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TIMKEN轴承座设计与密封

轴承座设计
轴承座的材质通常采用铸铁或钢，一般情况下需要热处理，目的是减小可能的变形。对于小型的高速应用，最好使用钢制轴承座。
轴承座的轴承内孔宜采用磨削或镗孔工艺，在其整个长度和直径方向上检查若干点，保证其圆度和无锥度。
最好设计成在同一个铸件内进行轴承安装，这样可用一次设定，完成两个轴承座内孔的加工，以保证轴承安装后的同轴度。

在很多机床设计中，在轴承外圈和机器框架之间采用副轴承座或钢套，这样的好处在于，轴承装在轴上后可直接将整个单元插入机床框架内。如果机床框架材质的布氏硬度值较低（如铝和其他软金属），那么采用这种方法还可提供正确的硬度表面。
轴和轴承座的挡肩应成直角状，并且其直径应符合要求。是选择倒角还是选择切槽设计，取决于轴的具体设计和其使用的环境工况。
如果采用螺钉将端盖固定在轴承座上，那么螺钉孔和轴承座内孔的间距应足够，其目的是，当螺钉被拧紧，将端盖或其他部件夹紧时，防止轴承座内孔变形。
在装配以前，应彻底清洁轴和轴承座以及所有的润滑孔、道，除去所有可能由润滑剂带进轴承并且损坏轴承的碎屑和颗粒。

轴承座密封
挡油环和端盖的迷宫组合形式具有高效的密封性能，防止外界异物进入。这种密封形式建议用于较宽的速度应用范围。对于低速应用，通常采用挡油环和接触式密封的组合形式。
挡油环应进行机加工以保证旋转精度。其直径应与轴承座内孔同心。挡油环的外径通常成锥形，目的是将切屑物、冷却剂等液体从可能进入主轴的位置甩出。在端盖的开式唇部附近需要开一个滴油槽或引油槽。

TIMKEN轴承的安装设计

为了得到良好的主轴精度，不仅要选择合理的精密轴承，还应考虑以下因素：

• 支撑轴承的零部件的良好设计和机加工（轴承安装面的圆度和同轴度、主轴和轴承座的支撑挡肩的垂直度以及表面粗糙度）
• 正确使用轴承上给出的信息
• 正确的配合
• 合理的轴承游隙

最合理的安装设计的选择主要取决于系统刚度、速度能力是否得到优化，是否易于安装。

安装表面的设计和精度
主轴—轴承—轴承座系统的总跳动量是各零部件跳动量的合成。无论有无跳动，精密轴承都需要考虑主轴的形状。如果跳动是有轴承座缺陷引起的，那么主轴和轴承会直接地将误差传递给工件。因此，需要特别注意安装表面的设计和精度。
轴承内圈或外圈的安装面和支撑面的主要功能是在所有载荷和运行工况下，确保正确的轴承安装位置和同轴度。为了优化轴承性能，相对主轴中心线的安装面的圆度和支撑面的垂直度的设计是关键。所有的挡肩要有足够的横截面，并设计成在载荷条件下能承受轴向形变。挡肩的直径大小应有利于优化轴承运行性能。

TIMKEN球轴承发热及散热说明

发热
低运转温度，配合足够的主轴刚性，对精密机床是很重要和理想的。这一点对与高速磨削主轴显得尤其突出，因为TIMKEN轴承的预载荷是施加在轴承上的基本载荷。低运转温度带来的好处有：加工工件更好的尺寸稳定性；对轴承润滑的需求减小；防止主轴轴承座外表面发热，去除温度变化对安装配合以及预载荷的不良影响。

预载荷和发热
TIMKEN轴承承载时的生热与运转速度和轴承预载荷有关。施加预载荷对于取得轴向和径向最大刚性是必要的。但是，如果速度增大了，TIMKEN轴承预载荷可能需要减小来维持轴承的正常运转温度。
对于高速运转，TIMKEN轴承预载荷应该足够大以保证滚珠的滚动摩擦，但也不能过高而引起过热。如果需要运转速度较低时，轴承预载荷应适当增大以提高轴承的刚性，但前提是轴承运转温度正常。因此，生热和主轴刚性之间的平衡决定了轴承预载荷的大小。预载荷要与工作速度、所需轴承寿命相适应。

对于工作台主轴，运转速度一般较低而载荷较大。主轴需要在承载条件下，径向和轴向取得最大刚性，因此就必须增大轴承预载荷。

轴承几何形状和发热
应该注意，轴承内部的几何形状对发热有很大的影响。高速设计（例如：铁姆肯公司HX系列）采用“优化的”内部几何形状，从而在承载能力、刚性和发热之间取得平衡。

散热
当球轴承主轴为油脂润滑时，所产生的热量只能通过周围零件的传导散掉。在喷射或循环油润滑的情形下，所产生的热量既可以通过轴与轴承座的传导散掉，还可以通过流经轴承的润滑油带走。尽管这两个途径都很重要，但总的来说，传导的作用要小一些。
举个例子，一个油雾润滑的磨削主轴，前端或砂轮一侧的轴承被固定，靠近磨削冷却液。传动侧或后端的轴承起轴向保护作用，可以在轴承座内轴向浮动，平衡由于温度变化引起的尺寸变化。在前端轴承位置，热量以较快的速度传导出去，是因为主轴前端的质量、外圈与轴承座挡肩、端盖和轴承座内孔的紧密接触。在这种情况下，又有油雾润滑和磨削冷却液的作用，热量可以有效地被传递走。
后端或浮动端的一对轴承的情形就没有那么好了。通常，轴在滑轮一端的质量不大。滑轮具有一定的热传导的能力，但又会接受皮带摩擦产生的热量。由于没有冷却液和传导面积小，通常这一侧的工作温度会稍高一些。

TIMKEN润滑油特性

机床制造商往往偏向于采用脂润滑主轴轴承，而不是采用油循环润滑，这是由于其简单性和应用生热较小。然而，对于高速或重载，循环油由于有很好的散热能力，可能是应用最为广泛的。

循环油润滑
　　在设计一个循环油润滑系统时，必须考虑很多因素：

• 润滑油的特性；
  
• 润滑油的流速；
  
• 润滑油给排系统；
  
• 轴承系统的散热速率
  最后一项受到轴承座导热能力和循环润滑油的传热能力等因素影响。

润滑油的特性
　　国际标准中，通常采用ISO VG10至ISO VG22范围内的低黏度矿物油润滑轴承。这种选择将最大限度地，尤其在高转速需要尽可能低的黏度时，降低生热。但是，当轴承和齿轮选择同一润滑油时，要以考虑齿轮为主，如果动力传动中包括了齿轮，就要加以注意。添加适当添加剂的高品质矿物油，既可以润滑齿轮，也可以润滑轴承，有相对较小的黏度。