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高速精密轴系主要质量特性及故障分析?

发布时间:2017-03-01 13:28:56    浏览次数:

一、前言

轴系是机械切割加工中不可缺少的核心部件,随着机械工业的不断发展。高速、高精度、低噪声、长寿命是机械发展的必然趋势。为了使轴系能满足如上要求,必须对它的主要质量特性作出规定和控制。

二、高速精密轴系的主要质量特性

1、极限转速和工作转速的高低是切割效率和切削表面质量的基础,主轴转速越高,切削效率越高;主轴转速越高,切削表面越光洁。

2、主轴旋转精度:加工出来的零件的精度完全取决于主轴的旋转精度。

3、轴系轴向和径向刚性:轴系刚性不足,不但影响零件的精度,还会产生振纹和啸叫声。

4、轴系振动和噪声

振动噪声过大一是影响加工零件的质量,同时对环境造成污染。

5、寿命

轴系寿命长短,直接影响产品的成本,特别是提高了维修和更换主轴造成的损失。

三、高速轴系在装配调试过程中经常出现的故障及主要原因分析

轴系主要由轴承、轴、轴壳(轴承箱)、隔套或预紧弹性元件等组成。如果是电主轴还应包括锭子和转子,机械轴还应包括机械驱动装置。完整的轴系是由转配工人将按一定程序进行组装调试完成的。因此,轴系最终的产品质量是由人、机、料、法、环决定。现将常见的故障模式进行概括分析。

1、轴承运转中温升过高

轴承运转过程中,由于有滚动体与滚道之间的滚动摩擦,保持架与兜孔及引导面之间的滑动摩擦及运动件和润滑脂的搅拌等都会产生大量的热量,而使轴承温度升高,这是客观存在的。一般说来,普通轴承钢可生产的轴承,温升不超过40摄氏度,轴系可正常工作。但是,为了轴系的精度保持性和轴承寿命,希望温升越低越好。轴承温升与下列因素有关:

1.1 转速越高,温升越高;

1.2 与润滑方式有关,油气润滑、油雾润滑比油脂润滑温升低。

1.3 与基础油粘度有关:粘稠度越小,温升越低。

1.4 与填脂量有关:填脂量越多,温升越?低?。因此填脂量要按标本推荐值填加。

1.5 与预紧力有关:预紧力越大,温升越高。

1.6 与外部环境和冷却有关:如果靠保温环境自然冷却,环境温度越高,轴承温升越高。如果满足不了工作要求,那么必须加上强制的油冷或水冷。

1.7 与轴承内部结构有关:滚动体引导的保持架比内引导或外引导的保持架温升低。引导间隙大的比间隙小的温升低。同样外形尺寸的轴承,滚动体小的比滚动体大的温升低。

2、轴系的振动及异音

2.1 轴承本身的振动和异音

轴承出厂前对振动和异音均经过严格检验,因此,轴承在安装前一般都是符合技术要求的。如果装入主轴内出现异常振动和异音,大部分都是因为装配不当造成。

2.2 装配不当有下列几种原因:

1、没有合适的装配工具,装配过程中将滚道、滚动体弄伤,造成异常振动和异音。

2、轴和轴承内径配合过盈量过大使轴承内圈滚圆度变差,轴系振动随之变大。为了避免安装出现的不合理造成异常振动和噪声,建议使用合理的装卸工具,特别建议使用热装工具为宜。轴和轴承内径配合过盈量,建议按内径大小选取。

轴承内径Φ10-18mm,过盈量控制在0–0.002mm,

轴承内径Φ18-50mm,过盈量控制在0-0.0025mm,

轴承内径Φ50-80mm,过盈量控制在0-0.003mm,

轴承内径Φ80-180mm,过盈量控制在0-0.004mm,

轴承内径Φ180-250mm,过盈量控制在0-0.005mm。

2.3 填脂量过多首先引起温升过高,温升过高后轴系的振动和声音也会急剧变大。

2.4 配对轴承预紧力过大同样引起温度变化,振动和异音也随之变大。

2.5 轴承内径和端面定位不可靠也会引起异常振动和异常响声,如马蹄声。这种定位不可靠有两种情况,一种是轴肩外径尺寸过小,轴肩进入轴承内孔倒角中。另一种情况,轴在加工中轴肩磨削成圆锥状而使定位不可靠。

2.6 电主轴本身由于锭子、转子工艺不合理,以及电源本身三相不平衡,电源频率的波动以及锭子和转子的不匹配,可能会出现不均匀的“嗡嗡”声。

3、轴系径向刚度和轴向刚度未达到设计要求的原因

3.1 轴承选型不合适:

影响轴承刚度的主要因素是,在轴承外形尺寸确定以后,根据所要求的刚度大小,可选择不同的滚动体,不同的接触角,不同的预紧力。

3.2 装配时不注意配合的选择,也会造成刚度的变化。比如:配对轴承根据刚度要求选择了合适的预紧力,但由于安装轴承时,配合过盈量选择不合理,将会影响轴承游隙的变化,游隙的变化又会影响预紧力变化,最终影响轴系的刚度。

3.3 轴系的温升变化也会影响轴系的刚度,因为轴系温度升高是不均匀的,轴和轴壳温升不同也会造成轴承预紧力的变化,最终影响轴系刚度。

4、轴系寿命达不到预期寿命的原因

4.1 轴承选型不合理,这种情况比较普遍,由于高速轴承外形尺寸一样,内部结构不一样,如球的大小以及单挡边和双挡边等动负荷容量是完全一样的,可以选型时一定注意。

选型的基本原则是:

首先,选速度。当速度能达到要求时,一定选动负荷容量最大的那个型号最为合理。

4.2 轴承寿命长短与材质有很大关系,与特殊的表面处理工艺等都有关系。用户可根据不同的轴系寿命选择不同的材质和工艺,但同时也要考虑性价比,做到物尽其用。

4.3 合理的装配工艺和轴系参数的选择对轴系寿命的影响也不可忽视。如预紧力的选择,预紧力过大,轴系的刚性固然好,但过大的预紧力其寿命也会降低。

以上是对轴承故障的粗略分析,具体的情况还得视情形而定。总之,要想轴系质量有保证,除了轴承质量精密职务,轴、轴壳的加工以及装配的调整,轴系的磨合也至关重要,以上诸多因素缺一不可。

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