本ppt文檔包含以下內(nèi)容:(本ppt借鑒了許多老師成果) 主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的選擇確定 主軸組件設(shè)計(jì)計(jì)算 一、主軸組件設(shè)計(jì)要求 二、主軸組件結(jié)構(gòu)尺寸及材料確定 主軸前后直徑d1、d2的確定 主軸內(nèi)孔直徑d的確定 主軸懸伸量a的確定 主軸軸承支撐跨距L的確定 主軸端部結(jié)構(gòu)尺寸的確定 主軸材料選擇 三、主軸組件軸承選擇設(shè)計(jì)計(jì)算 （一 ）主軸組件軸承類型的選擇 （二）主軸組件軸承配置的選擇 （三）主軸組件軸承的精度 （四）主軸組件軸承的潤滑與密封 （五）主軸組件軸承預(yù)緊和間隙調(diào)整,主軸組件設(shè)計(jì),一、主軸組件應(yīng)滿足的基本要求,1、旋轉(zhuǎn)精度 2、靜剛度 3、動(dòng)剛度 4、溫升與熱變形 5、精度保持性,主軸組件設(shè)計(jì),二、主軸滾動(dòng)軸承,優(yōu)點(diǎn)：（1）足夠的剛度、高旋轉(zhuǎn)精度、變轉(zhuǎn)速和變載荷 下工作平穩(wěn)； （2）質(zhì)量穩(wěn)定、成本低、經(jīng)濟(jì)性好； （3）容易潤滑。 缺點(diǎn)：（1）旋轉(zhuǎn)中徑向剛度變化大； （2）摩擦力大，阻尼?。?（3）徑向尺寸大,1、軸承的特點(diǎn),二、主軸滾動(dòng)軸承（續(xù)）,2、主軸滾動(dòng)軸承的類型選擇,（1）雙列圓柱滾子軸承 （2）雙列推力角接觸球軸承,二、主軸滾動(dòng)軸承（續(xù)）,2、主軸滾動(dòng)軸承的類型選擇,（3）角接觸球軸承,二、主軸滾動(dòng)軸承（續(xù)）,2、主軸滾動(dòng)軸承的類型選擇,角接觸球軸承組合,二、主軸滾動(dòng)軸承（續(xù)）,2、主軸滾動(dòng)軸承的類型選擇,（4）雙列圓錐滾子軸承,二、主軸滾動(dòng)軸承（續(xù)）,3、軸承的精度選擇,應(yīng)采用P2、P4、P5級(jí)和SP、UP級(jí),（1）切削力方向固定不變的主軸，旋轉(zhuǎn)精度決定于軸承內(nèi)圈徑向跳動(dòng)。 （2）切削力方向隨主軸旋轉(zhuǎn)同步變化的主軸，旋轉(zhuǎn)精度決定于外圈徑向跳動(dòng)。 （3）前軸承的精度對(duì)主軸的影響較大，前軸承的精度應(yīng)比后軸承高一級(jí)。（理論證明略）,二、主軸滾動(dòng)軸承（續(xù)）,3、軸承的精度選擇,應(yīng)采用P2、P4、P5級(jí)和SP、UP級(jí),（3）前軸承的精度對(duì)主軸的影響較大，前軸承的精度應(yīng)比后軸承高一級(jí),二、主軸滾動(dòng)軸承（續(xù)）,4、軸承剛度,滾動(dòng)軸承的剛度隨載荷的增加而增大。線接觸軸承的剛度可忽略預(yù)緊載荷；點(diǎn)接觸軸承，計(jì)算剛度時(shí)應(yīng)考慮預(yù)緊力。,三、主軸,1、結(jié)構(gòu)及材質(zhì)選擇,結(jié)構(gòu)：空心階梯軸 材料：淬火鋼或滲碳淬火鋼，高頻淬硬。,2、技術(shù)要求(略),三、主軸,2、技術(shù)要求,四、主軸組件,1、傳動(dòng)方式,（1）帶 傳 動(dòng)：結(jié)構(gòu)簡單，中心距調(diào)整方便，噪聲低，平穩(wěn)，適于高速。（V帶、多楔帶和同步帶） （2）齒輪傳動(dòng)：傳遞大扭矩，結(jié)構(gòu)緊湊，適合于變速傳動(dòng)。 （3）電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)：異步電機(jī)+連軸器、變頻調(diào)速電機(jī)、電主軸等形式。,四、主軸組件,2、傳動(dòng)件的布置,（1）帶輪通常安裝在后支承的外側(cè) （2）齒輪位于兩支承之間則盡量使大齒輪靠近前支承 （3）齒輪位于后支承外側(cè) （4）齒輪外增設(shè)輔助支承,四、主軸組件,3、主軸的軸向定位,（1）前端定位：適于軸向精度和剛度高的高精度機(jī)床合數(shù)控機(jī)床； （2）后端定位：適于軸向精度不高的普通機(jī)床，臥車、立銑等； （3）兩端定位：用于短主軸或軸向間隙變化不影響工作的機(jī)床，如鉆床、組合機(jī)床等。,五、主軸主要尺寸參數(shù)的確定（略）,16,主軸部件設(shè)計(jì),基本要求 旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)動(dòng)精度 剛度 抗振性 溫升和熱變形(熱穩(wěn)定性 ) 精度保持性,17,旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)動(dòng)精度,旋轉(zhuǎn)精度:指裝配后的部件在無載或低速轉(zhuǎn)動(dòng)條件下，主軸前端工作部位的徑向跳動(dòng)、端面跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)的大小。主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度直接影響機(jī)床的加工精度。 運(yùn)動(dòng)精度指主軸在工作狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)精度，這個(gè)精度通常和靜止或低速狀態(tài)的旋轉(zhuǎn)精度有較大差別，它表現(xiàn)在工作時(shí)主軸回轉(zhuǎn)中心位置的不斷變化，即“主軸軸心漂移”現(xiàn)象。 旋轉(zhuǎn)精度主要取決于主軸及其軸承的制造、裝配、調(diào)整的精度；運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)精度取決于主軸的工作速度、軸承性能和主軸部件的平衡等因素。,18,靜態(tài)剛度,主軸組件的靜態(tài)剛度是指受外力作用時(shí)，主軸組件抵抗變形的能力，又分為抗彎和扭轉(zhuǎn)兩種剛度。數(shù)控機(jī)床多采用抗彎剛度作為衡量主軸組件剛度的指標(biāo)。通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移時(shí)，在位移方向上所施加的作用力大小來表示。,主軸剛度K=F/Y(N/Km),19,抗振性,抗振性包括抵抗受迫振動(dòng)的能力和抵抗自激振動(dòng)的能力。有時(shí)也把抵抗受迫振動(dòng)的能力稱為動(dòng)剛度，此時(shí)，抗振性僅指抵抗自激振動(dòng)的能力。若主軸組件抗振性差，工作時(shí)容易產(chǎn)生振動(dòng)，不僅降低加工質(zhì)量，而且限制了機(jī)床生產(chǎn)率的提高，使刀具耐用度下降。 主要影響因素:部件的靜態(tài)剛度、質(zhì)量分布和阻尼，特別是主軸前軸承的阻尼。設(shè)計(jì)時(shí)，要使主軸的固有頻率遠(yuǎn)大于工作時(shí)的激振頻率，使之不易發(fā)生共振。,20,溫升和熱變形(熱穩(wěn)定性 ),溫升過高會(huì)引起兩方面的不良后果：一是主軸組件和箱體因熱膨脹而變形，主軸的回轉(zhuǎn)中心線和機(jī)床其他件的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生變化，直接影響加工精度；其次是軸承等元件會(huì)因溫度過高而改變已調(diào)好的間隙和破壞正常潤滑條件，影響軸承的正常工作。嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生“抱軸”。 提高主軸組件熱穩(wěn)定性的主要措施是減少發(fā)熱、加快散熱、隔離熱源以及采用盡可能合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以使熱變形能得到補(bǔ)償和對(duì)加工的影響最小。,21,主軸系統(tǒng)必須有足夠的耐磨性，以便能長期保持精度。主軸上易磨損的地方是刀具或工件的安裝部位以及移動(dòng)式主軸的工作部位。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應(yīng)該淬硬，或者經(jīng)過氮化處理，以提高其硬度增加耐磨性。主軸軸承也需有良好的潤滑，提高其耐磨性。,精度保持性,22,主軸部件的傳動(dòng)方式,齒輪傳動(dòng) 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，能傳遞較大的扭矩，能適應(yīng)變轉(zhuǎn)速、變載荷工作，應(yīng)用最廣。它的缺點(diǎn)是線速度不能過高，通常小于1215m/s，不如帶傳動(dòng)平穩(wěn)。 帶傳動(dòng) 常用的有平帶、三角帶、多楔帶和同步齒形帶等。帶傳動(dòng)的特點(diǎn)是靠摩擦力傳動(dòng)（除同步齒形帶外）、結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、成本低，特別適用于中心距較大的兩軸間傳動(dòng)。皮帶有彈性可吸振，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，適宜高速傳動(dòng)。帶傳動(dòng)在過載中會(huì)打滑，能起到過載保護(hù)作用。缺點(diǎn)是有滑動(dòng)，不能用在速比要求準(zhǔn)確的場合。 電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式,23,電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式,高速內(nèi)圓磨床電主軸,24,25,主軸部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),a)前端配置b)中間配置c）后端配置d), e)兩端配置,推力軸承位置配置型式,26,推力軸承位置配置型式,前端配置 前支承處軸承較多，發(fā)熱大，溫升高；但主軸受熱后向后伸長，不影響軸向精度，對(duì)提高主軸部件剛度有利。用于軸向精度和剛度要求較高的高精度機(jī)床或數(shù)控機(jī)床。 后端配置 前支承處軸承較少，發(fā)熱小，溫升低；但是主軸受熱后向前伸長，影響軸向精度。用于軸向精度要求不高的普通精度機(jī)床，如立銑、多刀車床等。 兩端配置 當(dāng)主軸受熱伸長后，影響主軸軸承的軸向間隙。為避免松動(dòng)，可用彈簧消除間隙和補(bǔ)償熱膨脹。常用于短主軸，如組合機(jī)床主軸。 中間配置 可減少主軸的懸伸量，并使主軸的熱膨脹向后；但前支承結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，溫升也可能較高。,27,傳動(dòng)件在主軸上軸向位置的合理布置,a:的傳動(dòng)件放在兩個(gè)支承中間靠近前支承處，受力情況較好，用得最為普遍； b:的傳動(dòng)件放在主軸前懸伸端，主要用于具有大轉(zhuǎn)盤的機(jī)床，如立式車床、鏜床等，傳動(dòng)齒輪直接安裝在轉(zhuǎn)盤上； c:的傳動(dòng)件放在主軸的后懸伸端，較多地用于帶傳動(dòng)，為了更換傳動(dòng)帶方便，如磨床。,28,主軸,主軸是主軸組件的重要組成部分。它的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸、制造精度、材料及其熱處理，對(duì)主軸組件的工作性能都有很大影響。 主軸的結(jié)構(gòu)形狀 :主軸通常是一個(gè)前粗后細(xì)的階梯軸，即軸徑尺寸從前軸頸起，向后逐漸縮小。這樣的結(jié)構(gòu)，是為了適應(yīng)主軸各段承受的不同載荷，以滿足剛度要求，同時(shí)也為其上的多個(gè)零件提供足夠的安裝、定位及止推面，同時(shí)也有利于加工和裝配。,29,主軸的材料和熱處理,一般機(jī)床主軸常用45鋼，調(diào)質(zhì)到200250HB左右，主軸端部錐孔、定心軸頸或定心圓錐面等部位局部淬硬到50 55 HRC。若支承采用滾動(dòng)軸承，則軸頸可不淬硬，但是為了防止敲碰損傷軸頸的配合表面，常對(duì)主軸軸頸處進(jìn)行淬硬。如果機(jī)床主軸有更高要求時(shí)，宜選用合金鋼，如對(duì)耐磨性要求很高的主軸，常選用38CrMoAlA，并經(jīng)氮化處理。,30,主軸主要精度指標(biāo),前支承軸頸的同軸度約5 m左右；軸承軸頸需按軸承內(nèi)孔“實(shí)際尺寸”配磨，且須保證配合過盈15m；錐孔與軸承軸頸的同軸度為35m，與錐面的接觸面積不小于80%，且大端接觸較好；裝NN3000K型調(diào)心圓柱滾子軸承的112錐面，與軸承內(nèi)圈接觸面積不小于85%。,31,主軸部件中的軸承,滾動(dòng)軸承 液體動(dòng)壓軸承 液體靜壓軸承 空氣靜壓軸承 磁浮軸承,32,主軸的滾動(dòng)軸承,角接觸球軸承：既可以承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。常用的接觸角有兩種：=25和=15。,角接觸球軸承,33,角接觸球軸承,角接觸球軸承多用于高速主軸。隨接觸角的不同有所區(qū)別，=25的軸向剛度較高，但徑向剛度和允許的轉(zhuǎn)速略低，應(yīng)用較多；=15的轉(zhuǎn)速可更高些，但軸向剛度較低，常用于不承受軸向載荷的主軸的后軸承。 角接觸球軸承為點(diǎn)接觸，剛度較低，為了提高剛度和承載能力，一般采用多聯(lián)組配的方式。,34,角接觸球軸承,(a)背靠背, (b)面對(duì)面,（c）同向組配(d)三聯(lián)組配,角接觸球軸承的組配,35,角接觸球軸承,兩個(gè)軸承都能共同承受徑向載荷。背靠背和面對(duì)面組配都能承受雙向軸向載荷；同向組配則只能承受單向軸向載荷。背靠背與面對(duì)面組配相比，支承點(diǎn)（接觸線與軸線的交點(diǎn)）間的距離AB，前者比后者大，因而能產(chǎn)生一個(gè)較大的抗彎力矩，即支承剛度較大。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸承外圈的散熱條件比內(nèi)圈好，因此，內(nèi)圈的溫度將高于外圈，徑向膨脹的結(jié)果將使軸承的過盈加大。軸向膨脹對(duì)背靠背組配將使過盈減小，可以補(bǔ)償一部分徑向膨脹，而對(duì)于面對(duì)面組配，將使過盈進(jìn)一步增加?；谝陨戏治?，主軸受有彎矩，又屬高速運(yùn)轉(zhuǎn)，則主軸軸承必須采用背靠背組配。,36,雙列短圓柱滾子軸承,雙列圓柱滾子軸承,NN3000K（舊標(biāo)準(zhǔn)3182100)型軸承 NNU4900K（舊標(biāo)準(zhǔn)4482900)型軸承。兩排直徑和長度相等的短圓柱滾子交錯(cuò)排列，滾子數(shù)量為5060個(gè)，載荷均布。 區(qū)別：滾道環(huán)槽的位置不同。滾道環(huán)槽開在內(nèi)圈上，工藝性好，但調(diào)整間隙時(shí)易使內(nèi)圈滾道畸變。滾道環(huán)槽開在外圈上，調(diào)整間隙時(shí)內(nèi)圈滾道不會(huì)發(fā)生畸變，但工藝性復(fù)雜，不適于小規(guī)格的軸承。 軸承的間隙調(diào)整：軸向移動(dòng)內(nèi)圈，改變其在主軸上的位置。 特點(diǎn)：徑向剛度和承載能力較大，旋轉(zhuǎn)精度高，徑向結(jié)構(gòu)緊湊，壽命長，在主軸組件中應(yīng)用廣泛。但是它不能承受軸向載荷，而需配用推力軸承。,37,圓錐滾子軸承,雙列圓錐滾子軸承 1,4一內(nèi)圈；2一外圈；3一隔套,修磨隔套3的厚度來調(diào)整間隙或預(yù)緊。外圈有軸肩，一端抵住箱體或主軸套筒的端面，另一端用法蘭壓緊，以實(shí)現(xiàn)軸向定位。因此，箱體孔可做成通孔，便于加工。 既可以承受徑向載荷，又可以承受雙向軸向載荷。由于滾子數(shù)量多，承載能力和剛度都高，軸承制造精度較高，適用于中低速、中等以上載荷的機(jī)床主軸的前支承。但設(shè)計(jì)選用時(shí)，應(yīng)考慮給予充分的潤滑和冷卻條件,38,滾動(dòng)軸承配置,配置形式：速度型、高剛度型和剛度速度型,主軸支承的配置速度型,(a)前、后支承均采用雙聯(lián)角接觸球軸承，該配置適用于高速、高精度、中等負(fù)載的數(shù)控車床。 (b) 采用三聯(lián)或四聯(lián)角接觸球軸承，后支承用雙聯(lián)角接觸球軸承，適用于高速、高精度和較高負(fù)載要求的數(shù)控機(jī)床。,39,滾動(dòng)軸承配置,主軸支承的配置高剛度型,(a):前支承是雙列圓柱滾子軸承加雙向角接觸球軸承，能承受較大的徑向和軸向負(fù)載，后支承也采用了雙列圓柱滾子軸承。主軸部件具有很高的剛性，且溫升對(duì)剛度、精度和壽命的影響較小，適用于要求中速偏高及有強(qiáng)力切削要求的高剛度、較高精度的數(shù)控機(jī)床。 (b):前支承采用雙列圓錐滾子軸承，可承受高的軸向和徑向載荷，后支承采用單列圓錐滾子軸承，但主軸轉(zhuǎn)速和精度的提高受到限制。適用于中、低速要求和中等精度、重載要求的數(shù)控機(jī)床。,40,滾動(dòng)軸承配置,主軸支承的配置一速度剛度型,前支承采用三聯(lián)角接觸球軸承，承受徑向和軸向載荷，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承，具有較高的剛度，適用于要求高速、高精度和較大負(fù)載的數(shù)控機(jī)床。,41,幾種典型的主軸軸承配置型式,速度型,角接觸球軸承具有良好的高速性能，但它的承載能力較小，因而適用于高速輕載或精密機(jī)床，如高速鏜削單元、高速CNC機(jī)床等。,42,速度型,高速CNC車床主軸部件,43,剛度型,前支承采用雙列短圓柱滾子軸承承受徑向載荷，60角接觸雙列向心推力球軸承承受軸向載荷，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承。這種軸承配置的主軸部件，適用于中等轉(zhuǎn)速和切削負(fù)載較大，要求剛度高的機(jī)床。如數(shù)控車床主軸、鏜削主軸單元等。,44,剛度型,CNC型車床主軸,45,剛度速度型,前軸承的配置特點(diǎn)是：外側(cè)的兩個(gè)角接觸球軸承大口朝向主軸工作端，承受主要方向的軸向力；第三個(gè)角接觸球軸承則通過軸套與外側(cè)的兩個(gè)軸承背靠背配置，使三聯(lián)角接觸球軸承有一個(gè)較大支承跨，以提高承受顛覆力矩的剛度。,46,剛度速度型,47,配置圓錐滾子軸承的機(jī)床主軸,結(jié)構(gòu)比采用雙列短圓柱滾子軸承簡化，承載能力和剛度比角接觸球軸承高。但是，因?yàn)閳A錐滾子軸承發(fā)熱大、溫升高，允許的極限轉(zhuǎn)速要低些。適用于載荷較大、轉(zhuǎn)速不太高的普通精度的機(jī)床主軸。,48,臥式鏜銑床主軸部件,1一齒輪 2-鏜主軸 3-銑主軸 4一雙鍵 5, 6-鏜主軸套 7-前軸承,銑主軸3的前軸承采用雙列圓錐滾子軸承，可以承受雙向軸向力和徑向力，承載能力大，剛性好，結(jié)構(gòu)簡單。主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)齒輪1裝在銑主軸3上。銑主軸軸端可裝銑刀盤或平鏇盤，進(jìn)行銑削加工或車削加工。鏜主軸可在銑主軸內(nèi)軸向移動(dòng)，通過雙鍵4傳動(dòng)，用于孔加工。,49,搖臂鉆床主軸部件,1一主軸 2 一主軸套筒 3-鍵 4-擋油蓋 5-螺母 6一進(jìn)給齒輪 采用推力球軸承承受兩個(gè)方向軸向力的主軸部件，其軸向剛度很高，適用于承受軸向載荷大的機(jī)床主軸。,50,滾動(dòng)軸承精度等級(jí)的選擇,a）前軸承偏移量的影響 b）后軸承偏移量的影響 c)前、后軸承的綜合影響 前支承的精度比后支承對(duì)主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度影響大。因此軸承精度選取時(shí)，前軸承的精度要選得高一點(diǎn)，一般比后軸承精度高一級(jí)。,51,思考題,左圖中： 1、a)、b)所示情形下，前后軸承偏移引起主軸端部的偏移總量是多少？ 2、c)中的2是多少？,52,滾動(dòng)軸承精度等級(jí)的選擇,機(jī)床主軸軸承的精度除P2, P4, P5, P6（相當(dāng)于舊標(biāo)準(zhǔn)的B, C, D, E）四級(jí)外，新標(biāo)準(zhǔn)中又補(bǔ)充了SP和UP級(jí)。SP和UP級(jí)的旋轉(zhuǎn)精度，分別相當(dāng)于P4和P2級(jí)，而內(nèi)、外圈尺寸精度則分別相當(dāng)于P5級(jí)和P4級(jí)。隨著機(jī)床向高速、高精度發(fā)展，目前普通機(jī)床主軸軸承都趨向于取P4 (SP）級(jí)，P6（舊E級(jí)）級(jí)軸承在新設(shè)計(jì)的機(jī)床主軸部件中已很少采用。,主軸軸承精度,53,主軸滾動(dòng)軸承的預(yù)緊,適當(dāng)預(yù)緊可提高軸承的剛度和壽命。但是，過度預(yù)緊會(huì)使?jié)L動(dòng)體和滾道的變形太大，將導(dǎo)致軸承溫升的提高，并降低軸承壽命。 角接觸球軸承的預(yù)緊 :角接觸球軸承一般必須在軸向有預(yù)加載荷條件下才能正常工作。 預(yù)載荷分為輕、中、重三種，代號(hào)為A,B,C。輕預(yù)緊適用于高速主軸，中預(yù)緊適用于中、低速主軸；重預(yù)緊用于分度主軸。,54,雙列短圓柱滾子軸承,用螺母軸向移動(dòng)軸承內(nèi)圈，因內(nèi)圈孔1:12的錐孔，使內(nèi)圈徑向漲大，而實(shí)現(xiàn)預(yù)緊； 采用過盈套替代螺母實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。,過盈套的結(jié)構(gòu),55,角接觸球軸承的預(yù)緊,a)修磨軸承內(nèi)圈側(cè)面 b）修磨調(diào)整環(huán) c)由彈簧自動(dòng)預(yù)緊,56,主軸滑動(dòng)軸承,滑動(dòng)軸承因具有良好的抗振性，旋轉(zhuǎn)精度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等特點(diǎn)，應(yīng)用于高速或低速的精密、高精密機(jī)床和數(shù)控機(jī)床中。 滑動(dòng)軸承按產(chǎn)生油膜的方式，可以分為動(dòng)壓軸承和靜壓軸承兩類。 滑動(dòng)軸承按流體介質(zhì)不同可分為液體滑動(dòng)軸承和氣體滑動(dòng)軸承。,57,動(dòng)壓軸承,工作原理：當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)潤滑油從間隙大處向間隙小處流動(dòng)，形成壓力油楔而產(chǎn)生油膜壓力將主軸浮起。 動(dòng)壓軸承按油楔數(shù)分為單油楔和多油楔。 多油楔軸承有固定多油楔和活動(dòng)多油楔兩類。,58,固定多油楔滑動(dòng)軸承,a)主軸組件 b)軸瓦 c)軸承工作原理 1一軸瓦 2, 5一止推環(huán) 3一轉(zhuǎn)動(dòng)螺母 4-螺母 6一軸承,59,活動(dòng)多油楔滑動(dòng)軸承,a), b)軸承結(jié)構(gòu)示意圖 c)軸承工作原理,60,液體靜壓軸承,液體靜壓軸承系統(tǒng)由一套專用供油系統(tǒng)、節(jié)流器和軸承三部分組成。 靜壓軸承由供油系統(tǒng)供給一定壓力油，輸進(jìn)軸和軸承間隙中，利用油的靜壓力支承載荷，軸頸始終浮在壓力油中。 軸承油膜壓強(qiáng)與主軸轉(zhuǎn)速無關(guān)，承載能力不隨轉(zhuǎn)速而變化。 靜壓軸承與動(dòng)壓軸承相比有如下優(yōu)點(diǎn)：承載能力高；旋轉(zhuǎn)精度高；油膜有均化誤差的作用，可提高加工精度；抗振性好；運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；既能在極低轉(zhuǎn)速下工作，也能在極高轉(zhuǎn)速下工作；摩擦小，軸承壽命長。 主要的缺點(diǎn)是需要一套專用供油設(shè)備，軸承制造工藝復(fù)雜、成本較高。,61,液體靜壓軸承,定壓式靜壓軸承,62,空氣靜壓軸承,用空氣作為介質(zhì)的靜壓軸承稱為氣體靜壓軸承，也稱為氣浮軸承或空氣軸承，其工作原理與液體靜壓軸承相同。由于空氣的粘度比液體小得多，摩擦小，功率損耗小，能在極高轉(zhuǎn)速或極低溫度下工作，振動(dòng)、噪聲特別小，旋轉(zhuǎn)精度高，（一般0.1m以下），壽命長，基本上不需要維護(hù)，用于高速、超高速、高精度機(jī)床主軸部件中。,63,空氣靜壓軸承,具有徑向圓柱與平面止推型軸承的主軸部件 CUPE高精度數(shù)控金剛石車床 1一低膨脹材料 2-聯(lián)軸節(jié) 3、5、9、10徑向軸承 4驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 11、6一止推軸承 7一冷卻裝置 8一熱屏蔽裝置 12一金剛石砂輪,64,空氣靜壓軸承,采用雙半球形氣體靜壓軸承 大型超精加工車床的主軸部件。此種軸承的特點(diǎn)是氣體軸承的兩球心連線就是機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)中心線，它可以自動(dòng)調(diào)心，前后軸承的同心性好，采用多孔石墨，可以保證剛性達(dá)300N /m以上，回轉(zhuǎn)誤差在0. 1m以下。,CUPE的PG1505空氣靜壓軸承,65,空氣靜壓軸承,前端為球形，后端為圓柱形或半球形 1一徑向軸承 2一壓縮空氣 3一軸 4-球體 5-壓縮空氣 6一球面軸承 7一球面座,66,磁浮軸承主要由以下三部分組成：電磁驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳感器，控制器及算法。磁浮軸承的結(jié)構(gòu)與馬達(dá)類似，電磁鐵除了產(chǎn)生力矩以外，還產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子懸浮的吸引力。轉(zhuǎn)子與定子的間隙一般為0.5mm2mm。主軸位置傳感器用于給控制系統(tǒng)提供反饋，一般情況下設(shè)置四個(gè)徑向傳感器一個(gè)軸向傳感器?？刂破魍ㄟ^對(duì)電流大小的調(diào)節(jié)而控制主軸的位置。,磁浮軸承,67,68,磁浮軸承的特點(diǎn),無機(jī)械磨損，理論上無速度限制；運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無噪聲，溫升低、能耗?。徊恍枰獫櫥?，不污染環(huán)境，省掉一套潤滑系統(tǒng)和設(shè)備；能在超低溫和高溫下正常工作，也可用于真空、蒸汽腐蝕性環(huán)境中。裝有磁浮軸承的主軸可以適應(yīng)控制，通過監(jiān)測(cè)定子線圈的電流，靈敏地控制切削力，通過檢測(cè)切削力微小變化控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)，以提高加工質(zhì)量。因此磁浮軸承特別適用于高速、超高速加工。國外已有高速銑削磁力軸承主軸頭和超高速磨削主軸頭，并已標(biāo)準(zhǔn)化。,69,磁浮軸承高速主軸,主軸組件設(shè)計(jì),3.1主軸組件的基本要求 3.2主軸軸承的選擇與配置 3.3主軸 3.4主軸組件的計(jì)算 3.5提高主軸組件性能的措施,3.1主軸組件的基本要求,旋轉(zhuǎn)精度 靜剛度 抗振性 熱變形 耐磨性,1旋轉(zhuǎn)精度,主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)線速度為零的點(diǎn)的連線稱為主軸的旋轉(zhuǎn)中心線。 在理想狀態(tài)下，該線即為主軸的幾何中心線，其位置是不隨時(shí)間而變化的。 由于制造和裝配等誤差的影響，主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，該線的空間位置每時(shí)每刻都在發(fā)生著變化。瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心線相對(duì)于理想旋轉(zhuǎn)中心線在空間位置上的偏差，即主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的瞬時(shí)誤差（旋轉(zhuǎn)誤差），其范圍就為主軸的旋轉(zhuǎn)精度，,1旋轉(zhuǎn)精度,主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度是指專機(jī)在空載低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在主軸前端定位面上測(cè)得的徑向圓跳動(dòng)、端面圓跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)值的大小。 主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度是在靜態(tài)無載條件下測(cè)出的。如果在工作條件下，則旋轉(zhuǎn)精度就會(huì)有所不同，這種精度稱為運(yùn)動(dòng)精度，是動(dòng)態(tài)的旋轉(zhuǎn)精度。,主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度,軸承精度和間隙 與軸承相配合零件（箱體、主軸本身）的精度 軸承安裝、調(diào)整 主軸轉(zhuǎn)速 軸承組合設(shè)計(jì) 軸承的性能,2.靜剛度,靜剛度簡稱為剛度。 主軸組件的剛度是指在外加載荷作用下抵抗變形的能力。 指在主軸工作端部作用一個(gè)靜態(tài)力F（或扭矩M）時(shí)，F(xiàn)與主軸在F作用方向上所產(chǎn)生的變形y之比 徑向剛度 、軸向剛度 、扭轉(zhuǎn)剛度 對(duì)于大多數(shù)專機(jī)來說，主軸的徑向剛度是主要的。,影響主軸組件剛度的主要因素,主軸的結(jié)構(gòu)型式及尺寸 軸承的類型、配置及預(yù)緊 傳動(dòng)件的布置方式 主軸組件的制造與裝配質(zhì)量,3抗振性,主軸組件的抗振性是指機(jī)器工作時(shí)主軸組件抵抗振動(dòng)、保持主軸平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力。 主軸組件的振動(dòng)會(huì)影響工件的表面質(zhì)量、刀具的耐用度和主軸軸承的壽命，還會(huì)產(chǎn)生噪聲而影響工作環(huán)境。,4熱變形,主軸組件的熱變形是指機(jī)器工作時(shí)，因各相對(duì)運(yùn)動(dòng)處的摩擦和攪油等耗損而發(fā)熱造成的溫差，使主軸組件在形狀和位置上產(chǎn)生的畸變。 熱變形可在主軸組件運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后因發(fā)熱而造成的各部分位置變化來度量，也可以用溫升近似地表示。 主軸組件的熱變形會(huì)使主軸伸長，使軸承的間隙發(fā)生變化，軸心位置偏移等；潤滑油溫度升高后，使黏度下降，從而降低軸承的承載能力。,影響主軸組件溫升和熱變形的主要因素,軸承的類型、配置方式和預(yù)緊力的大小 潤滑方式 散熱條件,一般規(guī)定，使用滑動(dòng)軸承時(shí)，主軸軸承溫度不得超過60，對(duì)于高精度機(jī)床不得超過室溫10。滾動(dòng)軸承的允許溫度可參閱表31(在室溫為20的條件下）。,5耐磨性,主軸組件的耐磨性是指長期地保持其原始制造精度的能力，即精度的保持性。 主軸組件的各滑動(dòng)表面（包括主軸端部定位面、錐孔與滑動(dòng)軸承配合的軸頸表面，軸向移動(dòng)的主軸組件的導(dǎo)向表面等）都必須具有很高的硬度，以保持其耐磨性。 滑動(dòng)和滾動(dòng)軸承的磨損不僅使主軸組件喪失了原有的運(yùn)轉(zhuǎn)精度，而且將降低剛度和抗振性，因此必須保證這些部分的耐磨性和具有調(diào)整的可能性。,影響耐磨性的主要因素,主軸、軸承的材料與熱處理 軸承（或襯套）類型 潤滑方式,3.2主軸軸承的選擇與配置,3.2.1主軸滾動(dòng)軸承的類型 3.2.2主軸滾動(dòng)軸承的配置型式 3.2.3滾動(dòng)軸承的剛度確定 3.2.4滾動(dòng)軸承間隙的調(diào)整和預(yù)緊,3.2.1主軸滾動(dòng)軸承的類型,雙列圓柱滾子軸承 雙向推力角接觸球軸承 雙列圓錐滾子軸承 加梅（Gamet）軸承,1雙列圓柱滾子軸承,滾子多，兩列滾子交叉排列，旋轉(zhuǎn)時(shí)剛度的變化較小。內(nèi)圈為1：12的錐孔，與主軸的錐形軸頸相配合。軸向移動(dòng)內(nèi)圈，可把內(nèi)圈脹大，以消除間隙或預(yù)緊，故該軸承的徑向剛度較大。 雙列圓柱滾子軸承只能承受徑向載荷。 一般常和推力軸承配套使用，能承受較大的徑向載荷和軸向載荷，適用于載荷和剛度較高、中等轉(zhuǎn)速的主軸組件前支承上。,2.雙向推力角接觸球軸承,這種軸承的接觸角=60，由外圈3、左右內(nèi)圈1和6、左右兩列滾珠2和5及保持架、隔套4組成，如圖3.4所示。修磨隔套4的厚度，可以精確調(diào)整間隙或預(yù)緊。外圈和箱體孔為間隙配合，安裝方便，且不承受徑向載荷； 常與雙列圓柱滾子軸承配套使用，用于主軸組件的前支承。,3.雙列圓錐滾子軸承,有一個(gè)公用外圈和兩個(gè)內(nèi)圈，外圈的凸肩靠住箱體或主軸套筒的端面，實(shí)現(xiàn)軸向定位，用法蘭壓緊另一端面。凸肩上還有缺口，插入螺釘防止外圈轉(zhuǎn)動(dòng)。修磨中間隔套可以調(diào)整間隙或預(yù)緊。 既可承受徑向載荷，又可承受雙向軸向載荷，承載能力和剛度都較大，并且結(jié)構(gòu)簡單，適用于中低速、中等以上載荷的主軸組件前支承,4.加梅（Gamet）軸承,圖3.5b為H系列，用于前支承；圖3.5c為P系列，用于后支承，配套使用。 這種軸承與一般圓錐滾子軸承的不同點(diǎn)是它的滾子制成中空的，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)在離心力的作用下形成良好的循環(huán)潤滑；H系列的兩列滾子數(shù)目差一個(gè)，改善了動(dòng)態(tài)特性;P系列的外環(huán)上有彈簧（16-20個(gè)）用作預(yù)緊。,3.2.2主軸滾動(dòng)軸承的配置型式,主軸軸承的選擇和配置取決于承受載荷的大小、方向及其性質(zhì)，轉(zhuǎn)速大小，精度高低等因素。 承載能力和疲勞壽命不是選擇主軸軸承的主要依據(jù)。,3.2.2主軸滾動(dòng)軸承的配置型式,載荷較大,轉(zhuǎn)速較高時(shí)，采用雙列圓柱滾子軸承和接觸角為60的雙向推力角接觸球軸承組合 轉(zhuǎn)速為中、低速時(shí)，采用雙列圓柱滾子軸承和推力球軸承或圓錐滾子軸承的組合,3.2.2主軸滾動(dòng)軸承的配置型式,載荷中等,轉(zhuǎn)速較高時(shí)，采用雙列圓柱滾子軸承和角接觸球軸承的組合或采用前后支承都是角接觸球軸承的組合 轉(zhuǎn)速為中、低速時(shí)，可采用兩個(gè)圓錐滾子軸承做前后支承軸承,3.2.2主軸滾動(dòng)軸承的配置型式,載荷較小,轉(zhuǎn)速較高時(shí)，可采用前后支承都是單列角接觸球軸承的組合，如果要提高軸向剛度可每個(gè)支承并列兩個(gè)軸承 轉(zhuǎn)速為中、低速時(shí)，可采用深溝球軸承和推力球軸承的組合,3.2.3滾動(dòng)軸承的剛度確定,滾動(dòng)軸承的剛度一般是指徑向剛度。 徑向剛度是軸承的徑向載荷與徑向位移之比值。 徑向位移包括軸承本身的彈性位移和軸承環(huán)與主軸軸頸及箱體孔的配合表面間的接觸變形。,3.2.4滾動(dòng)軸承間隙的調(diào)整和預(yù)緊,滾動(dòng)軸承具有合適的間隙或過盈量，不僅能提高主軸組件的工作性能，而且還可以保證軸承有較長的壽命。因此，主軸組件中應(yīng)設(shè)有間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，以保證主軸軸承保持合理的間隙或過盈量。 主軸軸承在裝配時(shí)要進(jìn)行預(yù)緊、調(diào)整間隙，在使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)間隙或過盈量的變化，還應(yīng)該進(jìn)行重新調(diào)整。因此，采用間隙調(diào)整的方法來保持各類軸承合理的間隙或過盈是十分必要的，并必須力求調(diào)整方便、可靠。,常見的滾動(dòng)軸承間隙調(diào)整的結(jié)構(gòu)：,1.對(duì)于帶錐孔的雙列圓柱滾子軸承（NN3000K ) 它是移動(dòng)軸承內(nèi)圈使其錐孔與軸頸外錐面作相對(duì)移動(dòng)，從而使內(nèi)圈產(chǎn)生徑向彈性變形來調(diào)整軸承的間隙或過盈量。 2.對(duì)于角接觸軸承 它是通過使其內(nèi)、外圈產(chǎn)生相對(duì)位移來實(shí)現(xiàn)間隙調(diào)整的。,3.3主軸,3.3.1主軸的結(jié)構(gòu) 3.3.2主軸的材料和熱處理 3.3.3主軸的技術(shù)要求,3.3.1主軸的結(jié)構(gòu),在一般情況下，軸的設(shè)計(jì)取決于剛度，而不是其機(jī)械強(qiáng)度。因此，主軸的構(gòu)造和形狀主要取決于軸上所安裝的傳動(dòng)件和軸承等零件的類型、數(shù)量、位置和安裝方法等。同時(shí)，還應(yīng)考慮主軸的加工和裝配的工藝性。為了便于裝配，常把主軸做成階梯形。 主軸端部的形狀與尺寸，必須相配于工作機(jī)構(gòu)。對(duì)于通用機(jī)床主軸端部的形狀和尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，可參見“金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)”得出。,3.3.2主軸的材料和熱處理,沒有特殊要求時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用價(jià)格便宜的優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，如45鋼或60鋼，調(diào)質(zhì)到220一250 HB。在端部錐孔、定心軸頸或定心錐面等部位，采用高頻淬火至5055 HRC。裝滾動(dòng)軸承處的軸頸可不淬硬。裝滑動(dòng)軸承的軸頸處需高頻淬硬，以保證其耐磨性。,中等精度、轉(zhuǎn)速,40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼，調(diào)質(zhì)、淬火,高精度軸,軸承鋼GCr15、彈簧鋼65Mn，調(diào)質(zhì)、淬火,高轉(zhuǎn)速、重載,20CrMnTi、20Cr，38CrMoAlA 滲碳淬火或氮化,3.3.3主軸的技術(shù)要求,主軸的精度直接影響到主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度。主軸和軸承、齒輪等零件相連接處的表面幾何形狀誤差和表面粗糙度關(guān)系到接觸精度。因此，主軸的技術(shù)要求，應(yīng)根據(jù)專機(jī)精度標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)的項(xiàng)目制定。 具體的技術(shù)要求可參閱有關(guān)的主軸組件而確定。,3.4主軸組件的計(jì)算,3.4.1主軸組件計(jì)算時(shí)支承的簡化 3.4.2主軸結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 3.4.3傳動(dòng)件的布置 3.4.4主軸組件的兩支承的最佳跨距的計(jì)算 3.4.5主軸組件采用三支承的跨距的確定 3.4.6主軸組件的剛度校核,3.4.1主軸組件計(jì)算時(shí)支承的簡化,深溝球軸承、單列或雙列圓柱滾子軸承，簡化后的支承點(diǎn)在軸承中部。 圓錐滾子軸承或角接觸球軸承，則支承點(diǎn)在接觸線與軸線交點(diǎn)處，如圖3.9b,c。因此，這類軸承應(yīng)使大口朝外，以使主軸前端的懸伸量減少。,3.4.1主軸組件計(jì)算時(shí)支承的簡化,如一支承上安裝兩個(gè)軸承時(shí)，對(duì)于角接觸軸承采用反裝法可以提高其支承剛度，而支承點(diǎn)應(yīng)在前端軸承的接觸線與軸線交點(diǎn)處，如圖3.9d所示。 對(duì)于接觸角為0的向心軸承，則支承點(diǎn)在前端一個(gè)軸承中部，如圖3.9e所示。其理由為預(yù)緊發(fā)生在前面一列滾子（或滾珠）與后軸承之間。,3.4.1主軸組件計(jì)算時(shí)支承的簡化,如三聯(lián)角接觸球軸承，前兩軸承為同向組合，接觸線朝前（大口朝外），后軸承與之背靠背（反裝），則支承點(diǎn)應(yīng)在前面第一個(gè)軸承的接觸線與軸線交點(diǎn)處，如圖3.9f所示。數(shù)控車床主軸的前支承常采用三聯(lián)軸承組合安裝。,3.4.2主軸結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定,主軸結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括 主軸前后支承軸頸D1 , D2 、 主軸內(nèi)孔直徑d(指空心主軸）、 前端的懸伸量a 主軸的支承跨距L,1主軸直徑的確定,根據(jù)材料力學(xué)可知，主軸的剛度與其慣性矩成正比，而慣性矩與軸的直徑的4次方成正比。主軸直徑越大，剛度值越大，但直徑越大后，會(huì)使材料增加，重量增大，使主軸上的傳動(dòng)件和軸承以及主軸箱尺寸增大；而且由于軸承線速度提高，增加了軸承的發(fā)熱量。因此，主軸直徑D1或D2應(yīng)在合理范圍內(nèi)盡量選大些，以滿足剛度的要求，并兼顧結(jié)構(gòu)緊湊。 為便于安裝傳動(dòng)件及支承件，主軸通常為階梯形，各段直徑向尾端逐漸減小。各段直徑中最重要的，并對(duì)主軸結(jié)構(gòu)尺寸有決定性影響的是同主軸前軸承相配合的軸頸直徑D1。,2.主軸內(nèi)孔直徑d的確定,對(duì)于空心主軸，內(nèi)孔直徑d的大小，應(yīng)在滿足主軸的剛度前提下盡量取大值。,3.主軸前端部懸伸量的確定,主軸前端懸伸量a是指主軸前支承徑向支反力作用點(diǎn)到前端受力作用點(diǎn)之間的距離。 懸伸量a一般取決于主軸端部的結(jié)構(gòu)型式和尺寸、主軸軸承的布置形式及密封形式。經(jīng)分析可得，縮短懸伸量a可以明顯地提高主軸組件的剛度和抗振性。 設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下應(yīng)盡可能取小值，以提高主軸的剛度。,3.4.3傳動(dòng)件的布置,主軸組件一般都由帶或齒輪來傳動(dòng)。通常，主軸前端受到工作載荷（力或扭矩）的作用，而主軸中間或后端受到齒輪或帶傳動(dòng)的力的作用。在這些力（或扭矩）作用下，主軸產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，各支承受到壓力。在結(jié)構(gòu)允許的條件下，合理地布置這些傳動(dòng)件的位置和傳動(dòng)力的方向，可以減少主軸的受力和變形，提高主軸組件的剛度和抗振性。同時(shí)，主軸組件的剛度還與支承跨距L有關(guān)。,1傳動(dòng)件的位置,帶傳動(dòng)裝置多半裝在后軸承的外側(cè)，以防止膠帶沾油和便于膠帶更換。為了改善主軸的受力變形情況，有時(shí)可采用卸荷式帶輪結(jié)構(gòu)，這樣，傳動(dòng)力對(duì)主軸只產(chǎn)生扭矩而不產(chǎn)生彎矩，消除了傳動(dòng)力所引起的主軸彎曲變形。 主軸上的傳動(dòng)齒輪一般安裝在各主軸支承之間。為了減少主軸的彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形，應(yīng)盡可能縮短主軸受扭部分的長度，即將齒輪安置在靠近主軸前支承處。當(dāng)主軸上的傳動(dòng)齒輪有兩個(gè)時(shí)，應(yīng)使傳遞扭矩大的那個(gè)齒輪更靠近前支承。,2.傳動(dòng)力的位置和方向,先假定工作載荷F與傳動(dòng)力FQ作用在同一平面內(nèi)，這樣主軸端部上引起的撓度為最大，是一種最差的狀態(tài)。 主軸受力變形時(shí)，其端部的撓度和支承上受力的大小與作用在主軸上的傳動(dòng)力的位置和方向有關(guān),1）如圖3.10a所示，帶輪安裝在主軸后軸承外側(cè)，F(xiàn)Q與F同向，不能使作用力F和傳動(dòng)力FQ所引起的主軸前端變形部分地相互抵消。所以，這種布局可用于膠帶拉力較小的場合。若膠帶拉力很大，則可考慮采用卸荷式帶輪結(jié)構(gòu)。,2）如圖3. 10b所示，當(dāng)作用力F和傳動(dòng)力FQ均作用在主軸前端，二者方向相反時(shí)，能使引起的主軸前端變形部分地抵消。此外，前支承支反力也較小，主軸受扭長度也較短，但是傳動(dòng)件需要安裝在前支承外側(cè)，增加了主軸的懸伸長度，結(jié)構(gòu)上也較復(fù)雜。,3）如圖3.10c,d所示，大多數(shù)機(jī)床或?qū)Ｓ脵C(jī)床均采用這種布局。圖3. 10c所示的F與FQ的方向相同，能使引起的主軸前端變形抵消一部分，但前軸承的受力較大，要求前軸承有較高的承載能力和剛度。在一般設(shè)計(jì)中，前軸承直徑通常大于后軸承，因而前、后軸承的壽命反而比較接近。圖310d所示的F與FQ的方向相反，則主軸前端的變形較大，而前軸承受力卻較小。,3.4.4主軸組件的兩支承的最佳跨距的計(jì)算,主軸組件所承受的外力通常是作用在主軸前端的徑向力F和力偶矩M以及作用在主軸某處的傳動(dòng)力FQ。這些作用力將使主軸端部發(fā)生撓度，它直接影響主軸組件的工作性能。它是由主軸本身的剛度及其主軸支承的剛度所決定。 根據(jù)力的獨(dú)立性原理，分別考慮在F, M、凡的單獨(dú)作用下求出主軸前端的撓度，然后進(jìn)行向量合成，得出前端的撓度。當(dāng)L=L。（主軸組件的最佳跨距）時(shí)，主軸端部的總撓度為最?。╕=Ymin），即主軸組件具有最大的剛度。,3.4.5主軸組件采用三支承的跨距的確定,大多數(shù)的主軸組件采用前后兩支承。如果前后軸承間距太大（L遠(yuǎn)大于L。），可以加第三支承以提高剛度而成為三支承主軸組件。 三支承主軸有兩種情況：,前、后支承為主，中間支承為輔； 前、中支承為主，后支承為輔。,3.4.5主軸組件采用三支承的跨距的確定,在三支承中，“主”支承應(yīng)消除間隙或預(yù)緊，“輔”支承則應(yīng)保留游隙以至選用較大的游隙，且不能預(yù)緊，決不能三個(gè)軸承都預(yù)緊，否則會(huì)發(fā)生干涉。 在一般情況下，前支承必須為主支承，否則會(huì)影響到主軸前端的旋轉(zhuǎn)精度。 “主”支承既可用圓柱滾子軸承，也可用圓錐滾子軸承?！拜o”支承通常用深溝球軸承或圓柱滾子軸承。,3.4.5主軸組件采用三支承的跨距的確定,當(dāng)傳動(dòng)力對(duì)主軸的作用點(diǎn)較靠近中支承時(shí)，以前、中支承為主要支承可以提高主軸組件的剛度的抗振性； 當(dāng)傳動(dòng)力對(duì)主軸的作用點(diǎn)靠近后支承時(shí)，宜以前、后支承為主要支承； 當(dāng)傳動(dòng)力對(duì)主軸的作用點(diǎn)靠近前支承時(shí)，可以前、中支承為主要支承，也可以前、后支承為主要支承 有資料推薦：當(dāng)L12L0p時(shí)，可取L12=0.42L13。L12為前、中支承的跨距；L13為前、后支承的跨距；L0p為兩支承的最佳跨距。,3.4.6主軸組件的剛度校核,對(duì)一般設(shè)備中的主軸，主要進(jìn)行剛度驗(yàn)算。 通常，如果能滿足剛度要求，也就能滿足強(qiáng)度要求。只有對(duì)重載荷（如粗加工）的主軸才需進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算； 對(duì)于高速主軸，有時(shí)需要進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)算，以防發(fā)生共振。,3.5提高主軸組件性能的措施,3.5.1徑向圓跳動(dòng)量的測(cè)定 3.5.2滾動(dòng)軸承的定向誤差裝配,3.5.1徑向圓跳動(dòng)量的測(cè)定,對(duì)于深溝球軸承等：被測(cè)定軸承放在V型鐵上，如圖3.15所示。測(cè)量表頭指向軸承內(nèi)孔最低點(diǎn)，然后轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)圈，測(cè)出最高點(diǎn)并在內(nèi)圈端面上用硫酸銅溶液標(biāo)記。 對(duì)于NN3000等軸承：測(cè)量時(shí)，應(yīng)將軸承平放在平臺(tái)上，并將外圈固定，測(cè)量方法同上，找出內(nèi) 圈的最高點(diǎn)，并在內(nèi)圈端面上用硫酸銅溶液標(biāo)記 對(duì)主軸內(nèi)錐孔：以主軸軸頸為定位面，將主軸固定在V型鐵上，插入主軸錐孔的測(cè)量心棒，就可測(cè)出錐孔相對(duì)于軸頸的最低點(diǎn)，其值為中心線的偏移量。,3.5.2滾動(dòng)軸承的定向誤差裝配,主軸的前端必須要有定位表面（外圓柱表面或前錐孔表面）。在安裝軸承前，必須首先測(cè)出軸承內(nèi)圈及定位表面的徑向圓跳動(dòng)量，然后再按定向裝配法來裝配軸承，便可達(dá)到提高主軸的旋轉(zhuǎn)精度的目的。,謝謝！,軸向竄動(dòng),徑向圓跳動(dòng),角度擺角,主軸旋轉(zhuǎn)誤差綜合,一、數(shù)控車床主軸部件的結(jié)構(gòu)與調(diào)整,（1)主軸部件結(jié)構(gòu) CK7815型數(shù)控車床主軸部件結(jié)構(gòu)如圖所示，該主軸工作轉(zhuǎn)速范圍為15-5 000 r/min。主軸9前端采用三個(gè)角接觸軸承12，通過前支承套14支套，由螺母11預(yù)緊。后端采用圓柱滾子軸承15支承徑向間隙由螺母3和螺母7調(diào)整。螺母8和螺母10分別用來鎖緊螺母7和螺母11，防止螺母7和11的回松。帶輪2直接安裝在主軸9上（不卸荷）。同步帶輪1安裝在主軸9后端支承與帶輪之間，通過同步帶和安裝在主軸脈沖發(fā)生器4軸上的另一同步帶輪相連，帶動(dòng)主軸脈沖發(fā)生器4和主軸同步運(yùn)動(dòng)。在主軸前端，安裝有液壓卡盤或其他夾具。,CK7815型數(shù)控車床主軸部件結(jié)構(gòu)圖,知識(shí)拓展,角接觸球軸承可以同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，也可以承受純軸向載荷，其軸向載荷能力由接觸角僅（載荷作用線與軸承徑向平面之間的夾角）決定，接觸角越大，承受軸向載荷的能力也越大。角接觸球軸承的裝球數(shù)量比深溝球軸承多，因而載荷容量在球軸承中最大，剛性也大，且可預(yù)凋，工藝性好，公差等級(jí)是球軸承中最高的類型之一，尤其適用于高速、高精度的場合。 此類軸承適用于支承間距不大，雙支承軸上，如機(jī)床主軸，尤其是磨床砂輪軸，內(nèi)燃機(jī)液力變速箱、蝸桿減速器、電鉆、離心機(jī)和增壓器等。,2、加工中心主軸部件的結(jié)構(gòu)與功能,行程開關(guān),彈簧,壓縮空氣管接頭,鋼球,端面鍵,液壓缸,液壓缸,碟形彈簧,拉桿,主軸,刀柄,拉釘,行程開關(guān),加工中心主軸部件的結(jié)構(gòu)如圖所示，主軸前端有7：24的錐孔，用于裝 夾錐柄刀具。端面鍵13既作刀具定位用，又可通過它傳遞轉(zhuǎn)矩。為了實(shí) 現(xiàn)刀具的自動(dòng)裝卸，主軸內(nèi)設(shè)有刀具自動(dòng)夾緊裝置。從圖中可以看出， 該機(jī)床是由拉緊機(jī)構(gòu)拉緊錐柄刀夾尾端的軸頸來實(shí)現(xiàn)刀夾的定位及夾緊 的。 1、夾緊刀夾時(shí)，液壓缸上腔接通回油，彈簧11推活塞6上移，處于圖 示位置，拉桿4在碟形彈簧5的作用下向上移動(dòng)。 2、裝在拉桿前端徑向孔中的4個(gè)鋼球12進(jìn)人主軸孔中直徑較小的d2處被 迫徑向收攏而卡進(jìn)拉釘2的環(huán)形凹槽內(nèi)，因而刀桿拉桿拉緊，依靠摩擦 力緊固在主軸上。 3、換刀前需將刀夾松開時(shí)，壓力油進(jìn)入液壓缸上腔，活塞6推動(dòng)拉桿4 向下移動(dòng)，碟形彈簧被壓縮； 4、當(dāng)鋼球12隨拉桿一起下移至進(jìn)人主軸孔中直徑較大的d1，處時(shí)，它 就不再能約束拉釘?shù)念^部，緊接著拉桿前端內(nèi)孔的臺(tái)肩端面碰到拉釘， 把刀夾頂松，此時(shí)行程開關(guān)10發(fā)出信號(hào)，換刀機(jī)械手隨即將刀夾取下。 5、壓縮空氣由管接頭9經(jīng)活塞和拉桿的中心通孔吹人主軸裝刀孔內(nèi)，把 切屑或臟物清除干凈，以保證刀具的裝夾精度。機(jī)械手把新刀裝上主軸 后，液壓缸7接通回油，碟形彈簧又拉緊刀夾。刀夾拉緊后，行程開關(guān)8 發(fā)出信號(hào)。,加工中心主軸刀柄,刀柄拉釘,3、數(shù)控機(jī)床主軸維護(hù)特點(diǎn),（1）、主軸潤滑 保證主軸有良好的潤滑，減少摩擦發(fā)熱，同時(shí)又能把主軸組件的熱量帶走，通常采用的是循環(huán)潤滑系統(tǒng)。 有兩種方式： 1）油氣潤滑方式 定時(shí)定量的把油霧送進(jìn)軸承空隙中 2）噴注潤滑方式 用較大流量的恒溫油噴注到主軸軸承上，達(dá)到潤滑、冷卻的目的。,（2）防泄漏,圖中(a)是利用軸承蓋與軸的間隙密 封，軸承蓋的孔內(nèi)開槽是為了提高 密封效果，這種密封用在工作環(huán)境 比較清潔的油脂潤滑處； 圖中(b)是在螺母2的外圓上開鋸齒 形環(huán)槽，當(dāng)油向外流時(shí)，靠主軸轉(zhuǎn) 動(dòng)的離心力把油沿斜面甩到端蓋1的 空腔內(nèi)，油液流回箱內(nèi)； 圖中(c)是迷宮式密封結(jié)構(gòu)，在切屑 多，灰塵大的工作環(huán)境下可獲得可 靠的密封效果，這種結(jié)構(gòu)適用油脂 或油液潤滑的密封。非接觸式的油 液密封時(shí)，為了防漏，重要的是保 證回油能盡快排掉，要保證回油孔 的暢通。,臥式加工中心主軸前支承處采用 的雙層小間隙密封裝置。主軸前 端車出兩組鋸齒形護(hù)油槽，在法 蘭盤4和5上開溝槽及泄漏孔，當(dāng) 噴人軸承2內(nèi)的油液流出后被法盤 4內(nèi)壁擋住，并經(jīng)其下部的泄油槽 9和套筒3上的回油斜孔8流回箱， 少量油液沿主軸6流出時(shí)，主軸護(hù) 油槽在離心力的作用下被甩至法 蘭盤4的溝槽內(nèi)，經(jīng)回油斜孔8重 新流回油箱，達(dá)到了防止?jié)櫥?質(zhì)泄漏的目的。,拓展知識(shí),1、電主軸功能及結(jié)構(gòu) 數(shù)控機(jī)床為了實(shí)現(xiàn)高速、高效、高精度的加工，要采用特定的主軸功能部件并且要具有大功率、寬調(diào)速范圍的特性。最適合高速運(yùn)轉(zhuǎn)的主軸形式是將主軸電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子直接裝人主軸單元內(nèi)部（稱之為電主軸），通過交流變頻控制系統(tǒng)，使主軸獲得所需的工作速度和扭矩。電主軸結(jié)構(gòu)緊湊、速度快、轉(zhuǎn)動(dòng)效率高，取消了傳動(dòng)帶、帶輪和齒輪等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)“零傳動(dòng)”，大大減少了主傳動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高了主軸動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和工作精度，徹底解決了主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)傳動(dòng)帶和帶輪等傳動(dòng)件的振動(dòng)和噪聲問題。 以往電主軸主要用于軸承行業(yè)的高速內(nèi)圓磨削，隨著數(shù)控技術(shù)和變頻技術(shù)的發(fā)展，電主軸在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用越來越廣泛，不僅在高速切削機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用，也應(yīng)用于對(duì)工件加工有高效率、高表面質(zhì)量要求的場合以及小孔的加工。 一般主軸轉(zhuǎn)速越高，加工的表面質(zhì)量越好，尤其是對(duì)于直徑為零點(diǎn)幾毫米的小孔，采用高轉(zhuǎn)速的主軸有利于提高內(nèi)孔加工質(zhì)量。,2、電主軸的主要技術(shù)特點(diǎn) 高速軸承技術(shù) 高速電機(jī)技術(shù) 潤滑 冷卻裝置 內(nèi)置脈沖編碼器 自動(dòng)換刀裝置 高速刀具的裝夾方式 高頻變頻裝置,