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　　密系轴承 精密轴承的应用选型 1.62 （两联组配轴承） 表3 可靠性系数 2.16 （三联组配轴承） 应用正常的轴承选型方法并不是能够为所有主轴找到 2.64 （四联组配轴承） 可靠性 （%） Lna a1 合理的轴承，尤其是精密轴承，该行业具有极为严格的要 90 L10a 1 求。 95 L5a 0.0.62 ZWZ经过多年研究，开发出了适于高精度、高速主轴轴 基本额定寿命 96 L4a 1.0.53 承的选型方法，并 用这一理念开发了适合的精密轴承。 式 （1）表示轴承的基本额定动负荷、当量动负荷及基 97 L3a 0.44 ZWZ推荐的精密轴承选型流程如下： 本额定寿命之间的关系。 98 L2a 0.33 99 L 0.21 轴承以固定的转速时，用时间表示寿命更为方便，如 1a 主轴参数确定 主轴结构确定 主轴尺寸确定 高速磨床主轴配置： 式 （2）所式。 工作端，70 ××C/DT；驱动端，70 ××C/DT 轴承参数确定 主轴安装方式 C P （总旋转数） L = ( ) (1) 10 P 附注：精密轴承选型是根据主轴设计参数与结构，如精度、 当量动载荷 10 C P 可用空间、符合、系统需求刚度、适 轴向位移、速度、 （时间） L10h = 60n ( P ) (2) 轴承大多承受径向负荷与轴向负荷的合成负荷，并且负 发热量 要求，经过精密计算，最后确定轴承类型、精度、 荷条件多种多样，、如大小发生变化 。 游隙 关键参数来满足客户需求。 因此，不可能将轴承的实际负荷直接与基本额定动负 L ：基本额定寿命，转 10 荷比较。 L10h ：基本额定寿命，h 主轴支撑刚性与转速对比表 表1 L10s ：基本额定寿命，km 这时，则将实际负荷换算成通过轴承中心，且大小和 方向一定的假象负荷来进行分析比较，轴承在假想负荷下 转速参数 P ：当量动载荷，N{kgf} 支承 刚度(%) 具有与实际负荷和转速下相同的寿命。 (mm.r/min) C ：基本额定动载荷，N{kgf} 这样换算的假想负荷称做当量动负荷，用P表示。 工作端 驱动端 脂润滑 油润滑 径向轴向 n ：转速，rpm 当量动负荷可由下式计算 NN30xxK+2344x NN30xxK 0.6x106 0.8x106 100 100 p ：寿命指数 NN30xxK+SVx NN30xxK 0.7x106 0.9x106 100 60 重型车床尾轴： 球轴承…………… P=3 P = XF +YF ………………… (9) r a 70xxAC/TBT NN30xK 0.9x106 1.2x106 80 50 前端，NN30 ××；后端，NNU40 ××+29 ×× 滚子轴承………… P= 10 3 719xxC/QBC N10xxK 1.0x106 1.3x106 60 30 P ：当量动载荷，N{kgf} 70xxAC/DB 70xxC/DB 1.1x106 1.4x106 50 30 XF ：径向载荷，N{kgf} r 70xxC/DT 70xxC/DT 1.3x106 1.6x106 50 20 YF ：轴向载荷，N{kgf} 70xxAC 70xxAC 1.4x106 1.8x106 30 15 调整的寿命公式 a X ：径向载荷系数 70xxC 70xxC 3x106 20 10 精密轴承载荷与寿命计算 由于轴承在实际工作中还有很多因素影响轴承寿命， Y ：轴向载荷系数 在机床 精密轴承应用领域，通常轴承的载荷能力在 因此必须根据实际工况对轴承寿命进行调整，公式如下： 决定轴承尺寸方面要比在普通工程应用中影响要小。然而 在重型机床、泵类 的重负荷或其他给定的轴承配置轴承 L = a a a L10 ………………… (x) na 1 2 3 类型时，负荷的大小和作用方向具有重要影响。 轴承材料选用 主轴配置应用示例 L ：修正额定寿命， 转 na 滚动轴承的工作性能及可靠性很大程度取决于轴承材 考虑了轴承特性和使用条件 基本额定动载荷 料性能。滚动轴承需要在套圈与滚动体接触面上反复承受 因素后可靠性为100-n% （即失 基本额定动负荷表示轴承耐滚动疲劳的能力（即负荷 较大 力的同时，保持高速、高精度旋转。为此套圈及滚 效率为n%）的寿命 能力），是指大小和方向一定的纯径向负荷（对于向心轴 动体材料要求具备与承载能力有关的一定硬度、在滚动接 a ：可靠性系数………….参照(1)项 承），在内圈旋转外圈固定 （或内圈固定外圈旋转）的条 1 触和不同润滑条件下的抗滚动疲劳性能、耐磨损性能，以 a ：轴承性系数………….参照(2)项 件下，该负荷下的基本额定寿命可达100万转。向心轴承与 2 及尺寸稳定性 特性。非金属夹杂 多则容易引起疲劳龟 a ：轴承性系数………….参照(3)项 推力轴承的基本额定动负荷分别称做径向基本额定动负荷 3 裂，故非金属夹杂物越少，材料越清洁，滚动轴承寿命则 与轴向基本额定动负荷，用Cr与Ca表示，其数值录入轴承 [备注]按照可靠性高于90%的 选择轴承尺寸时， 特别注 越长。 尺寸表。 意轴与外壳的强度。 滚动轴承套圈一般情况下都采用高碳铬轴承钢。对于 角接触球轴承的产品表中列出的基本额定动负荷适用 （1）可靠性系数a1 承受高冲击载荷和交变弯曲 力的轴承，使用渗碳钢。 于单套轴承。两联、三联、四联组配轴承的基本额定动负 计算可靠性系数不低于90% （即失效率不大于10%） 高碳铬轴承钢在滚动轴承中应用最广泛，采用整体淬 工作端：NN30 ××K+SV ×，驱动端：NN30 ××K 荷可以通过将单套轴承的Cr值乘以以下系数得出。 的修正额定寿命时，按表3选择系数 。 火方式，表面和心部均可硬化。近年来，由于轴承钢材质量 3 4 密系轴承 的不断提高，通过真空脱气处理，降低了含氧量和非金属 Fr:径向载荷，N ｛kgf｝ 与轴的配合 表2 夹杂 ，材料性能大幅提高。对于长寿命、高可靠性的轴 Fa:轴向载荷，N ｛kgf｝ 承，还可采用清洁度更高的电渣重溶轴承钢。 轴承形式 轴外径 轴外径公差 配合公差 ZWZ滚动轴承套圈和滚动体热处理工艺保证轴承在120 超过 到 最小 最大 最小 最大 ℃以内，尺寸稳定。 高速旋转注意事项 10 18 -0.003 0 -0.002 0 保持架用来分隔滚动体，防止相邻滚动体直接接触， 轴承在高速旋转、尤其是转速接近或超过尺寸表记载 18 50 -0.004 0 -0.0025 0 令工作中的摩擦和发热量减小。保持滚动体间距离相 ， 的极限转速时，主要应注意以下事项： 50 80 -0.005 0 -0.003 0 使载荷平均分配，刚度稳定。可保持分离型轴承滚动体不 主轴用轴承 （1）考虑提高轴承精度； 80 120 -0.003 0.003 -0.004 0 脱落，还可用来引导滚动体。保持架还可以起到储备润滑 （2）优化轴承内部游隙（考虑温升产生的轴承内部游隙 120 180 -0.004 0.004 -0.004 0 脂的作用，从而改善轴承的润滑。 减少量） 180 250 -0.005 0.005 -0.005 0 ZWZ精密轴承保持架大致可分为冲压保持架、金属实体保 （3）对于高速旋转，选择适合的铜合金或酚醛树脂切制 10 18 -0.008 0 - - 持架、尼龙保持架、酚醛树脂保持架 。 保持架。另外也有适用于高速旋转的合成树脂成形保持架 18 50 -0.009 0 - - ZWZ精密轴承滚动体选用高碳铬钢或陶瓷制成。机床， （4）选择使用于高速的润滑油、脂或适于高速的油气润 滚珠丝杠支撑用推力 接触球轴承 50 80 -0.011 0 - - 尤其是加工中心主轴转速高。为了达到高转速下温升与刚 滑 润滑方式。 80 120 -0.013 0 - - 度要求，则可以选用陶瓷材料滚动体 -0.015 0 - - 极限转速 润滑与油脂 轴承的转速主要受到轴承内部的摩擦发热引起的升温 对于某一 用的润滑剂和润滑方法的选择主要取决于 的限制，当转速超过某一界限后，轴承会因烧伤等而不能 运转条件（如允许温度或运转速度），另外需综合考虑相 轴的精度和粗糙度 表3 继续旋转。 邻原件润滑来决定。 轴的精度和粗糙度 轴承的极限转速是指不产生导致烧伤的摩擦发热并可 要在滚动体和滚道之间形成足够的润滑膜，需要使用 连续旋转的转速的界限值。 合适的润滑剂量。如果润滑剂使用量合适，流体动力摩擦 轴径 圆度 圆柱度 跳动 同轴度 粗糙度 因此，轴承的极限转速取决于轴承的类型、尺寸和精 损失就小，运转温度就可以保持的很低。脂润滑对润滑的 精度 级 精度 级 精度 级 精度 级 精度 级 度以及润滑方式、润滑剂的质和量、保持架的材料和型式、 剂量可以控制精准，且无需设计单独的润滑系统，因此这 超过 到 P5, P4 P2 P5, P4 P2 P5, P4 P2 P5, P4 P2 P5, P4 P2 负荷条件 各种因素。 种润滑方法在主轴配置中日益普及。但是，对于速度极高 各类轴承采用脂润滑和油润滑（油浴润滑）时的极限 的应用，推荐使用油气润滑方式，因为在高速工况下润滑 - 10 0.7 0.5 0.7 0.5 2 1.2 4 2.5 0.2 0.1 转速分别载于各轴承尺寸表，其数值表示标准设计的轴承 脂的工作寿命太短。 10 18 1 0.6 1 0.6 2.5 1.5 5 3 0.2 0.1 在一般负荷条件（C/P 13，Fa/Fr≤0.25左右）下旋转时 1、润滑脂的选择： 18 30 1.2 0.7 1.2 0.7 3 2 6 4 0.2 0.1 转速的界限值。 a ）大多数精密轴承主轴，我们推荐采用矿 油和锂基 30 50 1.2 0.7 1.2 0.7 3.5 2 7 4 0.2 0.1 另外，润滑剂根据其种类和牌号的不同，也可能虽优 增稠剂的润滑脂。这种润滑脂的使用温度范围：-30～+100 50 80 1.5 1 1.5 1 4 2.5 8 5 0.2 0.1 于其他性能但不适用于高速旋转。 ℃ 80 120 2 1.2 2 1.2 5 3 10 6 0.4 0.2 b）丝杠 接触推力球轴承推荐使用钙基混合增稠剂脂 120 180 2.5 1.7 2.5 1.7 6 4 12 8 0.4 0.2 c）如果承受重载或冲击符合，则可能需要更换润滑脂 180 250 3.5 2.2 3.5 2.2 7 5 14 10 0.4 0.2 极限转速的修正 d ）当有防水性考虑时，推荐使用钙基混合增稠剂脂 250 315 4 3 4 3 8 6 16 12 0.4 0.2 2、油脂量 载荷条件C/P＜13 （即当量动载荷P超过基本额定动载 在高速下运转的轴承ZWZ推荐采用少量油脂进行润滑。 荷C的8%左右），或承受的合成载荷中的轴向载荷超过径 通常在为高速运转的机床主轴配套轴承，用量 少于30%。 向载荷的25%时，要用式 （1）对极限转速进行修正。 根据实际经验，ZWZ公司推荐3000rpm以上转速轴承注脂量 约为轴承内部空间的10%～15%。 na=f1 ·f2 ·n ………………… (1) 如果客户工况特殊，ZWZ可以按照客户提供工况为客 户推荐适合的润滑脂类型及注脂量。 na ：修正后的极限，rpm f1 ：与载荷条件有关的修正系数 （图1） f2 ：与合成载荷有关的修正系数 （图2） n ：一般载荷条件下的极限转速，rpm （参照轴承尺寸表） 轴承配合选用指导 C ：基本额定动载荷，N ｛kgf｝ 为了充分发挥精密轴承的性能，轴和轴承座 相关部 P ：当量动载荷，N ｛kgf｝ 件也要求达到高精度。ZWZ公司推荐配合及精度如附表。 5 6 密系轴承 与轴承座的配合 表4 轴承的安装 承更加容易装配，减少冲撞，安装轴承前，在检验合格的 轴与外壳的各配合面 涂布机械油。 轴外径 轴外径公差 配合公差 1 轴承安装前的准备工作 轴承形式 图1 轴径的测量位置 1．1 轴承安装的环境 超过 到 最小 最大 最小 最大 安装轴承 尽量在干燥、无尘的室内进行，并 远离 18 50 -0.002 0.002 0.002 0.006 金属加工或其它会产生金属碎屑和灰尘的设备。当必须在 50 80 -0.0025 0.0025 0.002 0.006 无保护的环境下安装轴承时（较大型轴承经常会碰到的情 接触球轴承 （工作侧） 80 120 -0.003 0.003 0.003 0.008 况），必须采取适当的措施保护轴承和相关部件免受灰尘 120 180 -0.004 0.004 0.003 0.008 或湿气 的污染，直至安装完成为止。 180 250 -0.005 0.005 0.005 0.010 1．2 轴承的准备 18 50 0 0.004 0.006 0.011 由于轴承经过防锈处理并加以包装，因此不到安装前 50 80 0 0.005 0.006 0.011 不要 开包装。另外，轴承上涂布的防锈油具有良好的润 图2 外壳孔径的测量位置 接触球轴承 （自由侧） 80 120 0 0.006 0.009 0.015 滑性能，对于一般用途的轴承或充填润滑脂的轴承，可不 120 180 0 0.008 0.009 0.015 必清洗直接使用。但对于仪表用轴承或用于高速旋转的轴 180 250 0 0.010 0.015 0.022 承，应用清洁的清洗油将防锈油洗去。这时轴承容易生锈， 18 50 -0.006 0 -0.002 0.002 不可长时间放置。 50 80 -0.007 0 -0.002 0.002 1．3 安装工具的准备 圆柱滚子轴承 80 120 -0.008 0 -0.002 0.002 安装时所用的工具 以木制或轻金属制品为主，避免 120 180 -0.009 0 -0.002 0.002 使用其它易产生碎屑的东西； 保持工具的清洁。 180 250 -0.011 0 -0.002 0.002 1．4 轴与外壳的检验 10 18 - - - - 清洗轴与外壳，确认无伤痕或机械加工留下的毛刺， 18 30 - - - - 如有应用油石、细砂纸除去。外壳内绝对不得有研磨剂 2、轴承的安装方法分类 滚珠丝杠支撑用 30 50 0 0.016 - - （SiC、Al2O3 等）型砂，切屑 。 轴承的安装方法因轴承类型及配合条件而有所不同。 推力 接触球轴承 50 80 0 0.019 - - 其次检验轴与外壳的尺寸，形状和加工质量是否与图 由于一般多为轴旋转，因此内圈与外圈可分别采用过盈配 80 120 0 0.022 - - 纸符合。 合与间隙配合，而外圈旋转时，则外圈采用过盈配合。采 如图1和图2所示，分几处测量轴径与外壳孔径。还要 用过盈配合时轴承安装方法主要可分为以下几种，详细如 认真检验轴承与外壳的圆 尺寸及挡肩的垂直度。为了使轴 下表所示。 内圈过盈配合 圆柱孔轴承 压人安装 …适用于过盈不大的小型轴承 轴承座的精度和粗糙度 表5 热套安装 …适用于过盈大的轴承或大型轴承 轴的精度和粗糙度 轴径 圆度 圆柱度 跳动 同轴度 粗糙度 圆锥孔轴承 安装在圆锥轴上 精度 级 精度 级 精度 级 精度 级 精度 级 使用套筒安装 超过 到 P5, P4 P2 P5, P4 P2 P5, P4 P2 P5, P4 P2 P5, P4 P2 10 18 1 0.6 1 0.6 2.5 1.5 5 3 0.4 0.2 外圈过盈配合 压人安装 … 最一般的方法 18 30 1.2 0.7 1.2 0.7 3 2 6 4 0.4 0.2 30 50 1.2 0.7 1.2 0.7 3.5 2 7 4 0.4 0.2 冷缩安装 … 使用干冰 将轴承冷却后进行安装的方法。这 50 80 1.5 1 1.5 1 4 2.5 8 5 0.4 0.2 时，空气中的水份会凝结在轴承上，因此需要 80 120 2 1.2 2 1.2 5 3 10 6 0.8 0.4 采取适当的防锈措施。 120 180 2.5 1.7 2.5 1.7 6 4 12 8 0.8 0.4 180 250 3.5 2.2 3.5 2.2 7 5 14 10 0.8 0.4 250 315 4 3 4 3 8 6 16 12 1.6 0.8 3、圆柱孔轴承的安装 已时可利用手锤进行安装。当轴承为内圈过盈配合，安装 315 400 4.5 3.5 4.5 3.5 9 6.5 18 13 1.6 0.8 3.1 压入安装 在轴上时，需在轴承内圈施加压力；当轴承为外圈过盈配 备注：补上轴、轴承座精度粗糙度示意图 压入安装一般利用压力机，也可利用螺栓与螺母，不得 合安装在外壳上时，需在轴承外圈施加压力；当轴承内、外 7 8 密系轴承 圈均为过盈配合时， 当使用垫板，务必使压力能同时施 圆锥孔轴承可以直接安装到圆锥形轴上或通过紧定套、 后置代号 表6 加在轴承的内、外圈上。 退卸套安装在圆柱轴上。 3.2 热套安装 通过测量轴承的游隙减小量或内圈在圆锥形轴颈上的 代 号 含 义 将轴承加热，使其膨胀后再安装在轴上的热套方法可 轴向位移量来确定过盈的程度。在某些情况下，也可以用 以使轴承避免受不必要的外力，在短时间内完成安装作业。 测量锁紧螺母的锁紧 度或测量内圈膨胀量的方式来确定 -1，-2 ，… 表示一系列的非标准的X1、X2、YA2、…… 加热的方法主要有油浴加热和电感 加热2种。 过盈量。 A 1. 接触球轴承，公称接触 α=30° 对于圆锥孔轴承，随着内圈在锥轴、紧定套或退卸套 上轴向压入的同时，过盈量增大，径向游隙减少。通过测 2.圆锥滚子轴承,接触 α、外圈滚道直径D1与国家标准不一致，如同一代号中有两种或两种以上不 量径向游隙的减少量，便可推断过盈量。 同于国家标准的α、D1时，则依次用A、A1、A2…表示 3.外圈引导 4.1 测量游隙减少量 机械油 被加热轴承 支撑块 使用塞尺测量安装前后的径向游隙仅适用于中型到特 AC 接触球轴承，公称接触 α=25° 大型的轴承。测量的游隙必须是在 有承受负荷的滚子和 筛网将轴承 外圈滚道之间的位置。在测量前，将外圈转动数圈，并必 B 1. 接触球轴承，公称接触 α=40° 加热 2.圆锥滚子轴承，接触 加大（加大一个 度系列） 与底部隔开 须确定内外圈和滚子组的中心线彼此重叠。在第一次测量 3.内圈引导 中，应选择比游隙最低值略薄的塞尺片，然后选用一个稍 图3 油浴加热法 厚的塞尺片来反复测量，直至塞尺在以下情况移动时感觉 C 1. 接触球轴承，公称接触 α=15° 到一定阻力。 3.配对圆锥滚子轴承，轴向游隙不符合ZWZ标准要求时，C后面直接附加轴向游隙平均值 安装前——在外圈与最高的滚子之间； 安装后——根据不同的保持架，在内圈或外圈与最低 /CM 电机深沟球轴承游隙 的滚子之间。 5.外圈的安装 /CN 0组游隙。/CN与字母H、M或L组合，表示游隙范围减半，或与P组合，表示游隙范围偏移 例如：/CNH 0组游隙减半，位于上半部 用过盈配合将外圈安装到轴承箱上时，对于小型轴承， /CNM 0组游隙减半，位于中部 可在常温下将外圈压入。过盈量大时，则采用加热轴承箱 /CNL 0组游隙减半，位于下半部 或冷却外圈的方式压入。在用干冰或其它冷却剂时空气中 /CNP 游隙范围位于0组上半部及C3级的下半部 的湿气会凝聚在轴承上，必须采用相应的防锈措施。 /C1 游隙符合标准规定的1组 /C2 游隙符合标准规定的2组 /C9 轴承游隙不同于现行标准 当同一代号中，有两种或两种以上不同于现行标准的游隙时，用附加数字表示如：C91、C92…… /CR 配对圆锥滚子轴承，当有径向游隙要求时，CR后面附加径向游隙平均值 图4 电感 加热法 D 2.双列圆锥滚子轴承，无内隔圈或外隔圈，端面不修磨 电感 加热的优点： 1）清洁无污染； /DB 两个 接触球轴承或圆锥滚子轴承用于背靠背成对安装。 2）定时、定温； 两个单列深沟球轴承或 接触球轴承或圆锥滚子轴承用于面对面成对安装。 3）操作简单。 /DF 轴承加热到期望的温度 （120℃以下）后，将轴承取 两个 接触球轴承或圆锥滚子轴承用于同向串联成对安装。 出，迅速套进轴上，轴承会随着冷却而收缩，有时轴肩与 /DT 内部设计改变，加强型结构。 轴承端面之间会产生间隙，因此，需使用工具，将轴承往 轴肩方向压紧。 E 套圈滚动体和保持架或仅是套圈和滚动体由真空冶炼轴承钢制造 带防尘盖或密封圈的轴承，由于预先填充的润滑脂或 密封圈材料对温度有一定的限制，加热的温度不可超过80 HA 套圈和滚动体或仅是套圈或仅是滚动体由渗碳钢 （/HC-20Cr2Ni4A；/HC1-20Cr2Mn2MoA；/HC2- 15Mn）制造 ℃，并且不能采用油浴加热的方式。加热轴承时应确保轴 承受热均匀，不会产生局部过热的情况。 /HC 套圈滚动体和保持架或仅是套圈和滚动体由电渣重熔轴承钢 （军甲钢）ZGCr15制造 4 圆 孔轴承的安装 内孔为圆锥孔的轴承，其内圈大部分是以过盈配合的 /HE 套圈和滚动体或仅是套圈由其它轴承钢 （/HG-5GrMnMo；/HG1-55SiMoVA；/HG2-GCr18Mo；/HG3- 42CrMo）制造 方式来安装的。 9 10 密系轴承 后置代号 表6 后置代号 表6 代 号 含 义 代 号