值列于产品表中 这些值符合 ISO 15,ISO 和 ISO 标准 合适的最大倒角尺寸符合 ISO 582 标准, 列于 倒角极限尺寸 部分 外形尺寸 SKF 超精密轴承的外形尺寸遵照径向轴承 ISO 15 标准的总体方案, 或在特定环境下遵照业界接受的外形尺寸 ISO 15 总体方案径向轴承外形尺寸的 ISO 15 总体方案对于每一个标准内径给出了一个渐进式系列的标准外径尺寸, 组成一个直径系列 每个直径系列中还制定了不同的宽度系列 尺寸系列由宽度系列号和直径系列号组成 对于超精密轴承, 仅用到了有限的尺寸系列 ( 表 3) 在各自产品章节中给出了遵循尺寸标准的详细信息 表 3 SKF 超精密轴承直径和宽度系列 ISO 15 尺寸系列 SKF 轴承系列轴承类型直径系列宽度系列 角接触球轴承 角接触球轴承 4 NNU 49 双列圆柱滚子轴承 角接触球轴承 1 N 10 单列圆柱滚子轴承 3 NN 30 双列圆柱滚子轴承 BTW 双向推力角接触球轴承 BTM 双向推力角接触球轴承 角接触球轴承 0 BSA 2 丝杠驱动用推力角接触球轴承 3 0 BSA 3 丝杠驱动用推力角接触球轴承 46

49 轴承特性 公差 SKF 超精密轴承制造的公差等级类似于国际标准公差等级 滚动轴承公差标准为 : 1 径向滚动轴承的 ISO492 推力滚动轴承的 ISO199 对于现有的轴承类型和公差等级, 请查阅 精度 部分 ( 第 23 页 ) 实际公差值列于各自产品章节的 公差 部分 公差符号公差符号及其定义见表 4 ( 第 48 页 ) 倒角尺寸极限与最小倒角尺寸 ( 产品表 ) 相关的最大倒角极限 ( 图 7) 列于表 5 ( 第 50 页 ) 这些值符合标准 ISO 582 BTM 和 BTW 系列的双向推力角接触球轴承和 BSA 系列的丝杠驱动用单向推力角接触球轴承的最大倒角尺寸与径向轴承相同 图 6 图 7, r 3 最小 r 3 最小 最大 r 3 最大, r 4 最大 r 4 最大 最小 r 4 最小 47

50 轴承选型和应用的基本原理 表 4 公差符号 公差符号 定义 内径 d d s d mp 公称内径单一内径平均内径, 单一平面上最大和最小单一内径的算术平均值 ds 单一内径与公称值的偏差 ( ds = d s d) dmp 平均内径与公称值的偏差 ( dmp = d mp d) d1mp d2mp V dp V dmp 圆锥孔理论大端处平均内径与公称值的偏差 ; 最大和最小单一内径的算术平均值, 同一测量平面内从轴承端面确定的间距 圆锥孔小端处平均内径与公称值的偏差 ; 最大和最小单一内径的算术平均值, 在一个与轴承端面有确定距离的平面测量 内径变动量 ; 单一平面上最大和最小单一内径的偏差 平均内径变动量 ; 最大和最小平均内径的偏差 外径 D D s D mp 公称外径 单一外径 平均外径 ; 单一平面上最大和最小单一外径的算术平均值 Ds 单一外径和公称值的偏差 ( Ds = D s D) Dmp 平均外径和公称值的偏差 ( Dmp = D mp D) V Dp V Dmp 外径变动量 ; 单一平面上最大和最小单一外径的偏差 平均外径变动量 ; 最大和最小平均外径的偏差 倒角极限 r s r s min, r 3, r 4 单一倒角尺寸单一倒角尺寸 r s,,, r 3, r 4 中的最小值径向倒角尺寸轴向倒角尺寸 48

51 轴承特性 续表 4 公差符号公差符号 定义宽度或高度 1 B, C 内圈, 外圈的公称宽度 B s, C s 内圈, 外圈的单一宽度 B 1s, C 1s 内圈, 外圈的单一宽度 ; 适于特别制造的成对安装轴承 1) Bs, Cs 单一内圈 外圈宽度与公称值的偏差 ( Bs = B s B; Cs = C s C) B1s, C1s 单一内圈 外圈宽度与公称值的偏差 ; 适于特别制造的成对安装轴承 1) ( B1s = B 1s B 1 ; C1s = C 1s C 1 ) V Bs, V Cs T 2C T s Ts T2s H s H 1s Hs H1s 套圈宽度变动量 ; 分别为内圈 外圈的最大和最小单一宽度的差值推力轴承的公称高度 H 推力轴承外圈总的公称高度单一高度单向推力轴承高度与公称值的偏差双向推力轴承高度与公称值的偏差单个轴承高度单个轴承截面高度单个轴承高度偏差单个轴承截面高度偏差 旋转精度 K ia, K ea S d S D S ia, S ea 内圈 外圈径向跳动 ; 对于成套轴承内圈相对内孔的端面跳动外部倾斜度变动量 ; 外圆柱面相对外圈端面倾斜度的变动量内圈 外圈轴向跳动 ; 对于成套轴承 S i 厚度变动量, 从滚道中间到轴圈背 ( 座 ) 面测量 ( 轴向跳动 ) S e 厚度变动量, 从滚道中间到座圈背 ( 座 ) 面测量 ( 轴向跳动 ) 1) 不适用于通用配组角接触球轴承 49

52 轴承选型和应用的基本原理 最大倒角极限 最小单一倒角尺寸 轴承公称内径 最大倒角尺寸 径向轴承 r s min d, 3, 4 大于 至 最大 最大 mm mm mm 0,15 0,3 0,6 0,2 0,5 0,8 0,3 40 0, ,8 1 0, , , ,9 3 1, , ,5 4 1, , , , ,5 6 2, , ,5 7 2, , , , , ,5 12,5 17 表 5 预载荷和内部游隙 角接触球轴承和推力球轴承 SKF 超精密通用配组角接触球轴承 成组角接触球轴承和推力角接触球轴承的制造使预先设定的预载荷在相邻轴承安装后即可获得 列于相关产品章节的预载荷值表示将新的未安装轴承套圈或轴 / 座圈压在一起需要的轴向力 当轴承安装后和运转时, 预载荷会发生变化 主要原因是 : 轴承在轴承座中的过盈配合会使外滚道直径减小, 而与轴的过盈配合会使内滚道直径增大 将轴承的内圈或成组轴承的轴圈互相压在一起时会使内圈或轴圈产生变形 特别当安装到实心轴上时, 内径不能减小, 横向膨胀会增大预载荷 运转时轴承套圈或轴 / 座圈与配合零件间的热膨胀差异通常会增大预载荷 关于未安装轴承的预载荷和运转时预测预载荷的方法的详细内容, 请查阅相关产品章节 圆柱滚子轴承 SKF 超精密圆柱滚子轴承制造后带有径向游隙 内部径向游隙定义为一个轴承套圈相对另一个套圈在径向上移动的总距离 有必要区分轴承安装前的原始内部游隙和轴承运转时达到稳定温度的内部游隙 在几乎所有应用中, 轴承的原始游隙大于其运转游隙 这个差异是由轴和 / 或轴承座的过盈配合, 以及轴承和配合零件的热膨胀差异引起的 在某些情况下, 这些因素减小的游隙足以在轴承中产生径向预载荷 关于新轴承未安装前的内部游隙及轴承运转时游隙或预载荷的推荐值的详细信息, 请查阅 内部径向游隙 章节 ( 第 273 页 ) 50

53 轴承特性 材料制造轴承零件的材料在很大程度上决定着轴承的性能及可靠性 对于轴承套圈和滚动体, 通常需要考虑在洁净或污染润滑条件下, 滚动接触区的硬度 抗疲劳性能及其零件的尺寸稳定性 对于保持架, 需要考虑摩擦 变形 温度 惯性力, 在某些情况下还需要考虑它与某些润滑剂 润滑添加剂 溶剂 冷却剂和制冷剂的化学作用 集成在滚动轴承中的密封件对轴承的性能及可靠性也有相当大的影响 密封材料在很宽的温度范围内必须耐氧化 ( 老化 ) 磨损和化学腐蚀 SKF 拥有提供多种不同材料 生产工艺和涂层的能力和设备 因此,SKF 应用工程师可以帮助选择最适宜特定应用条件需要的轴承 保持架和密封材料 轴承套圈和滚动体材料 标准轴承钢 SKF 超精密轴承所用标准钢是一种极其纯净 全淬硬碳铬钢 (100Cr6), 含大约 1% 的碳和 1,5% 的铬, 符合 ISO 标准 这种轴承钢的成份在制造和应用性能方面达到了最佳的平衡 这种钢通常经过马氏体或贝氏体热处理可以达到 HRC 的硬度 SKF 超精密轴承的热稳定化达到 150 C (300 F) 但是, 其他一些因素, 如保持架材料 密封圈材料或者润滑剂都可能会限制轴承的许用工作温度 关于材料性能的信息, 请查阅表 6 ( 第 54 页 ) 1 51

54 轴承选型和应用的基本原理 NitroMax 钢 ( 高氮不锈钢 ) NitroMax 钢是新一代超纯净 高氮不锈钢 与标准碳铬轴承钢 (100Cr6) 相比,NitroMax 钢有以下性能 : 贫油润滑条件下更强的抗疲劳抗磨损性能 ( < 1) 更高的断裂韧性 优异的抗腐蚀性能 条件下, 这种延长寿命的效果更为显著 ( 图表 8) NitroMax 钢不仅优于传统的碳铬轴承钢, 而且优于其他高氮不锈钢 为了说明这种情况, 需要了解氮影响钢显微组织的方式及其在热处理过程中是如何被优化的 当转速高于 A = 1 1, mm/min 时, 这些特性中的每一项都是有益的 在所有润滑条件下, 通过增强轴承的抗疲劳 抗磨损性能, 使得轴承的使用寿命大幅提升 尤其是在超高转速时, 润滑油膜会变得更薄, 润滑条件更加苛刻, 此时寿命提升效果更加显著 在极高的转速下运转时, 离心力会增大内圈的周向拉应力, 增加的断裂韧性降低了内圈断裂的风险 当轴承工作在全油膜润滑条件下 ( 1) 时, 与碳铬钢轴承相比, 这种超纯净 高氮含量钢可显著延长轴承工作寿命 在薄膜润滑 图表 8 NitroMax 钢制套圈混合陶瓷轴承的相对寿命 轴承相对寿命 全膜润滑 薄膜润滑 0 100Cr6 轴承相对寿命 = NitroMax 钢 100Cr6 L 10 NitroMax 钢制套圈混合轴承的试验寿命 L Cr6 钢制套圈混合轴承的参照寿命 NitroMax 钢 试验条件 : = 2,72, 全膜润滑条件 = 0,1, 薄膜润滑条件 52

55 轴承特性 当碳铬钢热处理时, 会产生大而脆的铬和铬 - 钼碳化物, 降低其周围钢基体中的铬和钼含量, 从而降低抗点蚀能力 另一方面, 当 NitroMax 钢淬火和回火时, 会形成细小的铬碳化合物 ( 图 8) 发生这一情况是因为当氮部分取代了钢合金中的碳, 较高含量的铬溶解在钢的基体中 结果, 氮化物周围的贫铬区较小, 从而使 NitroMax 钢具有更高的抗腐蚀能力 ( 图 9) NitroMax 钢的疲劳强度高与其均匀一致的微观组织 细密分布的铬氮化合物及析出的极少未溶二次碳化物 ( 如果有的话 ) 有关 比较 NitroMax 钢与标准轴承钢 100Cr6 组织的细密程度, 有助于解释 NitroMax 钢组织的优异性能 更高的冲击韧性 尺寸稳定性和硬度 (> 58 HRC) 来自于最终的淬 回火阶段热处理 NitroMax 钢的另一优点是比 100Cr6 钢有更低的热膨胀系数 当与具有极低热膨胀系数的陶瓷滚动体配合使用时 ( 在 NitroMax 钢制套圈轴承中, 标配滚动体为陶瓷滚动体 ), 这个优点能够使结合两种材料的轴承对内 外圈间的温度差异更不敏感 因此, 预载荷处于非常稳定的水平 即使超出工作条件极限, 从而减小了摩擦损失, 降低了运转温度, 延长了润滑脂的使用寿命 1 图 8 图 9 100Cr6 NitroMax 钢 40 micron 40 micron 碳化物 基体中 Cr 含量 氮化物 基体中 Cr 含量 100Cr6 NitroMax 钢 贫 Cr 53

56 轴承选型和应用的基本原理 陶瓷 SKF 超精密轴承中滚动体所用陶瓷材料为符合 ISO 标准的轴承级氮化硅 它由 ß 氮化硅超细的伸长晶粒在玻璃相基体中组成, 具有特别利于高速轴承的多种特性, 如 : 硬度高 弹性模量高 密度低 热膨胀系数低 电阻率高 介电常数低 不导磁 有关材料性能的信息, 参阅表 6 由钢制套圈和陶瓷滚动体组成的轴承被称为混合轴承 表 6 氮化硅和 100Cr6 轴承钢材料性能的对比 材料性能 轴承级氮化硅 轴承钢 力学性能密度 [g/cm 3 ] 3,2 7,9 硬度 HV HV10 弹性模量 [kn/mm 2 ] 热膨胀系数 [10 6 /K] 3 12 导电性能 (1MHz 时 ) 电阻率 [Ωm] , ( 绝缘体 ) ( 导电体 ) 绝缘强度 [KV/mm] 15 相对介电常数 8 54

57 轴承特性 保持架材料 棉纤维增强酚醛树脂棉纤维增强酚醛树脂是一种轻质材料 这种材料的保持架可以承受大的惯性力和高达 120 C (250 F) 的工作温度 此材料有保留轴承中润滑剂的倾向 棉纤维增强酚醛树脂是超精密角接触球轴承的标准保持架材料 尼龙 66 (Polyamide 66) 带 / 不带玻璃纤维增强的尼龙 66 (PA66) 兼具良好的强度和弹性 由于在已润滑的钢表面和光洁的接触表面具有优越的滑动性能,PA66 保持架可以减小摩擦 降低摩擦发热和磨损 PA66 能够在 120 C (250 F) 以下的工作温度中应用 然而, 某些合成油 合成基础油润滑脂和含有 EP 添加剂的润滑剂在高温下会对 PA66 保持架产生不利的影响 关于适用保持架的信息, 请查阅 SKF 滚动轴承样本中的保持架和保持架材料部分, 或访问 skf.com PA66 是许多超精密圆柱滚子轴承和推力角接触球轴承的标准保持架材料 聚醚醚酮玻璃或碳纤维增强聚醚醚酮 (PEEK) 广泛应用于高速 高温及耐化学腐蚀的苛刻应用场合 高速下 PEEK 的最高温度极限为 150 C (300 F), 因这是聚合物的软化温度 温度达 200 C (390 F) 时, 这种材料也没有表现出由温度或添加剂引起的老化征兆 PEEK 是一些超精密角接触球轴承的标准保持架材料 黄铜黄铜不受大多数常用轴承润滑剂的影响, 包括合成润滑油和润滑脂, 可以用普通有机溶剂清洗 黄铜保持架的工作温度可达 250 C (480 F) 机制黄铜保持架用在许多超精密双列圆柱滚子轴承和双向推力角接触球轴承中, 以及大型超精密角接触球轴承 (d 300 mm) 其他保持架材料除了上述的保持架材料以外,SKF 超精密轴承在特殊应用场合中会用到其他的工程聚合物 轻质合金或者镀银钢 关于不同保持架材料的信息, 请联系 SKF 1 55

58 轴承选型和应用的基本原理 密封材料 SKF 超精密轴承上的密封圈通常由在薄钢板上强化合成橡胶制成 丁腈橡胶丁腈橡胶 (NBR) 是通用的密封材料 由丙烯腈和丁二烯合成的橡胶, 对以下介质有良好的抵抗能力 : 大多数矿物油和矿物基油润滑脂 一般燃料, 例如汽油 柴油和轻质民用燃油 动物油 植物油和脂肪 热水 丁腈橡胶的许用工作温度范围为 40 至 +100 C ( 40 至 +210 F); 密封唇在此温度范围内可以短时间的无油运转 短时间可承受的最高温度为 120 C (250 F) 更高温度下材料会硬化 氟橡胶氟橡胶 (FKM) 有耐高温和耐化学腐蚀的特性, 抗老化和抗氧化能力非常好, 而且渗气度也非常低 即使在非常恶劣的环境条件下, 仍具有极好的耐磨特性 许用工作温度范围为 30 至 +230 C ( 20 至 +445 F) 密封唇在此温度范围内可以短时间的无油运转 氟橡胶能够抵抗油 液压流体 燃料 润滑剂 无机酸 脂肪族烃类和芳香族烃的腐蚀, 这些物质都可能引起其他材料制造的密封圈失效 但在有酯 醚 酮 某些胺和高温的无水氟化氢等化合物的情况下, 不应使用氟橡胶 氟橡胶制造的密封圈暴露于明火或 300 C (570 F) 以上的高温会损害健康和环境 即使冷却之后, 危险依然存在 请阅读并遵照安全注意事项 ( 警告部分 ) 警告 : 危险气体 氟橡胶的安全注意事项在正常工作温度 200 C (390 F) 以下, 氟橡胶 (FKM) 是非常稳定和无害的 然而, 如果遇到 300 C (570 F) 以上的高温, 如着火或者气割枪的明火, 氟橡胶密封圈会释放出有害的气体 吸入这些气体或进入眼睛会对人体健康造成损害 此外, 氟橡胶密封圈一旦被加热到 300 C 以上的高温, 即使在冷却之后也会有危险 因此绝不可与皮肤有任何接触 如果必需处理曾经受过高温的氟橡胶密封圈轴承, 例如拆卸轴承, 应遵守以下安全注意事项 : 在整个过程中要佩戴护目镜 防护手套和合适的呼吸器具 将所有剩余的密封圈存放在一个密封的塑料容器中, 并在上面标记 腐蚀材料 严格遵照材料安全说明书 (MSDS) 中的安全注意事项 如果不慎接触到这种材料, 请用肥皂和大量的水洗手 ; 如果进入眼睛, 请用大量的水冲洗双眼, 并立刻就医 如果吸入这些气体, 请立刻就医 在使用期间, 用户要负责正确使用和妥善处理产品 对于因氟橡胶密封圈的使用或处理不当而造成的伤害,SKF 概不负责 56

59 设计考虑因素 设计考虑因素 大多数超精密轴承应用于机床主轴 当设计轴承配置时, 要达到最优的轴承性能所需要的大部分信息都可以从以下各节中找到 轴承配置轴承系统通常用于支承一根旋转的轴, 一般需要两个轴承的组合配置 根据不同的使用需求, 如刚度或载荷方向, 每组轴承配置由一个或多个 ( 配对使用 ) 轴承构成 重载用轴承配置车床主轴通常以相对较低的速度切削金属 取决于所需的表面加工精度, 切削深度和进给速度经常被用到极限值 车床通常采用皮带轮或齿轮传递动力, 导致主轴驱动端承受高的径向载荷 主轴工作端承受高的联合载荷, 高刚性和高承载能力是其重要的运行要求 车床主轴通常在工作端采用一个双列圆柱滚子轴承和一个双向推力角接触球轴承组合使用 ; 在驱动端采用一个双列圆柱滚子轴承 ( 图 10) 推力球轴承座圈的外径加工成一个特殊公差, 当轴承装入与相邻的双列圆柱滚子轴承相匹配的合适内径公差的轴承座后, 使轴承沿径向有一定的自由度 这可避免推力轴承承受任何径向载荷 这种轴承配置提供了长的计算寿命 高刚性和稳定性, 这些对制造高质量的工件都是必要的条件 一个好的经验法则是, 保持工作端与驱动端的轴承中心间距是工作端轴承内径的 3 3,5 倍 这个规则对重载情况尤为重要 附加信息请参见 系统刚性 ( 第 66 页 ) 1 大直径棒料加工用的皮带驱动数控车床主轴 图 10 NN 3020 KTN9/SP + BTW 100 CTN9/SP NN 3018 KTN9/SP 57

60 轴承选型和应用的基本原理 另外, 给出了数控车床 传统铣床 ( 图 11 12) 和活顶尖 ( 图 13) 的主轴配置 图 11 皮带驱动的数控车床主轴 7016 ACD/P4ATBTA NN 3014 KTN/SP 58

61 设计考虑因素 图 12 传统铣床主轴 1 N 1014 KTN/SP + BTM 70 ATN9/HCP4CDBA N 1013 KTN/SP 图 13 活顶尖 NN 3013 KTN/SP 7209 ACD/P4AQBTB 59

62 轴承选型和应用的基本原理 对可用空间有限制的应用场合, 更适合采用 718 或 719 系列超精密角接触球轴承 ( 图 14 和 15) 图 14 多轴钻头 ACD/P4QBTA ACD/P4DBA 60

63 设计考虑因素 1 图 15 硅晶片上缺陷检测单元 S71906 CD/P4ADBA 61

64 轴承选型和应用的基本原理 更高刚性和更高转速的轴承配置当需要更高转速时, 例如高速加工中心 (A > mm/min), 通常需要在刚性与承载能力两者之间进行折中处理 在这些应用中, 主轴通常由电机直接驱动 ( 电主轴 ), 或通过联轴器驱动, 因此, 与皮带驱动主轴不同, 驱动端无径向载荷 因此, 常采用成组安装的单列角接触球轴承与单列圆柱滚子轴承的组合 ( 图 16) 在此轴承系统中, 工作端轴承轴向定位, 而驱动端的圆柱滚子轴承在轴承内部能够产生轴向位移, 以适应主轴相对轴承座的热膨胀 其他的用于高速加工中心和铣床的主轴配置实例如图 所示 如果需要更高的性能,SKF 建议使用装有轴承级 Si 3 N 4 滚动体的混合陶瓷轴承 图 16 卧式加工中心电主轴 7014 CE/P4AQBCA N 1011 KPHA/SP 62

65 设计考虑因素 图 17 卧式加工中心用主轴 CE/P4AQBCA 7015 CD/P4ADBB 图 18 高速金属切削用电主轴 7020 ACB/P4ALDT 7016 ACB/P4AL 63

66 轴承选型和应用的基本原理 最高速度时的轴承配置当成组的角接触球轴承用某一既定的预载荷安装时 ( 无弹簧 ), 使用中因存在内外圈不同的热膨胀, 轴承组预载荷有增大的趋势 且随着转速的提高, 这种影响趋势会更显著 为了避免额外的预载荷的有害作用, 尤其是在特别高的速度的应用场合 (A > mm/min) 通常使用弹簧预紧的角接触球轴承 ( 图 19) 弹簧控制预载荷使其不受相对热膨胀的影响, 并使轴承中的摩擦发热量最小化 比使用弹簧预紧更好的解决方法是采用液压系统给角接触球轴承提供预载荷 液压系统可以根据主轴转速调整预载荷的大小, 实现刚性 摩擦热和使用寿命的最优化组合 图 19 内圆磨床用电主轴 CE/P4ADT CE/P4ADT 64

67 设计考虑因素 1 65

68 轴承选型和应用的基本原理 系统刚性在机床应用中, 系统刚性非常重要, 因为受载时的系统变形是影响加工精度的主要因素 轴承刚度是影响系统刚性的因素之一, 其他因素包括 : 轴刚度 刀具悬伸量 轴承座刚度 轴承的数量和位置及配合的影响 图表 9 给出了不同轴承系统相对刚度的概况 关于轴承系列的详细信息, 请查阅有关产品章节的 代号系统 部分 表中基于预紧的内径 100 mm 的工作端轴承和内径 90 mm 的驱动端轴承进行对比, 但是这些指导值不能取代精确的系统刚性计算 有关高级的系统分析, 请与 SKF 联系 设计高速精密应用的一些基本准则为 : 选择尽可能大的轴径 将工作端轴承位置和主轴鼻端之间的距离减到最小 缩短两组轴承之间的距离 ( 图 20), 跨距的指导值为 l 3 3,5 d 式中 l = 工作端第一个轴承列到驱动端最后一个轴承列之间的距离 d = 工作端轴承内径 图 20 d l 66

69 设计考虑因素 图表 9 典型主轴轴承系统的相对刚度 工作端 驱动端 1 NN 3020 KTN + BTW 100 CTN9 NN 3020 KTN + BTM 100 BTN9/DBB NN 3020 KTN + BTM 100 ATN9/DBB NN 3020 KTN + BTM 100 ATN9/DBB 7020 CD/QBCB NN 3018 KTN NN 3018 KTN NN 3018 KTN N 1018 KTN N 1018 KTN CE/QBCB N 1018 KTNHA ACD/TBTB NN 3018 KTN ACD/TBTB CD/DBA 7020 CD/TBTB NN 3018 KTN 7020 CD/TBTB 7018 CD/DBA 7020 ACD/TBTB 7018 CD/DBA 7020 CE/QBCB N 1018 KTNHA 7020 CE/HCDT 7018 CE/HCDT 7020 ACD/DBB 7018 CD/DBA ACE/HCTBTA CE/HCDBA 7020 CD/DT 7018 CE/DT 7020 CE/DBB N 1018 KTNHA ACE/TBTA CE/DBA 7020 ACE/HCDBA 7018 CD/HCDBA 7020 ACE/HCDBA N 1018 KTNHA/HC ACE/TBTA 7018 CE/DBA ACE/DBA N 1018 KTNHA ACE/DBA CE/DBA 7020 ACE/DBA 7018 CE/DBA 7020 ACE/DBA N 1018 KTNHA 径向刚度轴向刚度 角接触球轴承 AC 25 接触角 C 15 接触角 D 高承载 D 设计 E 高速 E 设计 HC 陶瓷球 DB 两个轴承, 背靠背 <> DT 两个轴承, 串联 << TBT 三个轴承, 背对背加串联 <>> QBC 四个轴承, 串联背对背 <<>> A 轻预载荷 B 中等预载荷 相对刚度 [%] 圆柱滚子轴承 K 圆锥孔 TN PA66 保持架, 滚子引导 TNHA 玻璃纤维增强型 PEEK 保持架, 外圈引导 HC5 陶瓷滚子 双向推力角接触球轴承 A 30 接触角 B 40 接触角 C 60 接触角 TN9 玻璃纤维增强型 PA66 保持架, 球引导 67

70 轴承选型和应用的基本原理 轴承刚度滚动轴承的刚度特性取决于载荷下轴承弹性变形 ( 挠曲 ) 的大小, 它表示为载荷与变形的比, 取决于轴承的类型 结构和尺寸 最重要的参数包括 : 实现在轴承内主轴相对轴承座的轴向位移, 并能使内圈和外圈均为过盈配合 滚动体类型 ; 由于滚动体与滚道的接触条件不同, 滚子轴承相比球轴承具有更高的刚度 滚动体材料 ( 图表 10) 滚动体的数量和尺寸 接触角 ( 图表 11) 预载荷等级 ( 图表 12) 通过施加预载荷能够增强轴承的刚度 ( 轴承预载荷, 第 90 页 ) 在机床应用中, 轴承施加预载荷是常规做法 间隙配合对轴承配置的刚度有负面影响, 但是, 对于非定位端使用角接触球轴承的轴承配置, 轴承与轴承座的间隙配合是有必要的 通常非定位轴承的位置是在主轴的驱动端, 因此, 对工作端系统刚性的影响是有限的 如果希望驱动端也具有高刚度, 应使用具有圆锥孔的圆柱滚子轴承 此配置能够 图表 10 弹簧预紧轴承径向刚度 径向刚度 [N/µm] CE/HC ( 陶瓷球 ) CE ( 钢球 ) ,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 速度系数 A [10 6 mm/min] 68

71 设计考虑因素 图表 11 不同接触角背对背安装轴承的轴向位移 1 轴向位移 [µm] CE/DBA ( = 15 ) 7007 FE/DBA ( = 18 ) 7007 ACE/DBA ( = 25 ) ,4 0,8 1,2 1,6 2,0 轴向载荷 [kn] 图表 12 不同预载荷下背对背安装轴承的轴向位移 轴向位移 [µm] CD/DBA ( 轻预载荷 ) 7010 CD/DBB ( 中等预载荷 ) CD/DBC ( 重预载荷 ) 7010 CD/DBD ( 极重预载荷 ) 轴向载荷 [kn] 69

72 轴承选型和应用的基本原理 轴承的径向定位如果要使轴承的承载能力得以充分利用, 轴承套圈的整个圆周和滚道的整个宽度上必须充分支承 这种支承必须是稳固和均匀的, 对于径向轴承可以采用圆柱或者是锥形安装面进行支承, 相应的, 对于推力轴承的轴圈和座圈, 则可以采用一个平整的表面支承 也就意味着轴承安装面加工时必须有足够的公差等级, 且其表面不得有槽 孔或其他类似的不连续形状, 除非安装面准备采用注油法 对超精密轴承非常重要的是, 由于轴承套圈壁厚相对较薄, 趋向于按照轴或轴承座的形状发生变形 另外, 轴承套圈必须可靠地固定, 以防止其在载荷作用下在安装面上 ( 或中 ) 发生旋转 通常, 只有轴承套圈安装后具有恰当的过盈量, 才能获得合适的径向定位和足够的支承 轴承套圈固定不牢或者不正确, 很容易造成轴承及其相关零件的损坏 但是, 当要求有轴向位移 ( 对于非定位轴承 ) 或者方便安装和拆卸时, 通常不能采用过盈配合 一旦需要采用间隙配合但是多数情况可能用到过盈配合时, 必须采取一些特别的预防措施, 以减小因蠕动 ( 套圈在轴承安装面上转动 ) 而导致的微动磨损 例如, 对轴承安装面和挡肩进行表面硬化处理 推荐的轴及轴承座配合 轴承安装面的直径公差对于超精密角接触球轴承 圆柱滚子轴承和双向推力角接触球轴承, 轴和轴承座的安装面推荐的直径制造公差为 : 表 7 轴的公差 表 8 ( 第 72 页 ) 轴承座的公差 对其他超精密轴承的推荐公差可以参考相关章节 : 丝杠驱动用推力角接触球轴承 ( 相关零件, 第 349 页 ) 推力 - 向心圆柱滚子轴承 ( 设计考虑因素, 第 324 页 ) 适用于超精密轴承的 ISO 公差等级的值在下表中列出 : 表 9 ( 第 73 页 ) 轴的公差 表 10 ( 第 73 页 ) 轴承座的公差 常用的轴承内孔及外径面公差等级的位置如图 21 所示 70

73 设计考虑因素 表 7 轴承置于钢轴安装面的直径公差轴承类型 轴径 公差等级 1) 偏差 轴承公差等级 大于 至 P4, P4A, P4C, SP P2, PA9A, UP 上 下 1 mm µm 角接触球轴承 外圈旋转载荷 400 h4 h3 内圈旋转载荷 ,5 6,5 圆柱滚子轴承带圆柱内孔 40 js k k4 2) 500 联系 SKF 双向推力角接触球轴承 200 h4 h3 对于空心轴, 当 A > mm/min 时, 请联系 SKF 1) 所有 ISO 公差等级根据 ISO 的包容要求 ( 如 h4 ) 有效 2) 仅为通用指南 建议与 SKF 联系 图 K4 K5 间隙配合过渡配合过盈配合 M4 M5 + 0 h3 h4 js4 k4 过盈配合过渡配合间隙配合 71

74 轴承选型和应用的基本原理 表 8 轴承置于铸铁或钢制座孔安装面的直径公差 轴承类型 工况 轴承座孔径 公差等级 1) 偏差 轴承公差等级 P4, P4A, P2, PA9A, 上 大于 至 P4C, SP UP 下 mm µm 角接触球轴承 定位轴承, 不需外圈轴向位移 非定位轴承, 希望外圈可轴向位移 旋转外圈载荷 500 M5 M4 圆柱滚子轴承 轻载到正常载荷 (P 0,1 C) 重载荷 (0,1 C < P 0,15 C) 旋转外圈载荷 900 K5 K4 900 M5 M4 双向推力角接触球轴承 315 K5 K4 1) 所有 ISO 公差等级根据 ISO 的包容要求 ( 如 M4 ) 有效 72

75 设计考虑因素 表 9 轴的 ISO 公差等级值 轴径 公差等级 d h3 h4 js4 k4 公称 偏差 偏差 偏差 偏差 大于 至 上 下 上 下 上 下 上 下 1 mm µm ,5 1, , , ,5 2, ,5 3, 表 10 轴承座的 ISO 公差等级值 轴承座孔径 公差等级 D K4 K5 M4 M5 公称 偏差 偏差 偏差 偏差 大于 至 上 下 上 下 上 下 上 下 mm µm

76 轴承选型和应用的基本原理 轴承优先配合的选用在正常载荷和中等转速条件下工作的角接触球轴承和圆柱滚子轴承, 应选择获得下表所列的过盈 / 间隙值 : 表 11 轴配合 表 12 轴承座配合 在超精密角接触球轴承的包装上给出了轴承的直径偏差 对极端工况下, 如超高速或重载, 请联系 SKF 对于双向推力角接触球轴承 (BTM 和 BTW 系列 ), 轴承座圈的外径制造公差是使轴承与轴承座安装面间获得足够的径向间隙 因此, 对于 BTM 和 BTW 系列轴承, 若与相邻的合适的圆柱滚子轴承安装在同一轴承座的安装面, 则不应采用比表 8 ( 第 72 页 ) 推荐的值更紧的公差 详细的信息请参看 双向推力角接触球轴承 ( 第 301 页 ) 优选轴配合轴承类型 轴承内径 过盈量 大于 至 mm µm 角接触球轴承 表 11 优选轴承座配合 表 12 轴承类型轴承外径间隙值过盈量大于至定位非定位 mm µm µm 角接触球轴承 圆柱滚子轴承

77 设计考虑因素 轴承安装面及挡肩的精度 几何精度及旋转精度即使对于超精密轴承, 也只能在配合零件和其他相关零件按与轴承同等精度制造时, 才能获得最高旋转精度 高转速和低工作温度 因而在加工配合零件时, 应将相关安装面和挡肩的几何形状偏差控制在最小 依照 ISO 1101:2004, 形状和位置的推荐值见表 13 ( 第 76 页 ) 薄壁轴承套圈自适应其安装面形状 轴或轴承座上轴承安装面的任何形状误差都会影响轴承滚道和轴承性能, 例如一个轴承套圈相对于另一个轴承套圈的角度偏斜将导致旋转精度丧失, 应力集中, 高的工作温度等, 特别是在高速工况下 符合 ISO286-1 的 IT 公差等级数值见表 14 ( 第 77 页 ) 1 表面粗糙度轴承安装面的表面粗糙度对轴承性能的影响程度不像尺寸公差和形位公差那么大 但是, 获得需要的过盈配合则取决于配合面的表面粗糙度, 其直接与配合精度成正比 对于不同轴承公差等级的平均表面粗糙度 R a 的推荐值见表 15 ( 第 77 页 ) 该表同样推荐用于基准面 75

78 轴承选型和应用的基本原理 表 13 轴上及轴承座中轴承安装面的形位公差 A t 4 A-B B D A D B t 3 A-B A t 3 A-B B a = 2 23' 9,4" d A 2 a d B t 4 A-B t 2 B 表面 允许偏差 特征 符号 公差带 轴承的公差等级 P4, P4A, P4C, SP P2, PA9A, UP 圆柱形安装面 总径向跳动 t 3 IT2/2 IT1/2 平挡肩 总轴向跳动 t 4 IT2/2 IT1/2 倾角 t 2 IT3/2 IT2/2 76

79 设计考虑因素 表 14 ISO 公差等级值 公称尺寸公差等级 IT0 IT1 IT2 IT3 IT4 IT5 大于至最大 1 mm µm 3 0,5 0,8 1, ,6 1 1,5 2, ,6 1 1,5 2, ,8 1, ,5 2, ,5 2, , ,5 2, , , 表 15 轴承安装面的表面粗糙度 安装面直径 磨加工安装面的表面粗糙度 R a 推荐值 轴 轴承座孔径 轴承公差等级 轴承公差等级 P4, P4A, P4C, SP P2, PA9A, UP P4, P4A, P4C, SP P2, PA9A, UP 大于 至 最大 最大 mm µm µm 80 0,2 0,1 0,4 0, ,4 0,2 0,4 0, ,8 0,4 0,8 0, ,8 0,8 0,8 0, ,8 0,8 1,6 1,6 77

80 轴承选型和应用的基本原理 轴承的轴向定位 通常, 仅通过过盈配合来对圆柱形安装面上的轴承套圈进行轴向定位是不够的 在外部载荷下, 轴承套圈会在安装面滑移, 因此需要采取一些合适的方法来对轴承套圈进行轴向定位 对于定位端轴承, 其内 外圈应该在两侧都进行轴向固定 对于非定位端安装的非分离型轴承, 采用过盈配合的轴承套圈通常为内圈, 且应该对其两侧进行轴向固定 ; 另外一个轴承套圈则必须能够相对其安装面可以自由地轴向移动, 以补偿轴向位移 非定位端安装的圆柱滚子轴承是个例外, 其内 外圈都需要在双向进行轴向固定 在机床应用中, 工具端轴承通常从轴到轴承座传递轴向载荷来定位主轴, 因此, 通常工具端轴承轴向定位, 而非工具端轴承则轴向自由移动 定位方法 锁紧螺母采用过盈配合安装的轴承内圈, 通常其一侧紧靠轴挡肩, 另一侧则一般通过一个精密锁紧螺母固定 ( 图 22) 带锥孔的轴承直接安装在锥形轴颈上时, 一般在锥形轴大端采用隔套 ( 定位面 ) 靠紧定位挡肩, 而锥形轴小端则采用精密锁紧螺母 通过调整隔套的宽度来控制轴承在锥形安装面上的移动距离 关于精密锁紧螺母的详细信息请参考 精密锁紧螺母 ( 第 375 页 ) 隔套在轴承套圈之间或轴承套圈与邻近零件之间采用隔套或隔圈以代替整体轴肩或轴承座肩 ( 图 23) 在这些情况下, 尺寸和形状公差也适用于相关零件 图 22 图 23 78

81 设计考虑因素 阶梯轴套另一种轴承轴向定位的方法是采用与轴紧配合的阶梯轴套 ( 图 24) 这些轴套特别适合超精密轴承配置, 与带螺纹的锁紧螺母相比, 其跳动更小且提供更高的精度 因此, 阶梯轴套通常用于超高速主轴, 而传统的锁紧装置无法向这种主轴提供足够的精度 阶梯轴套的详细信息参见 阶梯轴套 ( 第 80 页 ) 座孔端盖采用过盈配合的轴承外圈安装时, 通常其一侧靠着轴承座上的挡肩, 另一侧则用一个座孔端盖固定 在某些情况下, 座孔端盖及其固定螺钉可能对轴承形状和性能产生负面影响 如果轴承安装面和螺钉孔间的壁厚太小以及 / 或者螺钉紧固太紧, 外圈滚道可能会变形 最轻的 ISO 尺寸系列 18 和 19 系列与 10 系列或更重系列相比, 更容易受到这种影响 推荐采用大量的小直径螺钉 应避免仅仅用 3 或 4 个螺钉, 由于紧固点少, 可能会在轴承座孔中形成凸起 这将可能产生噪声 振动 不稳定的预载荷或由于载荷集中而引起早期失效 对空间有限 仅可采用薄壁轴承和有限的螺钉数量的复杂的主轴结构, 在这些情况下,SKF 建议通过 FEM( 有限元法 ) 分析对变形进行精确预测 另外, 轴承座端面和端盖凸缘间的轴向间隙也应该在螺钉固定后进行检查 指导值为 µm/100 mm 轴承座孔径 ( 图 25) 1 图 24 图 25 轴向间隙 D 79

82 轴承选型和应用的基本原理 阶梯轴套阶梯轴套是个压力接头, 其有两个略微不同的内径, 以此来与阶梯轴匹配 过盈配合保证了套筒的轴向位置, 并且决定其轴向承载能力 配合面的阶梯状设计使安装阶段调整方便, 也便于使用注油法拆卸 轴上的阶梯轴套不产生任何可能降低轴运转精度的应力, 但提高了轴的刚度 一般应用于具有小冲击载荷的非常高的转速 轻载场合 与螺纹锁紧螺母相比, 只要轴套及其安装面按照技术要求制造, 并使用正确的方法安装, 阶梯轴套具有极其优异的安装精度 SKF 不生产 不供应阶梯轴套, 但下页中将为您提供有关设计和适合尺寸的推荐 设计阶梯轴套 ( 图 26) 既可以是传统的套筒形 (a), 也可以是环形 (b) 环形阶梯轴套主要用于其本身又可作为迷宫式密封的一部分的场合 ( 特殊阶梯轴套设计, 第 84 页 ) 在轴向载荷相对较小的场合, 轴套直径较小的一端在轴上可以是松配合 尽管如此, 如果使用注油法来拆卸轴套, 松配合的轴套末端也应采用 O 型圈 (c) 进行密封 a b 图 26 c 80

83 设计考虑因素 推荐尺寸列出的推荐尺寸为 : 表 16 ( 第 82 页 ) 阶梯轴套 ( 无 O 形圈 ) 及其安装面 ( 轴承配置实例 图 27) 表 17 ( 第 83 页 ) 阶梯轴套 ( 有 O 形圈 ) 及其安装面 ( 轴承配置实例 图 28) 1 加工阶梯轴套用的孔和轴的安装面时, 非常重要的是, 最大和最小直径处的实际过盈量要尽可能的接近 经验表明, 当存在过盈量差异时, 即使很小的值, 消除它也是非常困难的 薄壁空心轴在高接触应力下可能变形, 因此, 此类轴的轴套在距离轴承最近处应有一个减压设置, 以防止轴颈的变形 减压设置的长度应为轴径的 15% 20% 图 27 图 28 81

84 轴承选型和应用的基本原理 表 16 阶梯轴套及其安装面的推荐尺寸 L 3) 4 L 2 B 2 B 1 M 4 0,5 B 3 8 d 1 d 2 D d 5 d 4 0, d 3 D 0,5 d 4 M 4 0, d 3 L 3 2) L 1 L 1 L 2 尺寸温差 1) 轴阶梯轴套 d 1 d 2 d 3 d 4 d 5 D B 1 B 2 B 3 L 1 L 2 h4 h4 H4 H4 +0,5 j13 J13 mm C F 17 16,968 16,95 16, , ,964 19,94 19, ,956 24,92 24, , ,946 29,91 29, ,937 34,9 34, , ,937 39,9 39, ,927 44,88 44, , ,917 49,86 49, ,908 54,85 54, , ,908 59,85 59, ,898 64,83 64, , ,898 69,83 69, ,898 74,83 74, , ,888 79,82 79, ,88 84,81 84, , ,88 89,8 89, ,87 94,79 94, , ,87 99,79 99, ,87 104,78 104, , ,86 109,77 109, ,86 119,77 119, , ,75 129, , ,74 139, , ,73 149, , ,73 159, , ,72 169, , ,71 179, , ,7 189, , ,7 199, ) 安装时轴与轴套或套圈之间的温差 ; 2) L 3 = 直径 d 1 部分的阶梯轴套长度,d 1 = L 1 + B 2 B 1 4 [mm] 3) L 4 = 直径 d 1 部分的阶梯环长度,d 1 = L d 4 倒角长度 [mm] 82

85 设计考虑因素 表 17 带 O 型圈的阶梯轴套及其安装面的推荐尺寸 B 2 B 1 1 M 4 0,5 4 d 1 d 2 0,5 2 4 D d 4 d 3 d 5 L 5 2) L 2 L 1 L 4 L 2 L 3 尺寸轴 阶梯轴套 合适的 O 型圈 温差 1) d 1 d 2 L 1 d 3 d 4 d 5 D B 1 B 2 L 2 L 3 L 4 h4 f7 j13 H4 +0,5 H9 j13 +0,2 mm C F 17 16, , , ,9 6,5 3,1 16,3x2, , , , ,9 6,5 3,1 19,3x2, , , , ,1 7 3,9 24,2x , , , ,1 7 3,9 29,2x , , , ,1 7 3,9 34,2x , , , ,1 7 3,9 39,2x , , , ,1 7 3,9 44,2x , , , ,1 7 3,9 49,2x , , , ,1 7 3,9 54,2x , , , ,1 7 3,9 60x , , , ,1 7 3,9 65x , , , ,1 8 3,9 69,5x , , , ,1 8 3,9 74,5x , , , ,1 8 3,9 79,5x , , , ,1 8 3,9 85x , , , ,1 8 3,9 90x , , , ,1 8 3,9 94,5x , , , ,1 9 3,9 100x , , , ,1 9 3,9 105x , , , ,1 9 3,9 110x , , , ,1 9 3,9 120x , , , ,1 9 3,9 130x , , , ,1 9 3,9 140x , , ,6 13 7,4 149,2x5, , , ,6 13 7,4 159,2x5, , , ,6 13 7,4 169,2x5, , , ,6 13 7,4 179,2x5, , , ,6 13 7,4 189,2x5, , , ,6 13 7,4 199,2x5, ) 安装时轴与轴套之间的温差 2) L 5 = 直径 d 1 部分的阶梯轴套长度,d 1 = L 1 + B 2 B 1 4 [mm] 83

86 轴承选型和应用的基本原理 材料 SKF 建议使用屈服强度至少为 550 N/mm 2 的可热处理钢 轴套与轴的配合面应进行淬硬和磨削加工 轴向承载能力实际过盈量决定了阶梯轴套的轴向承载能力 当阶梯轴套依据表 16 和表 17 ( 第 82 页和第 83 页 ) 的推荐尺寸制造, 实心轴或厚壁空心轴与轴套之间的表面压力和每毫米轴宽上的轴向保持力可以根据表 18 中列出的近似数据估算 小端为松配合阶梯轴套, 其轴向保持力仅为两端均采用过盈配合的阶梯轴套的一半 在设计阶梯轴套时, 必须考虑轴套上的轴向冲击力 如果有必要, 还可以使用一个稍稍拧紧并可以作为安装辅助的螺母固定轴套 专用阶梯轴套的设计阶梯轴套用于紧固和连接其他零件, 它使环型件能够简单的安装和拆卸, 还可以替代不同类型的驱动盘, 夹具等 如图 29 所示的 V 形皮带轮, 被设计为一个带集成迷宫密封的阶梯轴套 在这种情况下, 轴套不仅用于轴承的轴向定位, 还用于传递扭矩 图 29 84

87 设计考虑因素 表 18 阶梯轴套的表面压力和轴向保持力的近似值 1) 轴径的近似值 d 表面压力的近似值 环型件宽度上的轴向保持力的近似值 1 mm N/mm 2 N/mm ) 当阶梯轴套依据表 16 和表 17 ( 第 82 页和第 83 页 ) 的推荐尺寸制造时 85

88 轴承选型和应用的基本原理 安装以下程序可用于安装阶梯轴套 如果阶梯轴套针对已经填充润滑脂的轴承安装, 应小心注入油或安装液, 不能与轴承内的润滑脂混合, 以损害其润滑性能 1 加热轴套以获得表 16 和表 17 ( 第 82 页和第 83 页 ) 中列出的温差 2 将轴套推到轴颈上 3 等轴套冷却后, 使用合适的注油设备 ( 图 30 和 注油设备和液压介质 ), 在轴套和轴之间注入油或 SKF 安装液 为避免局部应力集中, 应缓慢注油并调节油压 4 使用液压螺母和合适长度的套筒将轴套送入最终位置 ( 图 30) 使用液压螺母时, 螺母对轴承组的作用力可以用油压控制 当轴套在油膜上 游动 时, 轴套收缩过程中 ( 轴套冷却 ) 产生的任何应力都会释放, 而且零件可以彼此正确的定位 当已获得所需轴向力时, 即达到最终位置 5 保持安装工具仍然在正确位置的状态, 释放油压并将配合面间的油排出 通常在 24 小时后, 轴套才能支承其全部载荷 图 30 86

89 设计考虑因素 拆卸要拆卸一个阶梯轴套, 可使用合适的注油设备 ( 注油设备和液压介质 ) 在轴套和轴之间注入油或 SKF 拆卸液 当油压建立并足够分隔配合面后, 在轴径处会产生轴向力, 轴套会在无需外力的条件下滑离安装位置 警告为避免严重损伤的风险, 建议在轴末端施加预留措施, 比如设置一个锁紧螺母以限制轴套可能发生的突然松动 注油设备和液压介质 SKF 提供用于安装和拆卸轴套的注油设备, 更多信息请访问 skf.com/mapro 选择一个合适的泵时, 需确保其最大许用压力应远远高于计算出的表面压力 对于安装,SKF 推荐使用 SKF 安装液 LHMF300 该液体 20 C (70 F) 下的粘度为 300 mm 2 /s, 其优点在于安装完成后会快速且完全的离开结合部, 以便相对快速的恢复金属与金属的接触 对于拆卸,SKF 推荐使用拆卸液 LHDF900 该液体在 20 C (70 F) 下的粘度为 900 mm 2 /s, 即使轴套或轴的配合面有损伤, 其也可以提供充足的油膜 注意, 该液体流速较低且不可超出注油设备的许用压力 1 87

90 轴承选型和应用的基本原理 安装与拆卸的预留措施往往有必要在设计阶段做一些预留措施, 以便于轴承安装与拆卸 例如, 在轴肩或轴承座肩上加工退刀槽或凹槽, 以便使用拆卸工具 ( 图 31) 轴承座肩上的螺纹孔便于使用螺钉将轴承从轴承座中推出 ( 图 32) 如果将注油法用于安装或拆卸锥形安装面上的轴承, 或从圆柱形安装面上拆卸轴承, 这些轴上应设置有注油孔和油槽 ( 图 33) 合适的油槽 注油孔和连接供油的螺纹孔的推荐尺寸见表 19 和表 20 图 31 图 32 图 33 88

91 设计考虑因素 表 19 表 20 注油通道及配油槽的推荐尺寸 连接供油的螺纹孔的设计和推荐尺寸 1 L L 3 60 N a G a N a Ga b a r a h a G c N G b 设计 A Gc G b 设计 B 安装面直径大于至 mm 尺寸 b a h a r a N mm 螺纹 设计 尺寸 G a G b G 1) c N a 最大 mm 50 2,5 0, ,5 2,5 2, , , ,25 4, , , M 4x0,5 A M 6 A G 1/8 A G 1/4 A G 3/8 B G 1/2 B G 3/4 B L = 轴承安装宽度 1) 有效螺纹长度 89

92 轴承选型和应用的基本原理 轴承预载荷预载荷是作用在滚动体和套圈之间的力, 并非外部载荷引起 预载荷也可以看作是负的内部游隙 施加预载荷的原因包括 : 图 34 增加刚度 降低噪声水平 提高轴的导向精度 延长轴承使用寿命 提高旋转精度 防止在快速启 / 停的高速应用, 超轻载或空载情况下发生打滑 在大多数的高精密应用中, 为了增加系统刚性, 需要施加预载荷 角接触球轴承单列角接触球轴承通常以背对背 ( 图 34 和图 35) 或面对面 ( 图 36) 配置成组安装, 对这些轴承一般要施加轴向预载荷 轴向预载荷可以通过一个轴承的套圈相对于另一个轴承套圈的轴向位移 ( 图 34 和图 36), 该位移量相应于所需的预载荷值, 或者通过施加弹簧 ( 图 35) 来产生 配组轴承和通用配组轴承的凸出量采用精密研磨控制, 因此当两个轴承直接相互靠近安装后, 不需要进一步调整即可获得给定的预载荷 但这种预载荷仍受到过盈配合和工况的影响 关于更多的信息, 请参见 安装轴承组的预载荷 章节 ( 第 162 页 ) 如果需要改变轴承预载荷, 可以在轴承套圈之间采用隔圈 关于更多的信息, 请参见 预载荷的单独调整 ( 第 166 页 ) 图 35 图 36 90

93 设计考虑因素 外部载荷对已施加预载荷的轴承组的影响外部载荷对一个已施加预载荷的轴承组的影响如图表 13 所示 图表中的曲线代表背对背安装的两个轴承的弹性特征 蓝色曲线代表轴承 A, 承受外部轴向载荷 Ka; 红色曲线代表轴承 B, 在轴向力作用下逐渐卸载 通过一个轴承的套圈相对于另一个轴承套圈的轴向位移 0, 使两个轴承都受到了预紧, 产生了一个作用于两个轴承的预载荷 F 0 当轴承 A 承受大小为 K a 的外部轴向载荷时, 作用于轴承 A 内部的力增加至 F aa, 同时作用于轴承 B 的载荷减少至 F ab 轴承套圈的轴向位移遵循弹性曲线 当轴承组的轴向位移为 Ka 时, 轴承 B 上残留的预载荷为 Kb[µm] 主轴的轴向力达到卸载力 K a1 时, 轴承 B 将完全卸载 这时会有重大风险, 即非承载球将停止滚动并开始滑动, 无论这种情况发生时间多短, 都将导致轴承早期失效 预载荷和轴承配置不同, 卸载力的大小也不同 ( 表 21, 第 92 页 ) 用两种方法之一均可以避免这种卸载现象 : 增加轴承组的预载荷, 或采用不同接触角的轴承配组 关于更多的信息, 请向 SKF 咨询 1 图表 13 外部载荷对已施加预载荷的轴承组的影响 轴向力 F a, 预载荷 F 0 轴承 B A B 轴承 A K a F aa K a1 F 0 K a F ab 轴向位移 0 Ka Kb 91