超精密接触球轴承的预紧力、游隙和刚度

在第二个轴承提供相反方向的位置之前，单个超精密角接触球轴承无法进行预加载。
安装后，通用匹配轴承组和匹配轴承组的预紧力可能大于制造时预先确定的预紧力。预紧力的增加主要取决于轴和轴承座的实际公差，以及这些公差是否会导致与轴承套圈的过盈配合。

相关部件的几何形状偏差，如轴承座的圆柱度、垂直度或同心度，也会导致预紧力增加。

在运行过程中，预紧力的额外增加还可能是由于:

  •  在位置不变的情况下，由轴的旋转速度引起的离心力
  •  内圈、外圈和球之间的温度差
  •  与轴承钢相比，轴和轴承座材料的热膨胀系数不同

如果轴承在钢轴和厚壁钢或铸铁轴承座上的安装没有过盈量，则预紧力可以通过以下方法精确确定
tcm 12 129561.png?t=1769543372

其中

Gm        安装轴承组的预紧力 [N]
GA,B,C,D    安装前轴承组中的预设预紧力 [N] 产品表
f        P轴承系数取决于轴承系列和尺寸产品表
f1        校正系数取决于接触角乘积表
f2        校正系数取决于预紧力等级产品表
fHC       混合轴承修正系数产品表

例如，高速主轴可能需要更紧密的配合，在这种情况下，离心力会使轴座上的内圈配合松动。必须对这些轴承布置进行仔细评估。在这种情况下，请联系应用工程服务部门。

有关 S70 ... W 系列轴承的安装轴承组 (Gm) 的预紧，请联系应用工程服务部门。

计算示例

71924 CD/P4ADBC 成套轴承安装后的预紧力是多少？

719 CD 系列的两套轴承在安装前的预设预紧力（预紧力等级 C，尺寸 24）为 GC = 1 160 N 产品表。

根据轴承系数 f = 1.26 和修正系数 f1= 1 和 f2= 1.09 的乘积表，安装轴承组的预紧力为

= 1,26 x 1 x 1,09 x 1 160 ≈ 1 590 N
在精密、高速应用中，恒定、均匀的预紧力非常重要。为了保持适当的预紧力，通常在轴承外圈和座肩之间使用校准过的线性弹簧。使用弹簧时，轴承的运动特性不会影响正常工作条件下的预紧力。但是，与使用轴向位移来设定预紧力的轴承布置相比，弹簧加载轴承布置的刚度较低。弹簧预紧法是内圆磨床主轴的标准方法。

最常见的弹簧加载轴承布置的指导值载于 桌 3. 该值适用于单个 CE 和 ACE 设计轴承。对于串联轴承，该值应乘以一个系数，该系数等于弹簧预紧力的轴承数量。规定的弹簧预紧力是内外圈滚道工作接触角最小差异和高速旋转时轴向刚度之间的折衷。预紧力越大，工作温度越高。

如需了解更多信息，请联系应用工程服务部门。

对于加工中心、铣床、车床和钻床而言，刚性和精确的轴向引导是关键参数，尤其是在出现交变轴向载荷时。在这些应用中，轴承的预紧力通常通过调整轴承套圈在轴向的相对位置来获得。

这种预紧方法在系统刚性方面具有显著优势。然而，根据轴承内部设计和滚珠材料的不同，预紧力会因离心力而随转速大幅增加。

可通用匹配的轴承或匹配的轴承组在正确安装后可达到预定的轴向位移和适当的预载值。

对于单轴承，必须使用精密匹配的间隔环。
在使用通用匹配轴承或匹配轴承组的情况下，预紧力在生产过程中由工厂确定。但在某些情况下，可能需要优化预紧以适应特定的工作条件。在这种情况下，不应修改轴承，因为这需要特殊的工具和知识，而且可能会对轴承造成不可修复的损坏。轴承改装只能委托主轴服务中心进行机床主轴再制造。

但是，当两个或多个轴承成套使用时，可以通过在背靠背或面对面布置的两个轴承之间使用间隔环来增加或减少预紧力。串联轴承之间不需要插入间隔圈。

通过打磨内垫片或外垫片的侧面，可以改变轴承组的预紧力。
桌 4 提供了有关必须磨削等宽间隔环的哪个侧表面及其影响的信息。下表列出了间隔环总宽度的必要尺寸偏差:

  •  桌 5 用于 718 ... D 系列轴承
  •  桌 6 用于 719 .. D 和 70 .. D 系列轴承
  •  桌 7 用于 719 .. E 和 70 .. E 系列轴承
  •  桌 8 用于 719 .. B 和 70 .. B 系列轴承
  •  桌 9 用于 72 ... D 系列轴承

垫圈

通常情况下，在下列情况下使用带间隔圈的角接触球轴承组比较有利:

  •  需要调整轴承组的预紧力
  •  应提高弯矩刚度和弯矩承载能力
  •  润滑油喷嘴必须尽可能靠近轴承滚道
  •  需要为多余的润滑脂留出足够大的空间，以减少轴承内的摩擦热量
  •  在超高速运行时，需要通过外壳提高散热性能

为了达到最佳的轴承性能，中间套圈在承受载荷时不得变形，否则会影响轴承组的预紧力。因此，应始终使用轴和轴承座公差的指导值。

间隔环应由高级钢制成，根据应用情况，可淬硬至 45 至 60 HRC。端面的平面平行度尤为重要。允许偏差不得超过 1 至 2 μm。

除非要调整预紧力，否则内外间隔环的总宽度应一致。要做到这一点，最精确的方法是一次性加工同心内外撑圈的宽度。
通过使用应变片，确定了预紧力随转速的变化而变化，并且在转速非常高时，预紧力明显增加。这主要是由于滚珠受到强大的离心力作用，导致其在滚道中的位置发生变化。

与带钢球的轴承相比，混合轴承（带陶瓷球的轴承）由于球的质量较小，可以达到更高的转速，而不会显著增加预紧力。
轴向刚度取决于轴承在载荷作用下的弹性变形（挠度），可以用载荷与挠度的比值来表示。然而，由于挠度与载荷之间并非线性关系，因此只能提供产品表中的指导值。

这些数值适用于在钢轴上以接近零过盈配合安装的轴承对，在静态条件下承受中等载荷。

可以使用先进的计算机方法计算出更精确的轴向刚度值。如需了解更多信息，请联系应用工程服务部门。

与相同尺寸的轴承相比，由三个或更多轴承组成的轴承组比由两个轴承组成的轴承组具有更高的轴向刚度。这些轴承组的轴向刚度指导值可通过将产品表中列出的值乘以以下表格中提供的系数计算得出。 桌 10.

对于混合轴承，轴向刚度的指导值与钢球轴承相同。但是，计算值应乘以系数1.11（适用于所有布置和预紧级别）。
超精密角接触球轴承通常轴向安装在轴上，或安装在带有精密锁紧螺母或端板的轴承座中。这些组件需要较高的几何精度和良好的机械强度，以提供足够的支撑和定位。

精密锁紧螺母或端板螺栓的拧紧扭矩 Mt 必须足以使包括轴承在内的所有部件保持就位，而不会造成变形或其他损坏。

有关精密锁紧螺母的信息，请参阅精密锁紧螺母。

计算所需的拧紧扭矩

由于存在许多变量（配合部件之间的摩擦、过盈配合程度、过盈配合导致的预紧力增加等），因此无法准确计算精密锁紧螺母或端板螺栓所需的拧紧扭矩 Mt。以下公式可用于估算 Mt，但结果应在操作过程中进行验证。

精密锁紧螺母或端板螺栓所需的轴向夹紧力可通过以下公式估算得出
Required%20tightening%20torque tcm 12 129563.png?t=1769543372
精密锁紧螺母所需的拧紧扭矩可通过以下公式估算得出
Tightening%20torque%20precision%20lock%20nut tcm 12 129564.png?t=1769543372
端板螺栓所需的拧紧扭矩可通过以下公式估算得出
Tightening%20torque%20end%20plate%20bolts tcm 12 129565.png?t=1769543372
其中

Mt        所需紧固扭矩 [Nmm] （牛顿毫米
Pa       所需轴向夹紧力 [N]
Fc        轴向安装力 [N]
  •  用于 718 .. D、719 .. D、70 .. D 和 72 .. D 系列轴承 (桌 11)
  •  用于 719 .. E、70 .. E 和 S70 .. W 系列轴承 (桌 12)
  •  用于 719 .. B 和 70 .. B 系列轴承 (桌 13)
Fc        最小轴向夹紧力 [N]
  •  用于 718 .. D、719 .. D、70 .. D 和 72 .. D 系列轴承 (桌 11)
  •  用于 719 .. E、70 .. E 和 S70 .. W 系列轴承 (桌 12)
  •  用于 719 .. B 和 70 .. B 系列轴承 (桌 13)
GA,B,C,D    安装前预设轴承预紧力 [N] 产品表
K        计算系数取决于螺纹 桌 14
Ncp       与精密锁紧螺母或端板直接接触的轴承方向相同的轴承数量1)
Nb       端板螺栓数量

1 这并不是轴承布置中的轴承总数，而只是那些需要移动以关闭环之间的间隙从而达到预设预紧力的轴承。另请参阅锁定程序。

锁定程序

在使用精密锁紧螺母或端板对超精密角接触球轴承进行轴向定位时，应执行以下步骤，以确保所有轴承完全就位，并将夹紧力重新设置到估计的所需水平。

  • 1 将锁紧螺母/端板螺栓拧紧至 Mt 值的 2 至 3 倍。
  • 2 松开锁紧螺母/端板螺栓。
  • 3 将锁紧螺母/端板螺栓重新拧紧至 Mt 值。
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