高速軸承20 世紀90 年代興起的超高速加工比一般加工（gōng）有更（gèng）高（gāo）的（de）轉速（sù）、更（gèng）快的進給速度，可提高生產效（xiào）率，降低加工成本，改善表麵加工質量，故需實現機（jī）床主軸（zhóu）的高速化和高效（xiào）率化。機床主軸被稱作機床的“心髒”，高速機床采用電動機與主軸融合在一起的電主軸，是一種直接依賴於高速軸承、電動機、精密數（shù）控與精密製造等技術的高度機（jī）電一體化的功能單元，由於省去了中間傳動環節，其轉速一般可達到（dào）每分鍾幾萬甚至（zhì）十幾萬轉。電主軸內部的支承核心——主軸軸承，承受較大的（de）徑向和軸向載荷，需具有較高的回轉精度和較低的（de）溫升，盡可能高的徑向和軸向剛度，較長的（de）、保持精度的使用壽命。因此，主軸軸承的性能對電主軸的使用功能極為重要。目前在高速主軸單元中采用較多的支承軸承主（zhǔ）要有滾動軸承、磁懸浮軸承、空氣軸承和動靜壓軸承。以下就主軸軸承的主要技術及發展（zhǎn）類型進行綜述。

      1 主軸用滾動軸承

      滾動軸承因其結構（gòu）簡單、成本低、剛性大（dà）、高速性（xìng）好、使用維護方（fāng）便等優（yōu）點，一直都是機床主軸的首選支（zhī）承部件。

      機床主軸軸承常見的滾動（dòng）軸承類型主要有深溝球軸承、角接觸球（qiú）軸承、圓柱滾子軸（zhóu）承、雙向推力角接觸球軸承和圓錐滾（gǔn）子軸（zhóu）承。其中，角接觸球軸承因製造（zào）精（jīng）度高、極限轉速高（gāo）、承載能力強，能同（tóng）時承（chéng）受徑向和一個方向（xiàng）的軸向載荷，在高速機床主軸的支承中被廣泛地應用［1］。主軸用滾動（dòng）軸承技術主要有滾動軸承的結（jié）構優化、預緊和配置形式、材料技術、保持架研究和潤（rùn）滑技術等。

      1． 1 結構（gòu）優化

      主軸用滾動軸承結構優化的期望目標之一（yī）是提高其高速性能。對於軸承的優化設計，首先要確（què）定其目標函數，如軸承中球的旋滾比（bǐ）、剛度、接觸應力及額（é）定動（dòng）載荷等（děng），優化的變量有（yǒu）溝（gōu）曲率係數、球組節圓直徑、球徑（jìng）、球數（shù）等（děng），根據重要程度對目標函數和優（yōu）化變量進行優先排序，然後（hòu）再設計內、外套圈及保持架的（de）結構，實現（xiàn）既提高軸承的極限轉速又能使溫升盡可能低的高速性能［2］。軸承的（de）極（jí）限轉速是軸承在一（yī）定工（gōng）作條件下，達到所能承受的最高熱平衡溫度時的轉速極限值。主軸軸承的極限轉速與軸承的接觸角、公差等級、工作（zuò）狀態、潤滑方式、組配形式、預載荷（hé）以及材料種類等多種因素有關［1］，同時還與工（gōng）作環境的熱載荷有關。由於滾動軸承的轉速（sù）主要受軸承內部摩（mó）擦發熱而引起的溫升限製，當轉（zhuǎn）速超過（guò）某一界限（xiàn）值後，軸承內部會因溫（wēn）度不斷升高而發（fā）生熱粘著，以致不能（néng）繼續使用。電主軸也（yě）易受周圍環境變化的（de）影響( 如（rú）電動機發熱、對軸（zhóu）套的冷卻) ，尤其是在轉速急劇變化過程中，這些變化使軸承處於嚴重（chóng）的熱（rè）載（zǎi）荷下，很容易引起軸承卡死，因此，要采取措施降低軸承對外部熱（rè）載荷的敏（mǐn）感度。

      具有良好高速（sù）性能的精密角接觸球（qiú）軸承是高速主軸常選用的軸承（chéng）。角接觸球軸承在工作時作用（yòng）力與軸承徑向麵有（yǒu）一接觸角，一般為15°，25°或40°，接觸角越大，則（zé）軸向承載能力越大（dà）; 接觸角越小（xiǎo），則越有利於高速旋轉，通常采用15°和25°。接觸角為25°的主軸軸承，其極限轉速約為同結構15°接（jiē）觸角軸承的90%［1］。另（lìng）外，角接觸球（qiú）軸承內、外圈擋邊的一麵有一斜坡鎖口，是為了裝入比深溝球軸承更多的鋼球。機床主軸（zhóu）精密軸承常用的公差等級有5，SP，4，4A，UP，2 和2A 級［4］。軸承的（de）遊隙、溝曲率係數、擋邊形狀等都要做適於高速性能的優化結構設計。

      用作主軸軸（zhóu）承的圓（yuán）柱滾子軸承，一種是采用單列圓柱滾子軸承( N 型) ，其外圈為直滾道（dào），內圈帶擋邊; 另一種是雙列圓柱滾子軸承( NN 型) 。雙列圓柱滾子軸承不能承受（shòu）軸向載荷（hé），一般與（yǔ）雙向推（tuī）力角接觸球軸承( 能承受雙向軸向載荷（hé）) 配（pèi）套應用於主軸的工作端，以達到較高的徑向剛度和軸向剛度（dù）來承受較大的切削（xuē）力和進給力，或者應用於要求承載能力（lì）高的主軸後端。為了實（shí）現滾子軸承的高速性能，需要優化（huà）擋邊的高度，控製滾子（zǐ）和擋邊之間的間隙，提高（gāo）滾子的精度，從而降低發熱，避免滾子端部和擋邊間的擦傷和卡死。

      用作主軸軸承的圓錐滾子軸（zhóu）承，由於其滾子大端麵（miàn）與內圈大擋邊接觸麵間摩擦嚴重，高（gāo）速運轉會導致溫度急劇上升，所（suǒ）以在優化設計軸承結構的同時，需要（yào）考慮潤滑以及圓錐滾子軸（zhóu）承適用的速度範圍。

      超高速軸承設計中，為了減小離心力和陀螺力矩，通常采用減小滾動體直徑、增（zēng）加滾動體數量和選用輕質材料（liào）等方法。現在一種新（xīn）型空心圓（yuán）柱滾子軸承（chéng）已用於（yú）機床主軸軸承，與實心圓柱（zhù）滾子軸承相（xiàng）比具有更高的回轉精度、剛性、極限（xiàn）轉速和低的溫升等優點［4］。

      國外開發了多種適於主軸高速（sù）性能的滾（gǔn）動軸承。日（rì）本NSK 開發了一種能耐受較（jiào）大熱擾動的軸承係列———ROBUST 係列角接觸球軸承，具有耐熱性和低發熱性的（de）優點，適合高速主軸軸承的工（gōng）作環境。ROBUST 係（xì）列角接觸球軸承通過優化內部（bù）設計，對球徑、內外圈溝曲率、接觸角及其他相關因（yīn）素進行分析，考慮了高速旋轉下圓周應力對內圈的影響，並使用一種由NSK 開發的碳氮共滲特殊軸承材料SHX，能（néng）夠最大限度地降低發熱，有效地（dì）改（gǎi）善軸承抗卡死性能，滿足了電主軸高速性能（néng）的嚴格要求，在加工中心領域已采用。

      德（dé）國FAG 公司（sī）開發了HS70 和HS19 係列（liè）高速主軸軸承，將球徑縮小了30%，並增加了球數，製造的（de）空心鋼球可減（jiǎn）小離心力和陀螺力矩。為減小外圈所受應力，外溝通使用“拱形”，在高（gāo）速旋轉（zhuǎn）時，球與外圈兩點接觸，因（yīn）應力分散而提高軸承壽命［5］。另一種低發熱軸承，則是重點研究了潤滑劑在離心加速度作（zuò）用下的運動軌跡，將保持架的導向區精確地定位在離心力對潤滑劑作用最大（dà）的地方，從而達到潤滑劑的最佳分布和可靠供應［6］。

      1． 2 預緊和配置形式

      為了保（bǎo）證主軸單元的剛性、旋轉精（jīng）度，並控製滾動體的公轉和自轉打滑，降低噪聲等，需要對主軸軸承（chéng）施加一定（dìng）的（de）預緊載荷。例如，角接觸球軸承能承受徑向和一個方向的（de）軸向（xiàng）載荷，在徑向載荷作用下，軸承內部產生（shēng）一個沿軸向方（fāng）向作用的力，必須有另一相對的外力( 預載荷) 來平衡。合適的預（yù）載荷不僅可以消（xiāo）除軸承（chéng）的軸（zhóu）向遊隙，抑製滾動體的旋轉滑動，還能減小高速旋轉時（shí）滾動體與內、外圈滾道接觸角的變化，以影響（xiǎng）整（zhěng）個係統的阻（zǔ）尼特（tè）性，從（cóng）而（ér）提高軸承（chéng）剛度和（hé）旋轉精度; 另外，還可以降低振動噪聲（shēng）、抑製溫升和延長疲勞壽命。但是預載荷過大，會加劇軸承的摩擦，使溫升迅速提（tí）高，以致造成燒傷，降低使用（yòng）壽命（mìng）［7］。

      軸承的預緊方式有徑向預緊和軸向預緊。徑向預緊適用於圓柱（zhù）滾（gǔn）子軸承; 軸向預緊適用於角接觸球軸（zhóu）承、圓錐滾子軸承和推力軸承。角接觸球軸承的軸向預緊，又可分為定位預緊和定壓預（yù）緊［9］。即（jí）采用改變軸承結構和采用預緊力補償原理( 獨立製作預（yù）緊力補償裝置) 2 種方法來實現預載荷的控製。對於定位預（yù）緊，在轉速（sù）不太高和（hé）變速範圍比較小的情況下，采用剛性預載荷( 改變（biàn）內外隔圈或軸（zhóu）承內、外圈的寬度尺寸差) 來施加預載荷。定位預緊控製預（yù）緊力十分有效，操作方（fāng）便，但會（huì）隨速度（dù）的升高，軸係零件的發熱而變化，而且電主軸裝配完成後，其預載荷大小無法調整，當軸承出現磨損時，更換軸承勢必要重新調整整個控製係統，這給（gěi）用戶的維修帶來很多不（bú）便［7］。定壓預緊則是在轉速較高和變速範圍比較大的（de）情況下，使用彈（dàn）性預載荷裝置( 選用合適的彈簧或借助油腔壓力變化) 來調（diào）整預緊（jǐn）力大小，可減小溫度和速度對預載（zǎi）荷的影響。對於速（sù）度性能和使用壽命要求較（jiào）高的電主軸，或者需要防止軸係發生軸向振動的場合，可采用定壓預緊。由於（yú）定壓預緊中自行設計和製造可調整預（yù）載荷的裝置( 如彈簧（huáng）等) 會吸收軸承的（de）相對位置的微小變化，所以定壓預（yù）緊對高速旋轉性能有利，但對係統剛度（dù）不利。對轉（zhuǎn）速變化（huà）幅度較大的主軸係統，為確保低速時的剛度和高速時預載荷的穩定，可采用可變預載（zǎi）荷的預（yù）緊方（fāng）式（shì），比如: 預載分檔或定位預載與定壓預載切換等（děng）［8］。為了滿足在（zài）不同工況下預緊力的優化，目前已在研（yán）究開發通過（guò）壓電元件控製預緊力的微機控製預緊力係統，實現預緊力的在線（xiàn）控製［9］。

      研究表明，組配軸承存（cún）在最佳預載荷（hé）值，其值與多（duō）種因素有關。因此在確定最佳預（yù）載荷時（shí），應綜合考慮軸承的組配方式、工作（zuò）轉速、係統剛度及壽（shòu）命等因（yīn）素。

      為（wéi）提高主軸係統的支承剛度，機床主軸用滾動軸承通常（cháng）采用雙聯或多聯的組配方式［1］。通常，深溝球軸承、圓柱滾子軸承用來承受主軸的徑向載荷; 推力球軸承（chéng）或推力滾（gǔn）子軸承用來承受軸向載荷; 角接觸球軸承和圓（yuán）錐滾子（zǐ）軸承用來承受徑向、軸向聯合載荷以及載荷方向不夠（gòu）清晰的附加載荷。根據機床（chuáng）的工作特點，為主軸選用不同的軸承配（pèi）置形式。例如，因為（wéi）圓（yuán）柱滾子軸承能夠補償軸的熱膨脹，如果後端使用超（chāo）高速單列圓柱滾子軸承，前端（duān）使用耐（nài）用性好的( 定位預緊) 角接觸球軸承，這樣配置組合，就能簡化主軸（zhóu）結構，使主軸運轉實現高速和高可靠（kào）性。文獻［10］中列出了機床主軸（zhóu）中常見的滾動軸承的配置形式和性能（néng）特點。

      1． 3 材料（liào）技術（shù）

      對（duì）鋼製主軸軸承材料的研究（jiū）和開發大致分為兩個方麵: ( 1) 采用新的冶煉技術（shù）和裝備，或對傳統的冶煉工藝和設備進行改（gǎi）進（jìn），降低鋼中氧含量及夾雜物的數量，改善夾雜物的分布、尺寸（cùn）和形態，改善（shàn）結晶狀態等，以（yǐ）提高原有鋼種的冶（yě）金（jīn）質量，生產（chǎn）出（chū）長壽命、純淨或超高潔淨鋼; ( 2) 對原有鋼種的化學成分進行改進或開發全新軸承用鋼，以滿足不（bú）同使用場合對軸承越來越高（gāo）的性能要求，或在具有同（tóng）樣性能的前提下降低材料費用和整個軸承的生（shēng）產成本［11］。國內軸承（chéng）用鋼的發展與國（guó）外類似（sì）。以前，國內主軸軸承（chéng）的材料選用高品質的軸承鋼GCr15 和ZGCr15( 軍甲鋼) ( 采用電渣重熔技（jì）術提高材（cái）料品質) ，近十年來，由於軸承鋼冶煉（liàn）技術的飛躍發（fā）展（zhǎn），尤其是真空冶（yě）煉技術（shù）的廣泛應用，高品質的（de）軸承鋼已經不再局（jú）限於電渣重熔鋼，真空脫氣（qì）GCr15 和GCr15SiMo 等材料已經廣泛應用於主軸軸（zhóu）承［3］。

      國外近年研製了多種新（xīn）鋼種，例如，NSK 公司經過多年研究，開發出了一種經表麵淬（cuì）硬的SHX耐熱鋼，SHX 具有良（liáng）好的抗（kàng）卡死和耐磨損特性，並且（qiě）壽命（mìng）長( 比SUJ2 鋼製的軸承壽命長3 ～ 4 倍) 。

      在超高（gāo）速運（yùn）轉時，通常認為內圈由於受（shòu）到高的環向應力作用而易於斷裂，使用SHX 材料的內（nèi）圈，其內部殘餘應（yīng）力能抵消（xiāo）環向應力，因（yīn）此（cǐ）可以大大地避免斷裂。用SHX 材（cái）料製造的ROBUST 係（xì）列軸承已經應用於許多高速主軸，其性能已經得到驗證。在要求高載荷、高可（kě）靠性方（fāng）麵，開發出了EP鋼以及一般環境下實現長（zhǎng）壽命的Z 鋼。

      另外，由氮化矽陶瓷做滾動體的混合（hé）陶瓷球軸承也已進（jìn）入高速機床領域。陶瓷材料與軸承（chéng）鋼相比，其密（mì）度是鋼的（de）40%，線膨脹係數不及鋼（gāng）的1 /4。因此，混合陶瓷球軸承高速旋轉時（shí），作（zuò）用於球的離心力（lì）及摩擦力矩小，球和套圈的熱膨脹（zhàng）差（chà）引（yǐn）起的軸承載荷相對緩和，軸承摩擦發熱少、磨損輕，高速性能得以（yǐ）提高; 而且，由於陶瓷材料的縱向彈性模量約為軸承鋼的1． 5 倍，故陶瓷球軸承的剛性（xìng）也比（bǐ）鋼製軸承大［7］。陶瓷球（qiú）軸承的極限轉速較同結構鋼製軸（zhóu）承（chéng）提高20% ～ 30%，若能根據陶瓷材料的（de）特性，對陶瓷球軸承（chéng）的結構進行優化，其極限轉速還可（kě）以更高［1］。

      1． 4 保持架研究

      為（wéi）適應滾動軸承的高精度、高轉速的發展方向，必須從保持架（jià）結構、製造精度、材料選用和加工方法等全方位進行研究，選（xuǎn）用（yòng）強（qiáng）度高、輕質的保（bǎo）持架，采用合理（lǐ）的引導方式，以滿足軸承的高速性能。現在，重量輕、自潤滑性能好、摩擦因數小的工程塑料保持架已廣泛用於機床主軸軸承。為高速旋轉設計的保持架，盡管其（qí）通常運行速度僅為內圈的40% ～ 50%，但由於要承受複雜的碰撞以及與滾動體的（de）局部滑動( 例（lì）如: 滾子與保持（chí）架兜孔接觸麵及引導麵) 而產生的恒定發熱的影響，保持架容易斷裂、卡死及磨損。傳統的金屬保持架（jià）采（cǎi）用噴射潤滑，在高速主軸（zhóu）軸承中，由於（yú）過多的（de）潤滑劑會導致攪動（dòng）發熱，限製潤滑劑的用（yòng）量又使得金屬保持（chí）架磨損嚴重，因而不適合使用。目前高速主軸軸承中所用的保持架材料趨向於工程塑（sù）料，其韌性（xìng）好、重量輕（qīng）、耐熱、耐磨損，使得原（yuán）來隻（zhī）有油潤滑才能達到的速度領域也能使（shǐ）用脂潤（rùn）滑。

      角（jiǎo）接觸球軸承，在dmn 值小於1． 4 × 106 mm·r /min 以下的使用領域一般采用（yòng）塑料保持架，可以提高軸承性能，如聚酰胺保持架; dmn 值超過1． 4× 106 mm·r /min 的領域，使用酚醛樹脂的優越性更高。耐用係列（liè）超高速單列圓柱滾子軸承采用玻璃纖（xiān）維+ 聚醚醚酮( PEEK) 工程塑料保持架。這種聚合物通過添加玻璃纖維，具有重量輕、耐熱（rè）、耐磨損（sǔn）、抗斷裂（liè）等優良（liáng）特性，微量潤滑時能發揮最__dmn 值達3 × 106 mm·r /min。高剛（gāng）度（dù）係列雙列圓柱滾子（zǐ）軸承開發了耐熱（rè）性優異（yì）的高剛度（dù）聚苯撐硫 ( PPS) 保持架，性能（néng）優於過去使（shǐ）用的圓柱型聚酰胺保持架，噪聲也比銅合金保持架有所降低，極限溫（wēn）度達220 ℃，脂潤滑時，dmn 值達1 × 106 mm·r /min 以上。工程塑料保持架的優點是強度、彈性、塑流特性等優（yōu）異，能控製高速旋轉時保（bǎo）持架的變形（xíng），運轉平穩，並能用成本低的模注法加工出理想的結構（gòu）。

      保持架（jià）的引導（dǎo）方式有內圈引導（dǎo）、外圈引導和滾動體（tǐ）引導。內圈引導的轉動慣量小，可以節省材料，但與外圈引導相比允（yǔn）許的裝球數要少些; 外圈引導（dǎo）轉動慣量大，裝球數比內圈引導多（duō）些; 滾動體（tǐ）引（yǐn）導在（zài）同樣的轉速下，比外圈引導和（hé）內圈引導發熱（rè）量小，同時噪聲也相對小些，另外，外圈一側可以保持較（jiào）多的（de）潤滑脂，有利於實現潤滑脂（zhī）的長壽命，但其結構複雜，製造困難，通常為注塑型的塑料保（bǎo）持架。

      高速應用下，保持架兜孔（kǒng）的設計需（xū）要考慮選用（yòng）材料的強度大小、變形量大小以及其具（jù）有（yǒu）的（de）摩擦性能，使保持架中（zhōng）由兜孔與引導麵（miàn）間的摩擦引（yǐn）起的自激振動最小（xiǎo）。

      1． 5 潤滑技術

      超高速主（zhǔ）軸必須采用正確的潤滑方式來控製軸（zhóu）承的溫升，以保（bǎo）證機床工藝係統的精度和穩定性。潤滑方式的（de）選（xuǎn）擇與軸承的轉速、載荷、容許溫升及軸承類（lèi）型有關，常用（yòng）的形式有: 噴油潤滑、脂潤（rùn）滑、油霧潤滑、油氣（qì）潤滑等。進入20 世紀80 年代後，由於加工（gōng）中心的高速化，油氣、油霧等微量潤滑占了主導地位，傳統的噴油潤滑和脂潤滑等均已（yǐ）不能滿足高速主軸軸承對潤滑的要求。在（zài）使用高壓噴射切（qiē）削液的主軸中，油氣和油霧（wù）潤滑對於防止切削液進入主軸內部很有效。目前微量潤滑已成為（wéi）主體［4］。

      油霧潤滑係統在高轉速下會在軸（zhóu）承運轉的內部產生“風幕”，阻礙油霧潤（rùn）滑係統可靠地向各個軸承供應幾乎恒定的潤滑油，使各個摩擦點的潤滑油量始終處於一種波動（dòng）狀態，時多時少的潤滑油量不利於（yú）主軸軸承轉速和壽命的提高，新近發展起來的油氣集中（zhōng）潤滑係統則可以精確地控製各個摩擦點的潤滑油量，可靠性極高。油氣潤滑技術是利（lì）用壓縮空氣將微量的潤滑油分別（bié）、連續不斷地、精確地供給每一套主軸軸承，微小油滴在滾動體和內、外滾道間形成（chéng）彈性動壓（yā）油膜，壓縮空氣則帶走軸承運轉所產生的部分熱量，因此（cǐ），油氣潤滑在高速電主軸用滾動軸承領域得到廣泛應用［12］。但油氣潤滑係統對潤滑油、壓縮空氣以及油路和供油方式都有一定的技術（shù）要求，所需設備複雜（zá），成本較（jiào）高。

      2 主軸用磁懸浮軸承

      磁懸浮軸（zhóu）承是利用多副在圓（yuán）周上互（hù）為（wéi）180°可控電磁鐵產生徑向方向相反的吸力，將主軸懸浮於（yú）空中，使軸頸與軸承之間沒有機（jī）械接觸的一（yī）種高性能軸承［7］。隨著主（zhǔ）軸轉速和載荷的進一步提高，功率越來越（yuè）大，傳統的滾動軸承的結構已經難以滿（mǎn）足所需要的超高速、大功率的（de）要求。磁懸（xuán）浮軸承的應用使得（dé）這種超高速、大功率的主軸成為可［13］。磁懸浮軸承電主（zhǔ）軸［13］，主（zhǔ）要是用在大功率（lǜ）超高（gāo）速的機床上，轉速一（yī）般在1 × 105 r /min 以上。由於不存在機械（xiè）接觸（chù），轉軸可達（dá）到極高的回轉精度、較高的轉速和較（jiào）大的功率，同時具有溫升低、無需潤滑（huá）、無（wú）油汙染、壽命長等優點。又由於（yú）磁（cí）懸浮（fú）軸承軸（zhóu）心的位置通過電子反饋控（kòng）製係統進行自動調節，故主軸剛度和阻尼可調，並可自動（dòng）動平衡，從而使振動降至很低，噪聲較小（xiǎo）［7］。因為磁懸浮軸承價（jià）格昂貴，控製係統複雜，長期以來（lái）沒有在超高速主（zhǔ）軸單元上大麵積推廣，但現已有成熟的產品供應（yīng），具有很大的發（fā）展前景。在國外，汽車工業生產線和高速機床上采用磁懸浮主（zhǔ）軸係統比較普遍，主軸轉速一般為（wéi）40 000 ～70 000 r /min。在超精（jīng）加工機床上，其性能指標達到: 旋轉精（jīng）度0． 03 ～ 0． 05 μm，承載力300 kN，徑向靜剛度600 N/μm，軸向靜剛度（dù）2 000 N/μm，動剛度100 N/μm，可靠性MTBF≥4 000 h。在磨加工機床上（shàng），磨削轎車（chē）某零件時（shí），磁懸浮軸承主軸轉速可達到（dào）60 000 r /min，可以緩（huǎn）進給強力磨削方式直接加工寬為1 mm 的淬火鋼材窄縫，省略了淬火前粗銑工（gōng）序。采用直徑50 mm 的CBN 砂輪可實現線（xiàn）速度為160 m/s 的超（chāo）高速磨削［14］。

      2． 1 磁懸浮軸承係統結構的發展現狀

      為了降低費用，增加設（shè）計的靈活性，人們對磁懸浮軸承係統結構進行了多方麵（miàn）研究。如自（zì）傳感器結構、永磁與（yǔ）電磁結構相結合、無軸承電動機及超導磁軸承（chéng）等新型結構。在這些結構中，無軸承電動機結構的發展前景比較好。因為普通的磁懸浮軸承軸向占（zhàn）據體積較大，導致電（diàn）動機的軸向長度較長，同時（shí）臨界轉速下降，加上（shàng）磁懸浮軸承本身結（jié）構及控製比較複雜，體積較大，成（chéng）本較高，限製了電動（dòng）機向更高轉速的發展，而無軸承電動機能夠很好地解決普通磁懸（xuán）浮軸承的上（shàng）述問題。現在研（yán）究的無（wú）軸承電動機（jī）有永磁體表麵疊裝式無軸承（chéng）永磁（cí）同步電動機、永磁體（tǐ）內（nèi）嵌式無軸承永磁電動（dòng）機、無軸承永磁同（tóng）步（bù）電動（dòng）機。與磁軸承電動機相（xiàng）比（bǐ），無（wú）軸承（chéng）電動機具有體（tǐ）積小、能耗少、轉速更高等優點，但缺點是電磁轉矩和徑向力（lì）之間存在耦（ǒu）合，磁飽和溫度（dù）變化等因（yīn）素會引起電動機參數的變（biàn）化，需要建立更加合理的解耦控製方案（àn）［13］。

      2． 2 磁懸浮軸承需要解決的問題［13］

      ( 1) 造價高; ( 2) 係統的動態性能和係統可靠（kào）性有待（dài）進一步提高; ( 3) 剛度和承載能力（lì）對於大規模應用還有一定難度，磁懸浮軸承剛度的大小取決於係統結構和組成（chéng），因此，要提（tí）高磁懸浮軸承的剛度就必須對係統結構進行更進一步的優化。

      3 主軸用空氣軸承（chéng）［13］

      高速內圓磨床（chuáng）主軸（zhóu）軸承一般采用（yòng）空氣軸承。

      空氣軸（zhóu）承采用空氣冷卻和氣膜支承，運轉（zhuǎn）平（píng）滑，由於氣體的黏度小，能夠在摩擦損耗不大、潤（rùn）滑劑和支承（chéng）的溫升不高的情（qíng）況下實現高速旋轉，特別適合做高速（sù）回轉副的支（zhī）承元件。空氣（qì）軸承具有精度高、結（jié）構緊湊、摩擦功耗低等優點，但由於（yú）受到能承受的切削載荷及過載（zǎi）能力較小的限製，其功率一般不是很大。

      3． 1 空氣軸承結構

      空（kōng）氣軸承在結構設計上，近年相繼出現了表（biǎo）麵節流、淺腔二次節流、多孔質節流及浮環軸承等新類型。其（qí）中，氣體（tǐ）浮環軸承是一種較理（lǐ）想的高速軸承，這種浮環型軸承，當軸承高速旋轉時，由於（yú）潤滑氣體的（de）粘（zhān）滯作用，使環也隨之以（yǐ）一定速度旋（xuán）轉，即形成內外氣膜的雙膜軸承; 也（yě）可以環不旋轉，在外（wài）部供氣作（zuò）用下懸（xuán）浮在軸承與軸之間，同樣也形成一種雙膜軸承。這種雙膜軸承的優點是:

      功（gōng）耗（hào）低; 高（gāo）速（sù）穩定性（xìng）好。

      3． 2 空氣軸承需要解決的問題

      ( 1) 普遍存在剛度不高、散熱性不好的問題; ( 2) 剛度及承載力特別是抗（kàng）過載能力不強; ( 3) 工作可靠性、製造工藝性、實用（yòng）性、普及性等有待進一步的研究（jiū）; ( 4) 標準化、結構係列化和（hé）設計計算方法不夠規範。

      3． 3 氣（qì）磁混合（hé）軸承

      空氣軸承與磁（cí）懸浮軸承相比，具有相當高的工（gōng）作精度（dù），結（jié）構簡單、製造容易和便於推廣應用（yòng）的優點; 而（ér）磁軸承具有較高承（chéng）載能力（lì），便於控製和具有更高工作精度（dù）的性能。目前已有專家開發出一種綜（zōng）合這2 種性能的氣磁混合軸承，這種軸承的主要特點是同時具備較高的（de）承載能（néng）力和很高的工作（zuò）精度，而這種特性很適合於超高速、超高精度（dù）加（jiā）工，有十分廣闊的應（yīng）用前景［13］。

      4 主軸用動靜壓軸承

      動靜壓軸承是一種綜合了動壓軸承和靜壓軸承優點的（de）新型（xíng）多油楔油膜（mó）軸承，其避免了靜壓軸承高速下發熱嚴（yán）重（chóng）和供油係統龐大（dà）複雜，克服了動壓軸承啟動和（hé）停止時可能發生幹（gàn）摩擦的弱點，有（yǒu）很（hěn）好的高速性能，而且調（diào）速範圍寬。其結構緊（jǐn）湊（còu），動、靜態剛度較高，價格也較高，使（shǐ）用維護較為複雜，標準化程度低，在（zài）超高速（sù）主軸單元中應用較（jiào）少。

      5 結束語

      主軸軸承技術是高速機床主軸（zhóu）的關鍵技術，使用不同類（lèi）型的（de）軸承，主軸將具（jù）有不同的工作特（tè）性。滾動軸承電主軸結構簡單、剛度好、標準化高，但其轉速一般在1 × 105 r /min 以下，主要（yào）適用（yòng）於一般的高速加工。通（tōng）過對其內部結構以（yǐ）及潤滑進行優（yōu）化設計、材料的研究選用（yòng），使得其對（duì）熱載荷不敏感，提（tí）高抗卡死的性能，從而拓展其速（sù）度的極限。磁懸浮軸承電主軸適用超高速、大功率的（de）應用場合，但其結構較大（dà）且複雜，控製難度高。傳（chuán）統的空氣軸承電（diàn）主軸（zhóu）的精（jīng）度比較高，但其承（chéng）載能力小，適合於小型零件的精密加工。正在研製的氣磁混合軸承，綜合了空氣軸承和磁懸浮（fú）軸承的優點，將能很好地適應超高速精密加工。目前，向更高轉速極限挑戰的主軸（zhóu）軸承研發工作還在持續（xù）地進行中。