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2025.08.17
如何決定主軸軸承使用的心軸干涉量
主軸軸承主要是適合於高轉速的應用,高的轉速伴隨著高的離心力,此離心力作用在內環,會使得內環產生膨脹,導致內環之間產生間隙,造成內環與軸產生鬆脫。
這樣的現象會造成以下4點的影響:
微震動腐蝕
內圈於軸心上旋轉
軸心與內圈兩者間的支撐性不足,導致運轉時產生震動
軸承與軸之間產生傾角,影響軸承的性能表現
心軸與內圈須採用緊配合,使軸於高速旋轉時,離心力造成心軸的膨脹量小於裝配時心軸與內圈的干涉量。
因此,一般而言,我們定義,當心軸到達最高轉速時,心軸與內圈至少還有0.001mm的干涉配合量。
我們可以了解到,心軸與內圈的配合量是可以依照精度等級的不同去定義一個範圍。
但,由於主軸是精度要求高的產品,且些微的干涉量會影響軸承內部的接觸應力。
主軸的配列多屬於,彈性配列,意味著這樣的配列對於溫升相當的敏感,而心軸的干涉量同時影響軸承內部的接觸應力,同時反映在主軸與軸承的溫升。這也是為何主軸軸承作剛性或定位配列時,需要依照軸承的干涉量去調整內、外隔環的斷差值。
舉下面的例子作說明,B7018-E-T-P4S-UL採用大O配列,最高轉速6000r.p.m,在內、外環隔環斷差量不變的情況下,我們去調整心軸的干涉量,觀察心軸干涉量改變對軸承內應力與軸承計算壽命造成的影響。我們使用BearinX軟體做計算模擬,可以發現,在同樣的軸承配列與定位預壓條件下,增加心軸與軸承的干涉量雖然軸向剛性增加,但,相對的軸承的內應力增加,同時軸承的計算額定壽命也相對的減少。
所以,我們需要精確的定義主軸軸承的心軸干涉量,此干涉量不再是一個大的公差範圍,必須縮小到上下0.002mm或0.001mm以下。
主軸軸承的心軸干涉量,可以使用軟體做計算,亦可以使用型錄查詢。
主軸軸承心軸干涉量的計算或型錄查詢時,最重要的是需要關注,軸承的
最高轉速
以及
心軸的空心比例
。
在前面我們有提過,離心力會造成內環膨脹,關注軸承的最高轉速,主要是因為當主軸到達最高轉速時,心軸與內環至少還有0.001mm的干涉量,故須採用主軸最高轉速最為計算的參數。
另外,我們也需要關注心軸的空心比例。一般而言,為減輕心軸的轉動慣量與裝置打刀系統,通常心軸的設計會採用空心的設計。但也有採用實心的設計,如車床用主軸。
稍早我們提到,離心力對軸承內環的影響。心軸是結合著內環一起作圓周旋轉運動,心軸也會膨脹,但心軸的膨脹量並不會比內環來的大,這跟空心的比例有關。
與心軸相比,軸承的內環是直徑大且斷面積相對小的物件,所以,內環容易受大離心力的影響且膨脹的比例也比心軸來的大。
從上述的內容我們可以知道,當斷面積越小膨脹的量越大,因此,在作干涉量計算或查詢時,心軸的空心比例,是其中的一項參數。
一般而言,在設計上,心軸的空心比例可分為實心、50%以及75%。實際的心軸空心比例,需向客戶確認。
當最高轉速與心軸空心比例都確認後,在沒有計算軟體可使用的情況下,我們可以使用型錄作查詢。
首先確認,搭配的軸承型號與內徑尺寸,由此兩者查詢得到fw參數,然後照轉速n的平方乘上fw的結果,搭配心軸的空心比例,查詢以下圖表,就可以得到心軸的干涉量。
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