CN2139870Y - 油脂润滑空心圆柱滚子轴承主轴系 - Google Patents

Abstract

本实用新型系一种适用于机床用的主轴系，特别 适用于高速、精密的内圆磨床、立式镗床等。其特征 在于采用了单列或双列的带密封环的空心圆柱滚子 轴承作为主轴前支承或前后支承。其密封环中动环 与静环间之间隙为0.1～0.6毫米，动环之回输油脂 的锥面顶角为0～40°。它解决了空心圆柱滚子轴 承系用稀油或油脂润滑之困难，既达到了密封的目 的，又使主轴系精度寿命，主轴转速精度得以提高。

Description

本实用新型系一种用于机床主轴的功能部件，特别适用于内圆磨床、加工中心、立式镗床等的主轴系统。

传统高速机床主轴一般采用高精度角接触球轴承作为支承，通过弹簧或隔环给轴承施加预载，球轴承所能承担的预载较小，主轴整体刚度较差，且主轴的回转精度及寿命较低。随着空心圆柱滚子轴承的发明和相应的套筒主轴系的问世（中国专利86206678、92209920），使主轴的回转精度、系统刚度及寿命等均获得了显著的提高。但86206678、92209920两种专利仅适用于外圆磨床主轴，而且一是砂轮轴转速较低，一般在        n＝1500转／分，其二是砂轮轴装在主轴箱体内，箱体内可贮存的油量较大，主轴单元中空心圆柱滚子轴承靠浸油润滑。而在内圆磨床磨头或数控机床，加工中心的主轴中，上述结构已明显不适用。由于加工零件的孔很小，为保持一定的切削线速度，则要求主轴有较高的转速，一般n＝3000转／分以上，有的甚至每分钟高达几万转。因此，如采用浸油润滑存在以下缺点和困难：

1、搅油引起的损耗大，特别是空心滚子搅油比实心的更大，搅油产生的热量导至轴承温升的升高。

2、橡胶密封环承受不了高速工作条件，且摩擦生热也很大。不仅使主轴系统温升升高，而且在轴的密封处磨损加剧，漏油严重。

3、随着轴承转速的提高，而产生较大的气漩，在浸油润滑时将阻止油进入轴承。

4、此外由于主轴结构一般比较紧凑，设计中不希望有进出油管等存在。

近年来，高速滚动轴承主轴单元采用的油脂润滑方式，成功地解决了上述问题。但对空心圆柱滚子轴承来说，采用油脂润滑有以下困难：

1、空心圆柱滚子轴承为满装滚子，无保持器，与实心滚子轴承相比，不仅滚子间贮存油脂空间少，而且没有保持器携带着油脂以滚子公转转速旋转，得以保证滚道的润滑。

2、与球轴承相比，油脂返回滚道率极低。在球轴承中，球挤压油脂时油脂大部份从球的两侧返回到圆弧滚道中。而线接触的滚子轴承，油脂全部被滚子挤出滚道之外。

3、与一般滚子轴承相比，空心滚子是360°范围内预负荷下装配，不存在滚子负荷区与非负荷区（在非负荷区内滚子与滚道有间隙，润滑油脂易进入滚道和滚子处）。

4、与一般滚子轴承相比，由于无保持器，不存在实体保持架的密封油脂作用。

因此，在空心滚子轴承中采用油脂润滑常常由于缺油而失败。这可由附图1中看出：空心滚子与内外滚道之间的空间充满油脂，当内圈1以n₁转速旋转时，腔3中的油脂在内滚道及双侧挡边带动下，也以n₁转速旋转，而滚子的公转转速远低于n₁（接近为n₁的一半）。因此，腔3中的油脂受挤压并在离心力作用下逐渐进入腔4。4中油脂支撑在外滚道上，其转速为零。当滚子公转时挤压油脂，并逐渐将腔4中油脂挤压出滚道之外，当腔3中油脂通过腔4逐渐被排出轴承外后，随着油脂的流失，整个轴承就处于缺油状态，产生烧伤，直至失败。

本实用新型的目的，就是在于提供一种克服上述缺点，在保证空心圆柱滚子轴承的回转精度、支承刚度和精度寿命的前提下，采用油脂润滑方式，提高主轴回转精度、降低轴承温升，扩大高速空心圆柱滚子轴承的使用范围，进而提供一种新的主轴系。

本实用新型的目的是这样实现的，如附图2及3所示两种结构，为内圈带挡边的空心圆柱滚子轴承的密封环结构，附图4及5为外圈带挡边的空心圆柱滚子轴承密封环结构。轴承外圈两侧的密封环称为静环，轴承内圈两侧的称为动环。动环与静环之间的间隙量为0.1～0.6毫米。现以附图2结构为例作进一步说明：

1、当滚道中的油脂被挤压出滚道外之后，被封存于两侧动环与静环之间的空间内而不流失。封存的油脂的表观粘度随滚子边缘距离的增大而增大，靠近静环边缘的油脂表观粘度最大，这样，一是对轴承润滑提供可靠的油况，二是使靠近滚道的低粘度油脂始终处于高粘度油脂所形成的“油壳”中，随着油脂粘度的降低，基础油的渗出增多。

2、由于动环的外表面为一锥面（锥面顶角为0°～45°）或为螺纹面，故动环的高速转动使靠近动环的油脂受到剪切力作用，油脂表观粘度降低，油脂呈流体状并沿锥面或螺纹面向外滚道面移动，并对油脂的移动起到了密封作用。（螺纹面的螺纹方向与采用主轴之旋转方向有关，以在旋转时不松为准）。

3、靠近滚子两侧的油脂在滚子的搅拌下呈流体状，滚子滚过后便产生一个低压负载区，同时动环的排轴作用使流体油脂被挤向滚道。油脂进入滚道后，滚子的弹性变形使接触区变宽，使滚子前后各形成一个楔形区域，从而使接触面之间构成弹性流体动压油膜。油脂经剪切挤压后，基础油析出并存于滚道间。在运动停止后，绝大部分基础油又被油脂所吸收。

本实用新型的优点：

1、提高了空心圆柱滚子轴承的转速，使相应的轴系转速也得到提高。

2、省略了稀油供油系统或浸油润滑油箱。

3、扩大了空心圆柱滚子轴承轴系的应用范围，例加工中心、立式镗床、导轨磨床、螺纹磨床等的主轴中的应用。

4、使主轴系统的使用、维修更加方便。

附图说明：

附图1，为一无密封环结构的空心圆柱滚子轴承径向剖视图。

附图2及3为具有密封环的内圈带挡边的空心圆柱滚子轴承。1为动环、2为静环、3是空心圆柱滚子轴承外圈、4为空心圆柱滚子、5为带挡边的轴承内环。

附图4及5为具有密封环的外圈带挡边的空心圆柱滚子轴承，1为动环、2为静环、3系空心圆柱滚子轴承的外环，带挡边、4为滚子、5为内环。

附图6为本实用新型实施例之一。

附图7为本实用新型实施例之二。

实施例：

附图6实施例之一。它由砂轮1、防水盖2、螺母3、空心圆柱滚子轴承4（可为单列或双列，以及轴承内圈带挡边或外圈带挡边几种形式，下同）动环5其锥角为45°、静环6、隔环7、8、11、12、13、14，主轴9、套筒10、角接触球轴承15、调整环16、螺母17、19、联接套18、砂轮夹盘21、23、垫22及背母20等组成。前支承采用有密封环结构的单列内圈带挡边的空心圆柱滚子轴承，后支承为两个角接触球轴承。

附图7为实施例之二。它由除上述实施例之一的大部分零件组成外，仅由于结构不同少几个隔环，多一个皮带轮25，本实施例之主轴系统，在获得较佳的轴系支承刚度的同时限制了主轴的向前热伸长（即轴向热变形），确保主轴的轴向热位移量在限定的范围内。

Claims (9)

1、一种采用空心圆柱滚子轴承的主轴系，由套筒、主轴、轴承、防水盘、调节隔环、螺母及砂轮、砂轮盘和皮带轮等组成，其特征在于空心圆柱滚子轴承两端装有密封和回输油脂的密封环。

2、根据权利要求1所述的主轴系，其特征在于密封环分为静环与动环，静环与空心圆柱滚子轴承外圈配合并固定不动，而动环则随主轴转动，并带有回输油脂的锥面或螺纹。

3、根据权利要求1、2所述之主轴系，其特征为静环与动环之间的间隙为0.1～0.6毫米。

4、根据权利要求1、2所述的主轴系，其特征为动环之回输油脂锥面的顶角为0°～45°。

5、根据权利要求1、2所述的主轴系，其特征在于动环的回输油螺纹方向与主轴转向有关，主轴顺时针方向旋转时，左侧密封环的螺纹旋向为右旋，右侧密封环的螺纹为左旋；主轴反时针方向旋转时，螺纹方向与前述相反。

6、根据权利要求1所述的主轴系，其特征在于主轴支承所采用的带密封环的空心圆柱滚子轴承可为单列或双列。

7、根据权利要求1、6所述的主轴系，其特征在于带密封环的空心圆柱滚子轴承，其轴承可以是外圈带挡边或内圈带挡边。

8、根据权利要求1所述之轴系，其特征在于主轴的支承形式为前端采用单列或双列的带密封环的空心圆柱滚子轴承，后端采用高精度角接触球轴承。

9、根据权利要求1所述的轴系，其特征在于主轴支承形式为两端均采用单列或双列带密封环的空心圆柱滚子轴承，高精度角接触球轴承可置于前后空心圆柱轴承之内侧。