浅谈机床设计中轴承的选用技巧

浅谈机床设计中轴承的选用技巧

付政委

（161005    齐重数控装备股份有限公司   黑龙江  齐齐哈尔）

摘要：在机械设备使用过程中，轴承本身的精度、寿命、相关性能对设备的运转起着至关重要的作用。本文主要介绍了机床设计综合多方因素后常用的轴承的种类，并分析研究了选用各类轴承的技巧、如何合理安排轴承位置等几个机床设计中常见的问题。

关键词：机床设计;轴承选择;选用技巧;

在机械行业存在这非常多的零件，而轴承属于其中精度非常高的一种，对其的选择不仅需要利用数学、物理等方面的学科知识，还需要考虑现实情况，综合热处理等加工技艺，对轴承进行选择。

1.轴承的基本认识

1.1.轴承对于主轴的重要性认识

对于主轴来说，轴承是其最重要的组成部分之一，轴承的类型、安装位置、内部结构和精度等等都对主轴的性能起到关键性的作用，而主轴性能的变化直接影响机械设备的运转。

经过试验，我们得到以下两个结论：一是，从变形量考虑，主轴组件总变形量近三分之一至二分之一是由于轴承的变形量而引起的;二是，从内部能量产生的来源出发，轴承自身的发热是主轴组件发热的重要方式，占能量产生的绝大部分。因此，在机床设计中，需要将轴承的选用列为重点考虑范围，综合考虑多方因素，选择最适合机械设备运转的轴承。

1.2.主轴轴承的分类

按轴承运转方式分类的话，机床设计中最常用的轴承有两類，分别是滚动轴承和滑动轴承。

另外的分类方式还有按其承受载荷分布来分类，可以分为向心轴承和推力轴承两类。

笔者本文主要研究分析的是主轴的滚动轴承。

2.以主轴滚动轴承为例进行分析

滚动轴承的一般定义是，将运转着的轴与轴座之间的发生滑动摩擦转变为滚动摩擦，从而有效减少额外摩擦损失，提高机械效率的精密度较高的机械元件。

2.1.滚动轴承的组成部分和其各部分作用

滚动轴承一般是由四个部分组成的，这四个部分是内圈、外圈、滚动体和保持架。

其每一部分有其不同的作用，内圈主要是为了配合轴的运动并和其同时旋转;外圈是支撑轴承座的;滚动体是分布在内圈和外圈之间的部分，其不同因素的改变会直接影响到滚动轴承的使用性能和寿命;而保持架的主要作用就是保证滚动体的均匀分布，限制其非运动方向的运动，并引导其旋转，在一定程度上有润滑作用。

2.2.滚动轴承特征及其与滑动轴承的比较

滚动轴承优点较多，主要可以分为以下几个方面：滚动轴承消耗较小，由于其产生的摩擦阻力较小，所以相较滑动轴承来说，机械效率较高，也因此适合大批量生产，质量较为上乘;其自身拥有高精度、高转速的特征，在一定运转条件下，磨损较小，这就使得使用寿命较长，性价比较高;滚动轴承具有可自动调心，结构紧凑的优点。

整体上来说，滚动轴承的性能好于滑动轴承，但是在某些方面，也存在不足。比如说，和滑动轴承相比，其噪音非常大，成本也较高，支座的设计较为复杂等等。因此，选择轴承还是要依据现实情况而进行判断，不可一概而论。

2.3.两支承主轴轴承的配置形式

对主轴轴承的配置形式主要是根据其当时主轴的工作条件和结构来决定的，同时必须结合考虑轴承的使用性能、使用寿命等不同因素。笔者经分析研究，主要可以将配置形式要遵循的要求分为以下几个部分：

2.3.1考虑到限制转速的因素

不同种类和规格的轴承所允许的最高转速也是存在不同的，最高转速随着轴承材料的变化、精度要求的高低也不断改变。普遍情况时，圆柱滚子轴承所允许的最高转速比圆锥滚子轴承高。从转速上来考虑配置形式，还要结合主轴组件的刚度，两者需进行综合考虑。

2.3.2考虑到限制载荷的因素

两支承主轴轴承的配置形式应该最先考虑的就是载荷限制和刚度要求。为了提高机械设备的寿命，使用多个轴承来衔接相较于只使用一个轴承是比较理想的情况。在前支承的刚度变化对整个主轴组件的刚度影响较大，因此，刚度较高的轴承应该首先配置在前端。

2.3.3考虑到精度要求的因素

主轴组件一般会承受轴向和径向的推力，而这其中轴向的推力轴承配置形式对机械设备的精度有直接且关键性的影响。为提高精度，需要进行两端定位，前端的定位一般较为复杂且对加工精度影响并不大，但是后端定位却相反，后支承结构较为简单，支承处的发热量较大，调整其轴承间的间隙也比较容易，可以较容易的调整精度。

2.4.三支承主轴组件

在机床设计中，支承间的间距也是影响机械设备运转方式和使用寿命的重要因素。而某些机床由于要求主轴箱长度要达到一定程度，因此使得主轴两个支承间间距并非是最佳选择距离，鉴于这种情况，较为合适的方式是增加中间轴承，便于减轻其余两轴承的承载压力，提高主轴组件的刚度和抗振性。

3.机床设计中选择轴承考虑因素

3.1主轴滚动轴承的刚度和承载能力

主轴轴承轴向载荷的大小和转速的快慢，都对机床设计中轴承的选用有莫大的关系。较为常见的做法是，轴向载荷较大时，采用推力轴承;转速较高时，采用角接触轴承;两者都是为了合理控制轴向载荷，避免发生损坏。保证刚度要求。

3.2配合公差等级

在一般机床设计中，采用精度普通的轴承就可满足其工艺要求，但是在某些精密机床设计时，就需要采用高精度轴承，保证其运转质量和工作平稳度。

3.3对轴承间隙的调整和预紧

为延长轴承使用寿命和保证机械设备运转的平稳性，一般会对轴承间隙进行调整，常用的方法是加垫片或者拧紧螺母。机床运转转速越高，轴承的精度就越低，所要求的能在正常条件下工作的轴承间隙也越大。

4.结语

轴承的选用不可一概而论，不同的轴承有其各自的优缺点，在选用轴承时，应对几种轴承进行各个方面的比较，考虑轴向载荷、转速等现实情况，最终选择出最适合的轴承，使得机械设备能在最完善的情况下运作工作，使得机器运转平稳性较高，生产出来的产品质量较高，机械效率较高。

参考文献：

[1]李琴兰.机床设计中轴承的选用技巧[J].凿岩机械气动工具，2010，（4）.

[2]鲁延辉.轴承选用探讨[J].现代商贸工业，2010，（16）.