FAG主軸軸承布置設計和應用
在實際應用中，大量不同類型的FAG主軸軸承得到采用。主軸軸承類型和布置的選擇取決于應用的特性：比如車削、銑削、磨削等。根據不同工況，軸承的尺寸和軸承的類型不同，同時影響到軸承的布置形式。然而，在不同可行性方案中經濟性在最終的選型中同樣起著決定性的作用。
FAG軸承一般必須在已經預緊或至少零游隙的條件下運轉，以達到高精度要求（P4或更高）。在高速度下溫升要盡可能低（脂潤滑， 最高可達n·dM=2·106min–1 · mm油氣潤滑最高可達 n·dM=3.1·106min–1 · mm）。以上要求可以通過采用超精密軸承和相應精密的配合部件來實現。以下信息在應用中可以幫助選擇最合適的軸承和軸承布置。包括以下幾個方面：
- 預緊
- 剛度
- 接觸角
- 滾動體尺寸和材料
- 軸承間距
- 密封
- 軸承設計步驟
- 軸承布置比較
- 軸承布置實例
預載
剛性預緊FAG軸承對軸與軸承座間的溫差變化很敏感，尤其當FAG進口軸承間距較小時。如果浮動軸承在軸向上浮動失效，軸承組內的預緊力會極大地增加，甚至會完全消除軸承內部游隙。 還會產生徑向應力，尤其是對于接觸角為15°的主軸軸承。這些現象同樣會發生在圓柱滾子軸承和浮動配合的主軸軸承組內。相比較，如果采用較大間距的軸承組，或彈性預載選擇接觸角為20°或25° 的主軸軸承對溫差變化沒有那么敏感。
通常，陶瓷球軸承的運轉溫度更低。因此，由于溫差增加的預緊增加會比鋼球的小。
剛度
進口軸承系統的剛度受軸的直徑、軸承數量、軸承尺寸、預緊力和接觸角的大小的影響。軸承組的剛性取決于FAG軸承的布置和預緊。機床整體系統剛性不僅取決于進口軸承的剛性更取決于軸和軸承座的剛性。
15°接觸角軸承的軸向剛度大約是25°接觸角軸承的45%，但是徑向剛度只高10%。如果考慮整個主軸軸承和懸臂的系統，由于25°接觸角軸承布置的支撐跨距比15°接觸角軸承的大，所以前者徑向剛度好于后者。接觸角是20°的軸承可以提供一個良好的折中方案。
由于安裝的影響，剛性預載FAG軸承安裝后的剛性比樣本中的數據高。在運轉中，由于高速離心力與軸和內圈的熱膨脹導致軸承套圈膨脹從而使剛性增大。
FAG軸承接觸角
三種不同接觸角的FAG超高精密軸承有著不同的性能和應用領域，參見下表
| 優點和應用 | 接觸角 | ||
|---|---|---|---|
| 15° | 20° | 25° | |
| 優點 |
徑向剛性 徑向承載能力 較高轉速當內外溫差較小時 |
良好的徑向和軸向剛度 復合承載能力 速度 很高在軸承內外溫差較高時 |
軸向剛度 徑向系統剛性 軸向承載能力 軸向和徑向復合承載能力 可允許較高的內外圈溫差 |
| 應用 |
磨床 超精加工設備 帶傳動側軸承布置 |
大功率銑床 加工中心 電主軸 |
車床 銑床 鉆床 加工中心 電主軸 |
根據滾動體的尺寸和材料選擇軸承
所有FAG主軸軸承在型號中有B或RS的為大球，其余的為小球。大球軸承的承載能力比小球軸承高，所以更適于高載荷應用。相反，小球軸承的高速適應性更好。下面FAG主軸軸承的規格和性能參數的比較有助于選擇合適的軸承， 參見下表。
| 球體尺寸 | 球體材料 | 軸承類型 | 承載 | 速度 | 壽命 |
|---|---|---|---|---|---|
| 大 | 鋼 | B | 高 | 中等 | 好 |
| 大 | 鋼 | RS | 高 | 高 | 好 |
| 小 | 鋼 | HS | 中等 | 高 | 良好 |
| 大 | 陶瓷 | HCB | 中等 | 高 | 很好 |
| 大 | 陶瓷 | HCRS | 中等 | 最高 | 很好 |
| 小 | 陶瓷 | HC | 低 | 最高 | 最好 |
| X-life 超長壽命軸承 | 陶瓷 | XC、XCB | 最優 | 最優 | 最優 |
選擇最佳的軸承間距
如果結構允許，在剛性預載下建議選擇合適間距的FAG軸承布置，則軸的徑向和軸向熱膨脹可通過預緊來補償。最佳軸承間距L與軸承的接觸角有關，對于25°接觸角的主軸軸承，最合適的軸承間距L大約為軸徑d的3倍 ；對于20°接觸角的主軸軸承的軸承間距L大約是4倍軸徑d；對于15°接觸角，L趨近于5·d，但是由于長的軸承間距使軸的軸向熱膨脹效果不明顯。這樣的設計在實際應用中比較少見。
密封
主軸軸承，尤其位于主軸端部時，必須得到有效密封。帶防塵蓋的非接觸式迷宮密封具有緊湊的徑向間隙（h8/C9），寬的軸向間隙（間隙寬度大于等于3mm）和排污孔，這些都能使軸承在工作和非工作狀態下有效隔離切削液，金屬屑和灰塵。密封的脂潤滑軸承增強迷宮密封的效果，并且能避免空氣在軸承布置中流動。
FAG超精密軸承布置設計步驟
在設計FAG主軸軸承布置，必須遵循以下步驟：
- 確定工況（速度、載荷、持續運轉時間、間距、直徑、溫度、周圍環境）。
- 根據用途和要求選擇軸承布置
- 確定潤滑
- 根據速度、設計要求和潤滑選擇軸承類型和尺寸。
- 檢查潤滑脂壽命。
- 計算軸承上的載荷分布。
- 檢查軸承組的疲勞極限載荷。
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