电主轴轴承的装配方法

电主轴轴承的装配方法

1.专业装配的工装

轴承间隙测量＆调整工具(很正规专业那种).

精密的标准平台,V型支撑,还有测量内外圆标高的仪器(全是瑞士产的),

还有一些手动工具.

动平衡测量＆试验台.

最终的跑合试验台(自带润滑系统＆动力系统的).

相关的图纸,啊啊,要求太高了

一套液压安装工具和一套感应加热工具.FAG和NSK都有商品供应.

角接触球轴承一般是成对使用的，有面对面，背对背、同向三种装配的方法，主要是看设计者的思路了，不同的装配方法做预加负载的方法也是不同的。作预加负载是使轴承的内圈与钢球、外圈之间产生一定的弹性变形，来适合你所需要的转速。预加负载的大小不但影响精度，而且影响它的使用寿命。比如背对背使用时，一般采取垫外圈或者磨内圈的方法来实现消除间隙，因为背对背使用时一般是用轴来限制轴承的位置，而外圈一般没有限制的。 2.

轴承安装，不同的人有不同的安装方法：过度配合（0.04mm以内）--开水烫或煮；过盈（0.04mm以上）---油煮等。

1、检查配合要求是否与负载和转速要求相同。

2、测量配合是否超标。 3、根据测量计算决定加热方式。保证轴承油隙。温度不宜超过300--400度。注意防风。不宜用明火加热。条件不许可非用明火时注意温度变化及温度的均匀性。

4、调整轴承的轴向间隙。外圈加垫。

5、用塞尺实测轴承油隙。对特大轴承的油隙最好在实际最大负载（偏载）下调整，要考虑现场温度对轴承的影响。

6、检查转动部份与不动部分是否干涉。

7、加油。注意污染。

8、现场运行监测。

轴承加热温度记得好像应该是小于120度吧

说得对！曾遇到过超过120C后轴承不能回复到原状,报废. 还有的轴承带润滑脂,也不能用热套.

热塑模芯杆, 为了节约材料, 准备用局部镶嵌式联接(相配直径φ30,长度30,用热套方式), 不转递扭矩:

请大家推荐过盈量是多少最合适, 热套零件会变形？二只零件热套后不再加工直接使用,行得通？

热套工艺适合热塑模具？

过盈量在：0---0.03以内。加热温度70度以内。国外轴承装配过盈量一般为0。

我这装过几百支辊道辊，过盈量0.03--0.05，加热温度70--90。轴承是国外的。加热设备是自己做的。很土但很实用

对于精度要求较高的主轴组件,为了提高主轴的回转精度,除了要保证主轴及相关零件高的加工精度及采用精密的主轴轴承以外,轴承内圈与主轴装配需采用定向装配法或角度选配法,也就是人为地控制各装配件的径向跳动误差的方向,使误差相互抵消而不是误差累积.

电主轴是高速数控加工机床的“心脏部件”，本文介绍了电主轴的工作原理、典型结构，阐述了电主轴的关键技术，总结了其发展趋势。

关键词：电主轴 陶瓷球混合轴承 油气润滑

1、概述

由于高速加工不但可以大幅度提高加工效率，而且还可以显著提高工件的加工质量，所以其应用领域非常广泛，特别是在航空航天、汽车和模具等制造业中。于是，具有高速加工能力的数控机床已成为市场新宠。目前，国内外各著名机床制造商在高速数控机床中广泛采用电主轴结构，特别是在复合加工机床、多轴联动、多面体加工机床和并联机床中。电主轴是高速数控加工机床的“心脏部件”，其性能指标直接决定机床的水平，它是机床实现高速加工的前提和基本条件。

2、电主轴的工作原理、典型结构及优点

2.1 电主轴的工作原理

电主轴就是直接将空心的电动机转子装在主轴上，定子通过冷却套固定在主轴箱体孔内，形成一个完整的主轴单元，通电后转子直接带动主轴运转。

2.2电主轴的典型结构

电主轴单元典型的结构布局方式是电机置于主轴前、后轴承之间（如图所示），其优点是主轴单元的轴向尺寸较短，主轴刚度大，功率大，较适合于大、中型高速数控机床；其不足是在封闭的主轴箱体内电机的自然散热条件差，温升比较高。

1主轴箱体 2冷却套 3冷却水进口 4定子 5转子 6套筒

7冷却水出口 8转轴 9反馈装置 10主轴前轴承 11主轴后轴承

2.3电主轴的优点

电主轴省去了带轮或齿轮传动，实现了机床的“零传动”，提高了传动效率。电主轴的刚性好、回转精度高、快速响应性好，能够实现极高的转速和加、减速度及定角度的快速准停（C轴控制），调速范围宽。

3、电主轴的关键技术

“电主轴”的概念不应简单理解为只是一根主轴套筒，而应该是一套组件，包括：定子、转子、轴承、高速变频装置、润滑装置、冷却装置等。因此电主轴是高速轴承技术、润滑技术、冷却技术、动平衡技术、精密制造与装配技术以及电机高速驱动等技术的综合运用。

3.1电主轴的高速轴承技术

实现电主轴高速化精密化的关键是高速精密轴承的应用。目前在高速精密电主轴中应用的轴承有精密滚动轴承、液体动静压轴承、气体静压轴承和磁悬浮轴承等，但主要是精密角接触陶瓷球轴承和精密圆柱滚子轴承。液体动静压轴承的标准化程度不高；气体静压轴承不适合于大功率场合；磁悬浮轴承由于控制系统复杂，价格昂贵，其实用性受到限制。

角接触球轴承不但可同时承受径向和轴向载荷，而且刚度高、高速性能好、结构简单紧凑、品种规格繁多、便于维修更换，因而在电主轴中得到广泛的应用。目前随着陶瓷轴承技术的发展，应用最多的电主轴轴承是混合陶瓷球轴承，即滚动体使用Si3N4陶瓷球，采用“小珠密珠”结构，轴承套圈为GCr15钢圈。这种混合轴承通过减小离心力和陀螺力矩，来减小滚珠与沟道间的摩擦，从而获得较低的温升及较好的高速性能。

陶瓷球混合轴承与钢球轴承相比，优点如下：

（1） 陶瓷与钢组成的陶瓷球轴承摩擦性能非常好，能降低材料与润滑剂的应力。

（2） 因陶瓷密度低，可降低运转时的离心力。

（3） 陶瓷较低的热膨胀系数有效降低了轴承预加负荷的变化。

（4） 陶瓷的弹性模量较高，可以提高轴承的刚性。

上述因素大幅度地延长了轴承的寿命和提升了轴承的运转极限速度。

3.2电主轴的润滑技术

高速电主轴必须采用合理的、可控制的轴承润滑方式来控制轴承的温升，以保证数控机床工艺系统的精度和稳定性。采用滚动轴承的电主轴的润滑方式目前主要有脂润滑、油雾润滑和油气润滑等方式。

脂润滑在转速相对较低的电主轴中是较常见的润滑方式。脂润滑型电主轴的润滑系统简单、使用方便、无污染、通用性强。

油雾润滑具有润滑和冷却双重作用，它以压缩空气为动力，通过油雾器将油液雾化并混入空气流中，然后把其输送到需要润滑的位置。油雾润滑所需设备简单，维修方便，价格比较便宜，是一种普遍使用的高速电主轴润滑方式。但它有污染环境，油耗比较高等缺点。随着人们对环保要求的提高，油雾润滑方式必将逐渐被淘汰。

油气润滑技术是利用压缩空气将微量的润滑油分别连续不断地、精确地供给每一套主轴轴承，微小油滴在滚动和内、外滚道间形成弹性动压油膜，而压缩空气则可带走轴承运转所产生的部分热量。

实践表明在润滑中供油量过多或过少都是有害的，而前两种润滑方式均无法准确地控制供油量多少，不利于主轴轴承转速和寿命的提高。而新近发展起来的油气润滑方式则可以精确地控制各个摩擦点的润滑油量，可靠性极高。实践证明，油气润滑是高速大功率电主轴轴承的最理想润滑方法，但其所需设备复杂，成本高。由于油气润滑方式润滑效果理想，目前

已成为国际上最流行的润滑方式。

3.3电主轴的热源分析及其冷却

电主轴有两个主要的内部热源：内置电动机的发热和主轴轴承的发热。如果不加以控制，由此引起的热变形会严重降低机床的加工精度和轴承使用寿命，从而导致电主轴的使用寿命缩短。

电主轴由于采用内藏式主轴结构形式，位于主轴单元体中的电机不能采用风扇散热，因此自然散热条件较差。电机在实现能量转换过程中，内部产生功率损耗，从而使电机发热。研究表明，在电机高速运转条件下，有近1/3的电机发热量由电机转子产生，并且转子产生的绝大部分热量都通过转子与定子间的气隙传入定子中；其余2/3的热量产生于电机的定子。所以，对电机产生发热的主要解决方法是对电机定子采用冷却液的循环流动来实行强制冷却。典型的冷却系统是用外循环水式冷却装置来冷却电机定子，将电机的热量带走。

角接触球轴承的发热主要是滚子与滚道之间的滚动摩擦、高速下所受陀螺力矩产生的滑动摩擦以及润滑油的粘性摩擦等产生的。减小轴承发热量的主要措施：

（1）适当减小滚珠的直径 减小滚珠直径可以减小离心力和陀螺力矩，从而减小摩擦，减少发热量。

（2）采用新材料 比如采用陶瓷材料做滚珠，陶瓷球轴承与钢质角接触球轴承相比，在高速回转时，滚珠与滚道间的滚动和滑动摩擦减小，发热量降低。

（3）采用合理的润滑方式 油气和油雾等润滑方式对轴承不但具有润滑作用，还具有一定的冷却作用。

3.4电主轴的设计和装配

电主轴要获得好的性能和使用寿命，必须对电主轴各个部分进行精心设计和制造。电主轴的定子由具有高导磁率的优质矽钢片迭压而成，定子内腔带有冲制嵌线槽。转子由转子铁芯、鼠笼和转轴三部分组成。主轴箱的尺寸精度和位置精度也将直接影响主轴的综合精度。通常将轴承座孔直接设计在主轴箱上，为加装电机定子，必须至少开放一端。

主轴高速旋转时，任何小的不平衡质量即可引起电主轴大的高频振动。因此精密电主轴的动平衡精度要求达到G1~G0.4级。对于这种等级的动平衡，采用常规的方法即仅在装配前对主轴上的每个零件分别进行动平衡是远远不够的，还需在装配后进行整体的动平衡，甚至还要设计专门的自动平衡系统来实现主轴的在线动平衡。另外，在设计电主轴时，必须严格遵守结构对称原则，键联接和螺纹联接在电主轴上被禁止使用，而普遍采用过盈联接，并以此来实现转矩的传递。过盈联接与螺纹联接或键联接相比有：不会在主轴上产生弯曲和扭转应力，对主轴的旋转精度没有影响；主轴的动平衡易得到保证等优点。转子与转轴之间的过盈联接分为两类，一类是通过套筒实现的，此结构便于维修拆卸；另一类是没有套筒，转子直接过盈联接在转轴上，此类联接转子装配后不可拆卸。由于内孔与转轴配合面之间有很大的过盈量，所以转子与转轴可以采用转轴冷缩和转子热胀法装配。带有套筒的联接拆卸时，需向转子套筒上预留的油孔中高压注油，迫使转子的过盈套筒涨开，即可顺利拆卸下电机的转子。电机定子通过一个冷却套固定装在电主轴的箱体中。

3.5电主轴的运动控制

在数控机床中，电主轴通常采用变频调速方法。目前主要有普通变频驱动和控制、矢量控制驱动器的驱动和控制以及直接转矩控制三种控制方式。

普通变频为标量驱动和控制，其驱动控制特性为恒转矩驱动，输出功率和转速成正比。普通变频控制的动态性能不够理想，在低速时控制性能不佳，输出功率不够稳定，也不具备C轴功能。但价格便宜、结构简单，一般用于磨床和普通的高速铣床等。

矢量控制技术模仿直流电动机的控制，以转子磁场定向，用矢量变换的方法来实现驱动和控制，具有良好的动态性能。矢量控制驱动器在刚启动时具有很大的转矩值，加之电主轴

本身结构简单，惯性很小，故启动加速度大，可以实现启动后瞬时达到允许极限速度。这种驱动器又有开环和闭环两种，后者可以实现位置和速度的反馈，不仅具有更好的动态性能，还可以实现C轴功能；而前者动态性能稍差，也不具备C轴功能，但价格较为便宜。 直接转矩控制是继矢量控制技术之后发展起来的又一种新型的高性能交流调速技术，其控制思想新颖，系统结构简洁明了，更适合于高速电主轴的驱动，更能满足高速电主轴高转速、宽调速范围、高速瞬间准停的动态特性和静态特性的要求，已成为交流传动领域的一个热点技术。

4、电主轴的发展趋势

随着机床技术、高速切削技术的发展和实际应用的需要，人们对机床电主轴的性能也提出了越来越高的要求，电主轴技术的发展趋势主要表现在以下几个方面：

（1）向高速大功率和低速大转矩方向发展

（2）向高精度、高刚度方向发展

（3）向精确定向（准停）方向发展

（4）向快速起、停方向发展

（5）向超高速方向发展

（6）向标准化方向发展

GDZ09电主轴使用说明

GDZ09电主轴是一种磨削内孔的专用高精密电主轴，主要用于各种金属工件的精密磨削。

1、主要技术参数

转 速 9000 r/min

频 率 300 Hz

功 率 20KW（S6）

电 压 350 V

电 流 43A

相 数 3 ～

润滑方式 油雾

冷却方式 水（油）冷却

旋 向 从伸轴端看逆时针方向（右旋）

工作制S6 100%

2、 使用说明

（1）将电主轴对位安装于机床机座内，安装时，如果是卧式安

装，请注意让轴前端的防尘盖上的孔向下；如果是立式安装，请不要让轴前端的防尘盖上的孔正对冷却液喷口。

（2）电主轴电机为水（或油）冷式，冷却液的引入与导出应于轴后部的冷却液进、出口相对应。按标示接通冷却水软管规格为￠8×￠6(软管通径￠6)，冷却水压力在0.5Kg/cm2至1 Kg/cm2为合适。

（3）主轴轴承为油雾润滑，共4套轴承，其中B7011两套DT(<<)安装、B7009两套DT(>>)安装。

（4）电主轴若有电器插头，请用户按照长度需要准备电源线，每根导线截面应大于6平方毫米，电线一端焊接接插件的4-5-7接线柱，另一端联接变频器的U、V、W接口；若采用电缆线，则将其直接与变频器的U、V、W接口相联；

（5）检查安装无误后通电，点动运行，从轴伸端观察，电主轴的旋向,方向应为逆时针方向，确定转向无误后方可投入使用。

3、注意事项

（1） 选用变频器电源必须符合主轴铭牌参数。应按照变频器说

明书调整电压-频率曲线，若调整有误，可能会在短时间内

损坏电机。

（2） 主轴不能逆向旋转。

（3） 拆卸维修、更换轴承，必须具备专业条件，否则应与生产

厂家联

系，进行维修。

（4） 使用过程中，发现主轴异常或其它技术问题，请及时与生

产厂家联系。

4、外型及安装尺寸图附后。

电主轴的维修工具

基本的条件

一。量具

二、 测量仪器

1、 振动测量仪；

2、 电工用嵌形万用表、万用表；

3、 测温计（点式测量头）；

4、 转速计；

5、 电机检测用摇表。

三、 必要设备

1、 加热装置（电热烘箱，250℃）；

2、 液压工作站（50Mpa）；

3、 高压油（脂）枪；

4、 油气润滑装置；

5、 压缩空气装置；

6、 空气过滤器；

7、 水泵一只；

8、 0.3m3的水箱一只；

9、 钳工研磨平板（300x300）一台。

四、 工具

1、 呆扳手一套；

2、 内六方扳手一套；

3、 金刚什锦挫刀一套；

4、 板牙架、丝锥架各一只；

5、 榔头、钳子、剪刀等常用工具若干；

6、 轴承装配时压入、拆卸专用工具若干（可自制）。

五、 其它

1、 高标号汽油（120号航空汽油）10kg；

2、 白绸布（或无纺布）若干；

3、 黄铜棒（φ10×500、φ30×300）两根；

负荷与寿命 滚动轴承中任一元件出现接触疲劳磨损前的运转总转数或在一定转速下的总工作时数，称为轴承寿命。滚动轴承的寿命参差很大，同一批生产的轴承在相同条件下运转，其寿命可相差数倍甚至数十倍。同一批轴承中的90％在疲劳剥落前能达到或超过的总转数（或工作时数）时称为额定寿命L。额定寿命为100万转时所能承受的载荷为额定动负荷C。 承受载荷最大的滚动体与滚道接触处的塑性变形量之和达到万分之一滚动体直径时，所能承受的负荷为额定静负荷C0。额定负荷越大，轴承的负荷能力越强。向心轴承的额定负荷是纯径向负荷，推力轴承的额定载荷是纯轴向载荷。轴承的实际负荷情况常与额定负荷不同，须换算成当量负荷。在当量动负荷P作用下,轴承的寿命与实际负荷条件下的寿命相同。在当量静负荷P0作用下，负荷最大的滚动体和滚道接触处的总塑性变形量与实际载荷条件下的相同。轴承的额定寿命、额定动负荷与当量动负荷之间的关系为 [266-11]式中为寿命指数：球轴承＝3，滚子轴承＝10/3。在选择轴承时通常取机器中修或大修期限作为轴承的预期寿命。例如,不经常使用的设

备为500～2000小时；每天工作8小时连续使用的机器为2～3万小时;每天连续使用24小时的机器为 4～10万小时。实际上达到预期寿命时只有少数轴承损坏。

调心性能 轴中心线相对轴承座孔中心线倾斜时，轴承仍能正常工作的能力。双列向心球面球轴承和双列向心球面滚子轴承具有良好的调心性能。滚子轴承和滚针轴承不允许内、外圈轴线有相对倾斜。各类滚动轴承允许的倾斜角不同，如单列向心球轴承为8～16,双列向心球面球轴承为2°～3°，圆锥滚子轴承≤2。

极限转速 在一定载荷和润滑条件下轴承所允许的最高转速。极限转速与轴承类型、 尺寸、精度、 游隙、保持架、负荷和冷却条件等有关。轴承工作转速应低于极限转速。 选用高精度轴承、 改善保持架结构和材料、采用油雾润滑、改善冷却条件等，都可以提高极限转速。 轴承润滑 主要有脂润滑和油润滑。采用脂润滑不易泄漏、易于、使用时间长、维护简便且油膜强度高，但摩擦力矩比油润滑大，不宜用于高速。轴承中脂的装填量不应超过轴承空间的1／2～1／3，否则会由于搅拌润滑剂过多而使轴承过热。油润滑冷却效果好，但密封和供油装置较复杂。油的粘度一般为 0.12～0.2厘米(／秒。负荷大，工作温度高时宜选用粘度高的油,转速高时选用粘度低的油。润滑方式有油浴润滑、滴油润滑、油雾润滑、喷油润滑和压力供油润滑等。油浴润滑时，油面应不高于最下方的滚动体中心。若按弹性流体动压润滑理论设计轴承和选择润滑剂粘度，则接触表面将被油膜隔开。这时，在稳定载荷作用下，轴承寿命可提高很多倍。

现代机器、仪器等设备正向高速、重载、精密、轻巧等方面发展，这对滚动轴承提出许多新的要求，如在减小尺寸的同时要求轴承保持甚至提高额定负荷，采用新技术改进工艺，提高制造精度，降低成本。通用滚动轴承已很难满足各式各样的要求，对生产量大的机器设备应设计制造专用轴承，在加强标准化的同时，增加品种，扩大专用轴承的比例。现代工业的发展还需要在特殊工况下工作的特种轴承，如在高速、高温、低温、强磁场或在酸、碱等介质中工作的轴承

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