| 品牌：FAG | 型号：QJ209-TVP | 内径：45mm |
| 外径：90mm | 精度等级：SP |
GMN陶瓷球轴承在高速主轴单元中的应用
***速切削是以优质、高效为特征的***制造技术，它可以带动高速切削机理、高速主轴单元、高加减速直线进给电动机、高性能控制系统等一系列相关单元技术的发展。高速主轴单元的支承核心是GMN高速主轴轴承。陶瓷轴承以其耐高速、重量轻、寿命长等优良性能，在数控机床高速主轴单元中被广泛应用。
高速主轴单元与GMN主轴轴承：GMN高速主轴单元是实现高速加工的关键技术之一，也是高速加工机床的关键部件。高速主轴单元的核心是高速精密轴承，其性能直接影响主轴单元的工作性能。随着速度的提高，轴承的温度升高，振动和噪声增大，寿命降低。因此，提高主轴转速的前提是研制开发出性能优越的高速主轴轴承。目前，在高速主轴单元中，主轴的支承主要采用磁浮轴承、液体动静***承、陶瓷球轴承三种形式。磁浮轴承的高速性能好、精度高，容易实现诊断和在线监控。但实践表明，这种轴承由于电磁测控系统过于复杂，至今未能得到广泛应用。液体动静***承综合了液体静***承和液体动***承的优点，但这种轴承必须根据具体机床专门进行设计，单独生产，标准化程度低，维护保养也困难。
目前，应用最多的高速主轴轴承还是混合陶瓷球轴承，即滚动体使用热压或热等静压Si3N4陶瓷球，轴承套圈仍为钢圈。这种轴承标准化程度高，价格低，对机床改动小，便于维护保养，特别适合高速运行场合。它的d?n值已超过2.7×106。为了增加轴承的使用寿命，可增加滚道的耐磨性，对滚道进行涂层处理或其他表面处理。
本次试验所用陶瓷球轴承参数如表1所示。所用陶瓷球的材料为HIPSN(热等静压Si3N4)，精度等级是G3级，装配时球与套圈按规定值精细选配。该轴承采用“小珠密珠”结构，并使用外圈薄形保持架。试验中所用钢轴承与陶瓷球轴承具有相同的结构参数。主轴轴承的温升：根据两种高速电主轴的实验数据绘制的温升特性曲线可见，A型主轴转速低于15000r/min时，两种轴承的温升基本相同。当转速高于15000r/min时，陶瓷球轴承的温升明显低于钢轴承。钢轴承温升增长率比陶瓷球轴承的快。
A型主轴转速由2000r/min上升至极限转速30000r/min时，钢轴承温度由4℃上升至35℃；主轴转速由35000r/min上升至40000r/min时，陶瓷球轴承温度由35℃上升至43℃，为防止温度过高损坏陶瓷球轴承，停止继续升高转速。在相同温升水平上，即温升为35℃时，装有陶瓷球轴承的电主轴转速比钢轴承电主轴提高约17％。 B型主轴轴承温升的总体变化趋势与A型电主轴相似。但主轴转速较低时，陶瓷球轴承的温升略高于钢轴承，温升增长率比钢轴承小。当转速n>17000r/min时，才能显示出陶瓷球轴承的低温升特性。脂润滑条件下陶瓷球轴承的运转速度和油雾润滑时钢轴承的运行速度相当。实验中发现，B型陶瓷球轴承达到热平衡时的温升和所需时间，与A型钢球轴承达到热平衡时的温升和所需时间相近。
GMN电主轴轴承轻噪声的润滑维护
GMN电主轴轴承的滚道声在运转的时候，其滚动体在滚道面上滚动而发出的一种连续声音，一般来说是所有电主轴都会发生的***声音。一般的轴承声即是滚道声加上其他声音。 球轴承的滚道声是不规则的，频率在1000Hz以上，它的主频率不随转速而变化，但其总声压级随转速的加快而增加。
滚道声大的轴承，其滚道声的声压级随粘度的增加而减少；而滚道声小的轴承，其声压级在粘度增大至约20mm2/s以上时，由减少而转为有所增大。轴承座的刚性越大，滚道声的总声压级越低。如径向游隙过小，滚道声的总声压级和主频率会随着径向游隙的减少而急剧增加。 控制滚道声的方法有：选用低噪声GMN电主轴轴承即波纹度很小的轴承，审慎地选择使用条件。滚道声常影响整个机械的噪声，减少滚道声就可以减少整个机械的噪声。
滚动体的冲击声及其控制方法 较大型号的球轴承或圆柱滚子轴承在纯径向负荷下低速运转时，由于滚动体的离心力较小，处于非负荷区的滚动体就会冲击保持架或滚道而发出噪声。但随着转速的提高，这种声响就会消失。 对滚动体冲击声的控制方法有：适当减少径向游隙，使用有合理结构而材料有柔顺性的保持架的GMN电主轴轴承。
GMN电主轴轴承在转动中，由于摩擦阻力使轴承不断磨损而失效。阻碍电主轴轴承旋转的阻力由滚动摩擦、滑动摩擦和润滑剂摩擦三种组成。当滚动体在轴承滚道上滚动时产生滚动摩擦；保持架中滚动体的引导面上、保持架的挡边引导面上以及滚子轴承中滚子端面和套圈挡边上发生滑动摩擦；润滑剂摩擦则由润滑剂在接触处的内部摩擦及润滑剂的搅拌和挤压所组成。因而阻抗轴承运动的阻力则为上述三种摩擦总和。而润滑的目的就是通过润滑脂及其润滑方式避免滚道、滚动体、保持架金属之间的直接接触，减小摩擦热‘使摩擦阻力降至最小，从而减少磨损，防止锈蚀，延长其使用寿命。
GMN轴承有80％左右使用润滑脂来润滑。有许多型号的轴承是在轴承厂注脂后送用户使用的。故有人把润滑脂称为轴承的内圈、外圈、滚动体、保持架四大零件以外的第五大零件。说明润滑脂对轴承而言的重要性。
由上述可知，不论用油雾润滑还是脂润滑，在高速或润滑不足时，陶瓷球轴承的温升都小于钢轴承。分析认为：(1)HIPSN的密度仅为轴承钢的40％。由于陶瓷球产生的离心力和陀螺力矩小，使陶瓷球轴承发热量少。(2)陶瓷和钢组成的摩擦副的摩擦系数比钢和钢组成的摩擦副的摩擦系数小，产生的热量少，温升也低。(3)轴承在装配时需要预紧，预紧力越大，变形和发热越多，轴承温升也越快。轴承高速运转下，轴承承受的总负荷包括初期预紧力和轴承内部负荷。内部负荷由离心力和热膨胀差引起。在轴承中轴承外圈散热较好，内圈次之，滚动体的散热条件最差，内圈和滚动体由于温升而引起的热膨胀量大于外圈的热膨胀量，轴承?作时的预紧力大于装配时的原始预紧力，从而使摩擦发热增加，轴承温升增大。由于HIPSN陶瓷材料的热膨胀系数仅为轴承钢的25％，故当转速提高时，陶瓷球轴承的温升值比钢轴承小得多。资料表明，陶瓷球轴承的内圈材料采用热膨胀系数比轴承钢小20％的不锈钢、渗碳钢等材料，可以有效降低轴承的温升。从上述试验结果和分析可知，陶瓷球轴承比钢轴承更适用于高速运转条件。
a.内外圈、滚动体、保持架其中任何一个有裂纹和出现碎片的。
.内外圈、滚动体其中任何一个有剥离的。
c.滚道面、挡边、滚动体有***卡伤的。
d.保持架的磨损严重或铆钉松动厉害的。
e.滚道面、滚动体生锈和有伤痕的。
f.滚动面、滚动体上有***压痕和打痕的。
g.内圈内径面或外圈外径上有蠕变的。
h.过热变色厉害的。
i.润滑脂密封轴承的密封圈和防尘盖破损来严重的。
滚道声产生源在于受到载荷后的套圈固有振动所致。由于套圈和滚动体的弹性接触构成非线性振动系统。当润滑或加工精度不高时就会激发与此弹性特征有关的固有振动，传递到空气中则变为噪声。众所周知，即使是采用了当代超的制造技术加工轴承零件，其工作表面总会存在程度不一的微小几何误差，从而使滚道与滚动体间产生微小波动激发振动系统固有振动。
尽管SKF轴承的滚道噪声是不可避免的，然而可采取高精度加工零件工作表面，正确选用轴承及***使用轴承使之降噪减振。
滚道声是由于轴承旋转时滚动体在滚道中滚动而激发出一种平稳且连续性的噪声，只有当其声压级或声调***时才引起人们注意。其实滚道声所激发的声能是有限的，如在正常情况下，优质的6203轴承滚道声为25～27dB。这种噪声以承受径向载荷的单列深沟球轴承为最典型，它有以下特点：
a.噪声、振动具有随机性；
.振动频率在1kHz以上；
c.不论转速如何变化，噪声主频率几乎不变而声压级则随转速增加而提高；
d.当径向游隙增大时，声压级急剧增加；
e.轴承座刚性增大，总声压级越低，即使转速升高，其总声压级也增加不大；
f.润滑剂粘度越高，声压级越低，但对于脂润滑，其粘度、皂纤维的形状大小均能影响噪声值。
