轴承在数控机床主轴上的预紧

王荟

摘 要：轴承的预紧是安装轴承时，设法在内外圈之间施加一定的压紧力，使滚动体与内外圈接触处产生一定的初变形，处于压紧状态。预紧可以提高轴承的旋转精度、增加轴承组合的刚性、减少振动和噪声。

关键词：数控机床；轴承预紧；刚性

1.前言

数控机床是装配制造业的基础，振兴装配制造业首先要振兴数控机床业。一个国家数控机床业的水平已经成为衡量该国制造业的水平，工业现代化程度和国家经济建设和国防安全及战略地位。机床上的主轴的精度是衡量机床性能的一个重要指标，所以主轴上轴承的设计及装配方法将显得尤为重要。

装配机床主轴时，一般要对主轴上的轴承施加预紧，其目的是提高轴的旋转精度、提高轴的刚度、抑制轴的振动和噪音、防止滚动体的滑动（公转滑动和自转滑动）。

2.轴承预紧

轴承预紧的方法主要分为两种：定位预紧和定压预紧。

2.1 定位预紧

定位预紧是指组合轴承的轴向相对位置，在使用过程中不会改变的预紧方法，其各种方法如下：

（1）为施加预紧，而将预先调整过宽度差或轴向游隙的组合轴承紧固后使用的方法。

（2）使用调整过尺寸的隔圈或垫片，以便给轴承施加预紧的方法。（如图1）

（3）紧固可以调整轴向游隙的螺杆、螺母的方法。在这种情况，为得到适当的预紧力，要一边测量起动摩擦力矩一边调整。但是，这种方法难于控制预紧，而且轴承有可能产生倾斜，因此对精度要求很高的机床主轴不推荐使用

2.2 定压预紧

定压预紧是通过圆柱弹簧、蝶形弹簧对轴承施加适当预紧的方法。在使用过程中即使轴承的相对位置发生变化，预紧量也能基本保持恒定。通常在高速旋转的角接触轴承配对中使用。

（如图2）

3.预紧引起的刚度变化

3.1定位预紧和轴向刚度

如图3所示，组合轴承内圈在轴向紧固后，轴承A及轴承B分别有δaoA和δaoB的位移，消除了内圈之间的游隙δao。这种状态下则得到预紧Fao。对预紧的轴承施加如图所示的轴向负荷时，轴承的刚度，即负荷与位移对应关系的预紧线图，如图4所示，Fa：外部轴向载荷，FaA：轴承A所承受的轴向负荷，FaB：轴承B所承受的轴向负荷，δa：组合轴承的位置量，δaA：轴承A的位移量，δaB：轴承B的位移量。

3.2定压预紧和轴向刚度

预紧弹簧的刚度与轴承刚度相比通常很小，所以弹簧的位移直线大约与横轴平行。因此，定压预紧的刚度与事先施加了轴向预紧力Fao的单个轴承的刚度大致相等。

4.结束语

通过定位预紧和定压预紧的比较。在预紧量相等的情况下，定位预紧对增加轴承刚度更为有效，即定位预紧时由负荷引起的位移较小。但定位预计，在运转过程中，由于轴与轴承座的温度差而造成轴向胀量不同、内外圈温度差而造成径向热膨胀差及旋转中作用在滚动体上的离心力影响，使预紧量发生变化。而在定压预紧的情况，由于轴伸缩而引起的弹簧负荷的变化很小，所以，可以忽略预紧的变化。

因此一般为提高刚度时适合用定位 预紧，高速旋转时适合用定压预紧。

5.参考文献：

[1]孙志礼主编.《机械设计》.东北大学出版社

[2]赵永成主编.《机械制造装备设计》.大连铁道学院

[3]邱宣懷主编.《机械设计》.高等教育出版社

[4]谭学润主编.《机械设计》.中国石化出版社