CN103758870A

CN103758870A - 一种新型的高速电主轴轴承预载荷调节装置

Info

Publication number: CN103758870A
Application number: CN201410000409.3A
Authority: CN
Inventors: 李松生; 邵娟; 俞锋; 尚曜华
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2014-01-02
Filing date: 2014-01-02
Publication date: 2014-04-30

Abstract

本发明公开了一种新型的高速电主轴轴承预载荷调节装置，它包括轴肩、前轴承、外隔圈、内隔圈、后轴承、主轴和锁紧螺母，前后轴承之间以内外隔圈隔离而套装在主轴上，一端抵靠着轴肩，另一端以锁紧螺母锁紧，内外隔圈采用线膨胀系数差别很大的材料制成，内隔圈的线膨胀系数大于外隔圈的线膨胀系数，常温时内隔圈的轴向长度小于外隔圈，电主轴转速高时，温升高，内隔圈随温度升高的轴向伸长量大于外隔圈的轴向伸长量，使得两隔圈的长度差小于初始预紧时的长度差δ，对滚动体的挤压力变小，从而使预紧力在高速时减小，轴承发热减小，延长轴承的使用寿命。该装置简单实用，能在基本不改变主轴结构的情况下，有效地调节轴承的预紧力。

Description

一种新型的高速电主轴轴承预载荷调节装置

技术领域

本发明涉及一种新型的高速电主轴轴承预载荷调节装置,属于机电工程领域。

背景技术

角接触球轴承是机床高速电主轴常用的支承部件，为了提高主轴刚度、降低运行噪声、提高轴的加工精度、补偿轴承配置在运行中的磨损和沉降产生的游隙，必须对轴承施加预紧力。对精密机床来说，主轴轴承的预紧力应该是可调节的，使之在不同的工况条件下，能接近相应的最佳状态。

机床主轴轴承的最佳预紧力与轴承的转速、温升等因素有关。轴承在运转过程中，随着转速升高，作用在轴承滚动体上的离心力和陀螺力矩增加，使得滚珠与轴承内外圈间加剧摩擦，产生大量热；同时温度升高使轴承膨胀，预紧力加大，摩擦力矩增大，从而影响轴承的精度和使用寿命。

对电主轴上背对背安装的角接触球轴承，调节预紧力的方法是调节轴承内外圈的轴向相对位置，自动调节的原理是内外隔圈的材料通过感知温度变化使自身长短发生变化推动内外圈间接改变轴承内外圈的轴向位置。目前已有的预紧力自调节方法可分为两类：一类是通过改变轴承结构，采用预紧力补偿原理来实现，如德国GMN公司的预紧力控制器借助油腔压力变化来调节预紧力大小；另一类是通过压电元件控制预紧力，这两种方法或要改变轴承结构、影响轴承自身的性能，或比较复杂，因此在实际应用中有很大局限性。而本发明利用内外隔圈材料线膨胀系数的差别达到轴承预紧力的自调节，不仅结构简单，而且不改变主轴和轴承的结构，有利于提高轴承的性能和使用寿命。

发明内容

为了提高机床高速主轴轴承的精度、刚度、寿命，克服由于转速升高，温度

升高，轴承发热膨胀加剧，导致预紧力增大，轴承摩擦力矩增大，轴承寿命降低的难题。本发明采用不同材料的内外隔圈对背对背安装的高速电主轴轴承的预载荷进行自调节，具有方便实用、不改变主轴结构等优点。

为了达到上述目的，本发明采用的构思是：

一种新型的高速电主轴轴承预载荷调节装置，如图2所示，利用两种材料线膨胀系数差别大的特性，制成长度不同的外隔圈3、内隔圈4，布置在背对背安装的前轴承2和后轴承5之间，轴承内圈依靠左侧的轴肩1和右侧的锁紧螺母7定位，常温时内隔圈的长度小于外隔圈，在电主轴低速运行时，轴向尺寸大的外隔圈顶住背对背安装的轴承的外圈，挤压滚动体，对轴承施加预紧力；随着转速增加，温度升高，则线膨胀系数大的内隔圈的轴向伸长量必会大于线膨胀系数小的外隔圈的轴向伸长量，使得两隔圈的长度差小于初始预紧时的δ，从而控制预紧力不会因轴承温升过高而增大，实现对轴承预紧力的自调节。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种新型的高速电主轴轴承预载荷调节装置，包括轴肩、前轴承、外隔圈、内隔圈、后轴承、主轴和锁紧螺母，前后轴承之间以内外隔圈隔离而套装在主轴上，一端抵靠着轴肩，另一端以锁紧螺母锁紧，其特征在于内外隔圈采用线膨胀系数差别很大的材料制成，内隔圈的线膨胀系数大于外隔圈的线膨胀系数，常温时内隔圈的轴向长度小于外隔圈，电主轴转速高时，温升高，内隔圈随温度升高的轴向伸长量大于外隔圈的轴向伸长量，使得两隔圈的长度差小于初始预紧时的长度差δ。

选择两种线膨胀系数相差很大的材料制成长度不同的内外隔圈，线膨胀系数大的内隔圈在常温时轴向尺寸较小，在电主轴低速运行时，轴向尺寸大的外隔圈顶住背对背安装的两轴承的外圈，挤压滚动体，对轴承施加预紧力；随着转速增加，温度升高，则线膨胀系数大的内隔圈的轴向伸长量必会大于线膨胀系数小的外隔圈的轴向伸长量，使得两隔圈的长度差小于初始预紧时的长度差δ，对滚动体的挤压力减小，致使轴承预紧力减小，从而控制预紧力不会因轴承温升过高而增大，实现对主轴轴承预紧力的自调节。

本发明与现有方法相比较，具有以下突出实质性的特点和显著技术进步：

（1）克服了已有的轴承预紧力施加装置的繁琐、改变轴承结构的缺点；

（2）在电主轴转速升高导致主轴轴承温度升高时，利用两种材料线胀系数差别大的特性，通过自动改变内外隔圈的轴向长度差来控制预紧力的大小，达到对轴承预紧力进行自调节的目的，整个装置不仅结构简单，而且基本不改变主轴的结构。

附图说明

图1为本发明中高速电主轴轴承未预紧时装置的结构示意图。

图2为本发明中新型高速电主轴轴承预载荷调节装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图说明如下：

实施例一：

参见图1和图2，本新型的高速电主轴轴承预载荷调节装置，包括轴肩、前轴承、外隔圈、内隔圈、后轴承、主轴和锁紧螺母，前后轴承之间以内外隔圈隔离而套装在主轴上，一端抵靠着轴肩，另一端以锁紧螺母锁紧，其特征在于内外隔圈采用线膨胀系数差别很大的材料制成，内隔圈的线膨胀系数大于外隔圈的线膨胀系数，常温时内隔圈的轴向长度小于外隔圈，电主轴转速高时，温升高，内隔圈随温度升高的轴向伸长量大于外隔圈的轴向伸长量，使得两隔圈的长度差小于初始预紧时的长度差δ。

实施例二：

如图1所示，本新型的高速电主轴轴承预载荷调节装置，利用不同材料制成的内外隔圈线膨胀系数差别大的特性来调节高速电主轴轴承预紧力的装置：在初始安装时，由于外隔圈3（如材料为陶瓷，线膨胀系数为4×10^-6/℃）线膨胀系数小，内隔圈4（如材料为铝合金，线膨胀系数为24×10^-6/℃）线膨胀系数大，为了给轴承施加预紧力，则使外隔圈的长度大于内隔圈，此时两个圈的轴向长度差为δ；随着转速增加，温度升高，内隔圈随温度升高的轴向伸长量比外隔圈大，使得两隔圈的长度差小于δ，控制轴承预紧力不会因温度升高发热膨胀而增大。需要注意的是，两种材料的线胀系数选择要合适，即不可使伸长后内外隔圈长度差太小，或内隔圈比外隔圈长度大，而达不到所要求的最小预紧力或根本达不到预紧效果，要保证在温度上升范围内，内外隔圈因线膨胀系数差别，轴向伸长量不同而引起的二者长度差的变化量接近或等于相应的需要减小的轴承预紧力的大小，从而实现高速电主轴轴承在较大转速范围内预紧力的自调节。

Claims

1.一种新型的高速电主轴轴承预载荷调节装置，包括轴肩（1）、前轴承（2）、外隔圈（3）、内隔圈（4）、后轴承（5）、主轴（6）和锁紧螺母（7），前后轴承（2、5）之间以内外隔圈（4、3）隔离而套装在主轴（6）上，一端抵靠着轴肩（1），另一端以锁紧螺母（7）锁紧，其特征在于内外隔圈（4、3）采用线膨胀系数差别很大的材料制成，内隔圈（4）的线膨胀系数大于外隔圈（3）的线膨胀系数，常温时内隔圈（4）的轴向长度小于外隔圈（3），电主轴转速高时，温升高，内隔圈（4）随温度升高的轴向伸长量大于外隔圈（3）的轴向伸长量，使得两隔圈（4、3）的长度差小于初始预紧时的长度差δ。

2.根据权利要求书1所述的新型的高速电主轴轴承预载荷调节装置，其特征在于选择两种线膨胀系数相差很大的材料制成长度不同的内外隔圈（4、3），线膨胀系数大的内隔圈（4）在常温时轴向尺寸较小，在电主轴低速运行时，轴向尺寸大的外隔圈（3）顶住背对背安装的两轴承（2、5）的外圈，挤压滚动体，对轴承施加预紧力；随着转速增加，温度升高，则线膨胀系数大的内隔圈（4）的轴向伸长量必会大于线膨胀系数小的外隔圈（3）的轴向伸长量，使得两隔圈（4、3）的长度差小于初始预紧时的长度差δ，对滚动体的挤压力减小，致使轴承预紧力减小，从而控制预紧力不会因轴承温升过高而增大，实现对主轴轴承预紧力的自调节。