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技术资料
精密轴承的选择和应用原则
滚动轴承在机床上主要用于下列三个部位：主轴，滚珠丝杠和一般传动轴。装于一般传动轴上的轴承，只要满足强度或寿命要求，最高转速不超过轴承样本所规定的极限转速。对于主轴轴承、滚珠丝杠支承用轴承简述如下。
1.主轴轴承
主轴组件是机床的主要部件之一，主轴组件的工作性能对加工质量和机床的生产率，有着重要的影响。其中，主轴轴承又是对主轴组件的性能起很大影响的重要元件。当选用主轴轴承的时候，必须考虑各种不同的影响因素，例如：转速、精度、承载能力、可用空间、刚度、轴位移的适应性及热的生成等。
转速
随着刀具材料和自动化技术的发展，主轴的转速越来越高，主轴的变速范围也越来越大。轴承都规定有极限转速。轴承尺寸表中所列数值为轴承P4级公差的转速。对于角接触球轴承，是单个轴承在弹簧预载下能维持其滚动接触，而在钢球与滚道之间没有严重的滑动或旋转的情况下。此值适用于在正常温度，无污染物侵入以及内圈转动的轴承运转条件下。
轴承表中所列极限转速中脂润滑是假定使用优良品质的适用精密轴承的润滑脂可达转速，角接触球轴承油润滑时，假定最小量润滑，如油气润滑或油雾润滑。精密轴承的转速主要受容许温升的限制。摩擦阻力较低的轴承产生的内热较小。下图是精密轴承在直径系列和运转温度相同的情况下，轴承最大速度性能对比。
BEM各类轴承速度性能对比
温升
主轴轴承的温升，往往是提高主轴转速的重要限制性因素。为此要正确地选择轴承的类型、配置方式、间隙调整及采用某些降温措施，以适应主轴高速化的要求。例如釆用角接触球轴承时，选用装小钢球或陶瓷球（氮化硅）的混合主轴轴承，通过选用高品质润滑油脂或采用最小油量润滑方法等均可大大降低工作温度并提高转速。
精度
机床的加工精度，在很大程度上取决于主轴组件的精度。主轴组件的精度又主要取决于主轴轴承的制造精度、装配和调整。对主轴轴承而言，在大多数安装条件下，它取决于内圏最大径向旋转精度即最大径向跳动（Kia）。在“轴承各项公差”各表中均列出了与内径有关的各项精度级数值。轴承的尺寸精度对旋转轴和相配合的机械壳体是非常重要的。因其配合影响到轴承的装配间隙或预载荷。轴承的公差和相关件的配合是在一个很小的范围内。
BEM角接触球轴承以P4为标准级精度，也可提供P5、P4A和P2级；单、双列圆柱滚子轴承，除可提供P5、P4、P2级外，还可以SP、UP级供货。双向角接触推力球轴承为SP、UP级。圆锥滚子轴承为P5、P4级。滚珠丝杠用角接触推力球轴承主要提供P4级，根据客户需要可提供P2级。
可利用空间
一般机床用精密轴承如角接触球轴承、圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承选用ISO标准直径系列0居多，其次为直径系列9。通过选择适当的轴承配置在相同的结构空间内可使支承性能达到最佳效果。为使配置的轴承占用较小的空间，角接触球轴承也可选用8系列。角接触球轴承以2系列的截面最大。
BEM机床主轴轴承截面所占空间对比
刚度
机床是在载荷作用下工作的。在外载荷作用下，机床的主轴、轴承等会产生弹性变形。刚度反映了抵抗在外载荷作用下变形的能力。通常所说的刚度，就是指抵抗静态外载荷（如重力固定的切削力等）下静变形的能力，称为静刚度。
零件在加工时，由于余量不均，切削力是变化的。如果刚度不足，则加工后的表面会产生较大的误差。刚度不足，还会产生颤振（自激振动）。因此，刚度是主轴组件和主轴轴承的一个很重要的性能指标。滚子轴承基于滚动体与滚道之间的接触状态，其刚性比球轴承大，但刚度对相应的轴承预载是可变的。轴承刚度中，滚动体的数量比其大小的影响要大得多。所以精密轴承通常都用9或0系列，因可以装较多的滚动体，以使其有较高的刚度。常采用接触角小的轴承满足较高的径向刚度，也可用较大的接触角轴承满足较大的轴向刚度的需要。或者可以
采用两个或多个的轴承组配以提高其支承刚性。
预载轴承的径向刚度
预载轴承的轴向刚度
轴向位移的调节
通常一般机械主轴的支承分定位支承和游动支承，游动支承可以调节轴向位移，因而可以防止主轴因受热变形而引起长度的变化，否则会使轴承超载而损坏。对于内圈或外圈没有挡边的圆柱滚子轴承特别适合做游动支承，安装在主轴上可两个方向移动，内圈或外圈可采用紧配合。对于角接触球轴承作游动支承时，内圈或外圈必须有一个是采用松配合，以容许相配合面可轴向位移，但对轴承支承刚度会有些影响。
承载能力
主轴工作时，承受一定的载荷。因此，轴承一定要满足承载能力的要求。这对于重型或进行强力切削的机床，尤其重要。但一般情况下，选择轴承决定性的还是依据主轴的轴径大小、速度和精度。轴承的承载能力，以额定动载荷C和额定静载荷Co表示，其计算方法见“轴承的寿命”计算。
寿命
由于机床主轴较粗，主轴轴承的内径常常较大。相对来说，轴承所承受的负载较轻，因此，疲劳失效往往不是决定主轴寿命的主要因素。主轴轴承因磨损而丧失其精度或其它非正常使用损坏而不得不更换。
综上所述，主轴轴承的选用主要应根据精度、刚度和运转性能选择，兼顾其它因素。疲劳寿命应考虑在各种应用环境下修正寿命计算，以此作为参考。
主轴轴承类型选择原则
当主轴中等速度、较大载荷、要求刚度较高时，可采用线接触的滚子轴承，如双列圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承等。其中双列圆柱滚子轴承的极限转速比圆锥滚子轴承高。双列圆柱滚子轴承只能承受径向载荷，必须与承受推力载荷的轴承配合使用，常配以双向角接触推力球轴承。圆锥滚子轴承可兼承受径向和轴向载荷，故可以简化支承部位的结抅。但圆锥滚子轴承发热较大，极限转速较低。
对中、小型车、铣、镗床、加工中心等，如果转速较高，可采用多联配置的角接触球轴承。由于这些机床的轴向切削力是单向的，因此常采用三个一组：前面两个串联与第三个轴承背对背安装的TBT三联轴承。高速主轴可用角接触球轴承双联及多联配置。例如内圆磨床，磨齿机等砂轮主轴，高速数控车床，数控铣床、加工中心主轴或电机内装主轴等。
2.滚珠丝杠用角接触推力球轴承
滚珠丝杠对轴承的要求与主轴和传动轴对轴承的要求有相同的一面，即应该保证有足够的精度和速度，不同的是由于丝杠轴承承受的载荷主要是轴向的。因此，对丝杠轴承的轴向精度和刚度要求较高。进给系统要求运动灵活，对微小的位移（丝杠微小的转角）要响应灵敏。因此，轴承的摩檫力矩要尽量低。
目前，滚珠丝杠轴承用最多的是60°接触角的角接触推力球轴承，其次是滚针和推力滚子组合轴承。后者多用于要求高刚度的大型、重型机床。
轴承的寿命计算
1.额定静载荷C0
额定静载荷系指承受最大载荷的滚动体与滚道接触中心处引起与下列计算接触应力相当的中心轴向静载荷或径向静载荷。
调心球轴承：4600MPa
其他所有球轴承：4200MPa
所有滚子轴承：4000MPa
当量静载荷
系数X0和Y0的数值由下表给出：
角接触球轴承的系数X0和Y0值
Fr—轴承径向载荷即轴承
实际载荷的径向分量，N
Fa—轴承轴向载荷即轴承
实际载荷的轴向分量，N
静载安全系数fs
根据轴承运转平稳性和摩擦的要求以及实际接触表面的几何形状，许可的当量静载荷可以小于、等于或大于额定静载荷。但对高速精密轴承，推荐額定静载荷与当量静载荷的比值即fs=Co/Po取值应不小于3。
2.额定动载荷C
额定动载荷系指一套滚动轴承假想能承受的恒定径向载荷或恒定的中心轴向载荷，在该载荷作用下滚动轴承的基本额定寿命为一百万转。对单列角接触球轴承，该载荷系指引起轴承套圈相互间产生纯径向位移的载荷的径向分量。对接触角为60°的滚珠丝杠轴承，其额定动载荷指引起轴承套圈相互间产生纯轴向位移的载荷的轴向分量。
当量动载荷
角接触球轴承的系数X和Y值由下表给出，对一组预载的角接触球轴承：若轴承仅承受外部径向载荷，则Fa值即为预载荷Fao。若轴承承受外部的径向和轴向联合载荷Fr′和Fa′,
角接触球轴承的系数X和Y值
当轴承承受变动载荷与变动转速时，其当量动载荷必须考虑其个别变动载荷及转速及相对应的操作时间的百分比来计算。
轴向当量动载荷Pa由于滚珠丝杠轴承主要承受轴向载荷，通常情况下，当在径向载荷Fr′和轴向载荷Fa′联合作用时，
3.基本额定寿命
对于单套滚动轴承或一组在同一条件下运转的近于相同的滚动轴承，其基本额定寿命是与90%的可靠度、常用的材料和加工质量以及常规的运转条件相关的寿命。
式中
i—一组轴承中轴承套数
Cr—单套轴承的径向额定
动载荷(N)
Pr—单套轴承径的向当量
动载荷(N)
n—轴承转速(r/min)
对于滚珠丝杠轴承，计算寿命时采用轴向载荷。上述计算的寿命是指轴承的疲劳寿命，对高速精密主轴轴承，轴承的寿命一般指精度寿命，即轴承使用一段时间后，由于滚动体、套圈滚道、保持架的磨损，使得轴承精度降低，没有继续 使用的可能，这时轴承可能还未出现疲劳损坏。因此，计算轴承的疲劳寿命只能作为高速精密轴承使用寿命的一个参考依据。
4.修正的额定寿命衡量
轴承寿命性能的通常准则是上述计算的基本额定寿命。而此寿命是关于90%可靠性的寿命。
可靠性系数a1见下表
可靠性系数a1值
系数a23与轴承类型、材料、负载、润滑剂及清洁度有关。对于精密轴承因尺寸稳定性很好,在一般使用温度条件下，可不考虑材枓性质的影响。但必须注意，对保持架、密封的温度应控钊在100℃以下。
负载—在点接触情况下，球轴承的滚道与钢球的最高接触压力不可超过2000MPa,对线接触的圆柱滚子轴承等不超过1500MPa。
润滑剂—轴承的可靠运转和维护取决于滚动接触面所能产生的弹性流体动力润滑油膜。润滑油膜的厚度与轴承类型、尺寸、转速和润滑剂的粘度、压粘系数等有密切关系。往往滚道与滚动体接触区域的清洁度是影响轴承寿命的重要因素。因接触区的污染可破坏油膜，大大增加磨损程度以至过早损坏。在润滑剂选用合适情况下，润滑剂的有效润滑周期对轴承的寿命起决定性的作用。所以满足轴承特定的润滑脂量，经过正确的跑合，可维持轴承正常的运转性能是至关重要的工艺过程。疲劳寿命计算必须考虑在各种应用环境的诸多影响因素，才会有实际的参考价值。如需考虑a23系数的影响因素，请与BEM技术部联系。
德国克鲁勃润滑油脂有关技术参数
轴承的润滑
轴承润滑的主要目的就是利用润滑剂在套圈、滚动体和保持架之间的摩擦面形成起隔离作用的润滑油膜以减少轴承的摩擦与磨损，从而延长轴承的使用寿命。
弹性流体动力润滑(EHD)的机理基于承载时，接触部位发生变形，油膜的流动性使两个接触表面分离，油膜的压力同时使接触表面变形。见“弹性流体动力润滑原理图”。同时，弹性流体动力润滑油膜厚度不仅与轴承的结构性能有关，还取决其操作条件。
弹性流体动力润滑原理图
诸如速度、负载、润滑剂粘度，压/粘系数等的影响。EHD油膜厚度一般不大，与轴承表面粗糙度差不多。可用相应的点接触和线接触的油膜厚度计算公式进行计算。考虑其操作条件和工作环境，进而计算出润滑条件疲劳寿命修正系数及修正疲劳寿命。
另外，润滑剂还能起到防止轴承锈蚀，降低轴承振动噪声、冷却以及阻止外部异物的侵入等作用。
1.脂润滑
脂润滑因其使用方便、维护简单而成为轴承最常用的润滑方式。
精密轴承常采用德国克鲁勃润滑油脂，其参数及应用说明见“德国克鲁勃润滑油脂有关技术参数”表，仅供参考。
润滑脂润滑期限
润滑脂润滑期限的影响因素很多，诸如：润滑脂量、润滑脂类型、轴承类型、转速、温度、安装及操作环境条件等。在决定轴承组寿命时，往往最多的情况是润滑脂失效。下面推荐的润滑脂有效润滑期限F10
润滑脂有效润滑期限F10
Dm=(D+d)/2
其中系数kf见下表
BEM高速精密轴承脂润滑时，脂的填充量推荐：角接触球轴承内部自由空间的20%左右。圆柱滚子轴承等内部自由空间的15%左右。
角接触球轴承
应特别注意保持架与轴承外圈挡边中间空腔的装脂。建议用注射器小心仔细地注入油脂，使其均匀分布其引导间隙空腔中。填脂量参考“BEM轴承填脂量”表中数据。
润滑脂应在一定时期内补充和更换。补充润滑脂时，应注意不同种类润滑脂不能混合使用，否则会使脂的性能下降。换新脂时应采用专用汽油将旧脂清洗干净。如果安装时不小心弄脏轴承也应如此。
圆柱滚子轴承
特别适用于脂润滑，但是由于套圈有开口边缘，润滑脂的分布必须确保内圈的圆柱滚子端面可以得到足够的润滑。假设采用油润滑所需的润滑油量较低，如与角接触球轴承并列装配在一起时，需各有单独的油路，以避免角接触球轴承的多余润滑油流入造成润滑过度导致轴承温度陡升。
双向角接触推力球轴承
运转作用可达到其润滑目的。因所需润滑剂量比相邻圆柱滚子轴承要大，因此，设计时应注意油导入不能全部流入圆柱滚子轴承内，应确保双向角接触推力球轴承有足够的润滑剂。
圆锥滚子轴承
初次装配时，建议在外圈上抹上油脂，填满保持架与内圈之间的空隙。如用手填，将油脂从轴承保持架的大端挤至小端，保证油脂分布均匀，最好能用遮油圈把油脂堵在轴承四周，任何情况下，确定加油周期时，应考虑操作温度和密封效果。温度越高，油脂氧化越快，温度每升高10℃。油脂寿命缩短一半。因此多数情况下是根据操作经验来确定润滑油脂的添加频率。
滚珠丝杠用角接触推力球轴承
此类轴承采用脂润滑，其填脂量见“轴承尺寸表”。有关操作参照角接触球轴承的做法。
BEM轴承填脂量 g
注：滚珠丝杠用角接触推力球轴承填脂量见“轴承尺寸表”
轴承的跑合
在脂润滑时，为排出过剩的能增大摩擦的脂并使脂均匀分布在滚动区域，轴承安装后必须跑合。经过正确的跑合，轴承将能以最小的油量、最低摩擦力矩和温度来运转，润滑脂保留在滚道面旁的保持架内，将可以充当润滑脂的贮存所，含在润滑脂里面的油将会少量的流入滚道里面，确保轴承长时间并完全地润滑。
为使润滑脂均匀分布，避免开始时过高发热，建议进行起止间歇操作步进式跑合，可防止接触面过热。在停机期间，轴承元件之间的温度会平衡调节，因此不致造成预载损害。
建议在接近轴承的外圈（盲孔）装设温度感应器，监控润滑脂跑合以及连续操作时的温度变化。主轴上应有自动关机装置，当温度达到某个程度时自动关机。在任何情况下均须避免因过大预载而造成持续升温。
跑合最初期应在最高转速的25%或一半转速下起动、起止循环操作，第二轮则以最高速度的50%或75%下进行，进而由这个转速提升到更高的另一个转速。在每个阶段转速中，一旦轴承外环温度达到65℃时马达自动停止，等温度将至60℃时主轴仍以相同的转速重新开机，这里称为“快速跑合程序”，当温度没有再升高时转速可立即提升到下一个阶段。
必要时，宜重复以上步骤，延长操作时间直至温度稳定时为止。轴承温度稳定时，即完成润滑脂的跑合程序。可接受的跑合时间可能从几小时到几天。时间的长短与润滑脂的种类、充填量、加脂方法、轴承种类及其内部结构设计和跑合程序有关。
2.油润滑
对高速精密角接触球轴承，当脂润滑不能满足转速要求时，应采用油润滑。油润滑方式有油雾润滑，油气润滑、喷油润滑等。这几种润滑方法的优缺点对比如下表。
油润滑方式对比
注：润滑设备可向制造商索取详细资料