機械裝備制造 主軸組件課程 共八個章節(jié)學習內(nèi)容

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1、主軸組件Spindle assembly概述第一節(jié) 主軸組件的基本要求第二節(jié) 主軸組件的典型結(jié)構(gòu)第三節(jié) 主軸滾動軸承及其配置型式第四節(jié) 主軸滑動軸承第五節(jié) 軸承的潤滑與密封第六節(jié) 主 軸第七節(jié) 主軸組件的設(shè)計計算第八節(jié) 提高主軸組件性能的一些措施v 大多數(shù)機床都具有主軸組件v除刨床、拉床v有的機床只有一個主軸組件v有的有多個，如磨床(砂輪主軸組件和工件頭架主軸組件)、組合機床v組成主軸、軸承、傳動件、緊固件、密封件等。主軸組件機床的執(zhí)行件 功用：支承并帶動工件或刀具，完成表面成型運動 傳遞運動和轉(zhuǎn)矩 承受切削力和驅(qū)動力等載荷 機床主軸是機床在加工時直接帶動刀具或工件進行切削和表面成形運動的旋轉(zhuǎn)

2、軸。靜態(tài)、動態(tài)和熱態(tài)特性直接影響加工質(zhì)量 轉(zhuǎn)速影響機床的切削生產(chǎn)率 機床的一個重要部件 主軸和傳動軸的共同點 兩者都傳遞運動、轉(zhuǎn)矩并承受傳動力，都要保證傳動件和支承的正常工作條件。不同點 主軸直接承受切削力，還要帶動工件或刀具，實現(xiàn)表面成形運動。主軸組件有較高的要求主軸組件共同點 在結(jié)構(gòu)上：解決工件或刀具在主軸上的定位和裝夾 主軸與軸承以及軸承與支承座孔的定位和裝夾；主軸軸承的潤滑與密封以及軸承間隙的調(diào)整等問題。工藝上：便于制造、裝配、調(diào)整和維修。在使用上：有與機床相匹配的旋轉(zhuǎn)精度、剛度、動態(tài)和熱態(tài)特性、耐磨性等要求第一節(jié) 主軸組件的基本要求總 要 求各類機床的主軸組件都要保證主軸在一定的載荷

3、與轉(zhuǎn)速下能帶動工件或刀具精確而可靠地繞其旋轉(zhuǎn)中心線旋轉(zhuǎn)并能在其額定壽命期內(nèi)穩(wěn)定地保持這種性能。旋轉(zhuǎn)精度 指機床在裝配后，在無載荷、手動或低速轉(zhuǎn)動的條件下，主軸前端安裝刀具或工件的基準面上所測得的徑向跳動、端面跳動和軸向竄動值。純徑向移動純軸向竄動純角度擺動純徑向移動純角度擺動徑向誤差純角度擺動純角度擺動端面誤差 我國已有通用機床統(tǒng)一的精度檢驗標準 主軸組件工作質(zhì)量的最基本的指標 是機床的一項主要精度指標旋轉(zhuǎn)精度 影響被加工零件的幾何精度和表面粗糙度 取決于部件中各主要件如主軸、軸承等的制造精度和裝配、調(diào)整精度。運動精度：當主軸以工作速度旋轉(zhuǎn)時，主軸回轉(zhuǎn)軸線的漂移 運動精度還取決于主軸的轉(zhuǎn)速、軸

4、承的設(shè)計和性能以及主軸組件的動態(tài)特性。二、靜剛度 主軸組件靜剛度主軸剛度。指主軸抵抗外力引起變形的能力。在主軸工作前端施加一個作用力下時，F(xiàn)與主軸在F作用方向上所產(chǎn)生的變形Y之比，即（單位為 N/m）K=FY 扭轉(zhuǎn)剛度 在主軸工作端的靜扭矩T的作用下，主軸工作端產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)角 L為扭矩T的作用距離，扭轉(zhuǎn)剛度 Kt=TL/Nm2rad 一般保證了主軸剛度的主軸，則扭轉(zhuǎn)剛度基本上也能保證。對承受扭矩為主的主軸（如立鉆），則對扭轉(zhuǎn)剛度應(yīng)給予足夠的重視。剛度不足，影響機床的加工精度、傳動質(zhì)量及工作的平穩(wěn)性。如外圓磨床主軸剛度不足時，在磨削力作用下主軸變形到位置2，砂輪母線偏移，使被加工表面上出現(xiàn)螺旋形花紋

5、，降低了加工表面的質(zhì)量。主軸的彎曲變形會使齒輪等傳動件和軸承因受力不均而惡化工作條件，磨損加劇，壽命縮短。剛度不足易引起振動，影響表面粗糙度和生產(chǎn)率影響剛度的主要因素 主軸的結(jié)構(gòu)尺寸 軸承的類型、配置及預(yù)緊 傳動件的布置方式 主軸組件的制造與裝配質(zhì)量等三、主軸組件的振動 抗振性：指其抵抗受迫振動和自激振動而保持平穩(wěn)地運轉(zhuǎn)的能力?？拐裥圆睿汗ぷ鲿r容易發(fā)生振動 影響工件的表面質(zhì)量，限制機床生產(chǎn)率 降低刀具的耐用度和主軸軸承的壽命 發(fā)出噪聲影響工作環(huán)境等 影響主軸組件抗振性的主要因素：主軸組件的靜剛度 阻尼特性 固有頻率 剛度和阻尼比越大越不易產(chǎn)生振動。四、溫升和熱變形 主軸組件工作時，由于摩擦和攪

6、油等而發(fā)熱，產(chǎn)生了溫升。溫升使主軸組件因熱膨脹而變形，稱為熱變形。熱變形會使主軸旋轉(zhuǎn)軸線與機床其它部件間的相對位置發(fā)生變化，影響加工精度；熱變形造成主軸彎曲，使傳動齒輪和軸承的工作狀態(tài)惡化；熱變形還會改變已調(diào)好的軸承間隙和使主軸與軸承，軸承與支承孔之間的配合發(fā)生變化，影響軸承的正常工作，加速磨損，嚴重時甚至發(fā)生軸承抱軸現(xiàn)象。軸承的溫升與轉(zhuǎn)速有關(guān) 主軸軸承在最高轉(zhuǎn)速空轉(zhuǎn)、連續(xù)運轉(zhuǎn)至熱穩(wěn)態(tài)時允許溫升為：高精度機床 810 C 精密機床和數(shù)控機床 1520 C 普通機床 3040 C 滾動軸承溫度不得超過70 C 滑動軸承溫度不得超過60 C 對特別精密的機床則不得超過室溫10 C 影響主軸組件溫升

7、、熱變形的主要因素：軸承的類型和布置方式；軸承間隙和預(yù)緊力的大??；潤滑方式和散熱條件等。五、耐磨性 耐磨性耐磨性是指其長期保持原始精度的能力，即精度的保持性 磨損后對精度有影響的部位首先是軸承。其次是安裝夾具、刀具或工件的定位面和錐孔,還有如鉆、鏜床的移動式主軸的內(nèi)、外導向表面等。為了提高耐磨性，要正確地選擇主軸和滑動軸承的材料及其熱處理方法。一般機床上的上述部位都必須經(jīng)過熱處理，使之具有一定的硬度。要合理調(diào)整軸承間隙，保證良好的潤滑和可靠的密封。第二節(jié) 主軸組件的典型結(jié)構(gòu)軸承類型 滾動軸承主軸組件 滑動軸承主軸組件主軸組件有以下四種類型 1)主軸僅作旋轉(zhuǎn)運動，如車、銑、磨床等 2)主軸旋轉(zhuǎn)運

8、動+軸向進給運動,如鉆床、鏜床、珩磨機床。3）主軸作旋轉(zhuǎn)運動+軸向調(diào)整移動，如龍門銑床、一部分立式銑床、滾齒機。4）主軸繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)+繞另一個與自轉(zhuǎn)軸線平行的軸線作行星運動，如行星銑削頭、行星內(nèi)圓磨床的主軸等。一、車、鏜、銑、加工中心類機床主軸組件1角接觸球軸承主軸組件主軸最高轉(zhuǎn)速為5000rmin主軸前支承內(nèi)三個角接觸球軸承(P4級精度)為背靠背組配 前面兩個同向大口朝外（=25）,第三個大口朝里(=15)，同時能承受徑向載荷和兩個方向的軸向載荷。轉(zhuǎn)動調(diào)整螺母4，推動內(nèi)隔套3和內(nèi)圈(修磨量出廠時已配好)，可以預(yù)緊前軸承，用鎖緊螺母5及柱銷防止調(diào)整螺母4回松，不影響主軸的精度。V形帶輪在主

9、軸尾部懸伸端，后支承的徑向載荷較大，故采用雙列圓柱滾子軸承(SP級精度)。該軸承內(nèi)圈的錐孔錐度為1：12，轉(zhuǎn)動螺母13推動同步齒形帶輪12和內(nèi)套11，使內(nèi)圈右移(向大錐頸方向)，迫使內(nèi)圈徑向脹大，以消除間隙或預(yù)緊，用調(diào)整螺母8和鎖緊螺母7可以使調(diào)整好的精度不受影響；該軸承的外圈可以分離，主軸因熱脹伸長時連帶軸承內(nèi)圈和滾子在外圈內(nèi)滾道上軸向自由移動，有利于保證加工精度。后軸承直徑比前軸承小，預(yù)緊量也小，其溫升不會超過前軸承。如果后支承載荷較小時，可以用二個角接觸球軸承(=15)背靠背組配，如TND360型數(shù)控車床主軸組件。2雙列圓柱滾子軸承主軸組件 CA6140型車床主軸組件改進后的結(jié)構(gòu) 前支承

10、3為NN3000P4型雙列圓柱滾子軸承 調(diào)整鎖緊螺母5來實現(xiàn)預(yù)緊，有利于提高主軸前支承的剛度和旋轉(zhuǎn)精度。后支承外端采用7202P5型角接觸球軸承8，大口朝外(=25)，以承受徑向力和由后向前(自左向右)方向的軸向力；內(nèi)側(cè)為53202P5型推力球軸承7，能承受由前向后(自右向左)方向較大的軸向力，調(diào)整鎖緊螺母10，推動內(nèi)隔套9，可以預(yù)緊軸承8和7。XHK5140型自動換刀數(shù)控鏜銑床主軸組件 前支承2(NN3000KP4型)和雙向推力角接觸球軸承3(234400型)組配，為提高前支承的旋轉(zhuǎn)精度和剛度，可以修磨前端的調(diào)整半環(huán)1和軸承3中的隔套4，轉(zhuǎn)動鎖緊螺母7可以消除軸承2和3的間隙或預(yù)緊。后支承1

11、1為二個6000CP4型深溝球軸承(=15)背靠背組配，通過修磨內(nèi)隔套12，調(diào)整螺母13進行預(yù)緊。主軸前端內(nèi)錐孔錐度為7:24，用作錐柄刀具或刀桿的定位，主軸端面有二個對稱的端面鍵23，用于傳遞刀具的較大的轉(zhuǎn)矩。這類主軸組件的剛度較高、中等轉(zhuǎn)速(dm 500000600000)、精度較高。適用于車、銑、鏜床、磨床和加工中心等類機床3圓錐滾子軸承主軸組件 三支承主軸組件 以前中支承為主，采用圓錐滾子軸承背靠背組配，用碟形彈簧5來控制預(yù)緊力，并補償因主軸熱伸長而使軸承預(yù)緊力的變化。這種結(jié)構(gòu)可視作推力支承在前支承，即前端定位 后支承為輔助軸承7，采用深溝球軸承，不預(yù)緊，保留其游隙，當載荷較大時，該支

12、承處撓度超過軸承的游隙時，軸承才參與工作 前支承為GametH型雙列圓錐滾子軸承，外圍與箱體孔保持微小的間隙配合，在彈簧力的作用下，外圈能夠向后移動 靠后支承P系列軸承中的彈簧力自動消除軸承的間隙，當主軸受熱伸長時，軸承的間隙可以保持不變。二、鉆床類主軸組件 主軸1的旋轉(zhuǎn)主運動由其尾部的花鍵傳入，主軸由軸承3和8支承在套筒5內(nèi)旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)動齒輪6，使套筒(右側(cè)面為齒條)連同主軸作軸向進給運動 該主軸的軸向力較大，徑向載荷較小，如軸向切削力(向上)用推力球軸承4承擔，主軸的重量由推力球軸承7來支承，用螺母9消除軸承4和7的間隙。徑向載荷由深溝球軸承3支承，其游隙不需調(diào)整，就可以滿足主軸的旋轉(zhuǎn)精度要求

13、；為使主軸套筒徑向尺寸較為緊湊，上下支承均采用特輕型的軸承。三、磨床類主軸組件 內(nèi)圓磨頭 這種主軸組件是一個獨立的單元，由專門工廠制造 主軸的轉(zhuǎn)動由電動機(P13kW)經(jīng)平帶輸入主軸左端平帶輪，主軸的右端裝砂輪桿 主軸兩端載荷都較大，故前后支承都配置兩個同向角接觸球軸承 若載荷較小時，兩端支承各裝一個軸承 由于磨削時軸向載荷為左右對稱而且又不大，故軸承采用背靠背組配也是對稱方式，其接觸角=15 該主軸最高轉(zhuǎn)速為16000rmin 屬于高精度、高速型主軸組件，故選用P2級精度軸承，采用定壓預(yù)緊方式，預(yù)緊力靠螺旋彈簧保證。如主軸因運轉(zhuǎn)發(fā)熱而伸長，其伸長量遠小于彈簧的預(yù)壓量，能自動消除間隙并使預(yù)緊力

14、基本保持不變。通過修磨內(nèi)外圈之間的隔套3和4，可以使兩個軸承均勻受力。第三節(jié) 主軸滾動軸承及其配置型式常用軸承 滾動軸承 滑動軸承滾動軸承動壓軸承靜壓軸承旋轉(zhuǎn)精度一般或較好單：一般多：較高可以很高精度保持性高速時差好好剛 度一般高高承載能力一般高可以很高抗振性不好好很好速度性能低中速時好適應(yīng)變速范圍大中高速時好適應(yīng)變速范圍小適應(yīng)各種速度滾動軸承動壓軸承靜壓軸承摩擦損耗較小較小很小噪 聲較大無無，有泵聲結(jié)構(gòu)尺寸軸向小徑向大推力軸承相反軸向大徑向小推力軸承相反軸向大徑向小推力軸承相反壽 命受限制較長無限制造難易專門生產(chǎn)自制自制使用與維修脂潤滑 簡單調(diào)整麻煩調(diào)整麻煩成 本低較低高滾動軸承優(yōu)點 能在轉(zhuǎn)

15、速和載荷變化幅度很大的條件下穩(wěn)定地工作；能在無間隙，甚至在預(yù)緊的條件下工作；摩擦系數(shù)小，有利于減少發(fā)熱；潤滑容易，脂或油；由軸承廠專門生產(chǎn)，可以外購。滾動軸承缺點 滾動體數(shù)量有限，在旋轉(zhuǎn)中徑向剛度變化，同時引起振動 阻尼較低 徑向尺寸較大 主軸軸承的選用對主軸組件的工作性能有很大的影響。主軸較粗，軸承直徑較大，因此軸承的負荷較輕 一般，承載能力和疲勞壽命不是選擇主軸軸承的主要指標 主軸軸承應(yīng)根據(jù)精度、剛度和轉(zhuǎn)速選擇 選擇軸承的類型、組合以及配置型式 為了提高精度和剛度，主軸軸承的間隙應(yīng)該是可調(diào)的一、主軸常用的滾動軸承1.常用的滾動軸承:圓錐滾子軸承、角接觸球軸承、推力球軸承，圓柱滾子軸承、深溝

16、球軸承 滾針軸承等2.其它幾種主軸滾動軸承角接觸球軸承 Angular contact ball bearing 可承受徑向載荷，也可承受軸向載荷 接觸角=15，編號為7000C（36100）接觸角=25，編號為7000AC（46100）=15,7000C（36100）轉(zhuǎn)速高 軸向剛度低 多用于軸向載荷小，轉(zhuǎn)速較高的地方 如磨床主軸 或不受軸向載荷的車、鏜、銑床的主軸后軸承=25，7000AC（46100）軸向剛度高 徑向剛度和允許的轉(zhuǎn)速略低 多用于軸向載荷大的地方 如車、鏜、銑床和加工中心主軸；把內(nèi)外圈相對軸向位移，可以調(diào)整間隙，實現(xiàn)預(yù)緊；多用于高速主軸。為適應(yīng)數(shù)控機床轉(zhuǎn)速的提高，國外已開發(fā)

17、了超高速角接觸球軸承（=15），如采用陶瓷滾珠和減小滾珠直徑，提高球軸承的剛度 多聯(lián)組配 兩個兩個代號為代號為 /D/D 三個三個代號為代號為 /T/T 四個四個代號為代號為 /Q/Q 常用 背靠背代號為 /DB 面對面代號為 /DF 同向（串聯(lián)）代號為 /DT 數(shù)控機床主軸用DB 絲杠軸承用DT深溝球軸承 Deep groove ball bearing 一般不能調(diào)整間隙 常用于精度和剛度要求不太大的地方，如鉆床主軸 軸向載荷由配套的推力軸承承受圓錐滾子軸承 Taperroller bearing 能承受徑向和軸向載荷，承載能力和剛度較高 滾子大端與內(nèi)圈擋邊之間是滑動摩擦，發(fā)熱較多，允許的轉(zhuǎn)

18、速較低雙列圓柱滾子軸承 NN3000K（3182100）型，特輕型 常用 滾道環(huán)槽開在內(nèi)圈上 外圈可分離 內(nèi)圈錐度1：12 NNU4900BK（4382900）型 滾道環(huán)槽開在外圈上，滾動體、保持架、內(nèi)圈為一體 內(nèi)圈裝到主軸軸頸上后再精磨內(nèi)圈外滾道，以避免主軸軸頸的圓度影響滾道精度，并保證滾道與主軸的同軸度。外滾道槽易存油，潤滑較好，但制造復(fù)雜 適用于內(nèi)徑100mm以上的大規(guī)格軸承特點 滾子數(shù)多（5060個），兩列滾子交錯排列，與其它軸承相比在大小相同時，這類軸承剛度較高、承載能力大、允許轉(zhuǎn)速較高。內(nèi)圈有1：12的錐孔與主軸的錐形軸頸相配軸向移動，內(nèi)圈脹大以消除間隙并預(yù)緊。軸承內(nèi)外圈可分離，只

19、能承受徑向載荷。適用于載荷和剛度較高、中等轉(zhuǎn)速的場合雙向推力角接觸球軸承 234400（2268100）系列60雙向推力角接觸深溝球軸承 特 輕 型 2 3 4 4 0 0 與 N N 3 0 0 0 K（3 1 8 2 1 0 0）系 列、超 輕 型234900與NNU4900BK系列軸承配套使用，以承受雙向軸向載荷。組成：外圈3、內(nèi)圈1和6、隔套4 消除間隙和預(yù)緊：修磨隔套4的厚度 外圈3的外圓基本尺寸與同孔徑的NN3000K(3182100)型軸承相同，但外徑為負公差，與箱體孔之間有間隙，不承受徑向載荷，專作推力軸承使用。外圈3開有槽和油孔，潤滑油由此進入軸承 軸承特點:接觸角大，鋼球直

20、徑較小而數(shù)量較多，軸承承載能力和精度較高。極限轉(zhuǎn)速比一般推力球軸承高出1.5倍，與同孔徑的 NN3000K（3182100）型軸承相同。適用于高轉(zhuǎn)速、較大軸向力、中等以上載荷的主軸前支承處雙列圓錐滾子軸承 軸承組成：外圈2、兩個內(nèi)圈1和4、隔套3 調(diào)整間隙或預(yù)緊：修磨隔套3的厚度 外圈軸肩，一端抵住箱體或主軸套筒的端面，另一端用法蘭壓緊，實現(xiàn)軸向定位。因此，箱體孔可做成通孔，便于加工1423 它既可以承受徑向載荷，又可以承受雙向軸向載荷。滾錐數(shù)量多，承載能力和剛度都較大，軸承制造精度較高。適用于中低速、中等以上載荷的機床主軸的前支承處。注意潤滑和冷卻條件加梅（Gamet）軸承 H H系列，用于

21、前支承系列，用于前支承 兩列滾子數(shù)目相差一個，兩列滾子數(shù)目相差一個，使兩列的剛度變化頻率不使兩列的剛度變化頻率不同，以抑制振動。同，以抑制振動。P P系列，用于后支承，與系列，用于后支承，與H H系列配套使用。系列配套使用。P P系列外圈上有彈簧，用作系列外圈上有彈簧，用作預(yù)緊。彈簧數(shù)為預(yù)緊。彈簧數(shù)為16162020，視直徑而定。視直徑而定。加梅軸承采用加梅軸承采用空心滾子空心滾子及及整體式保持架整體式保持架 整體式保持架（鋁質(zhì)）把滾子之間的間隙占滿，迫使大部分油通過滾子的中孔，以冷卻不易散熱的滾子，小部分油通過滾子與滾道之間，起潤滑作用（圖中外圈上的徑向小孔為進油孔），改善了散熱條件。必須用

22、油潤滑，難以用于立式機床 為便于保證制造精度，與所有精密的圓錐滾子軸承一樣，加梅軸承的內(nèi)圈滾道錐面的小直徑端設(shè)有擋邊。三、滾動軸承間隙的調(diào)整和預(yù)緊 滾動軸承在較大間隙的情況下工作時，會使載荷集中作用在處于加載方向的一、二個滾動體上，使該滾動體和內(nèi)、外圈滾道接觸處產(chǎn)生很大的集中應(yīng)力，從而使軸承磨損加快，壽命縮短，還降低剛度。當把軸承調(diào)整到不僅完全消除間隙，而且產(chǎn)生一定的過盈量（或稱負間隙）時，這就是滾動軸承的預(yù)緊。預(yù)緊后滾動體和滾道接觸處產(chǎn)生一定的彈性變形 接觸面積加大 承載區(qū)逐漸擴大 各滾動體受力較均勻 抵抗變形的能力增大 剛度增加，壽命延長 由下可知，用1800N預(yù)緊力預(yù)緊后，再受外載荷作用

23、時變形就小，即軸承剛度提高了 一般在設(shè)計主軸組件時，應(yīng)在結(jié)構(gòu)上確保能對軸承進行預(yù)緊和調(diào)整。預(yù)加載荷過大，致使過盈量超過合理的預(yù)緊量，不但剛度增加不明顯，而且使軸承磨損和發(fā)熱量大為增加，壽命顯著縮短，如曲線所示。NN3000K（3182100）系列軸承預(yù)緊方法 通常用軸向移動軸承內(nèi)圈來實現(xiàn)調(diào)整的 圖a結(jié)構(gòu)最簡單，但控制預(yù)緊量較困難，當預(yù)緊量過大時松卸軸承不方便。圖b用右邊螺母來控制預(yù)緊量，調(diào)整方便，但主軸前端要加工螺紋，工藝性差。圖c是在軸端凸緣上做有螺孔，工藝簡單，但用幾只螺釘調(diào)整易將環(huán)1壓偏，影響旋轉(zhuǎn)精度。圖d將環(huán)1做成兩半，可取下修磨來控制調(diào)整量，故調(diào)整比較方便，半環(huán)由固定在主軸軸端的套抱

24、住，工作時不致松脫。角接觸球軸承的調(diào)整方法 方法：使其內(nèi)、外圈產(chǎn)生相對位移來實現(xiàn)調(diào)整的。圖a是將內(nèi)圈或外圈相靠的側(cè)面磨去厚度，然后用螺母將內(nèi)圈或外圈擰緊。圖b是在兩個軸承的內(nèi)、外圈之間都裝有隔套，并使內(nèi)隔套厚度比外隔套短2，裝配時用螺母擰緊。缺點重調(diào)間隙時必須把軸承從主軸上拆下，很不方便。圖示是用彈簧（沿圓周分布）來保持一個基本不變的預(yù)加載荷，軸承磨損后能自動補償，且不受熱膨脹影響。缺點只能承受單方向軸向力，另一方向的軸向力作用在彈簧上，因而剛度較差，為了提高精度或結(jié)構(gòu)上的需要，常通過調(diào)整預(yù)緊量用的螺母、隔墊、套筒、其他軸承或齒輪等傳動件來推動軸承內(nèi)圈。其工作面應(yīng)與主軸旋轉(zhuǎn)中心線相垂直，否則在

25、預(yù)緊時會使軸承歪斜，從而影響主軸的旋轉(zhuǎn)精度。常見的防松方法 圖a用擰緊的兩個螺母來防松 圖b用緊定螺釘來防松 如果調(diào)整螺母的端面跳動對軸承內(nèi)圈的精度影響不大，則可采用圖c和圖d所示的較為簡單的方法。四、主軸滾動軸承的精度和配合 主軸滾動軸承精度主要采用P2、P4、P5（B、C、D）三級。相當于ISO標準的2、4、5級。SP級和UP級作為補充；SP級和UP級的旋轉(zhuǎn)精度，相當于P4級和P2級，內(nèi)外圈的尺寸精度，則相當于P5級和P4級P0P6P5P4P2GEDCB 軸承的工作精度主要決定于旋轉(zhuǎn)精度 殼體孔和主軸頸是根據(jù)一定的間隙和過盈要求配作 軸承內(nèi)、外徑的公差即使略寬也并不影響工作精度，但是卻可以

26、降低成本。向心軸承(接觸角45的軸承)用于切削力方向固定的主軸，如車、銑、磨床等的主軸，對軸承的徑向精度影響最大的，是“成套軸承的內(nèi)圈徑向跳動Kia”用于切削力方向隨主軸旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的主軸，如鏜床和鏜銑加工中心主軸，對軸承的徑向精度影響最大的，是“成套軸承的內(nèi)圈外向跳動Kea”推力軸承影響旋轉(zhuǎn)精度(軸向跳動)的,是“軸圈滾道對底面的變動量”Si 角接觸球軸承和圓錐滾子軸承既能承受徑向載荷,又能承受軸向載荷,Kia和 Kea外,還有影響軸向精度的“成套軸承內(nèi)圈端面對滾道的跳動Sia”前后軸承的精度對主軸旋轉(zhuǎn)精度的影響 前軸承內(nèi)圈有偏心量a(即徑向跳動量的一半)后軸承偏心量為零 主軸端部的偏心量為：

27、后軸承有相同的偏心量b 前軸承偏心量 主軸端部的偏心量為：結(jié)論 前軸承的精度對主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度影響較大 前軸承的精度應(yīng)選得高一些，通常比后軸承精度高一級。各種精度等級的機床，主軸滾動軸承的精度等級可參考表3-5選用。數(shù)控機床可按精密級或高精度級選用。主軸軸承精度機床精度等級前 軸 承后 軸 承普通精度級P5 或 P4（SP）P5 或 P4（SP）精密級P4（SP）或 P2（UP）P4（SP）高精度級P2（UP）P2（UP）軸承的精度不但影響主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度，而且精度越高，各滾動體受力越均勻，有利于提高剛度和抗振性，減少磨損，提高壽命。目前，普通機床主軸軸承都有取P4（SP）的趨勢。滾動軸承

28、的配合對主軸組件的工作性能也有很大影響。軸承內(nèi)圈與軸頸、外圈與支承座孔的配合過松，受載后出現(xiàn)松動，影響主軸組件旋轉(zhuǎn)精度和剛度，縮短壽命。過緊，使內(nèi)、外圈變形，影響旋轉(zhuǎn)精度，加速軸承的磨損。增加溫升和熱變形，裝配困難。滾動軸承的配合:表4-7軸頸與軸承內(nèi)圈的配合 m5緊固性較好，但不易裝拆。k5平均過盈接近于零，易裝拆，受沖擊不大時同軸度較好。軸承外圈與支承座孔的配合：應(yīng)稍松一點 常用j6、js6或k6 重載時才用m6 對于輕載的精密機床，為避免軸頸或支承座孔的形狀誤差影響軸承精度，常采用有間隙的配合。對需要調(diào)整間隙的軸承，為使調(diào)整時能軸向移動，配合應(yīng)稍松些。第四節(jié) 主軸滑動軸承分 類 按油膜壓

29、力形成的方法不同，可分為：動壓軸承 靜壓軸承 動壓軸承是靠軸的轉(zhuǎn)動形成油膜而具有承載能力 承載能力與滑動速度成正比 低速時，承載能力太低。因此動壓軸承用于高速和轉(zhuǎn)速變化不大的地方，如磨床主軸。靜壓軸承的油膜壓強是靠液壓泵建立的，與主軸的轉(zhuǎn)速關(guān)系不大 常用于低速或轉(zhuǎn)速變化較大的地方 靜壓軸承的油膜較厚，對軸頸和軸瓦孔的圓度誤差能起均化作用 靜壓軸承還用于精度要求較高的主軸 靜壓軸承需要一套供油設(shè)備(液壓泵，電動機、油箱)，對油的潔凈度要求也較高 能用動壓軸承應(yīng)盡量用動壓軸承，只有動壓軸承不能滿足要求(如低速，轉(zhuǎn)速變化大，高精度)時才用靜壓軸承。一、液體動壓軸承 工作原理 主軸靜止不轉(zhuǎn)時，軸頸與軸

30、承之間間隙，在載荷F（包括主軸重在量）的作用下，軸頸偏向下方與軸承表面之間形成楔形縫隙如圖a所示。主軸開始轉(zhuǎn)動時，速度較低，軸頸與軸承仍是金屬表面接觸（邊界潤滑），摩擦力使軸頸向前滾動，接觸點偏向前方（圖b）隨著轉(zhuǎn)速的增加，帶入楔形縫隙的油量逐漸增多，楔形縫隙中油膜壓力逐漸升高，當油膜壓力能支持外力下時，軸頸被抬起，滑動表面完全分開（圖3-18c）主軸轉(zhuǎn)速進一步加快，油膜壓力繼續(xù)增加，軸頸中心接近于軸承孔中心（圖3-18d）按工作時形成油楔數(shù)量的不同可分為 單油楔動壓軸承 多油楔動壓軸承 主軸動壓軸承廣泛采用多油楔動壓軸承 多油楔軸承工作時，軸頸周圍能產(chǎn)生多個油楔，當轉(zhuǎn)速變化時，各個油楔壓力的

31、變化值大體相同，可以互相抵消，不致引起主軸軸心的漂移。當主軸外載荷變化時，軸心稍有偏移，這時如前方的油楔變薄而壓力升高，則后方的油楔變厚而壓力降低，形成新的平衡。多油楔動壓軸承比單油楔動壓軸承的剛度大，旋轉(zhuǎn)軸心比較穩(wěn)定，旋轉(zhuǎn)精度較高。二、液體靜壓軸承 動壓軸承缺點：轉(zhuǎn)速低于一定值時，壓力油膜無法建立 當主軸處于低轉(zhuǎn)速或啟動、停止過程中，產(chǎn)生干摩擦。主軸轉(zhuǎn)速變化，壓力油膜的厚度變化，軸心位置發(fā)生改變。靜壓軸承優(yōu)、缺點 優(yōu)點：靜壓軸承在軸頸與軸承間有一層高壓油膜，它具有良好的吸振性能；旋轉(zhuǎn)精度高，抗振性好。缺點：是需要配備一套專用的供油系統(tǒng)，而且制造工藝復(fù)雜。1工作原理 靜壓軸承組成：供油系統(tǒng) 節(jié)

32、流器 軸承工作原理 軸承內(nèi)圓柱面上，等間隙 地開有幾個油腔（通常為 4個）。各油腔之間開有回油槽。用過的油一部分從這些回油槽流回油箱（徑向回油），另一部分則由兩端流回油箱（軸向回油）。油腔四周形成適當寬度的軸向封 油面和周向封油面，它們和軸頸 之間的間隙一般為 0.020.04mm。油泵供油壓力為ps，油液經(jīng)節(jié)流器T進入各油腔，將軸頸推向中央，油液最后經(jīng)封油面流回油箱，壓力降低為零。當主軸不受載荷且忽略自重時，則各油腔的油壓相同，保持平衡，軸在軸承正中心，這時軸頸表面與各腔封油面之間的間隙相等，均為h0。當主軸受徑向載荷（包括自重）F作用后，軸頸向下移動產(chǎn)生偏心量e。油腔3處的間隙減小為h0-

33、e，由于油液流過間隙小的地方阻力大，流量減小，因而流過節(jié)流器T3的流量減少，壓力損失隨之減小 供油壓力ps 一定，油腔3內(nèi)的油壓p3升高 油腔1處的間隙增大為h0e，由于油液流過間隙大的地方阻力小，流量增加，因而流過節(jié)流器T1的流量增加，壓力損失亦隨著增加，所以油腔1內(nèi)的油壓p就降低，這樣油腔3與油腔1之間形成了壓力p=p3-p1，產(chǎn)生與載荷方向相反的托起力，以平衡外載荷F。如油腔的有效承載面積為A，則軸承的承載能力為：F=A（p3-p1）各油腔由同一個液壓泵供油，則每個油腔必須串聯(lián)一個節(jié)流器。沒有節(jié)流器，各油腔油壓相同，互相抵消，就不能平衡外載荷了，這時主軸產(chǎn)生位移，甚至使軸頸與軸承表面接觸

34、 油腔壓力是液壓泵供給的，與軸的轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此，靜壓軸承可以在很低的轉(zhuǎn)速下工作。潤 滑 作用:減少摩擦、降低溫升和防止腐蝕 潤滑不良軸承溫升劇增，加速軸承的磨損，影響主軸組件的正常工作 潤滑劑的選用和潤滑方式?jīng)Q定于軸承的類型、速度和工作負荷 滾動軸承潤滑脂或潤滑油潤滑 速度較低時，溫升較低脂潤滑 速度較高時油潤滑 按軸承的速度因數(shù)ndm選擇 ndm較低時脂潤滑 ndm較高時油潤滑1脂潤滑 優(yōu)點：潤滑脂的粘度大，不易流失，不需要經(jīng)常更換，密封簡單 缺點：摩擦阻力大，機械效率低，流動性差，導熱系數(shù)小 適用于ndm值較低的場合，特別適用于立式或套筒式主軸組件，可防止漏油 常用的油脂有：理基潤滑脂 精

35、密主軸潤滑脂2潤滑油 主軸軸承速度較高時，宜采用潤滑油 優(yōu)點：摩擦阻力小，冷卻效果好，具有沖洗作用 為了保證滾動體與滾道接觸面上有足夠壓強的油膜，應(yīng)使?jié)櫥驮谳S承工作溫度下的粘度為（1223）10-6m2/s 潤滑方式：飛濺、滴油、循環(huán)、油霧和噴射等 主要根據(jù)軸承的速度因素ndm值選擇，可參考表4-8。潤滑方式飛濺滴油循環(huán)油霧噴射ndm值225000320000230000400000420000 6000005500D0 8000007500001000000（1）飛濺潤滑 利用齒輪或?qū)ｉT葉片等的旋轉(zhuǎn)，使?jié)櫥惋w濺 一般濺油齒輪浸入油中高度為1/2齒高至齒高的23倍，圓周速度為36ms，以免

36、引起潤滑不充分或過大的空載損失 油的粘度一般在50C時為（2030）10-6m2/s。常用N46或N68機械油 適用于要求不高的機床上（2）滴油潤滑 采用滴油器或絨線間斷地供給少量潤滑油 應(yīng)通過試驗找出溫度最低的滴油量，一般每小時供油1100g 適用于需油量不大的場合 常用N46或N68機械油（3）循環(huán)潤滑 用專門油泵經(jīng)油管供油進行強制循環(huán)潤滑 同時具有潤滑和冷卻作用；油容易過濾，清潔度較好，能保證充分而均勻地輸出潤滑油，是一種比較完善的潤滑方法 適用于高速重載主軸組件 角接觸軸承有泵油效應(yīng)，油從小口進入 常用N46或N68機械油（4）油霧潤滑 利用壓縮空氣，通過專門的霧化系統(tǒng)形成含少量油的油

37、霧噴入軸承，起到潤滑和冷卻作用 沒有油的攪拌損失，油的溫升小 以空氣氣流作為冷卻劑，冷卻效果好 需要專門設(shè)備，價格較高，用于高速主軸 油的粘度一般在40C時為（1837）10-6m2/s（5）噴射潤滑 軸承周圍安裝34個噴嘴，將壓力為 0.4MPa的油注射到保持架與軸承圈空隙中 周期性供油 特別適用于轉(zhuǎn)速極高的主軸 設(shè)備復(fù)雜，價格更高 油的粘度一般在40C時為(815)10-6m2/s二、主軸滑動軸承的潤滑 應(yīng)用潤滑油潤滑，由于發(fā)熱較大，應(yīng)盡量采用循環(huán)潤滑方式 動壓軸承間隙較小，為減少發(fā)熱，油的粘度應(yīng)較低一些 車床的主軸滑動軸承:常用N15主軸油 磨床轉(zhuǎn)速較高，間隙較小:常用N3主軸油 靜壓軸

38、承因間隙較大，可用Nl5或N32機械油。油在進入動壓軸承或靜壓軸承的節(jié)流器之前，應(yīng)再經(jīng)一次細過濾三、主軸組件的密封 作用:1.防止灰塵、屑未和切削液等進入軸承，以減少腐蝕和磨損；2.防止?jié)櫥屯饴?，保護環(huán)境，避免污染分類 分接觸式密封和非接觸式密封兩類。接觸式:有摩擦和磨損，發(fā)熱嚴重，用于低速主軸。非接觸式:迷宮式和隙縫式，發(fā)熱很小，應(yīng)用廣泛。為保證密封作用，旋轉(zhuǎn)部分與固定部分之間的徑向間隙應(yīng)小于0.20.3mm，還要有回孔油，以防漏油。脂潤滑 脂潤滑，密封主要是防止外界異物進入 采用間隙式或迷宮式密封裝置 油溝式在蓋的內(nèi)腔中車出梯形或半圓形截面的環(huán)形油槽，并填 滿潤滑脂。迷宮式密封，是在組件

39、的轉(zhuǎn)動和固定部分之間做成復(fù)雜而曲折的通道，間隙不超過0.20.3mm，并填滿潤滑脂。徑向迷宮式軸向迷宮式油潤滑 對于用油潤滑的主軸，潤滑油的防漏，主要靠疏導，可采用圖4-20所示的油溝式和擋油圈式密封裝置。圖4-20a用軸上的油溝 用襯套上的油溝防止油液外漏 在旋轉(zhuǎn)時流入油溝的油液被離心力甩到端蓋的空腔1中，再通過端蓋下面的小孔2流回到軸承中 鋸齒的方向逆著油流方向 X61型臥式銑床主軸的前端，采用擋油圈式密封 擋油圈1用來擋油和甩油，毛氈圈2用來防止灰塵、屑末等進入MAZAK車床主軸組件 潤滑油經(jīng)前軸承后，向右經(jīng)主軸的凸肩外流，凸肩右邊的外圓上有鋸齒形的環(huán)槽。主軸旋轉(zhuǎn)時將油甩向端蓋內(nèi)的空腔，

40、再由回油孔流回主軸箱，回油孔直徑盡可能大一些，以保證回油通暢，一般鋸齒形的環(huán)槽應(yīng)有23條，以保證被濺回的油再次被鋸齒形環(huán)槽甩回空腔，鋸齒的方向應(yīng)逆著油流的方向。后支承左側(cè)的隔套兼作擋油圈，其外圓上的鋸齒形環(huán)槽的鋸齒方向向前。圖3-19所示M1432A型萬能外圓磨床砂輪架主軸組件，軸承由注入砂輪架箱體中的潤滑油進行油浸式潤滑。主軸的一部分浸在油中，旋轉(zhuǎn)時把油帶入軸承。這時顯然不能采用甩油密封，應(yīng)該由耐油橡膠制造的回轉(zhuǎn)軸密封圈（皮碗）密封。皮碗式油封不可在于摩擦的條件下工作，與密封的接觸面應(yīng)保持有適當厚度的油膜。主要內(nèi)容 主軸的結(jié)構(gòu) 主軸材料與熱處理方法 主軸技術(shù)要求一、主軸的結(jié)構(gòu)主軸結(jié)構(gòu)取決于

41、機床類型 主軸上所安裝的傳動件 軸承和密封件等零件的類型、數(shù)目、位置和安裝定位方法等 主軸加工和裝配的工藝性 為了便于裝配和滿足軸承、傳動件等軸向定位的需要，主軸一般是階梯形的軸 直徑從前端向后或者是從中間向兩端部逐段縮小 各階梯之間應(yīng)有退刀槽 為了與齒輪等傳動件周向連接以傳遞轉(zhuǎn)矩，主軸上經(jīng)常帶有鍵槽或花鍵主軸的軸端結(jié)構(gòu) 應(yīng)保證夾具或刀具安裝可靠、定位準確、連接剛度高、裝卸方便和能傳遞足夠的轉(zhuǎn)矩。由于夾具和刀具已標準化，因此通用機床主軸端部的形狀和尺寸也已標準化 機床設(shè)計手冊第三冊圖3-29a 為普通車床主軸軸端的結(jié)構(gòu)，圓柱面x和端面y為卡盤的定位面，用螺紋鎖緊卡盤，莫氏錐孔用來安裝頂尖或芯軸

42、等。優(yōu)點:制造簡單，裝卸卡盤方便；缺點:圓柱面定位的精度和連接剛度均較低，主軸懸伸量大。當主軸在高速運轉(zhuǎn)下迅速制動時，卡盤有自動松脫的危險。圖3-29b 是上面的另一結(jié)構(gòu)變型，定心軸頸面x移到緊固螺紋的前面，增加了徑向定位精度?？ūP徑向定位精度高圖3-29c 改進的短錐法蘭式結(jié)構(gòu),卡盤用短錐面x(7730)和法蘭端面y定位,撥銷傳遞扭矩 優(yōu)點：卡盤定位精度和連接剛度高，主軸懸伸量小，主軸制動時卡盤不會松脫。應(yīng)用：普通車床，六角車 床，多刀車床、內(nèi)圓磨床 缺點：制造精度要求高。圖3-29d 是銑床主軸軸端的結(jié)構(gòu) 銑刀或銑刀桿由前端錐度為7:24的錐孔定位，然后用拉桿從 主軸孔的后端拉緊 傳遞扭矩

43、:橫鍵1 圖3-29e 外圓磨床砂輪主軸的軸端結(jié)構(gòu) 砂輪通過法蘭盤安裝在軸端錐度為1:5的外錐體上，并用螺母拼緊 位于圓錐面上的半圓鍵 用以傳遞轉(zhuǎn)矩。錐度：保證對中精度圖3-29f 內(nèi)圓磨床砂輪主軸軸端結(jié)構(gòu) 砂輪通過接長軸安裝到主軸上 莫氏錐孔定位并傳遞扭矩 錐孔底部的螺紋緊固長軸圖3-29g 鉆鏜類等軸向力為主的機床主軸軸端結(jié)構(gòu) 刀桿或刀具用莫氏錐孔定位 錐孔或右端第一個扁孔傳遞扭矩 第二個扁孔用以拆卸刀具圖3-29h 組合機床主軸軸端的結(jié)構(gòu) 主軸內(nèi)孔為圓柱孔 前端帶有莫氏錐孔的刀具接桿可安裝在主軸孔中 平鍵傳遞扭矩 右端的圓螺母用來 調(diào)整刀具的軸向位置二、主軸材料與熱處理 根據(jù)強度、耐磨性

44、、載荷特點和熱處理后變形大小選擇 尺寸一定，主軸的剛度取決于材料的彈性模量E 各種鋼材的E值基本相同，且與熱處理無關(guān) E=2.1107N/cm2 常用的如4545鋼或鋼或6060號鋼號鋼:價格便宜 一般機床主軸：常用45鋼，調(diào)質(zhì)到220250HBS，主軸端部錐孔、定心軸頸或定心圓錐面等部位局部淬硬至HRC5055。支承用滾動軸承，軸頸可不淬硬，但是不少主軸為了防止敲碰損傷軸頸的配合表面，軸頸處仍然進行淬硬。若支承用滑動軸承，則軸頸處需高頻淬硬，保證耐磨性。若為重負荷，為提高抗疲勞性能，可選用40Cr或50Mn2鋼。對受沖擊載荷較大的主軸或軸頸處需要更高的硬度時，可選用20Cr進行滲碳淬火處理至

45、HRC5662。精密機床的主軸，要求在長期使用中因內(nèi)應(yīng)力引起的變形要小，故應(yīng)選用在熱處理后殘余應(yīng)力小的材料,如40Cr或45MnB鋼。支承在滑動軸承上的高精度磨床的砂輪主軸，鏜床和坐標鏜床主軸，要求有很高的耐磨性，可選用38CrMoAlA鋼，進行氮化處理，使表面硬度達到HV11001200（相當于HRC6972）。表3-10主軸的材料和熱處理鋼 材熱處理用 途45調(diào)質(zhì) HRC2228一般機床主軸、傳動軸40Cr淬 硬 HRC4855載荷較大，或表面要求較硬的主軸40Cr高頻淬硬 HRC5562 滑動軸承的主軸軸頸20Cr滲碳淬硬 HRC5662軸頸處需要高硬度或沖擊性較大的主軸9Mn2V淬 硬

46、 HRC5962高精度機床主軸，熱處理變形較小38CrMOAIA氮化處理 HV8501200高精度機床主軸，保證熱處理變形小50Mn2調(diào) 質(zhì) HRC2835載荷較大的重型機床主軸三、主軸的技術(shù)要求 主軸的精度直接影響主軸組件的旋轉(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)系到接觸剛度 設(shè)計主軸時，必須根據(jù)機床精度標準有關(guān)的項目制定合理的技術(shù)要求。支承軸頸 基準統(tǒng)一工作基準、工藝基準、測量基準 工作時，軸頸作為工作基準進行旋轉(zhuǎn)運動 加工時，為保證錐孔中心和軸頸中心同軸度，一般以軸頸作為工藝基準來精磨錐孔 檢查主軸精度時，以軸頸作為測量基準來檢查各部分的同軸度和垂直度

47、軸頸及其定位軸肩的技術(shù)要求，應(yīng)滿足主軸旋轉(zhuǎn)精度的要求。普通精度級機床主軸，其支承軸頸的尺寸精度為IT5，軸頸的幾何形狀允差通常應(yīng)小于其尺寸公差的1/41/2?；瑒虞S承軸頸的表面粗糙度為Ra0.2m，安裝滾動軸承處為Ra0.4m。安裝卡盤、刀盤和傳動件的定位基準 必須要有與卡盤、刀盤和傳動件相適應(yīng)的技術(shù)要求，包括：尺寸公差、表面粗糙度以及和前、后支承軸頸的同軸度允差等。定位軸肩 定位軸肩是軸承和其他零件的軸向定位面 與支承軸頸之間有垂直度要求。鍵槽與花鍵 制造精度影響傳動件的定心和移動是否輕便 規(guī)定鍵槽與主軸中心線的平行度和對稱度螺紋部分 用于壓緊軸承和傳動件的螺紋部分，為防止將軸承和傳動件壓偏

48、斜 螺紋精度 螺母端面對軸線的垂直度內(nèi)錐孔 安裝刀具或頂尖的定位基準。檢查主軸與其它部件的相互位置精度時，內(nèi)錐孔是代表主軸中心線的基準。要求:一定的幾何形狀允差 表面粗糙度 硬度 與支承軸頸的同軸度要求第七節(jié)第七節(jié) 主軸組件的設(shè)計計算主軸組件的設(shè)計計算設(shè)計內(nèi)容結(jié)構(gòu)設(shè)計主要尺寸的計算設(shè)計步驟 l）搜集和分析資料：國內(nèi)外同類機床主軸組件的圖紙，有關(guān)軸承資料等。2）初選結(jié)構(gòu)參數(shù)：主軸直徑D、內(nèi)徑d 懸伸量a和支承跨距L等。3）初步確定主軸組件的布局：軸承配置型式、傳動件的布置等。4）繪制結(jié)構(gòu)草圖，并根據(jù)結(jié)構(gòu)上的要求對布局和參數(shù)進行修改。5）必要的驗算：剛度和抗振性驗算。6）根據(jù)驗算結(jié)果修改草圖并繪制

49、裝配圖和零件圖等。一、主軸結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇主軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括：主軸的平均直徑D(或前軸頸直徑D1)內(nèi)孔直徑d（對空心主軸）前端的懸伸量a 主軸的支承跨距L步 驟 確定前軸頸直徑D1 確定內(nèi)徑d和主軸前端的懸伸量a 根據(jù)D、a 和主軸前支承的剛度確定支承跨距L1主軸直徑D（或D1）的選擇 D（或D1）主軸的剛度 孔徑 主軸上的傳動件和軸承的徑向尺寸 傳動件：使整個變速箱結(jié)構(gòu)龐大 軸承：增加軸承的發(fā)熱量 結(jié)論:D（或D1)應(yīng)在合理的范圍內(nèi)選大些區(qū)域I:中等轉(zhuǎn)速、中等以上載荷區(qū)域II:中等以上轉(zhuǎn)速、中等以下載荷及三支承主軸升降臺銑床升降臺銑床P-D1統(tǒng)計曲線統(tǒng)計曲線區(qū)域I:中等轉(zhuǎn)速、中等以上載荷區(qū)

50、域II:中等以上轉(zhuǎn)速、中等以下載荷及三支承主軸D1根據(jù)機床主電動機功率確定區(qū)域I:中等轉(zhuǎn)速、中等以上載荷區(qū)域II:中等以上轉(zhuǎn)速、中等以下載荷及三支承主軸D1根據(jù)機床主參數(shù)確定 表3-11所示為普通車床主軸前軸頸直徑D1和主參數(shù)最大加工直徑Dmax的關(guān)系。Dmax200 250315 400500630 1000D10.27Dmax 10 0.25Dmax 15 0.22Dmax 150.2Dmax 15外圓磨床砂輪架主軸前軸頸直徑D1和主參數(shù)最大磨削直徑Dmax的關(guān)系320Dmax200萬能普通500大型專用外圓磨床大型曲軸磨床D150656580100120150后軸頸的直徑 D2 車床和銑

51、床主軸后軸頸的直徑D2可根據(jù)前軸頸直徑D，按下列經(jīng)驗公式來定：D2（0.70.8）D1 也可按下式計算 D1（1.11.15）D D2（0.85+0.9）D D為平均直徑2主軸內(nèi)孔直徑的選擇 主軸內(nèi)孔作用：1.通過棒料、夾緊刀具或工件用的拉桿、冷卻管等 2.大型、重型機床的空心主軸，減輕重量 確定d的原則：在滿足對空心主軸孔徑的要求和最小壁厚要求以及不削弱主軸剛度的要求下盡量取大些。軸的剛度K與抗彎截面慣性矩I成正比，與直徑之間有下列關(guān)系：41）（實空實空DdIIKK 當d/D0.50.6時，K空與K實相差小，即內(nèi)孔d對主軸的剛度降低的影響很小 當d/D=0.7時，剛度降低約25 因此，為了不

52、致于過分地削弱主軸剛度，一般應(yīng)使d/D0.7 還應(yīng)考慮主軸后軸頸處壁厚是否足夠41）（實空實空DdIIKK推薦值 普通車床d/D（或d/D1)0.550.6 d1為前軸頸處內(nèi)孔直徑；轉(zhuǎn)塔車床和自動半自動車床，d/D=0.60.65；銑床:d拉桿直徑+（510）mm3主軸前端懸伸量的選擇 主軸懸伸量:指主軸前支承徑向反力作用點到主軸前端受力作用點之間的距離。主軸懸伸量a值愈小愈能提高主軸組件剛度 確定a的原則：在滿足結(jié) 構(gòu)要求的前提下，盡可能 取小值。主軸懸伸量a取決于 主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸 工件或刀具的安裝方式 前軸承的類型及組合方式 潤滑與密封裝置的結(jié)構(gòu)等減小a值的措施：l）采用短錐法蘭

53、式的主軸端部結(jié)構(gòu) 2）推力軸承在徑向軸承內(nèi)側(cè) 3）盡量利用主軸端部的法蘭盤和軸肩等構(gòu)成密封裝置 4)成對安裝的圓錐滾子軸承，應(yīng)采取滾錐小端相對形式 成對安裝的角接觸球軸承，應(yīng)采取類似的背對背型安裝表3-13主軸懸伸量與前軸頸直徑之比機 床 和 主 軸 的 類 型a/D1通用和精密車床，自動車床和短主軸端銑床，用滾動軸承支承，適用于高精度和普通精度要求0.6-1.5中等長度和較長主軸端的車床和銑床，懸伸不太長（不是細長）的精密鏜床和內(nèi)圓磨床，用滾動軸承和滑動軸承支承，適用于絕大部分普通生產(chǎn)的要求1.25-2.5孔加工機床，專用加工細長深孔的機床，由加工技術(shù)決定，需要有長的懸伸刀桿或主軸可移動，因

54、切削較重而不適用于有高精度要求的機床2.54主軸合理跨距的選擇 圖4-30所示 主軸軸端受力下作用后，其軸端的彈性變形y由y1、y2 兩部分組成。（1）剛性支承上彈性主軸端部的位移y1 假設(shè)支承為剛體，主軸彈性變形引起的主軸軸端位移y1,按兩支點梁的撓度公式計算：當主軸平均直徑為D，內(nèi)孔直徑d時，主軸截面的平均慣性矩 I=（D4-d4)64；E為彈性模量,E=2.1105Nmm2左右1331aLEIFay（2）彈性支承上剛性主軸端部的位移y2 假設(shè)主軸為剛體時，設(shè)前后支承的剛度分別為KA、KB，前后支承的彈性變形分別為A、B，引起的主軸軸端位移y2可根據(jù)圖示幾何關(guān)系求出：LaLayBA12 設(shè)

55、前、后支承的剛度為KA、KB，支承反力為RA、RB，則A=RAKA，B=RBKB 12114353112222LaLaKKKFLaKFLaKFyLKFaLaKFLaFRLaFRBAABABBAABA）得）代入式（將式（，因此，式中（3）主軸組件的剛度K121132321LaLaKKKFaLEIFayyyBAA1331aLEIFay12114353112222LaLaKKKFLaKFLaKFyLKFaLaKFLaFRLaFRBAABABBAABA）得）代入式（將式（，因此，式中12114353112222LaLaKKKFLaKFLaKFyLKFaLaKFLaFRLaFRBAABABBAABA）得

56、）代入式（將式（，因此，式中 前已述及主軸組件的剛度K=F/y，其倒數(shù)y/F稱為柔度。121113123LaLaKKKaLEIaFyKBAA0166022113030303023BAAABAAKKKEILaKEILLaLaKKKFaEIFadLdy整理后得：線圖法 先計算出綜合變量 在橫坐標軸上找到值的位置 向上作垂線與相應(yīng)的KA/KB 的斜線相交 從交點作水平線與縱坐標軸相交得L0/a 因為a已知，便得最佳跨距L03aKEIA（4）最佳跨距和合理跨距 y1F隨La的加大而成線性增加 y2F隨L/a的增加而減小 當La較小時，y2F隨La的增加而急劇減小，而當La較大時則減小較慢 因此y/F與

57、L/a的關(guān)系，隨著L/a的增加，yF先是減小而后加大，如圖中曲線c 當主軸組件的D、a、KA 和KB為定值時 必存在一個能使主軸軸端撓度y=ymin的跨距L0（對應(yīng)于曲線c 的最低點）當所設(shè)計的主軸支承跨距L=L0時 可使主軸組件的剛度KKmax L0稱為“最佳跨距最佳跨距”在具體設(shè)計時，常由于結(jié)構(gòu)上的限制，實際跨距LL0，這樣就造成主軸組件的剛度損失 由圖可知當L/L0=0.751.5時，剛度損失不大（5左右），應(yīng)認為在合理范圍之內(nèi)，稱為合理跨距 合理跨距L合理=（0.751.5）L0是一個區(qū)間 最佳跨距L0只是一個點迭代法 上式為最佳支承距LOPT的計算公式,選取L=(45)a為初始值,可

58、以進行反復(fù)迭代求解,當 LOPT 與 L的差值小于某一規(guī)定誤差時,則可求得最佳支承距LOPT3103061160166LaKEJKKEJLKKKEILaKEILABAOPTBAAA例 題 某臥式車床 最大加工直徑為400mm 主電機功率為7.5kW 主軸孔徑為65mm，主軸前、后支承均選用 NN3000K（3182100）系列軸承 采用前端定位式 限于結(jié)構(gòu)原因，前、后支承跨距約為640mm 試初選主軸直徑，并分析主軸是否需要采用三支承結(jié)構(gòu) 1)根據(jù)圖4-27和表4-10，考慮到 NN3000K(3182100)軸承的孔徑系列，初選前軸頸直徑D1為120mm，后軸頸直徑D2為95mm，主軸平均直

59、徑D=(D1+D2)=107.5mm 校核壁厚d/D=65/107.5=0.60，合格 2)參考同類型機床和表4-12，選a/D1=1.1，則懸伸量a=132mm 3）計算前支承剛度 KA=1700D1.41=13.85105Nmm 后軸承直徑小于前軸承，取KA/KB=1.4,則KB=9.9105Nmm。4）計算綜合變量 此處彈性模量E=2105Nmm2,I=/64(D4-d4)5.377106mm43376.03aKEIA 5）確定最佳跨距L0 可由圖4-31，在橫坐標上找出=0.3376之點，向上作垂直線與KA/KB=1.4的斜直線相交，由點向左作水平線與縱坐標軸相交，得L0/a=2.2

60、所以L0=290.4mm 合理跨距的范圍為L合理=（0.751.5）L0=218436mm之間。主軸實際跨距已超過合理跨距范圍 6）分析是否要增設(shè)中間支承?，F(xiàn)主軸實際跨距為L=640mm。L/L0=640/290.4=2.2。由圖3-35，主軸組件剛度損失約超過20（即KKmax80），擬增設(shè)中間支承。7）結(jié)論：本例由于實際跨距遠大于最佳跨距，至使主軸組件剛度損失超過20，為提高剛度可考慮增設(shè)中間支承，如用前、中支承為主支承的三支承主軸結(jié)構(gòu)，前、中支承跨距在合理跨距范圍內(nèi)，則主軸組件的剛度可提高20左右。二、主軸組件的驗算 對一般機床主軸，主要進行剛度驗算，通常能滿足剛度要求的主軸也能滿足強度

61、要求。只有對粗加工、重載荷的主軸才需要進行強度驗算 對高速主軸，例如內(nèi)圓磨床主軸，必要時要進行臨界轉(zhuǎn)速驗算。主軸工作時，在切削力、傳動力和支承反力的作用下,承受彎矩和轉(zhuǎn)矩的聯(lián)合作用 除重型機床外，一般不考慮主軸組件和工件的重量 另外還承受壓力（或拉力）作用，但比起彎矩和轉(zhuǎn)矩來說則小得多，一般忽略不計 但對鉆床等軸向力很大的機床，則不能忽略。1主軸組件的彎曲剛度驗算 驗算內(nèi)容:主軸軸端的位移Y 前軸承處的轉(zhuǎn)角A。如果切削力F和傳動力Q不在同一平面內(nèi)，應(yīng)將其分解在相互垂直的兩個平面內(nèi)分別求出數(shù)值，再接向量進行合成，即2222VHVHyyy 主軸軸端位移的允許值y根據(jù)機床所能達到的加工精度來確定 對

62、精加工機床，取主軸軸端徑向跳動允許值的三分之一 對一般機床，取0.0002L，L為支承跨距 前支承處轉(zhuǎn)角的允許值A(chǔ)與軸承類型有關(guān)，可按表3-15選取 或者A=0.001rad 對粗加工機床，要驗算傳動件處的轉(zhuǎn)角，對齒輪傳動，該齒輪處的主軸轉(zhuǎn)角應(yīng)滿足 系數(shù)c=515，齒輪寬度b較大或?qū)χ鬏S工作性能要求較高時取小值，F(xiàn)x為齒輪圓周力，單位為N。radbcFx2410 2主軸組件的扭轉(zhuǎn)剛度驗算 對鉆床等以扭轉(zhuǎn)變形為主的主軸，還要驗算其扭轉(zhuǎn)剛度。扭角在（2025）D的長度內(nèi)不超過1 Mn主軸傳遞的最大扭矩，單位為Ncm；L計算長度，取(2025）D，單位為cm；G剪切彈性模量，鋼料為8.1106Ncm

63、2 IR軸截面極慣性矩，圓截面IR=0.1D4cm4 D主軸直徑，單位為cm。1180RGIMnL三、三支承主軸組件 某些機床的主軸組件，由于結(jié)構(gòu)上的需要，致使主軸支承跨距遠大于最佳跨距。此時，為提高主軸組件的剛度和抗振性，增設(shè)中間支承是大為有益的，如MAZAK車床和CY6140車床主軸組件。對于粗加工或強力高速切削的機床主軸更有必要。由于制造工藝上的限制（無法保證三個主軸支承座孔的絕對同軸），要使三個支承起同樣重要的作用是不可能的。為保證主軸組件的剛度和旋轉(zhuǎn)精度，通常只有兩個支承起主要作用，稱為主支承。第三個支承只起輔助作用，處于浮動狀態(tài)，稱為輔助支承。前支承必需是主支承，另一個主支承可選擇

64、中間支承或后支承。據(jù)統(tǒng)計，在三支承主軸組件中，約有80采用前、中支承為主支承。其原因是：前、中支承跨距較短，易處于合理跨距內(nèi) 主軸上的傳動齒輪安排在靠近前支承附近可減小因傳動力和切削力產(chǎn)生的彎曲變形和振動。工藝上易于保證前、中兩支承座孔的同軸度及尺寸精度。輔助支承 輔助支承常用深溝球軸承或單列圓柱滾子軸承，具有較大的游隙且不可調(diào)（即不能施加預(yù)緊）。其軸承外圈與支承座孔配合較松，允許其相對于座孔有滑移。軸承的精度等級可比主支承低12級。在箱體和主軸的技術(shù)要求中，應(yīng)規(guī)定箱體上三個支承座孔間和主軸上三個軸頸間的同軸度，以及主軸裝輔助支承的軸頸對裝主支承軸頸的徑向跳動之和，小于輔助支承的最小徑向游隙。

65、這樣，當主軸受力較大時，在輔助支承處產(chǎn)生的撓度大干該處的徑向游隙時，輔助支承就參加工作，而受力較小時，輔助支承不起作用。采用三支承主軸結(jié)構(gòu)，要求三個支承座孔同軸度高，對制造和裝配工藝要求都高，否則反而影響主軸的旋轉(zhuǎn)精度，效果還不如兩支承。在設(shè)計和選用時，如能用加大主軸直徑，合理選用支承跨距等方法來提高主軸剛度時，應(yīng)盡量不用三支承結(jié)構(gòu)。四、合理布置傳動作在主軸上的位置 主軸采用帶傳動時，帶輪通常裝在主軸尾端的后支承的外側(cè)。采用卸荷式結(jié)構(gòu)，可改善主軸的受力情況，使主軸免受皮帶拉力的作用。主軸采用齒輪傳動時，齒輪大多數(shù)位于兩支承之間。合理布置傳動力的位置和方向，可減小主軸軸端的位移，從而提高了主軸組

66、件的剛度。在力F作用下，主軸上必然存在一個撓度為零的點A，稱為節(jié)點。根據(jù)位移互等定理，若將傳動件布置在節(jié)點處，則傳動力引起的軸端受F力處的撓度也為零。節(jié)點是傳動件在主軸上布置的最佳位置。主軸節(jié)點通常很靠近前支承 前后支承之間的齒輪盡量靠近前支承 若主軸上裝有大小兩個傳動齒輪時，則應(yīng)使用于低速傳動的大齒輪盡量靠近前支承 傳動力的方向與驅(qū)動主軸的傳動軸的空間位置有關(guān) 在布置傳動軸的位置時，應(yīng)盡量使傳動力FQ與切削力F兩者引起的主軸軸端位移和軸承受力的影響能互相抵消一部分。第八節(jié) 提高主軸組件性能的一些提高主軸組件性能的一些措施措施一、提高主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度提高主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度:選用高精度軸承 合理調(diào)整軸承間隙 提高主軸軸頸和支承座孔的制造精度 采取一些工藝上的措施1選配法 O為主軸端部定心表面（如錐孔）的中心，它相對于主軸軸頸的中心O1 的偏心距為1 安裝在軸頸上的軸承內(nèi)圈孔的中心亦為O1 它相對于內(nèi)圈滾道的中心O2 的偏心距為2 裝配后的主軸組件的實際旋轉(zhuǎn)中心是O 2。如按圖4-35a方式，使兩個偏心朝同一個方向，則主軸前端定心表面中心0的總跳動量為=12 按b方式，使兩個偏心朝相反的