氮化硅陶瓷球轴承的制作方法

文档序号:5733990阅读:868来源:国知局
专利名称:氮化硅陶瓷球轴承的制作方法
技术领域
本实用新型涉及一种机械传动技术领域内的高精度轴承,特别是用于精密、高速机床主 轴的氮化硅陶瓷球轴承。
背景技术
轴承是现代机床的基础配套件,是机床加工精度指标保证的基石,其性能直接影响到机 床的转速、回转精度、刚性、颤振动切削性能、噪声、温升及热变形等,进而影响到加工零 件的精度、表面品质。在传统机械或一般机械中,转速主要在几百转到几千转/分钟。随着数 控技术的快速发展,"复合、高速、智能、精密、环保"已成为当今机床工业技术发展的主 要趋势,因为,高速加工可以有效地提高机床的加工效率、縮短工件的加工周期。现代高速 加工机床,主轴速度要求达到几万转到十几万转/分钟。这就要求机床主轴及其相关部件要适 应高速加工的需求,对轴承的设计提出了全新的要求。如果轴承的高速适应性不好,主轴系 统的温升会很严重,甚至会烧死失效。因此,高性能的机床必须配用高性能的轴承。轴承的 精度可分为P0、 P6、 P5、 P4和P2五个等级,主轴轴承的径向跳动、端面跳动、滚动体直径 不一致等形位误差会严重影响主轴系统及其加工件的精度,用于现代机床主轴上的轴承精度 应为P5及其以上,而对于数控机床、加工中心等高速、高精密机床的主轴轴承,则需选用 P4及其以上级高精度精密轴承。由于机床主轴轴承高精度、高速、高可靠性要求,对滚动体 材料有一些特殊要求,而一般的轴承钢制滚动体轴承的转速与温升、寿命及承载能力、刚度 和抗振性、噪声不能满足现代机床的要求。 发明内容
为克服现有技术的不足,本实用新型的发明目的在于提供一种氮化硅陶瓷球轴承,通过 采用氮化硅陶瓷球替代传统钢球作为轴承的滚动体,以实现轴承的高精度化,提高机床的主 轴转动精度及精密部件表面以及模具切削面的质量的目的。
本实用新型的技术方案在于轴承的外圈与内圈之间有沟槽,滚动体装在保持架的窗口 内,并嵌入外圈与内圈之间的沟槽中,内圈的中心有孔,用于与轴相连,实现力的传递,其 特征在于滚动体的材料为氮化硅陶瓷。
本实用新型在外圈与内圈之间的两端面装有多唇多腔的橡胶密封圈,橡胶密封圈外装有 防尘盖。保持架的材料为高刚性工程塑料,防尘盖用磁性材料制作。
本实用新型采用比金属球刚性更高的陶瓷球,在提高球的精度的同时,还提高了内圈及 外圈沟槽的精度以及保持器的尺寸精度,将异步振摆精度降低到了以前的1/2。通过轴承的高精度化,可提高机床的主轴转动精度及精密部件表面和模具切削面的质量,有效地实现了 金属滚动体所达不到的超高速、超高精度的旋转要求。 本实用新型与传统轴承相比,具有以下优点
1、 密度小可实现轴承的轻量化和高速化。
2、 刚性高受力后的弹性变形小,相对载荷的刚性高,大约可提高刚度15% 20%, 从而减轻了机床的振动。
3、 热膨胀系数小陶瓷材料随温度变化的尺寸变化量小,且产生的热预载较低,从而 避免了过多的热量聚集成疲劳剥落失效。
4、 摩擦系数小工作时产生的热量较小,大大降低了传统轴承中材料和润滑剂的应力。以下结合附图对本实用新型作进一步描述。


图1是本实用新型的结构示意图2是
图1密封结构局部放大示意图。
具体实施方式

图1所示,本实用新型的外圈1的内径与内圈5的外径上,与滚动体6接触部位均有 横截面为椭圆形或圆形的沟槽,转矩经内圈l的沟道、滚动体6、外圈5的沟道进行传递, 内圈5为两个,两内圈内径尺寸互差不得大于0.004ram,外圈1、内圈5用轴承钢制作,经冷 碾、调质、粗、精车后,进行超音频表面淬火热处理,再经等温回火、粗磨、精磨、超精磨 削成形,采用超音频淬火技术,很好的解决了由于国产钢材存在含氧量和杂质过高的问题, 工件的过渡层和淬硬层深浅难于控制,组织、硬度均匀性较差等质量问题,使产品生产达到 既能采用国内钢材(使产品成本降低),又使质量达到了国外的技术标准要求,使用自制的 内外沟道超精专用磨床,该机床工作台回转定位精度小于l',使用该设备,内外套圈沟道圆 度误差可达到O . 09Mra以内,表面粗糙度能达到O . 022 0 . 05Mm之间;滚动体6装在保持 架4的窗口内,滚动体6为两列,也可为单列或3列,并嵌入外圈1与内圈5之间的沟槽中; 内圈5的中心有孔,用于与轴相连,实现力的传递;轴向游隙l-15um;在外圈1与内圈5 之间的两端面装有橡胶密封圈2和7,其外装有防尘盖3和8。
伴随着数控机床主轴向高速化发展,对主轴轴承提出了高速、高刚度、低温升、长寿命 的要求。而陶瓷材料(主要指Si3N4工程陶瓷)因具有密度小、弹性模量高、热膨胀系数小、 耐磨、耐高温、耐腐蚀等优良性能,从而成为制造高速精密轴承的理想材料。滚动体6的材 料为氮化硅陶瓷。用氮化硅陶材料替代轴承钢做为轴承的滚动体,陶瓷材料的应用突破了传 统钢轴承的许多应用极限,如高速性、耐磨性、绝缘性、耐温性。常用的氮化硅陶瓷比重仅仅是钢的l/3多,因此在高速下引起的滚动体6对外圈1与内圈5的应力水平大大降低,同 尺寸的轴承极限转速大幅提升;氮化硅陶瓷的硬度达1500HV,是轴承钢的一倍,耐高温达1200 'C是轴承钢的6倍,这些无疑扩展了传统钢制轴承的使用范围。有效地实现了金属滚动体所 达不到的超高速、超高精度的旋转要求。
保持架4材料采用高刚性工程塑料,使得保持架4对油脂的劣化影响小、润滑更充分、 耐热性更好,主轴轴承在高速运转时温升减小10%,同时,这种新的轴承系列在相同的边界 条件下可使转速最高提升10%。这样一来,不仅尺寸精度得到提高,而且转动时离心力导致 的变形也得以减小,保持架4与外圈的引导间隙也减小了一半。以机床轴径为50毫米、转速 为8000rpm为例,轴承的同步振摆精度为0. 8微米,异步振摆精度为0. 07微米,机床主轴的 同步振摆精度达到了 1.1微米,异步振摆精度达到了 0. 15微米。
高速精密机床不仅对轴承的设计和制造提出了更高的要求,并且对密封及润滑系统的研 制提出了特殊要求。为了既能有效地保证轴承运转时的润滑条件,又可以尽量减少甚至防止 灰尘的混入,本发明采用在外圈1与内圈5之间的两端面装有橡胶密封圈2和7,其外装有 防尘盖3和8的密封结构,密封圈2和7与防尘盖3和8装配时与外圈1端面下沉0. 2隱。
如图2所示,l为外圈,5为内圈,2为橡胶密封圈,3为防尘盖。轴承密封采用多唇多 腔的密封结构,整个密封结构由一个三唇密封圈2和一个磁性防尘盖3组成,密封圈上金属 骨架外缘经过磨加工,保证了椭圆和尺寸精度,该外径与轴承外圈1孔壁过盈配合,密封圈 2与外圈1之间不产生相对运动,油脂不会通过接触面缝隙渗出。
防尘盖3与轴承内圈5之间也采用大过盈配合,防尘盖3随内圈一起旋转,受旋转离心 力的作用,外部水、灰尘都会顺着防尘盖外端甩出去,不会进入密封圈腔内,也不会经过盈 面进入轴承内腔;防尘盖3与密封圈2之间通过三个唇口接触密封,两个唇口在直径方向, 另一唇口在防尘盖3端面方向,密封圈2与防尘盖3之间形成三个内腔。此结构有效的增大 了产品密封空间,采用该技术从根本解决了轴承漏脂问题;防尘盖3用磁性材料制作,极大 增强了防尘盖的刚性,压装后不易变形,封尘性能好。轴承内填进口 "P0LYREX.EM"润滑脂 7%p0.5g;实现了长寿命,低温升。
权利要求1、一种氮化硅陶瓷球轴承,外圈(1)与内圈(5)之间有沟槽,滚动体(6)装在保持架(4)的窗口内,并嵌入外圈(1)与内圈(5)之间的沟槽中,内圈(5)的中心有孔,用于与轴相连,实现力的传递,其特征在于滚动体(6)的材料为氮化硅陶瓷。
2、 根据权利要求1所述的氮化硅陶瓷球轴承,其特征在于保持架(4)的材料为高刚 性工程塑料。
3、 根据权利要求l所述的氮化硅陶瓷球轴承,其特征在于在外圈(1)与内圈(5)之 间的两端面装有橡胶密封圈(2)和(7)。
4、 根据权利要求3所述的氮化硅陶瓷球轴承,其特征在于所说的橡胶密封圈(2)和 (7)为多唇多腔的密封结构。
5、 根据权利要求3所述的氮化硅陶瓷球轴承,其特征在于橡胶密封圈(2)和(7)外 装有防尘盖(3)和(8)。
6、 根据权利要求5所述的氮化硅陶瓷球轴承,其特征在于所说的防尘盖(3)和(8) 用磁性材料制作。
专利摘要一种氮化硅陶瓷球轴承,用于精密、高速机床主轴。轴承外圈与内圈之间有沟槽,滚动体装在保持架窗口内,并嵌入外圈与内圈之间的沟槽中,内圈中心有孔,滚动体材料为氮化硅陶瓷;外圈与内圈之间的两端面装有多唇多腔密封圈,其外装有防尘盖;保持架材料为高刚性工程塑料,防尘盖用磁性材料制作。本实用新型采用氮化硅陶瓷球替代传统钢球作为轴承的滚动体,密度小、受力后弹性变形小、相对载荷的刚性高、热膨胀系数、摩擦系数及工作时产生热量较小,在提高球的精度同时,还提高了内圈及外圈沟槽精度以及保持器尺寸精度,将异步振摆精度降低到了以前的1/2。通过轴承的高精度化,可提高机床主轴转动精度,还可提高精密部件表面以及模具切削面质量。
文档编号F16C33/44GK201284790SQ200820191669
公开日2009年8月5日 申请日期2008年10月23日 优先权日2008年10月23日
发明者吴少伟, 尹大友 申请人:湖北新火炬科技股份有限公司
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