CN102359484A - 陶瓷球角接触高速机床主轴轴承 - Google Patents

陶瓷球角接触高速机床主轴轴承 Download PDF

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张利
王艳
任蕾
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Abstract

一种陶瓷球角接触高速机床主轴轴承，包括外圈和内圈，滚动体均匀的排列在所述内圈和外圈之间，保持架将所述滚动体均匀的分隔开，所述滚动体采用氮化硅陶瓷球。所述内圈和外圈采用SKF-3#钢。所述保持架采用陶瓷纤维。SKF-3#钢材中含氧量低，经热处理后稳定性好；滚动体采用小而多的氮化硅陶瓷球可以达到提高刚度的效果，陶瓷球空转较小，如轴承在倾斜状态下运转，因陶瓷球具有较好的滚动性，所以引起的内部应力较低；保持架采用陶瓷纤维，由于陶瓷纤维密度小、质量轻，在轴承旋转时产生的离心力小，抗疲劳能力强，转速高、耐高温、噪音小、温升低且高精度。

Description

陶瓷球角接触高速机床主轴轴承
技术领域
本发明涉及一种轴承，特别是一种陶瓷球角接触高速机床主轴轴承。
背景技术
有机械运动的地方就有轴承。轴承是各种机械装备的关键基础构件，用以平衡运动、传递载荷、减少摩擦、降低能量消耗。先进轴承是设计-材料-制造三位一体技术集成。三个要素同等重要，集成制造出高性能轴承。虽然传统的角接触球精密轴承已经具备结构简单、极限转速比较高、摩擦力矩比较小等优点，但随着社会的发展这已远远达不到人们要求。
目前我国轴承行业所使用的滚动体(特别是钢球)材料绝大部分采用热轧盘圆作为母材，经退火→冷拔制成所需尺寸要求的冷拔材。如果不控制热轧盘圆材料中的网状碳化物的组织级别，在随后的退火过程中也无法加以改善。如不加控制，不仅造成大量的废品，还降低钢球的压碎载荷和使用寿命。
发明内容
本发明提供一种陶瓷球角接触高速机床主轴轴承，以解决上述背景技术中存在的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的一种陶瓷球角接触高速机床主轴轴承，包括外圈和内圈，滚动体均匀的排列在所述内圈和外圈之间，保持架将所述滚动体均匀的分隔开，所述滚动体采用氮化硅陶瓷球。
其中，所述内圈和外圈采用SKF-3#钢。
其中，所述保持架采用陶瓷纤维。
其中，所述滚动体个数为20个。
其中，所述滚动体直径为22.225mm。
其中，所述陶瓷球轴承载荷为10KN。
其中，所述陶瓷球轴承尺寸为130*200*30mm。
本发明通过上述技术方案，克服了传统精密轴承寿命低、手感差、噪音大和不耐高温等缺点，由于陶瓷球轴承具有较小的离心力，这大大提高了轴承的寿命，提高机械性能。在相同条件下，可以使用更长时间。陶瓷轴承还可以在-180℃～800℃的条件下工作，这使得陶瓷轴承的工作环境扩大了，应用更加广泛；另还具有旋滚比小、刚度高、球空转较小、低摩擦和低温升、防摩擦性能好、轴承精度保持好、物理化学性能稳定等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的陶瓷球轴承与钢制轴承旋滚比的比较。其中dw为球径(滚动体直径)，Z为球数(即滚动体的个数)，Fa为载荷。
图3是陶瓷球轴承刚性与钢制轴承刚性的比较。
图4是陶瓷球轴承的空转性能示意图。I代表钢制轴承，II代表陶瓷球轴承，此图的含义是陶瓷球空转较小，如轴承在倾斜状态下运转，由于陶瓷球具有较好的滚动特性，陶瓷球的空转的不利影响小于钢球，引起的内部应力也较低。
图5是陶瓷球轴承与钢制轴承摩擦力矩和温升的比较。I代表钢制轴承，II代表陶瓷球轴承，右边的纵轴是温度，此图的含义是陶瓷球轴承的低摩擦和低温升，陶瓷球高的弹性模量，在轴承载荷下，形成的压力椭圆小，内圈和外圈之间的压力角差小，陶瓷球轴承在高速时具有较低的摩擦力矩，摩擦和温升较低。
图6是陶瓷球轴承氮化硅材料与轴承钢高温硬度的比较。
附图标记说明
1-外圈；2-内圈；3-保持架；4-滚动体。
具体实施方式
为了使本发明的形状、构造以及特点能够更好地被理解，以下将列举较佳实施例并结合附图进行详细说明。
图1是本发明的结构示意图，如图所示，外圈1通常是与轴承座孔成过渡配合，起支撑作用；内圈2通常与轴紧配合，并与轴一起旋转；滚动体4借助保持架均匀的排列在内圈和外圈之间，滚动体4的形状、大小和数量直接影响轴承的负荷能力和使用性能；保持架3将滚动体4均匀的分隔开，并能引导滚动体4旋转及改善轴承内部润滑性能。
本发明的内圈2和外圈1由传统采用GCr15钢改为采用SKF-3#钢，滚动体4由传统采用GCr15钢制成的钢球改为采用氮化硅陶瓷球，保持架3由传统采用酚醛胶布改为采用陶瓷纤维，从而使精密机床主轴轴承具有质量轻、耐高温、耐腐蚀等性能。其中陶瓷球滚动体个数优选为Z＝20个，滚动体直径即球径dw＝22.225mm，陶瓷球轴承载荷Fa＝10KN，陶瓷球轴承尺寸为130*200*30mm。
以上改进后的组件所具有的优点如下：
轴承外圈1和内圈2选用SKF-3#钢：钢材中含氧量低，经热处理后稳定性好。
滚动体4采用氮化硅陶瓷球：采用小而多的陶瓷球滚动体可以达到提高刚度的效果。陶瓷球空转较小，如轴承在倾斜状态下运转，因陶瓷球具有较好的滚动性，所以引起的内部应力较低。
保持架3采用陶瓷纤维：由于陶瓷纤维密度小、质量轻，在轴承旋转时产生的离心力小，抗疲劳能力强，转速高、耐高温、噪音小、温升低且高精度。
本发明的陶瓷球角接触高速机床主轴轴承与传统精密轴承的特性比较见下表
下表表现的是陶瓷轴承与普通轴承的特性比较，特别是滚动体采用Si3N4和传统采用GCr15的特性比较。由于加工工艺，在Si3N4或GCr15滚动体中还会含有一定比例的SiC、ZrO2和Al2O3。
Figure BSA00000570472700031
Figure BSA00000570472700041
本发明通过上述技术方案，克服了传统精密轴承寿命低、手感差、噪音大和不耐高温等缺点，由于陶瓷球轴承具有较小的离心力，这大大提高了轴承的寿命，提高机械性能。在相同条件下，可以使用更长时间。陶瓷轴承还可以在-180℃～800℃的条件下工作，这使得陶瓷轴承的工作环境扩大了，应用更加广泛；另还具有旋滚比小、刚度高、球空转较小、低摩擦和低温升、防摩擦性能好、轴承精度保持好、物理化学性能稳定等优点。
以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种陶瓷球角接触高速机床主轴轴承，其特征在于，包括外圈和内圈，滚动体均匀的排列在所述内圈和外圈之间，保持架将所述滚动体均匀的分隔开，所述滚动体采用氮化硅陶瓷球。
2.如权利要求1所述的陶瓷球角接触高速机床主轴轴承，其特征在于，所述内圈和外圈采用SKF-3#钢。
3.如权利要求1所述的陶瓷球角接触高速机床主轴轴承，其特征在于，所述保持架采用陶瓷纤维。
4.如权利要求1所述的陶瓷球角接触高速机床主轴轴承，其特征在于，所述滚动体个数为20个。
5.如权利要求1所述的陶瓷球角接触高速机床主轴轴承，其特征在于，所述滚动体直径为22.225mm。
6.如权利要求1所述的陶瓷球角接触高速机床主轴轴承，其特征在于，所述陶瓷球轴承载荷为10KN。
7.如权利要求1所述的陶瓷球角接触高速机床主轴轴承，其特征在于，所述陶瓷球轴承尺寸为130*200*30mm。
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