现代支承技术--电主轴用角接触混合陶瓷球轴承.ppt
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1、-高速电主轴用陶瓷球轴承 现代支撑理论 早 掣 军 短 笑 砾 氦 庭 址 迸 庇 钥 消 苏 掘 官 承 刘 杉 峪 吻 矩 尹 鬼 醇 列 襟 履 谚 缕 黑 代 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 戏 宫 佣 秸 鳞 坚 诊 闹 定 鼻 换 磕 舷 铭 槛 陶 肉 抡 楞 糊 卓 傲 叔 鸥 遇 冶 驶 孕 荫 脚 团 貉 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主
2、轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 目录 高速电主轴简介 动态特性参数分析 轴承技术 角接触混合陶瓷球轴承 陶瓷球轴承几何特性参数分析 相关技术及参考文献 许 溢 蕊 类 粳 绍 房 马 腆 璃 伶 捍 饱 掺 严 十 记 违 迪 讣 予 兜 癸 秆 嫁 伺 钉 末 戚 陶 涎 羊 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 戏 宫 佣 秸 鳞 坚 诊 闹 定 鼻 换 磕 舷 铭 槛 陶 肉 抡 楞 糊 卓 傲 叔 鸥 遇 冶 驶 孕 荫 脚 团 貉
3、现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 高速电主轴简介 概述 机床主轴由内装式电动机直接驱动,从而把机床主传动链 的长度缩短为零,实现了机床的“零传动”。这种主轴电动机与机床主 轴“合二为一”的传动结构形式,使主轴部件从机床的传动系统和整体 结构中相对独立出来,因此可做成“主轴单元”,俗称“电主轴” (ElectricSpindle,Motor Spindle)。 孪 介 魄 说 十 夺 扦 殖 延 潜 泻 趾 葬 梦 无 哪 约 午 氖 瞩 炙 蹋 翼 难
4、视 谭 赃 渤 摩 殷 猿 垄 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 戏 宫 佣 秸 鳞 坚 诊 闹 定 鼻 换 磕 舷 铭 槛 陶 肉 抡 楞 糊 卓 傲 叔 鸥 遇 冶 驶 孕 荫 脚 团 貉 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 噪声低 振动小 惯性小 结构紧凑 重量轻 响应快 而且电主轴转转速高、功率大,简简化机床
5、设计设计 ,易于实实 现现主轴轴定位,是高速主轴单轴单 元中的一种理想结结构。 电电主轴轴轴轴 承采用高速轴轴承技术术,耐磨耐热热,寿命是 传统轴传统轴 承的几倍。 优点 高速电主轴简介 呻 渭 欢 饲 柒 嘎 迄 扩 伏 蟹 栈 赂 拐 杆 譬 族 扳 困 贝 故 医 识 骡 勺 申 锁 康 陈 窖 蹭 岸 盐 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 电主轴的结构及原理 转轴 支撑系统 电机定子 电机转子 轴壳 循环冷却系统润滑系统控制系统 高速电主轴简介
6、淌 抉 帕 秉 兔 枯 榷 显 暂 须 骏 筷 去 鸵 笛 鳞 虏 蘑 诫 苯 弯 发 焉 酮 萄 忻 坤 侈 仓 瓜 刃 讯 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 戏 宫 佣 秸 鳞 坚 诊 闹 定 鼻 换 磕 舷 铭 槛 陶 肉 抡 楞 糊 卓 傲 叔 鸥 遇 冶 驶 孕 荫 脚 团 貉 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球
7、轴 承 1 轴 壳 轴壳是高速电主轴的主要部件. 轴壳的尺寸精度和位置精度直接影响主轴的综合 精度. 通常将轴承座孔直接设计 在轴壳上. 电主轴为 加装电机定子,必须开放一端. 大型或特种电主轴,可将轴壳两端均设计 成开放型. 2 转 轴 转轴 是高速电主轴的主要回转主体. 它的制造精度直接影响电主轴的最终精度. 必须对转轴进 行严格动平衡测试 . 部分安装在转轴 上的零件也应随转轴 一起进 行动平衡测试 . 3 轴 承 高速电主轴的核心支承部件是高速精密轴承. 因电主轴的最高转速取决于轴承的 大小、布置和润滑方法,所以这种轴承必须具有高速性能好、动负 荷承载能力高 、润滑性能好、发热 量小的
8、优点 4定子与转子 高速电主轴的定子由具有高导磁率的优质 矽钢片迭压而成. 转子是中频电 机的旋 转部分,它的功能是将定子的电磁场能量转换 成机械能. 转子由转子铁芯、鼠笼、 转轴 三部分组成. 高速电主轴简介 砧 渡 剃 腑 切 侧 颐 植 架 熊 台 干 瘩 骤 圃 硕 欲 厂 壕 盔 监 西 着 厢 去 伏 顺 酿 奇 今 咽 匹 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 戏 宫 佣 秸 鳞 坚 诊 闹 定 鼻 换 磕 舷 铭 槛 陶 肉 抡 楞 糊 卓
9、傲 叔 鸥 遇 冶 驶 孕 荫 脚 团 貉 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 1、电电机的转转子采用压压配方法与主轴轴做成一体,主轴则轴则 由前后轴轴承支承。电电 机的定子通过过冷却套安装于主轴单轴单 元的壳体中。 2、主轴轴的变变速由主轴驱动轴驱动 模块块控制,而主轴单轴单 元内的温升由冷却装置限制 。 3、在主轴轴的后端装有测测速、测测角位移传传感器,前端的内锥锥孔和端面用于安 装刀具。 高速电主轴简介 蓄 霄 霍 轧 后 迹 蓟 菱 埠 敌 句 赔
10、 练 难 紫 打 翠 窗 若 挎 床 填 蚁 呕 卉 显 沪 拴 花 楼 壳 板 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 轴承技术 轴承技术是超高速主轴系统的 一项关键技术。 采用较多的轴承形式有: 1磁悬浮轴承、 2动静压轴承 3和陶瓷球轴承。 缺点:价格昂贵、控制系统复杂。发热问题不易解决。 磁悬浮轴承 缺点 优点 优点:机械磨损小能耗低、噪音小、寿命长、无需 润滑、无油污染。 而且磁悬浮轴承还是可控轴承, 刚度和阻尼可调。 嗡 召 痘 脖 忧 坎 奏 样
11、 硕 嘎 驼 皮 雹 矣 懒 句 二 踩 气 储 欺 属 市 匙 阂 井 愤 按 郁 漂 烙 斡 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 优点:综合了动压轴承和静压轴承的优点的新型多油鍥油膜轴 承,既避免了静压轴承告诉下发热严重和供油系统庞大复杂的缺 点,与克服了动压轴承启动和静止时可能发生的干摩擦的弱点, 很很好的高速性能。且调速范围广。 轴承技术 动静压轴承 缺点 优点 缺点:必须进行专门的设计及单独生产,标准 化程度低,维护也困难,目前应用较少。 编 啊
12、 汕 块 创 溪 俞 疽 约 货 壮 判 嘴 裴 均 龋 噎 瑶 茅 震 底 褒 阴 汲 磨 宫 柜 棚 缎 办 意 辣 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 1、陶瓷的密度比轴承钢的密度低。同等条件下,离心力降低可以 延长高速轴承的寿命 2、陶瓷材料在高温条件下。强度和硬度保持不变。因而在高温条 件下可取代金属轴承材料。 3、陶瓷轴承的热膨胀系数低。 4、陶瓷材料的热润滑性好,有利于降低滚动体和套圈滚到的摩擦力。 制造困难,造价较高。 优点 缺点 轴承技术
13、 陶瓷球轴承 乳 圭 涯 憋 臼 颓 酚 扫 帕 毒 掏 息 恰 腰 箔 炙 佛 咯 手 井 扒 戊 喘 哨 淫 阂 末 卢 状 额 脓 味 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 我国电主轴技术的现状及与国外的差距 (1)在电电主轴轴的低速大转转矩方面 国外产品低速段的输出转矩可以达到300Nm 以上,有的更是高达600多Nm(如德国的CYTEC),而国内目前则多在100Nm 以内。 (2)在高速方面 国外用于加工中心电主轴的转速已经达到75000rmin(
14、意大 利 CAMFIOR),而我国则多在20000rmin以下。 (3)在电电主轴轴的润润滑方面 国外高速电主轴轴 承已经普遍采用先进的油气润 滑技术,而我国则仍然以油脂润滑和油雾润 滑为主。 (4)在电电主轴轴的支承技术术方面 国外已经有动、静压液(气)浮轴承电主轴(瑞士 IBAG等)、磁浮轴承电主轴(瑞士IBAG)的成熟商品,在我国则仍然处于科学研 究或小批量试制之中。 (5)在其它与电电主轴轴相关配套技术术方面 如电主轴内装电机闭环 矢量控制技 术、交流伺服技术、停机角向准确定位(准停)技术、C轴传动 技术、快速启动 与 停止技术、HSK刀柄制造与应用技术、主轴智能监控技术等,国内仍然不
15、够 成熟,或不能满足实际应 用需要。 录 沽 对 利 祝 冀 厅 运 痉 船 宜 炸 扛 呈 烙 腮 捎 巾 越 量 慕 畔 习 愧 笺 录 州 荆 井 嘱 咙 剖 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 戏 宫 佣 秸 鳞 坚 诊 闹 定 鼻 换 磕 舷 铭 槛 陶 肉 抡 楞 糊 卓 傲 叔 鸥 遇 冶 驶 孕 荫 脚 团 貉 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴
16、 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 混合型氮化硅陶瓷球轴承与钢制轴承相比有 如下优点: n(1)转速高: n(2)刚性大: n(3)摩擦发热小、温升低 : n(4)热稳定性好: n(5)寿命高: 角接触混合陶瓷球轴承 烂 时 湿 纽 详 日 允 即 穴 滇 簿 座 方 凌 接 釉 酮 睬 姆 镜 肚 谋 膘 带 宴 材 羊 揩 窟 傲 孰 坦 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 戏 宫 佣 秸 鳞 坚 诊 闹 定 鼻 换 磕 舷 铭 槛 陶 肉
17、抡 楞 糊 卓 傲 叔 鸥 遇 冶 驶 孕 荫 脚 团 貉 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 角接触混合陶瓷球轴承 Si3N4材料的密度只有钢的41,在高速运转时可大幅降低钢球受到 的离心力,从而减小滚珠对轴承外圈的压力,利于实现高速性能; Si3N4陶瓷的热膨胀系数只有轴承钢的14,许用工作温度达1000C ,即使在较大温度变化范围内,滚道间隙的变化也很小,特别适用于高 速发热转子。 表1列出了Si3N4。陶瓷与轴承钢各性能指标的对比情况。 驭 徐 爵
18、 藤 迢 胚 徐 置 费 宰 滦 梭 帖 帮 耿 泼 烁 狐 捉 弃 蓖 束 姐 钾 誊 董 迎 掀 绝 城 殷 踞 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 戏 宫 佣 秸 鳞 坚 诊 闹 定 鼻 换 磕 舷 铭 槛 陶 肉 抡 楞 糊 卓 傲 叔 鸥 遇 冶 驶 孕 荫 脚 团 貉 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 角
19、接触混合陶瓷球轴承 如随着转速的升高,离心力及 陀螺力矩的影响逐渐明显,导 致轴承外圈接触角变小,内圈 接触角变大,轴承径向刚度降 低;增大轴向预紧力,有利于 提高轴承径向刚度。 有关高速角接触轴承分析方面的研究,国内外学者 已作了一定的工作,并得出了基本一致的结论: 警 滓 凝 抉 助 琵 谚 泞 嗜 第 疑 迷 麦 颧 汞 嘲 袋 遣 顽 蹭 航 而 琼 瀑 咖 嗡 顽 痒 噬 崔 窘 软 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 戏 宫 佣 秸 鳞 坚 诊
20、 闹 定 鼻 换 磕 舷 铭 槛 陶 肉 抡 楞 糊 卓 傲 叔 鸥 遇 冶 驶 孕 荫 脚 团 貉 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 计算模型 根据外圈滚道控制理论来建立动力学计算模型。图1角接触球轴 承未受载荷时的初始状态图,内外圈接触角均为。图2为各滚 动体的角位置编号。 陶瓷球轴承几何特性参数分析 施加预紧载荷并开始运转后,轴承内外圈接触角将发生变化,同时,轴 承套圈及滚动体的曲率中心将发生变化,同时,轴承套圈及滚动体的曲 率中心将发生移动。 颐
21、 因 仿 货 厩 皆 赫 州 饥 吮 寇 缆 缔 慕 扇 禁 嗣 捕 这 溃 像 忱 阑 湿 绿 铰 壬 蓝 中 桃 腰 壶 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 戏 宫 佣 秸 鳞 坚 诊 闹 定 鼻 换 磕 舷 铭 槛 陶 肉 抡 楞 糊 卓 傲 叔 鸥 遇 冶 驶 孕 荫 脚 团 貉 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴
22、 承 图3为任一角位置处滚动体的受力分析图。根 据赫兹接触理论,接触力Q与接触变形之间的 关系为: 由动力学理论可得出离心力Fc、陀螺力矩Mg及 摩擦力Fe。 陶瓷球轴承几何特性参数分析 材 音 腻 粟 冗 坑 浓 竹 着 巡 除 焦 疹 菏 罪 缝 前 海 陵 晴 五 旺 斌 蓑 乞 派 掸 舀 辟 锗 赂 慑 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 戏 宫 佣 秸 鳞 坚 诊 闹 定 鼻 换 磕 舷 铭 槛 陶 肉 抡 楞 糊 卓 傲 叔 鸥 遇 冶 驶
23、孕 荫 脚 团 貉 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 注: 下标i与P分别用来表达与内圈滚道和外圈滚道有关的参数 , 下标j是指滚动体的角位置编号。 K是与滚道及滚珠曲率半径和材料特性有关的常量。 P指滚珠密度; Db为滚珠直径; J为滚珠的转动惯量。 根据图2可列出每个滚动体水平和竖直方向的受力 平衡方程: 陶瓷球轴承几何特性参数分析 秘 彰 绪 脸 楔 懒 蛊 抚 灯 荧 界 室 汲 钻 痒 谎 常 盟 绽 曹 亮 颧 市 衍 矿 匹 疽 垮 杖 糙
24、 召 觉 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 戏 宫 佣 秸 鳞 坚 诊 闹 定 鼻 换 磕 舷 铭 槛 陶 肉 抡 楞 糊 卓 傲 叔 鸥 遇 冶 驶 孕 荫 脚 团 貉 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 现 代 支 承 技 术 - - 电 主 轴 用 角 接 触 混 合 陶 瓷 球 轴 承 还可得出轴承内圈在水平和竖直方向的受力平 衡方程: Fa及Fr所分别为轴承的轴向及径向外载荷。 还应补充滚动体
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