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X-life设计的M系列高速主轴轴承 | 盛达利

2020-08-07 13:47:11

X-life设计的M系列高速主轴轴承 | 盛达利(图1)

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X-life设计的M系列高速主轴轴承 | 盛达利(图2)

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本期内容:X-life设计的M系列高速主轴轴承

X-life设计的M系列高速主轴轴承 | 盛达利(图3)


机床主轴 (尤其是直驱电主轴)是每台机床的核心。它们确保机床实现所需的切削性能、工件精度和表面质量。

凭借X-life设计的新型高速轴承系列,Schaeffler的主轴轴承解决方案将进一步提高电主轴的机械和热力学承载能力,并使客户的生产力和竞争力得到大幅提升。

集大球和小球优势于一身的轴承系列

新型X-life设计的M、HCM 和VCM系列高速主轴轴承,Schaffler通过选配合适的球径、密合度和内部径向游隙,创新性的将现有小球系列的高速性能和大球系列的刚性与承载能力完美的结合到一起,如图1所示。


X-life设计的M系列高速主轴轴承 | 盛达利(图4)

图1 集大球和小球优势于一身的轴承系列

优化的X-life设计内部结构,更高的热力学和机械承载能力

新型M系列采用X-life设计内部结构,具有经过优化的摩擦特性,井且对迅速变化的热工况具有高耐受性,例如电主轴中经常出现的工况。

内孔和轴之间过盈配合、轴和轴承座之间存在较大的温度梯度以及轴高速运转,这些外部因数减小了径向游隙。优化的X-life结构大大降低了轴承预紧力的增加,如图2至图4所示。

X-life设计的M系列高速主轴轴承 | 盛达利(图5)


图2  原始状态和运转状态

(过盈配合、转速、温度)下轴承状态图示


X-life设计的M系列高速主轴轴承 | 盛达利(图6)   

 图3 径向游隙减小导致预载荷增加 


 X-life设计的M系列高速主轴轴承 | 盛达利(图7)

 图4 过盈配合、转速和温度对预载力的影响


Vacrodur

在极端苛刻的工况下最大限度提高轴承的运行寿命

除了新型X-life设计以外,还通过其他方式提高轴承性能。主要通过热稳定的轴承设计 (该设计专为满足电主轴的要求) 与创新的高性能滚动轴承材料Vacrodur相结合来实现。

Vacrodur具有优于100Cr6材料的巨大优势。其超过65 HRC的超高硬度值尤为抢眼,这在润滑油受到污染的情况下可降低颗粒物碾压所导致的初始损坏程度。在污染受控的状况下(即润滑油受到矿物颗粒限定程度的污染),测试表明Vacrodur的运行寿命几乎是Cronidur现有基准寿命的25倍。

额定寿命试验还表明,在润滑良好的状况下,Vacrodur 的额定寿命可延长13倍多。在润滑不足的受控情况下,即在润滑油膜较薄至极薄情况下,额定寿命甚至会延长25倍。

此外,Vacrodur 赋予轴承出色的热稳定性。和传统的轧制轴承钢不同,Vacrodur热稳定性的提高不会以牺牲硬度为代价。这些特性可在+400 ℃的超高应用温度下保持稳定。

因此,Schaffler 还通过选用创新型高性能轧制轴承钢Vacrodur,推出了新型X-life高速系列轴承。与现有的高性能解决方案相比,这必将进一步显著提高电主轴的性能。

因此,此解决方案能够使客户的生产力和竞争力得到大幅提升。

X-life设计的M系列高速主轴轴承 | 盛达利(图8)

图5 作为应用示例的铝铣床

创新技术让客户受益匪浅

在以下情况下,新型超长寿命高速主轴轴承可带来什么好处:

与标准高速轴承相比?

与Vacrodur结合使用,与现有的标准高速轴承相比?

电主轴设计中常用的小球轴承系列通常具有相对较大的接触角(a0=25°,后缀E)。与小接触角(例如 a0= 15°) 相比,此型号具有径向游隙明显更大的优势,如图6所示。

X-life设计的M系列高速主轴轴承 | 盛达利(图9)

图6 初始径向游隙比较

这可有效防止运行中的热限制现象。

不过,接触角为25°的轴承在倾斜时容易达到临界运动状态。在此类工况下,滑动值将超出允许范围,并且单个滚珠之间的速度差也可能达到不允许值。

要考虑的另一个因素是,尽管接触角为25°的轴承可以比接触角为15°的轴承支撑更高的轴向力,但是其径向承载能力会降低。

新型M系列拥有小至17°的接触角,显著增加了径向游隙。

就热限制因素而言,M系列轴承是极其耐用的轴承解决方案,非常适用于电主轴应用中。

X-life设计的M系列高速主轴轴承 | 盛达利(图10)

图7 电主轴

作为应用示例的电主轴

新型M系列还可以在电主轴应用中采用小接触角(C=17°),而且具有充分的运行可靠性,这些优势在特定的应用示例中会变得相当明显。该系列轴承在轴和轴承座之间较高的温度梯度下运行,具有平稳的运动特性和运行可靠性。

在此处所示的情形中,与具有大接触角(25°,后缀E)的传统小滚珠混合轴承相比,HCM 轴承 (100Cr6 材质套圈,陶瓷滚珠) 可使最大径向承载能力增加3倍。由于HCM轴承具有较高的承载能力,较小的接触角对轴向承载能力无不利影响。这种承载能力几乎保持恒定。

新型X-life高速设计与创新的高性能Vacrodur材料结合起来,还可以进一步显著增强承载能力。

在应用示例中,由陶瓷滚珠和Vacrodur材质套圈组成的Vacrodur轴承 (VCM型) 可以淋漓尽致地展现其潜力,并显著提升性能极限。采用Vacrodur材料之后,与传统的小陶瓷滚珠轴承解决方案相比,其最大允许加工力在径向方向甚至可以增加7倍,在轴向方向可增加2倍,如图8和图9所示。

结论:

Schaffler提供的新型高速轴承系列明显提升允许加工力。因此可以显著提高生产力和运行可靠性。


X-life设计的M系列高速主轴轴承 | 盛达利(图11)

图8 应用示例 - 径向允许加工力比较


X-life设计的M系列高速主轴轴承 | 盛达利(图12)

图9 应用示例 - 轴向允许加工力比较

X-life高速主轴轴承概述 - 适合任何应用的卓越解决方案

新型X-life高速主轴轴承提供有三种型号,如图10所示:

M系列:

M系列X-life高速主轴轴承的滚珠和套圈由久经考验的轧制轴承钢100Cr6制成。此型号为电主轴提供经济高效的高性能轴承解决方案。

HCM系列:

HCM系列X-life高速主轴轴承配备陶瓷滚珠和轧制轴承钢100Cr6材质的套圈。由于具有高性能以及可适应极高速工况,HCM 主轴轴承可以提高电主轴的性能。

VCM型:

VCM系列X-life高速主轴轴承也拥有由陶瓷制成的滚珠,但其轴承套圈由新型高性能Vacrodur材料制成。这种钢材具有极高的承载能力、耐磨性和很高的耐热性能,尤其是在润滑不足或受到污染等润滑不良的状况下。与传统的解决方案相比,VCM系列主轴轴承尤其能为电主轴提供全新的设计自由。

X-life设计的M系列高速主轴轴承 | 盛达利(图13)

图10 X-life高速主轴轴承概述

X-life高速主轴轴承的设计型号

M、HCM和VCM系列X-life高速主轴轴承提供有70和719系列尺寸,标称接触角为17° 和25°。还有三种预载荷可供选择。

和主轴轴承的标准做法一样,这些轴承也拥有万能配对功能,这表示单个轴承和轴承组可以实现任意所需的布置。主轴轴承可以设计为开式和闭式,还可提供“直接润滑”型(外套圈带有润滑孔和0形圈)。轴承可用内径代码介于05至26之间,如图11所示。

X-life设计的M系列高速主轴轴承 | 盛达利(图14)

图11  X-life 高速主轴轴承的命名



(End)

(本期介绍到此结束,更多产品技术问题请咨询青岛盛达利机电科技有限公司)

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