CN107630921A - 一种用于高速电主轴的混合式全陶瓷角接触球轴承 - Google Patents
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Abstract
一种用于高速电主轴的混合式全陶瓷角接触球轴承，包括外圈、内圈、滚动体、保持架，装配为一体；外圈沟道一侧的轴承挡肩低于另一侧的轴承挡肩，并与水平方向呈3°～5°夹角。外圈、内圈的沟道半径均比标准轴承大0.8％，滚动体的直径比标准轴承增大1.2％。外圈、内圈采用热压氧化锆陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化铝陶瓷中的一种，滚动体采用热压氮化硅陶瓷、氧化锆陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化铝陶瓷中的一种。外圈、内圈的沟道表面以及滚动体表面镀一层金刚石。本发明优化全陶瓷角接触球轴承几何结构，修正全陶瓷角接触球轴承的内部游隙，优化选材及简化工艺，降低成本，提高轴承的整体性能。
Description
技术领域
本发明涉及轴承领域，具体涉及一种用于高速电主轴的混合式全陶瓷角接触球轴承。
背景技术
高速/超高速加工是制造业发展的一个方向，它不仅可以大幅提高生产效率，而且可以提高工件的加工质量，高速机床是实现高速/超高速加工的必要装备。电主轴是高速机床的核心部件，高速精密轴承是高速电主轴的关键部件。钢制轴承在高速转动时钢球的离心力较大，摩擦引起电主轴温度升高，同时钢球的热膨胀较大，引起振动、噪音增大，导致可靠性降低，寿命降低，整体性能一般。陶瓷材料具有优异的耐磨损、耐腐蚀、耐高温、耐低温、高硬度、高强度、低膨胀系数、电绝缘、不导磁等优良特性。还可适用于瞬间无润滑等特殊工况，且对润滑剂污染敏感性小，适应非常广泛。陶瓷轴承可以使电主轴的性能大幅提升。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种用于高速电主轴的混合式全陶瓷角接触球轴承。
本发明的技术方案如下：
一种用于高速电主轴的混合式全陶瓷角接触球轴承，包括外圈、内圈、滚动体、保持架，装配为一体；所述外圈沟道一侧的轴承挡肩低于另一侧的轴承挡肩，并与水平方向呈3°～5°夹角。
所述外圈、内圈的沟道半径均比标准轴承大0.8％，滚动体的直径比标准轴承增大1.2％。
所述外圈、内圈采用热压氧化锆陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化铝陶瓷中的一种，滚动体采用热压氮化硅陶瓷、氧化锆陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化铝陶瓷中的一种。
所述外圈、内圈的沟道表面以及滚动体表面镀有一层金刚石。
本发明的技术效果：优化了全陶瓷角接触球轴承几何结构，修正了全陶瓷角接触球轴承的内部游隙，优化选材及简化工艺，降低成本，大幅提高轴承的整体性能。优化材料组合为氮化硅陶瓷球和氧化锆陶瓷内、外圈。氮化硅陶瓷球的密度远低于氧化锆陶瓷球及钢球，这意味着在高速/超高速转动时离心力更小；氮化硅陶瓷球的摩擦系数远小于氧化锆陶瓷球及钢球，发热减少；氮化硅陶瓷球的热传导率是氧化锆陶瓷球的十倍，温升降低；氮化硅陶瓷球的弹性模量比氧化锆陶瓷球、钢球大50％，刚性增大；氮化硅陶瓷球的热膨胀系数是氧化锆陶瓷球、钢球的三分之一，热稳定性更好。氧化锆陶瓷的热膨胀系数与钢非常接近，因此配合方便。高性能陶瓷轴承的核心在于高精度高质量的轴承沟道及陶瓷球，轴承沟道半径及陶瓷球直径是经过优化设计的。轴承套圈加工精度为P4级及以上标准，陶瓷球精度为G5级及以上标准。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中用于高速电主轴的混合式全陶瓷角接触球轴承装配示意图；
图2为本发明具体实施方式中用于高速电主轴的混合式全陶瓷角接触球轴承结构示意图；
图3为本发明具体实施方式中用于高速电主轴的混合式全陶瓷角接触球轴承外圈；
图4为本发明具体实施方式中用于高速电主轴的混合式全陶瓷角接触球轴承内圈；
图5为本发明具体实施方式中用于高速电主轴的混合式全陶瓷角接触球轴承保持架；
图6为本发明具体实施方式中用于高速电主轴的混合式全陶瓷角接触球轴承滚动体。
具体实施方式
为了更加清楚的阐述本发明，下面结合附图对本发明作进一步说明。
一种用于高速电主轴的混合式全陶瓷角接触球轴承，如图3所示，包括外圈1(如图3所示)、内圈4(如图4所示)、滚动体2(如图6所示)、保持架3(如图5所示)；滚动体2在外圈1和内圈4之间，保持架在滚动体2四周，部分包裹着滚动体2，约束滚动体2之间的相对位置关系，引导滚动体2绕外圈1、内圈4旋转中心滚动；外圈1安装在轴承座内，内圈4安装在高速电主轴上。
如图2所示，外圈1的内圆和内圈4的外圆分别有一个沟道，两个沟道位于外圈1和内圈4中间，相互朝向对方，滚动体2布置在两个沟道之间。为使陶瓷轴承的装配更加简便，外圈1沟道一侧的轴承挡肩5低于另一侧的轴承挡肩(如图2所示)，并与水平方向呈3°～5°夹角，由于陶瓷材料的热膨胀系数小于钢材，该设计大大增加了外圈与内圈之间的空隙，减小了陶瓷轴承的装配难度。外圈1、内圈4、滚动体2、保持架3装配为一体。
外圈1、内圈4采用热压氧化锆陶瓷(或氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化铝陶瓷)制成；滚动体2由热压氮化硅陶瓷(或氧化锆陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化铝陶瓷)制成；混合式全陶瓷角接触球轴承可以提高轴承的整体性能，使寿命更长，极限转速更高，装配更好。一方面同种材料之间的磨损相对较大，比如纯氧化锆陶瓷轴承、纯氮化硅陶瓷轴承，同种材料有着相同的机械性能，在高速转动时其磨损相对较大。氧化锆陶瓷韧性好，与氮化硅陶瓷接触时磨损相对较小，噪音也相对较小。另一方面，氧化锆陶瓷与其他工程陶瓷相比其热膨胀系数与钢材最接近，因此氧化锆陶瓷与钢材配合时受温度的影响更小。
保持架3采用胶木保持架或PEK保持架。轴承内部结构参数不同于标准轴承，轴承沟道半径及陶瓷球直径是经过优化设计的，相同规格的全陶瓷角接触球轴承其沟道半径相比标准轴承增大0.8％(如7009标准系列外圈沟道半径为4.58mm，优化后沟道半径为4.62mm)，滚动体2直径相比标准轴承增大1.2％(如7009标准系列滚动体直径为8.731mm，优化后滚动体直径为8.831mm)。经过优化设计后修正了陶瓷轴承的内部游隙间隙，并且可以承受更大的径向载荷。轴承套圈加工精度为P4级及以上标准，陶瓷球精度为G5级及以上标准。
本实施方式中混合式全陶瓷角接触球轴承装配后的示意图如图1所示。
本发明的目的在于针对高速机床电主轴的应用环境，提供一种高速、高寿命、高稳定性的混合式全陶瓷角接触球轴承。可用于高速机床、化工、军事、电子、汽车、航空航天、仪器仪表等领域。该轴承技术含量高，是陶瓷材料、加工工艺的完美组合，具有高转速、高寿命、高可靠性、耐磨损、耐腐蚀、耐高温、耐低温、电绝缘、不导磁、温升低、膨胀系数低、无油自润滑等优良特性。还可适用于瞬间无润滑等特殊工况，且对润滑剂污染敏感性小，适应非常广泛。
轴承内圈、外圈沟道表面以及滚动体表面镀有一层金刚石。大幅提升陶瓷轴承的耐磨性及使用寿命，降低高速运转时的噪音。
本发明具体实施方式简单，优化了全陶瓷角接触球轴承几何结构，修正了全陶瓷角接触球轴承的内部游隙，是陶瓷材料的完美结合，大幅提升全陶瓷角接触球轴承整体性能。
以上所述内容并不是陶瓷材料的简单组合，该发明的优越性已经通过实物给予了充分证明。以上内容并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则范围之内的任何其他修改、替换以及改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (4)
1.一种用于高速电主轴的混合式全陶瓷角接触球轴承，包括外圈(1)、内圈(4)、滚动体(2)、保持架(3)，装配为一体；
其特征在于，所述外圈(1)沟道一侧的轴承挡肩(5)低于另一侧的轴承挡肩，并与水平方向呈3°～5°夹角。
2.根据权利要求1所述的用于高速电主轴的混合式全陶瓷角接触球轴承，其特征在于，所述外圈(1)、内圈(4)的沟道半径均比标准轴承大0.8％，滚动体(2)的直径比标准轴承增大1.2％。
3.根据权利要求1所述的用于高速电主轴的混合式全陶瓷角接触球轴承，其特征在于，所述外圈(1)、内圈(4)采用热压氧化锆陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化铝陶瓷中的一种，滚动体(2)采用热压氮化硅陶瓷、氧化锆陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化铝陶瓷中的一种。
4.根据权利要求1所述的用于高速电主轴的混合式全陶瓷角接触球轴承，其特征在于，所述外圈(1)、内圈(4)的沟道表面以及滚动体(2)表面镀有一层金刚石。
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