第三章機(jī)床主要部件設(shè)計(jì)

1、第三章第三章 機(jī)床主要部件設(shè)計(jì)機(jī)床主要部件設(shè)計(jì)一一主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)二二支承件的設(shè)計(jì)支承件的設(shè)計(jì)三三導(dǎo)軌設(shè)計(jì)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)四四滾珠絲杠螺母副機(jī)構(gòu)滾珠絲杠螺母副機(jī)構(gòu)第一節(jié)第一節(jié) 主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)構(gòu)成：構(gòu)成：由主軸及其支承軸承、傳動(dòng)件、定位元件等由主軸及其支承軸承、傳動(dòng)件、定位元件等組成。組成。功能：功能：縮小主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)誤差并將運(yùn)動(dòng)傳遞給工件縮小主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)誤差并將運(yùn)動(dòng)傳遞給工件或刀具進(jìn)行切削，形成表面成形運(yùn)動(dòng)；承受切削力或刀具進(jìn)行切削，形成表面成形運(yùn)動(dòng)；承受切削力和傳動(dòng)力等載荷。和傳動(dòng)力等載荷。主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)一、主軸組件應(yīng)滿足的基本要求一、主軸組件應(yīng)滿足的基本要求2.靜剛度靜

2、剛度1.旋轉(zhuǎn)精度旋轉(zhuǎn)精度3.動(dòng)剛度動(dòng)剛度4.溫升與熱變形溫升與熱變形5.精度保持性精度保持性主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)一、主軸組件應(yīng)滿足的基本要求一、主軸組件應(yīng)滿足的基本要求2.靜剛度靜剛度1.旋轉(zhuǎn)精度旋轉(zhuǎn)精度3.動(dòng)剛度動(dòng)剛度4.溫升與熱變形溫升與熱變形5.精度保持性精度保持性主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)1 1旋轉(zhuǎn)精度旋轉(zhuǎn)精度定義：定義：主軸組件裝配后，靜止或低速空載狀態(tài)下，主軸組件裝配后，靜止或低速空載狀態(tài)下，刀具或工件安裝基面上的全跳動(dòng)值。刀具或工件安裝基面上的全跳動(dòng)值。決定因素：決定因素：取決于主軸、主軸的支承軸承、箱體孔取決于主軸、主軸的支承軸承、箱體孔等的制造精度，裝配和調(diào)整精度。等的制造

3、精度，裝配和調(diào)整精度。主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)一、主軸組件應(yīng)滿足的基本要求一、主軸組件應(yīng)滿足的基本要求2.靜剛度靜剛度1.旋轉(zhuǎn)精度旋轉(zhuǎn)精度3.動(dòng)剛度動(dòng)剛度4.溫升與熱變形溫升與熱變形5.精度保持性精度保持性主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)2.2.靜剛度靜剛度 定義：定義：是主軸組件在靜載荷作用下抵抗變形的能力，是主軸組件在靜載荷作用下抵抗變形的能力，通常以主軸端部產(chǎn)生單位位移彈性變形時(shí)，位移方通常以主軸端部產(chǎn)生單位位移彈性變形時(shí)，位移方向上所施加的力表示。向上所施加的力表示。 當(dāng)外伸端受徑向作用力當(dāng)外伸端受徑向作用力p，受力方向上的彈性位移為受力方向上的彈性位移為時(shí)，時(shí)，主軸的剛度為主軸的剛度為pk

4、主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 彈性位移彈性位移是位移方向上的力、主軸組件結(jié)構(gòu)參是位移方向上的力、主軸組件結(jié)構(gòu)參數(shù)（如尺寸、支承跨矩、支承剛度等）的函數(shù)。為簡(jiǎn)數(shù)（如尺寸、支承跨矩、支承剛度等）的函數(shù)。為簡(jiǎn)化剛度計(jì)算，引入柔度化剛度計(jì)算，引入柔度h h（m/nm/n），即剛度的倒數(shù)。），即剛度的倒數(shù)。支承軸支承軸承剛度承剛度靜靜剛剛度度決決定定因因素素主軸自身主軸自身的剛度的剛度取決于主軸的慣性矩、主軸端部取決于主軸的慣性矩、主軸端部的懸伸量和支承跨距的懸伸量和支承跨距由軸承的類型、精度、安裝形由軸承的類型、精度、安裝形式、預(yù)緊程度等因素決定式、預(yù)緊程度等因素決定主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)一、主軸組件應(yīng)

5、滿足的基本要求一、主軸組件應(yīng)滿足的基本要求2.靜剛度靜剛度1.旋轉(zhuǎn)精度旋轉(zhuǎn)精度3.動(dòng)剛度動(dòng)剛度4.溫升與熱變形溫升與熱變形5.精度保持性精度保持性第三章第三章 主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)3 3動(dòng)剛度動(dòng)剛度定義：定義：機(jī)床在額定載荷下切削時(shí)，主軸組件抵抗變形機(jī)床在額定載荷下切削時(shí)，主軸組件抵抗變形的能力，實(shí)際上是抵抗受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)的能力。的能力，實(shí)際上是抵抗受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)的能力。動(dòng)態(tài)剛度與靜剛度成正比，在共振區(qū)，與阻尼（振動(dòng)動(dòng)態(tài)剛度與靜剛度成正比，在共振區(qū)，與阻尼（振動(dòng)的阻力）近似成正比。的阻力）近似成正比。主軸組件的動(dòng)剛度直接影響加工精度和刀具的耐用度，主軸組件的動(dòng)剛度直接影響加工精度和

6、刀具的耐用度，是機(jī)床重要的性能指標(biāo)。是機(jī)床重要的性能指標(biāo)。可通過增加靜剛度、增加阻可通過增加靜剛度、增加阻尼比來提高動(dòng)剛度。尼比來提高動(dòng)剛度。 主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)一、主軸組件應(yīng)滿足的基本要求一、主軸組件應(yīng)滿足的基本要求2.靜剛度靜剛度1.旋轉(zhuǎn)精度旋轉(zhuǎn)精度3.動(dòng)剛度動(dòng)剛度4.溫升與熱變形溫升與熱變形5.精度保持性精度保持性 主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)4 4溫升與熱變形溫升與熱變形 主軸組件工作時(shí)，軸承的摩擦形成熱源，切削主軸組件工作時(shí)，軸承的摩擦形成熱源，切削熱和齒輪嚙合熱的傳遞，導(dǎo)致熱和齒輪嚙合熱的傳遞，導(dǎo)致主軸部件溫度升高，主軸部件溫度升高，產(chǎn)生熱變形。產(chǎn)生熱變形。 主軸熱變形可引起主軸

7、熱變形可引起軸承間隙變化，軸心位置偏軸承間隙變化，軸心位置偏移，定位基面的形狀尺寸和位置產(chǎn)生變化；移，定位基面的形狀尺寸和位置產(chǎn)生變化；潤滑油潤滑油溫度升高后，粘度下降，溫度升高后，粘度下降，阻尼降低阻尼降低。因此，主軸組。因此，主軸組件的熱變形，將嚴(yán)重影響加工精度。件的熱變形，將嚴(yán)重影響加工精度。 主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)一、主軸組件應(yīng)滿足的基本要求一、主軸組件應(yīng)滿足的基本要求2.靜剛度靜剛度1.旋轉(zhuǎn)精度旋轉(zhuǎn)精度3.動(dòng)剛度動(dòng)剛度4.溫升與熱變形溫升與熱變形5.精度保持性精度保持性主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)5 5精度保持性精度保持性定義：定義：指長(zhǎng)期保持其原始制造精度的能力指長(zhǎng)期保持其原始制造精

8、度的能力主軸組件喪失原始精度的原因是主軸組件喪失原始精度的原因是磨損磨損，所以精度保持性又稱為，所以精度保持性又稱為耐磨性。耐磨性。主要磨損：主要磨損：主軸軸承的疲勞磨損，主軸軸頸表面、裝卡刀具的主軸軸承的疲勞磨損，主軸軸頸表面、裝卡刀具的定位基面的磨損等。定位基面的磨損等。磨損影響因素：磨損影響因素：與摩擦性質(zhì)，摩擦副的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，摩擦副材與摩擦性質(zhì)，摩擦副的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，摩擦副材料的硬度、摩擦面積、摩擦面表面精度，以及潤滑方式等有關(guān)。料的硬度、摩擦面積、摩擦面表面精度，以及潤滑方式等有關(guān)。精度保持性影響機(jī)床使用壽命內(nèi)加工精度和工作穩(wěn)定精度保持性影響機(jī)床使用壽命內(nèi)加工精度和工作穩(wěn)定性性主軸組件設(shè)計(jì)

9、主軸組件設(shè)計(jì)二、主軸滾動(dòng)軸承二、主軸滾動(dòng)軸承 1 1軸承的選擇軸承的選擇 機(jī)床主軸最常用的軸承是機(jī)床主軸最常用的軸承是滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承。這是因?yàn)椋?。這是因?yàn)椋哼m度預(yù)緊后，滾動(dòng)軸承適度預(yù)緊后，滾動(dòng)軸承有足夠的剛度，有較高的旋有足夠的剛度，有較高的旋轉(zhuǎn)精度，能在轉(zhuǎn)速和載荷變化幅度很大的條件下穩(wěn)定轉(zhuǎn)精度，能在轉(zhuǎn)速和載荷變化幅度很大的條件下穩(wěn)定工作；工作；滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承摩擦系數(shù)小，有利于減小發(fā)熱；摩擦系數(shù)小，有利于減小發(fā)熱；滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承容易潤滑，容易潤滑，可以用油脂也可以用油潤滑；可以用油脂也可以用油潤滑；由專門生產(chǎn)廠大批量生產(chǎn)，由專門生產(chǎn)廠大批量生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定，成本低，經(jīng)質(zhì)量穩(wěn)定，成本低，經(jīng)濟(jì)

10、性好。濟(jì)性好。主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承相比，缺點(diǎn)為：缺點(diǎn)為：滾動(dòng)體的數(shù)量有限，因此滾動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)中的滾動(dòng)體的數(shù)量有限，因此滾動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)中的徑向剛徑向剛度是變化的；度是變化的；滾動(dòng)軸承摩擦因數(shù)小，阻尼比小，滾動(dòng)軸承摩擦因數(shù)小，阻尼比小，易引起振動(dòng)；易引起振動(dòng)；滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)軸承的徑向尺寸較大。徑向尺寸較大。 主軸組件的抗振性主要取決于前軸承，因而，有的主軸組件的抗振性主要取決于前軸承，因而，有的機(jī)床機(jī)床前支承采用滑動(dòng)軸承，后支承采用滾動(dòng)軸承。前支承采用滑動(dòng)軸承，后支承采用滾動(dòng)軸承。主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承2 2主軸滾動(dòng)軸承

11、的類型選擇主軸滾動(dòng)軸承的類型選擇 機(jī)床主軸較粗，主軸軸承的直徑較大，機(jī)床主軸較粗，主軸軸承的直徑較大，軸承所承軸承所承受的載荷遠(yuǎn)小于其額定動(dòng)載荷，約為受的載荷遠(yuǎn)小于其額定動(dòng)載荷，約為1/101/10。 因此，一般情況下，因此，一般情況下，承載能力和疲勞壽命不承載能力和疲勞壽命不是選擇主軸軸承的主要依據(jù)。是選擇主軸軸承的主要依據(jù)。 主軸軸承，應(yīng)根據(jù)剛度、旋轉(zhuǎn)精度和極限轉(zhuǎn)主軸軸承，應(yīng)根據(jù)剛度、旋轉(zhuǎn)精度和極限轉(zhuǎn)速來選擇。速來選擇。主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承 軸承的軸承的軸向承載能力和剛度軸向承載能力和剛度，由強(qiáng)到弱依次為：，由強(qiáng)到弱依次為：推力球軸承、推力角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、推

12、力球軸承、推力角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、角接觸球軸承；角接觸球軸承； 承受軸向載荷軸承的承受軸向載荷軸承的極限轉(zhuǎn)速極限轉(zhuǎn)速由高到低為：由高到低為：角接角接觸球軸承、推力角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、推觸球軸承、推力角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、推力球軸承。力球軸承。主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承選擇的基本原則：滾動(dòng)軸承選擇的基本原則：主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承 軸承的剛度與軸承的類型有關(guān)，線接觸的滾子軸承的剛度與軸承的類型有關(guān)，線接觸的滾子軸承比點(diǎn)接觸的球軸承剛度高，雙列軸承比單列的軸承比點(diǎn)接觸的球軸承剛度高，雙列軸承比單列的剛度高，且剛度是載荷的函數(shù)，適當(dāng)預(yù)緊

13、不僅能提剛度高，且剛度是載荷的函數(shù)，適當(dāng)預(yù)緊不僅能提高旋轉(zhuǎn)精度，也能提高剛度。高旋轉(zhuǎn)精度，也能提高剛度。 軸承的極限轉(zhuǎn)速與軸承滾動(dòng)體的形狀有關(guān)，同軸承的極限轉(zhuǎn)速與軸承滾動(dòng)體的形狀有關(guān)，同等尺寸的軸承，球軸承的極限轉(zhuǎn)速高于滾子軸承，等尺寸的軸承，球軸承的極限轉(zhuǎn)速高于滾子軸承，圓柱滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速高于圓錐滾子軸承；同一圓柱滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速高于圓錐滾子軸承；同一類型的軸承，滾動(dòng)體的分布圓越小，滾動(dòng)體越小，類型的軸承，滾動(dòng)體的分布圓越小，滾動(dòng)體越小，極限轉(zhuǎn)速越高。極限轉(zhuǎn)速越高。主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承3 3軸承的精度選擇軸承的精度選擇 軸承的精度，應(yīng)采用軸承的精度，應(yīng)采用p2p2

14、、p4p4、p5p5級(jí)和級(jí)和spsp、upup級(jí)。級(jí)。spsp、upup級(jí)級(jí)軸承的軸承的旋轉(zhuǎn)精度旋轉(zhuǎn)精度相當(dāng)于相當(dāng)于p4p4、p2p2；內(nèi)外圈的；內(nèi)外圈的尺寸精度尺寸精度比旋轉(zhuǎn)精度低一級(jí)，相當(dāng)于比旋轉(zhuǎn)精度低一級(jí)，相當(dāng)于p5p5、p4p4級(jí)。這級(jí)。這是因?yàn)檩S承的工作精度主要取決于旋轉(zhuǎn)精度，適當(dāng)是因?yàn)檩S承的工作精度主要取決于旋轉(zhuǎn)精度，適當(dāng)降低軸承內(nèi)外圈的尺寸精度可降低成本。降低軸承內(nèi)外圈的尺寸精度可降低成本。主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承 切削力方向固定不變的主軸切削力方向固定不變的主軸，如：車床、銑床、如：車床、銑床、磨床等，通過滾動(dòng)體，始終間接地與切削力方向上磨床等，通過滾動(dòng)體，始

15、終間接地與切削力方向上的外圈滾道表面的一條線（線接觸軸承）或一點(diǎn)的外圈滾道表面的一條線（線接觸軸承）或一點(diǎn)（球軸承）接觸，由于滾動(dòng)體是大批量生產(chǎn)，且直（球軸承）接觸，由于滾動(dòng)體是大批量生產(chǎn)，且直徑小，圓柱度誤差小，其圓度誤差可忽略。徑小，圓柱度誤差小，其圓度誤差可忽略。 因此，因此，決定決定主軸旋轉(zhuǎn)精度主軸旋轉(zhuǎn)精度的是軸承的的是軸承的內(nèi)圈徑向內(nèi)圈徑向圓跳動(dòng)圓跳動(dòng)，即內(nèi)圈滾道表面相對(duì)于軸承內(nèi)徑軸線的同即內(nèi)圈滾道表面相對(duì)于軸承內(nèi)徑軸線的同軸度。軸度。 主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承 切削力方向隨主軸的旋轉(zhuǎn)同步變化的主軸切削力方向隨主軸的旋轉(zhuǎn)同步變化的主軸，主軸支承軸頸的某一條線或點(diǎn)間接

16、地跟半徑方向上的外圈滾道表面對(duì)應(yīng)的線或點(diǎn)接觸，影響主軸旋轉(zhuǎn)精度的因素為軸承內(nèi)圈的徑向圓跳動(dòng)、滾動(dòng)體的圓度軸承內(nèi)圈的徑向圓跳動(dòng)、滾動(dòng)體的圓度誤差、外圈的徑向圓跳動(dòng)。誤差、外圈的徑向圓跳動(dòng)。由于軸承內(nèi)圈滾道直徑小，且滾道外表面磨削精度高，因而誤差較小。所以，主軸旋轉(zhuǎn)精度主要取決于外圈的徑向圓跳動(dòng)，即外圈滾道表面相對(duì)于軸承外徑軸線的同軸度； 主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承2alb11ala 前軸承的精度對(duì)主軸的影響較大。故前軸承的精度前軸承的精度對(duì)主軸的影響較大。故前軸承的精度應(yīng)比后軸承高一級(jí)。應(yīng)比后軸承高一級(jí)。 主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承切削力方向固定不變的機(jī)床，主軸軸

17、承精度選擇 機(jī)床精度等級(jí)前軸承后軸承普通精度級(jí)p5或p4 （sp）p5或p4 （sp）精密級(jí)機(jī)床p4（sp）或p2（up）p4（sp）高精度機(jī)床p2（up）p2（up）主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承 切削力方向隨主軸旋轉(zhuǎn)而同步變化的主軸，軸承按外圈徑向圓跳動(dòng)選擇。 由于外徑尺寸較大，相同精度時(shí)誤差大，若保持徑向圓跳動(dòng)值不變，可按內(nèi)圈高一級(jí)的軸承精度選擇。 主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承4 4軸承剛度軸承剛度軸承軸承存在間隙存在間隙時(shí)，只有切削力方向上的少數(shù)幾個(gè)滾時(shí)，只有切削力方向上的少數(shù)幾個(gè)滾動(dòng)體承載，徑向承載能力和剛度極低；動(dòng)體承載，徑向承載能力和剛度極低；軸承軸承零間

18、隙零間隙時(shí)，在外載作用下，軸線沿方向移動(dòng)一時(shí)，在外載作用下，軸線沿方向移動(dòng)一距離，對(duì)應(yīng)的半圈滾動(dòng)體承載，處于外載作用線上距離，對(duì)應(yīng)的半圈滾動(dòng)體承載，處于外載作用線上的滾動(dòng)體受力最大，其載荷是滾動(dòng)體平均載荷的的滾動(dòng)體受力最大，其載荷是滾動(dòng)體平均載荷的5 5倍；倍；軸承受軸承受軸向載荷軸向載荷時(shí)，各滾動(dòng)體承受的軸向力相等。時(shí)，各滾動(dòng)體承受的軸向力相等。主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承軸承所承受的徑向力、軸向力分別為 、 ，單個(gè)滾動(dòng)體所承受的最大載荷 、 分別為rfafrqaqqfizrr5cosqfzaasin球軸承的鋼球直徑為 ，在外載作用下軸承的變形為bd32cos436.0brrdq

19、aabqd0 43623.sin 主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承rraql0 0770 90 8.cos.aaaql0 0770 90 8.sin. 滾子軸承線接觸的長(zhǎng)度（滾子不包括兩端倒角寬度的長(zhǎng)度）為 ，在外載作用下的變形為 al滾子軸承的剛度為 9 .19 .08 .01 .0)(cos39.3izlfddfkarrrr9 . 19 . 08 . 01 . 0)(sin43.14zlfddfkaaaaa主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承352)(cos18.1izdfddfkbrrrr352)(sin44.3zdfddfkbaaaa零間隙時(shí)球軸承的剛度為主軸組件設(shè)計(jì)主軸

20、組件設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承 間隙有無間隙有無與與預(yù)緊力預(yù)緊力有關(guān)，而預(yù)緊力可以有關(guān)，而預(yù)緊力可以使?jié)L使?jié)L動(dòng)體之間產(chǎn)生一定過盈量，增加接觸面接，提高動(dòng)體之間產(chǎn)生一定過盈量，增加接觸面接，提高支撐剛度和抗振性。支撐剛度和抗振性。因此，有無預(yù)緊力對(duì)軸承剛因此，有無預(yù)緊力對(duì)軸承剛度影響較大，軸承剛度分析應(yīng)考慮預(yù)緊力。度影響較大，軸承剛度分析應(yīng)考慮預(yù)緊力。預(yù)緊程度預(yù)緊程度輕預(yù)緊輕預(yù)緊中預(yù)緊中預(yù)緊重預(yù)緊重預(yù)緊高速主軸高速主軸中低速主軸中低速主軸分度主軸分度主軸主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承圖3-7 nn3000k軸承預(yù)緊示意圖l 軸承承載后不受力一側(cè)的滾動(dòng)體仍能保持與滾道接觸。滾子包絡(luò)圓直徑與外

21、圈滾道孔徑之差510 m 主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸三、主軸1主軸的結(jié)構(gòu)及材質(zhì)選擇 主軸的端部安裝夾具和刀具，隨夾具和刀具的標(biāo)準(zhǔn)化，主軸端部已有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。 主軸為外伸梁，承受的載荷從前往后依次降低，故主軸常為階梯形。車床、銑床、加工中心等機(jī)床，為通過棒料或拉緊刀具，主軸為階梯形空心軸。主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸 主軸的載荷相對(duì)較小，一般情況下，引起的應(yīng)力遠(yuǎn)小于鋼的屈服強(qiáng)度。因此，機(jī)械強(qiáng)度不是選擇主軸材料的依據(jù)。 當(dāng)主軸的直徑、支承跨距、懸伸量等尺寸參數(shù)一定時(shí)，主軸的慣性矩為定值；主軸的剛度取決于材料的彈性模量。但各種鋼材的彈性模量 幾乎沒什么差別。因此剛度也不是主軸選材的依據(jù)。mpae

22、51006. 2主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸 主軸的材料，只能根據(jù)耐磨性、熱處理方法及熱處理后的變形大小來選擇。耐磨性取決于硬度，故機(jī)床主軸材料為淬火鋼或滲碳淬火鋼，高頻淬硬。 普通機(jī)床主軸，一般采用45或60號(hào)優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，主軸支承軸頸及裝卡刀具的定位基面，高頻淬火，硬度為5055hrc； 精密機(jī)床主軸，可采用40cr高頻淬硬或低碳合金鋼（如20cr，16mncr5）滲碳淬火，硬度不低于60hrc。 高精度機(jī)床主軸，可采用65mn，淬硬5258hrc 主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸 主軸的材料，只能根據(jù)耐磨性、熱處理方法及熱處理后的變形大小來選擇。主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸精度主軸精度3

23、 3 主軸的技術(shù)要求主軸的技術(shù)要求babatt1tt1tt2bt3abt3ab?t4/300ab?t4/300ab圖3-8 車床主軸、箱體軸承孔簡(jiǎn)圖及其技術(shù)要求babatt1tt1tt2bt3abt3ab?t4/300ab?t4/300ab圖3-8 車床主軸、箱體軸承孔簡(jiǎn)圖及其技術(shù)要求（2）其他性能要求）其他性能要求表面粗糙度、表面硬度等主軸組件設(shè)計(jì)主軸圖主軸組件設(shè)計(jì)主軸圖babatt1tt1tt2bt3abt3ab?t4/300ab?t4/300ab圖3-8 車床主軸、箱體軸承孔簡(jiǎn)圖及其技術(shù)要求主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸精度主軸精度軸承精度 公差名稱p5p4(sp)p2(up)p5p4(

24、sp)p2(up)直徑公差js5或k5js4js3js5js5js4h5h5h4圓度t、圓柱度t1it3/2it2/2 it1/2 it3/2 it2/2it1/2傾斜度t2it3/2 it2/2 跳動(dòng)t3it1it1it0it1it1it0同軸度t4it5it4it3it5it4it3主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸傳動(dòng)主軸傳動(dòng)四、主軸組件四、主軸組件1 1傳動(dòng)方式傳動(dòng)方式 主軸上的傳動(dòng)方式，主軸上的傳動(dòng)方式， 主要有主要有帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。 帶傳動(dòng)：帶傳動(dòng)：靠摩擦力傳遞動(dòng)力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，中心靠摩擦力傳遞動(dòng)力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，中心距調(diào)整方便；能抑制振動(dòng)

25、，噪聲低，工作平穩(wěn)，特距調(diào)整方便；能抑制振動(dòng)，噪聲低，工作平穩(wěn)，特別適用于高速主軸。別適用于高速主軸。主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸傳動(dòng)主軸傳動(dòng)若線速度小于若線速度小于30m/s30m/s時(shí)，可采用時(shí)，可采用v v帶傳動(dòng)，帶傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便；使用維護(hù)方便； 若線速度大于若線速度大于30m/s30m/s，可采用，可采用多楔帶，多楔帶，在平帶的基礎(chǔ)在平帶的基礎(chǔ)下增加若干縱向下增加若干縱向v v形楔的環(huán)形帶，形楔的環(huán)形帶，具有平帶的柔軟，具有平帶的柔軟，v v帶摩擦力大的特點(diǎn)，承載機(jī)理仍是平帶，帶體薄，帶摩擦力大的特點(diǎn)，承載機(jī)理仍是平帶，帶體薄，強(qiáng)度高，效率高，曲撓性能好，強(qiáng)度

26、高，效率高，曲撓性能好，是近年來發(fā)展較快是近年來發(fā)展較快的一種應(yīng)用廣泛的傳動(dòng)帶，有取代普通的一種應(yīng)用廣泛的傳動(dòng)帶，有取代普通v v帶的趨勢(shì)；帶的趨勢(shì)；主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸傳動(dòng)主軸傳動(dòng)同步齒形帶同步齒形帶是以玻璃纖維繩芯、鋼絲繩為強(qiáng)力層，是以玻璃纖維繩芯、鋼絲繩為強(qiáng)力層，外覆聚氨脂或氯丁橡膠的環(huán)形帶，帶的內(nèi)周有梯形外覆聚氨脂或氯丁橡膠的環(huán)形帶，帶的內(nèi)周有梯形齒，與齒形帶輪嚙合傳動(dòng)，齒，與齒形帶輪嚙合傳動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確傳動(dòng)比準(zhǔn)確，線速度小，線速度小于于60m/s60m/s；高速環(huán)形平帶高速環(huán)形平帶，用于帶速恒定的傳動(dòng)，用于帶速恒定的傳動(dòng)，絲織（天然絲織（天然絲、錦綸或滌綸絲）高速平帶絲、錦

27、綸或滌綸絲）高速平帶線速度可達(dá)線速度可達(dá)100m/s100m/s。主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸傳動(dòng)主軸傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)：齒輪傳動(dòng)：輪齒的嚙合傳遞，能傳遞較大的扭矩，輪齒的嚙合傳遞，能傳遞較大的扭矩，結(jié)構(gòu)緊湊，尤其適合于變速、變載傳動(dòng)；結(jié)構(gòu)緊湊，尤其適合于變速、變載傳動(dòng)；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：傳遞線速度小，且傳動(dòng)平穩(wěn)性比帶傳動(dòng)差。傳遞線速度小，且傳動(dòng)平穩(wěn)性比帶傳動(dòng)差。 為降低噪聲，通常采用硬齒面、小模數(shù)齒輪，盡為降低噪聲，通常采用硬齒面、小模數(shù)齒輪，盡量降低齒輪的線速度；線速度小于量降低齒輪的線速度；線速度小于15m/s15m/s時(shí)，采用精時(shí)，采用精度為度為6 6級(jí)的齒輪，線速度大于級(jí)的齒輪，線速度大于1

28、5m/s15m/s時(shí)，則采用時(shí)，則采用5 5級(jí)精級(jí)精度齒輪。度齒輪。主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸傳動(dòng)主軸傳動(dòng) 電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)：電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)：主軸直接連接在電動(dòng)機(jī)上，也主軸直接連接在電動(dòng)機(jī)上，也是精密機(jī)床、高速加工中心和數(shù)控車床常用的一種驅(qū)是精密機(jī)床、高速加工中心和數(shù)控車床常用的一種驅(qū)動(dòng)形式。動(dòng)形式。 如如轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)速小于3000r/min3000r/min的主軸的主軸，采用異步電動(dòng)機(jī)，采用異步電動(dòng)機(jī)軸通過聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)主軸，機(jī)床可通過改變電動(dòng)機(jī)軸通過聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)主軸，機(jī)床可通過改變電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)實(shí)現(xiàn)變速；磁極對(duì)數(shù)實(shí)現(xiàn)變速；轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)速小于8000r/min8000r/min的主軸的主軸，

29、可，可采用變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)；采用變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)；高速主軸高速主軸，可將電動(dòng)，可將電動(dòng)機(jī)軸與主軸做成一體，即內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸，轉(zhuǎn)子軸就機(jī)軸與主軸做成一體，即內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸，轉(zhuǎn)子軸就是主軸，恒速切削可采用中頻電動(dòng)機(jī)。是主軸，恒速切削可采用中頻電動(dòng)機(jī)。主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸傳動(dòng)主軸傳動(dòng)2 2傳動(dòng)件的布置傳動(dòng)件的布置 為了皮帶更換方便，防止油類的侵蝕，為了皮帶更換方便，防止油類的侵蝕，帶輪帶輪通通常安裝在常安裝在后支承的外側(cè)。后支承的外側(cè)。 多數(shù)主軸采用齒輪傳動(dòng)。多數(shù)主軸采用齒輪傳動(dòng)。齒輪齒輪可位于可位于兩支承之兩支承之間，也可位于后支承外側(cè)。間，也可位于后支承外側(cè)。若齒輪在若齒輪

30、在兩支承之間兩支承之間時(shí)，時(shí)，應(yīng)盡量靠近前支承，若多應(yīng)盡量靠近前支承，若多 個(gè)齒輪，則大齒輪靠近前支承。個(gè)齒輪，則大齒輪靠近前支承。由于前支承直徑由于前支承直徑 大，剛度高，大齒輪靠近前支承可減少主軸的彎大，剛度高，大齒輪靠近前支承可減少主軸的彎 曲變形，且扭矩傳遞長(zhǎng)度短，扭轉(zhuǎn)變形小。曲變形，且扭矩傳遞長(zhǎng)度短，扭轉(zhuǎn)變形小。若齒輪位于若齒輪位于后支承外側(cè)后支承外側(cè)時(shí)，時(shí)，前后支承能獲得理想的前后支承能獲得理想的 支承跨距，支承剛度高；前后支承距離較小，加支承跨距，支承剛度高；前后支承距離較小，加 工方便，易保證同軸度，能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化生產(chǎn)。工方便，易保證同軸度，能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化生產(chǎn)。主軸組件設(shè)計(jì)主軸

31、組件設(shè)計(jì) 主軸傳動(dòng)主軸傳動(dòng)輔助支承：輔助支承：增加在齒輪外側(cè)的游隙較大的軸承，其增加在齒輪外側(cè)的游隙較大的軸承，其不能預(yù)緊，以避免自身同軸度誤差造成的影響。不能預(yù)緊，以避免自身同軸度誤差造成的影響。功能：功能：提高動(dòng)剛度，限制最大變形量。提高動(dòng)剛度，限制最大變形量。 由于輔助支承存在間隙，因而當(dāng)主軸載荷較小、由于輔助支承存在間隙，因而當(dāng)主軸載荷較小、變形量小于間隙值時(shí)，輔助支承變形量小于間隙值時(shí)，輔助支承不起作用不起作用；只有載；只有載荷較大、主軸輔助支承部位的變形大于間隙值時(shí)，荷較大、主軸輔助支承部位的變形大于間隙值時(shí)，輔助支承才輔助支承才起作用起作用。主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸傳動(dòng)主軸

32、傳動(dòng)3主軸軸向定位a)b)c)圖3-9 推力軸承配置型式a) 前端配置b) 后端配置c) 兩端配置主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸傳動(dòng)主軸傳動(dòng)3主軸軸向定位a)b)c)圖3-9 推力軸承配置型式a) 前端配置b) 后端配置c) 兩端配置主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸傳動(dòng)主軸傳動(dòng)3主軸軸向定位a)b)c)圖3-9 推力軸承配置型式a) 前端配置b) 后端配置c) 兩端配置主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸參數(shù)主軸參數(shù)五、主軸主要尺寸參數(shù)的確定五、主軸主要尺寸參數(shù)的確定1 1主軸前支承軸頸的確定主軸前支承軸頸的確定 主軸直徑越大其剛度越大，主軸組件尺寸越大，主軸直徑越大其剛度越大，主軸組件尺寸越大，在保

33、證主軸組件剛度前提下，盡量減小軸頸在保證主軸組件剛度前提下，盡量減小軸頸d1尺寸。尺寸。 主軸前支承軸頸主軸前支承軸頸d1可按可按主傳動(dòng)功率選擇，也按主傳動(dòng)功率選擇，也按主參數(shù)選擇，或參考同類機(jī)床來選取。主參數(shù)選擇，或參考同類機(jī)床來選取。 主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸參數(shù)主軸參數(shù) 主傳動(dòng)功率5.5 kw7.5 kw11 kw15 kw車床60907511090120100160升降臺(tái)銑床60907510090110100120外圓磨床55707080759075100表表3-6 主軸前支承軸頸主軸前支承軸頸車床和銑床，主軸為階梯形，車床和銑床，主軸為階梯形， ，磨床主軸，磨床主軸， 。dd2

34、10709. .dd21主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸參數(shù)主軸參數(shù)4464ddikiidddddks 4444411與實(shí)心主軸慣性矩的比值為2主軸內(nèi)孔直徑的確定許多機(jī)床都是空心主軸，由力學(xué)可知，外徑為 、內(nèi)徑為 的空心軸的慣性矩為dd主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸參數(shù)主軸參數(shù)0.50.60.70.750.8剛度損失%6.25 12.96 24.01 31.64 40.96從表中可看出，從表中可看出，0.70.7，剛度衰減加快。，剛度衰減加快。因此，機(jī)床上規(guī)定因此，機(jī)床上規(guī)定0.70.7。 主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸參數(shù)主軸參數(shù) 3主軸前端部懸伸量的確定主軸前端部懸伸量的確定 定義：定義：主

35、軸定位基面至前支承徑向支反力作用點(diǎn)之主軸定位基面至前支承徑向支反力作用點(diǎn)之間的距離。間的距離。 懸伸量懸伸量a一般取決于主軸端部的一般取決于主軸端部的結(jié)構(gòu)形式和尺寸、結(jié)構(gòu)形式和尺寸、主軸軸承的布置形式及密封形式。主軸軸承的布置形式及密封形式。 在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，應(yīng)盡量減少懸伸量，提在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，應(yīng)盡量減少懸伸量，提高主軸的剛度。初步確定時(shí)可取高主軸的剛度。初步確定時(shí)可取a = d1。主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸參數(shù)主軸參數(shù) 為縮短懸伸量，主軸前端部可采用為縮短懸伸量，主軸前端部可采用短錐結(jié)構(gòu)短錐結(jié)構(gòu)；推力軸承放在前支承內(nèi)側(cè)，采用角接觸軸承取代徑推力軸承放在前支承內(nèi)側(cè)，采用角接

36、觸軸承取代徑向軸承，接觸線與主軸軸線的向軸承，接觸線與主軸軸線的交點(diǎn)在前支承前面。交點(diǎn)在前支承前面。 推力軸承和主軸傳動(dòng)件產(chǎn)生位置矛盾時(shí)，由于推力軸承和主軸傳動(dòng)件產(chǎn)生位置矛盾時(shí)，由于懸伸量對(duì)主軸剛度的影響大，應(yīng)首先考慮懸伸量，懸伸量對(duì)主軸剛度的影響大，應(yīng)首先考慮懸伸量，使傳動(dòng)件距前支承略遠(yuǎn)一些。使傳動(dòng)件距前支承略遠(yuǎn)一些。主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸參數(shù)主軸參數(shù)4 4主軸支承跨距的確定主軸支承跨距的確定 主軸組件的剛度主軸組件的剛度主要取決于主要取決于主軸的自身剛度和主軸的自身剛度和主軸的支承剛度。主軸的支承剛度。 主軸自身的剛度與支承跨距成主軸自身的剛度與支承跨距成反比反比，即在主軸，即在主

37、軸軸頸、懸伸量等參數(shù)一定時(shí)，跨距越大，主軸端部軸頸、懸伸量等參數(shù)一定時(shí)，跨距越大，主軸端部變形越大；變形越大； 主軸軸承彈性變形引起的主軸端部變形，則主軸軸承彈性變形引起的主軸端部變形，則隨隨跨距的增大而減小跨距的增大而減小，即跨距越大，軸承剛度對(duì)主軸，即跨距越大，軸承剛度對(duì)主軸端部的影響越小。端部的影響越小。主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 主軸參數(shù)主軸參數(shù)f圖3-10 主軸組件剛度分解簡(jiǎn)圖fflarbrbrara21221a)b)c)a) 主軸自身剛度對(duì)主軸端部的影響b) 前支承剛度對(duì)主軸端部的影響c) 后支承剛度對(duì)主軸端部的影響根據(jù)疊加原理，主軸端部根據(jù)疊加原理，主軸端部的最大變形量是彈性主軸的

38、最大變形量是彈性主軸引起的主軸端部變形和剛引起的主軸端部變形和剛性支承引起的主軸端部變性支承引起的主軸端部變形的形的代數(shù)和代數(shù)和?？缇鄿p小時(shí)，主軸彎曲變跨距減小時(shí)，主軸彎曲變形較小，但支承變形引起形較小，但支承變形引起的主軸端部位移量增大；的主軸端部位移量增大；跨距增大時(shí)，主軸彎曲變跨距增大時(shí)，主軸彎曲變形增大，同樣也增大了主形增大，同樣也增大了主軸前端的位移量軸前端的位移量主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 剛度校核剛度校核5 5主軸組件的剛度校核主軸組件的剛度校核 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，所有的結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)已經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，所有的結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)已經(jīng)確定，由于主軸組件是機(jī)床最關(guān)鍵的部件之一，因確定，由于主

39、軸組件是機(jī)床最關(guān)鍵的部件之一，因此必須校核計(jì)算主軸組件在計(jì)算轉(zhuǎn)速、額定載荷時(shí)此必須校核計(jì)算主軸組件在計(jì)算轉(zhuǎn)速、額定載荷時(shí)的剛度或撓度。的剛度或撓度。主軸組件的靜剛度主軸組件的靜剛度 受載后主軸端部的變形量受載后主軸端部的變形量主軸組件的動(dòng)剛度主軸組件的動(dòng)剛度 工作后主軸端部振動(dòng)彎曲量工作后主軸端部振動(dòng)彎曲量切削穩(wěn)定性切削穩(wěn)定性 加工過程中，切削變化量加工過程中，切削變化量主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 提高旋轉(zhuǎn)精度提高旋轉(zhuǎn)精度 在保證主軸制造精度，保證軸承精度的同時(shí)，采在保證主軸制造精度，保證軸承精度的同時(shí)，采用用定向誤差裝配法定向誤差裝配法可進(jìn)一步提高主軸組件的旋轉(zhuǎn)精可進(jìn)一步提高主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度

40、。度。主軸錐孔的測(cè)量心軸的徑向圓跳動(dòng)值主軸錐孔的測(cè)量心軸的徑向圓跳動(dòng)值1、主軸軸承的徑、主軸軸承的徑向圓跳動(dòng)量向圓跳動(dòng)量z1 、z2，主軸端部的徑向圓跳動(dòng)值三者的綜合，主軸端部的徑向圓跳動(dòng)值三者的綜合反映。因此，這三項(xiàng)誤差按一定方向裝配，可使誤差相互反映。因此，這三項(xiàng)誤差按一定方向裝配，可使誤差相互抵消。抵消。6. 提高主軸部件性能的措施提高主軸部件性能的措施主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)z1z2zcz1z2zc1a)b)圖3-14 誤差矢量裝配法a) 矢量封閉法b) 矢量定向法主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì) 提高剛度提高剛度 除提高主軸自身剛度外除提高主軸自身剛度外, ,可采用以下措施：可采用以下措施：

41、角接觸軸承為角接觸軸承為前支承前支承時(shí)，接觸線與主軸軸線的時(shí)，接觸線與主軸軸線的交點(diǎn)應(yīng)交點(diǎn)應(yīng)位于軸承前面。位于軸承前面。傳動(dòng)件應(yīng)位于后支承外側(cè)，且傳動(dòng)力使主軸端部變形傳動(dòng)件應(yīng)位于后支承外側(cè)，且傳動(dòng)力使主軸端部變形的方向，和切削力造成的主軸端部的變形方向的方向，和切削力造成的主軸端部的變形方向不同不同，兩者，兩者的夾角應(yīng)大一些，的夾角應(yīng)大一些，最佳為最佳為180180o o，以部分補(bǔ)償切削力造成的，以部分補(bǔ)償切削力造成的變形；主軸為帶傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)采用變形；主軸為帶傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)采用卸荷式機(jī)構(gòu)卸荷式機(jī)構(gòu)，避免主軸承，避免主軸承受傳動(dòng)帶拉力；齒輪也可采用卸荷式機(jī)構(gòu)。受傳動(dòng)帶拉力；齒輪也可采用卸荷式機(jī)構(gòu)。適

42、當(dāng)增加一個(gè)支承內(nèi)的軸承數(shù)目，適度預(yù)緊，適當(dāng)增加一個(gè)支承內(nèi)的軸承數(shù)目，適度預(yù)緊，采用輔采用輔助支承助支承，以提高支承剛度。，以提高支承剛度。主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)提高動(dòng)剛度提高動(dòng)剛度 除提高主軸組件的靜剛度，使固有頻率增高，避除提高主軸組件的靜剛度，使固有頻率增高，避免共振外，可采用如下措施：免共振外，可采用如下措施： 用用圓錐液壓漲套圓錐液壓漲套取代螺紋等軸向定位件；徑向定位取代螺紋等軸向定位件；徑向定位采用小錐度過盈配合或漸開線花鍵；滑移齒輪采用漸開采用小錐度過盈配合或漸開線花鍵；滑移齒輪采用漸開線花鍵配合。線花鍵配合。 采用三支承主軸。采用三支承主軸。 旋轉(zhuǎn)零件的非配合面全部進(jìn)行較精密的

43、切削加工，旋轉(zhuǎn)零件的非配合面全部進(jìn)行較精密的切削加工，并作動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)。并作動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)。主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件設(shè)計(jì)設(shè)置消振裝置，增加阻尼。設(shè)置消振裝置，增加阻尼。 a.a.可在較大的齒輪上切削出一個(gè)圓環(huán)槽，槽內(nèi)灌注鉛，可在較大的齒輪上切削出一個(gè)圓環(huán)槽，槽內(nèi)灌注鉛，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鉛就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)微量運(yùn)動(dòng)，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鉛就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)微量運(yùn)動(dòng)，消耗振動(dòng)能量，從消耗振動(dòng)能量，從而抑制振動(dòng)而抑制振動(dòng)； b.b.如果是水平主軸，可如果是水平主軸，可采用動(dòng)壓滑動(dòng)軸承，采用動(dòng)壓滑動(dòng)軸承，提高軸承阻提高軸承阻尼尼； c.圓錐滾子軸承的滾子大端有滑動(dòng)摩擦，阻尼比其他滾動(dòng)圓錐滾子軸承的滾子大端有滑動(dòng)摩擦，阻尼比其他滾動(dòng)軸承

44、高，因而在極限轉(zhuǎn)速許可的情況下，優(yōu)先采用圓錐滾子軸承高，因而在極限轉(zhuǎn)速許可的情況下，優(yōu)先采用圓錐滾子軸承，增加滾動(dòng)軸承的預(yù)緊力，也可增加軸承的阻尼。軸承，增加滾動(dòng)軸承的預(yù)緊力，也可增加軸承的阻尼。采用動(dòng)力油潤滑軸承，控制溫升，減少熱變形。采用動(dòng)力油潤滑軸承，控制溫升，減少熱變形。第二節(jié)第二節(jié) 支承件的設(shè)計(jì)支承件的設(shè)計(jì)內(nèi)容：內(nèi)容：包括床身、立柱、橫梁、搖臂、箱體、底座、包括床身、立柱、橫梁、搖臂、箱體、底座、工作臺(tái)、升降臺(tái)等工作臺(tái)、升降臺(tái)等功能：功能：它們相互連接構(gòu)成機(jī)床基礎(chǔ)，支承機(jī)床工作它們相互連接構(gòu)成機(jī)床基礎(chǔ)，支承機(jī)床工作部件，并保證機(jī)床零部件的部件，并保證機(jī)床零部件的相對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)精相

45、對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度。度。因此，支承件決定了機(jī)床的動(dòng)態(tài)剛度，支承件設(shè)計(jì)因此，支承件決定了機(jī)床的動(dòng)態(tài)剛度，支承件設(shè)計(jì)是機(jī)床設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。是機(jī)床設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。支承件的設(shè)計(jì)支承件的設(shè)計(jì)一、支承件應(yīng)滿足的基本要求一、支承件應(yīng)滿足的基本要求 1 1）支承件應(yīng)有）支承件應(yīng)有足夠的靜剛度和較高的固有頻率足夠的靜剛度和較高的固有頻率。支承件的支承件的靜剛度靜剛度整體剛度整體剛度局部剛度局部剛度接觸剛度接觸剛度支承件的設(shè)計(jì)支承件的設(shè)計(jì) 支承件的整體剛度支承件的整體剛度又稱為自身剛度，與支承又稱為自身剛度，與支承件的材料以及截面形狀、尺寸等影響慣性矩的參件的材料以及截面形狀、尺寸等影響慣性矩的參數(shù)有關(guān)

46、。數(shù)有關(guān)。 局部剛度局部剛度是指支承件載荷集中的局部結(jié)構(gòu)處是指支承件載荷集中的局部結(jié)構(gòu)處抵抗變形的能力。抵抗變形的能力。如床身導(dǎo)軌的剛度，主軸箱在主軸如床身導(dǎo)軌的剛度，主軸箱在主軸軸承孔處附近部位的剛度，搖臂鉆床的搖臂在靠近立柱軸承孔處附近部位的剛度，搖臂鉆床的搖臂在靠近立柱處的剛度以及底座安裝立柱部位的剛度等。處的剛度以及底座安裝立柱部位的剛度等。 支承件的設(shè)計(jì)支承件的設(shè)計(jì) 接觸剛度接觸剛度是指支承件的結(jié)合面在外載作用下抵抗是指支承件的結(jié)合面在外載作用下抵抗接觸變形的能力，接觸剛度用結(jié)合面的平均壓強(qiáng)接觸變形的能力，接觸剛度用結(jié)合面的平均壓強(qiáng)p p（mpampa）與變形量）與變形量（mm）之比

47、表示。）之比表示。 由于結(jié)合面在加工中存在由于結(jié)合面在加工中存在平面度誤差和表面精度誤差平面度誤差和表面精度誤差a.a.當(dāng)接觸壓強(qiáng)很小時(shí)，結(jié)合面只有幾個(gè)高點(diǎn)接觸，實(shí)際接觸當(dāng)接觸壓強(qiáng)很小時(shí)，結(jié)合面只有幾個(gè)高點(diǎn)接觸，實(shí)際接觸面積很小，接觸變形大，接觸剛度低；面積很小，接觸變形大，接觸剛度低；b.b.接觸壓強(qiáng)較大時(shí)，結(jié)合面上的高點(diǎn)產(chǎn)生變形，接觸面積擴(kuò)接觸壓強(qiáng)較大時(shí)，結(jié)合面上的高點(diǎn)產(chǎn)生變形，接觸面積擴(kuò)大，變形量的增加比率小于接觸壓強(qiáng)的增加，因而接觸剛度大，變形量的增加比率小于接觸壓強(qiáng)的增加，因而接觸剛度較高。較高。接觸剛度是壓強(qiáng)的函數(shù)，隨接觸壓強(qiáng)的增加而增大。接觸剛度是壓強(qiáng)的函數(shù)，隨接觸壓強(qiáng)的增加而增

48、大。支承件的設(shè)計(jì)支承件的設(shè)計(jì) 接觸剛度還與結(jié)合面的接觸剛度還與結(jié)合面的結(jié)合形式結(jié)合形式有關(guān)，活有關(guān)，活動(dòng)接觸面（結(jié)合面間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)）的接觸剛度動(dòng)接觸面（結(jié)合面間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)）的接觸剛度小于小于等接觸面積固定接觸面（結(jié)合面間無相對(duì)等接觸面積固定接觸面（結(jié)合面間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)）的接觸剛度。運(yùn)動(dòng)）的接觸剛度。 由此可知，接觸剛度取決于由此可知，接觸剛度取決于結(jié)合面的表面結(jié)合面的表面粗糙度和平面度、結(jié)合面的大小、材料硬度、粗糙度和平面度、結(jié)合面的大小、材料硬度、接觸面的壓強(qiáng)等因素。接觸面的壓強(qiáng)等因素。支承件的設(shè)計(jì)支承件的設(shè)計(jì) 支承件的固有頻率支承件的固有頻率是剛度與質(zhì)量比值的平方根，是剛度與質(zhì)量比值的平方根

49、，即即 ，固有頻率的單位為，固有頻率的單位為 。 當(dāng)激振力（斷續(xù)切削力、旋轉(zhuǎn)零件的離心力等）的頻率當(dāng)激振力（斷續(xù)切削力、旋轉(zhuǎn)零件的離心力等）的頻率接近固有頻率時(shí)，支承件將產(chǎn)生共振。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使固有頻率接近固有頻率時(shí)，支承件將產(chǎn)生共振。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使固有頻率高于激振頻率高于激振頻率30%，即，即 01.3 ，故支承件應(yīng)有較高的固有，故支承件應(yīng)有較高的固有頻率。在滿足剛度的前提下，應(yīng)盡量減小支承件質(zhì)量。頻率。在滿足剛度的前提下，應(yīng)盡量減小支承件質(zhì)量。 另外，支承件的質(zhì)量往往占機(jī)床總質(zhì)量的另外，支承件的質(zhì)量往往占機(jī)床總質(zhì)量的80%以上，固以上，固有頻率在很大程度上反映了支承件的設(shè)計(jì)合理性。有頻率在很大程度

50、上反映了支承件的設(shè)計(jì)合理性。20mk srad /支承件的設(shè)計(jì)支承件的設(shè)計(jì) 2 2）良好的動(dòng)態(tài)特性。良好的動(dòng)態(tài)特性。支承件應(yīng)有較高靜剛度、支承件應(yīng)有較高靜剛度、固有頻率，使整機(jī)的各階固有頻率遠(yuǎn)離激振頻率，在固有頻率，使整機(jī)的各階固有頻率遠(yuǎn)離激振頻率，在切削過程中不產(chǎn)生共振；支承件還必須有較大的阻尼，切削過程中不產(chǎn)生共振；支承件還必須有較大的阻尼，以抑制振動(dòng)的振幅；薄壁面積應(yīng)小于以抑制振動(dòng)的振幅；薄壁面積應(yīng)小于400400400400，避免，避免薄壁振動(dòng)；薄壁振動(dòng)； 3 3）支承件應(yīng)結(jié)構(gòu)合理，支承件應(yīng)結(jié)構(gòu)合理，成形后進(jìn)行成形后進(jìn)行時(shí)效處理時(shí)效處理，充分消除內(nèi)應(yīng)力，形狀穩(wěn)定，熱變形小，受熱變形后充

51、分消除內(nèi)應(yīng)力，形狀穩(wěn)定，熱變形小，受熱變形后對(duì)加工精度的影響較小。對(duì)加工精度的影響較小。 4 4）支承件應(yīng)排屑暢通；工藝性好，易于制造，）支承件應(yīng)排屑暢通；工藝性好，易于制造，成本低；吊運(yùn)安裝方便。成本低；吊運(yùn)安裝方便。支承件的受力分析支承件的受力分析 二、支承件的受力分析二、支承件的受力分析 支承件的靜力分析是支承件設(shè)計(jì)的支承件的靜力分析是支承件設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)首要環(huán)節(jié)。通。通過受力分析，找出影響支承件剛度的最大因素；根過受力分析，找出影響支承件剛度的最大因素；根據(jù)分析計(jì)算，相關(guān)技術(shù)資料，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。據(jù)分析計(jì)算，相關(guān)技術(shù)資料，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 支承件的功能是支承件的功能是支承和承載支承和承載。

52、因而支承件承受。因而支承件承受多個(gè)載荷，如切削力，所支承零部件的重力、傳動(dòng)多個(gè)載荷，如切削力，所支承零部件的重力、傳動(dòng)力等。按照各載荷對(duì)機(jī)床支承件的不同影響，將機(jī)力等。按照各載荷對(duì)機(jī)床支承件的不同影響，將機(jī)床分為床分為中小型機(jī)床、精密和高精度機(jī)床、大型機(jī)床。中小型機(jī)床、精密和高精度機(jī)床、大型機(jī)床。支承件的受力分析支承件的受力分析 中小型機(jī)床中小型機(jī)床 該類機(jī)床該類機(jī)床的載荷以切削力為主。的載荷以切削力為主。工件的工件的重量重量、移動(dòng)部件（如中小型臥式車床的刀架）、移動(dòng)部件（如中小型臥式車床的刀架）的重量等相對(duì)較小，支承件在受力分析時(shí)的重量等相對(duì)較小，支承件在受力分析時(shí)可忽略不可忽略不計(jì)。計(jì)。

53、精密和高精度機(jī)床精密和高精度機(jī)床 該類機(jī)床的工藝特性是該類機(jī)床的工藝特性是精加工，精加工，切削力切削力小，支承件在受力分析時(shí)小，支承件在受力分析時(shí)可忽略可忽略。載荷以移動(dòng)部件的重量和熱應(yīng)力為主載荷以移動(dòng)部件的重量和熱應(yīng)力為主。如。如雙柱立式雙柱立式坐標(biāo)鏜床坐標(biāo)鏜床的橫梁，受力分析時(shí)，主要考慮主軸箱在的橫梁，受力分析時(shí)，主要考慮主軸箱在橫梁中部時(shí)，引起的橫梁彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。橫梁中部時(shí)，引起的橫梁彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。支承件的受力分析支承件的受力分析 大型機(jī)床大型機(jī)床 該類機(jī)床加工的工件大而重，該類機(jī)床加工的工件大而重，切切削力削力大，移動(dòng)部件的質(zhì)量也較大，因而支承件受力大，移動(dòng)部件的質(zhì)量也較大，因而支

54、承件受力分析時(shí)，分析時(shí)，工件重量工件重量、移動(dòng)部件重量和切削力都要考、移動(dòng)部件重量和切削力都要考慮。慮。如重型車床、落地式車床、落地式鏜銑床、龍如重型車床、落地式車床、落地式鏜銑床、龍門式銑刨床等。門式銑刨床等。支承件的受力分析支承件的受力分析 靜力分析時(shí)，通常靜力分析時(shí)，通常 將將截面尺寸遠(yuǎn)小于長(zhǎng)度或高度的支承件簡(jiǎn)化截面尺寸遠(yuǎn)小于長(zhǎng)度或高度的支承件簡(jiǎn)化為梁或柱為梁或柱； 將將截面尺寸遠(yuǎn)大于高度或長(zhǎng)度的支承件簡(jiǎn)化截面尺寸遠(yuǎn)大于高度或長(zhǎng)度的支承件簡(jiǎn)化為板為板； 將將截面尺寸與長(zhǎng)度或高度為同一尺寸數(shù)量級(jí)截面尺寸與長(zhǎng)度或高度為同一尺寸數(shù)量級(jí)的支承件視為箱體的支承件視為箱體。支承件的受力分析支承件的受

55、力分析 dhfxfyxoyyzo圖3-15 臥式車床床身靜力分析簡(jiǎn)圖支承件的受力分析支承件的受力分析 以車床為例，進(jìn)行靜力分析。以車床為例，進(jìn)行靜力分析。車刀位于床身中部，橫向切削，車刀位于床身中部，橫向切削，載荷為主切削力載荷為主切削力 、徑向切削、徑向切削力力 ；床身扭轉(zhuǎn)中心為；床身扭轉(zhuǎn)中心為o o。 使床身在方向使床身在方向 產(chǎn)生彎曲變產(chǎn)生彎曲變形，變形量為形，變形量為 ； 使床身在方使床身在方向向 上產(chǎn)生彎曲變形，變形量上產(chǎn)生彎曲變形，變形量為為 。fyfxfxxxfyyyx圖3-16 車床床身變形對(duì)工件精度的影響簡(jiǎn)圖x圖3-16 車床床身變形對(duì)工件精度的影響簡(jiǎn)圖支承件的受力分析支承件

56、的受力分析 x圖3-16 車床床身變形對(duì)工件精度的影響簡(jiǎn)圖 、 產(chǎn)生繞產(chǎn)生繞z z軸的扭轉(zhuǎn)力矩為軸的扭轉(zhuǎn)力矩為 ：fxfythfdftxy2使床身扭轉(zhuǎn)變形，扭轉(zhuǎn)角為使床身扭轉(zhuǎn)變形，扭轉(zhuǎn)角為 。 因此在設(shè)計(jì)臥式車床車身時(shí)，因此在設(shè)計(jì)臥式車床車身時(shí)，應(yīng)根據(jù)應(yīng)根據(jù)彎曲變形、扭轉(zhuǎn)變形進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)彎曲變形、扭轉(zhuǎn)變形進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)支承件的受力分析支承件的受力分析 三、支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三、支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 支承件的變形，主要是彎扭變形。而抗彎剛度、支承件的變形，主要是彎扭變形。而抗彎剛度、抗扭剛度都是抗扭剛度都是截面慣性矩截面慣性矩的函數(shù)，隨著支承截面慣的函數(shù)，隨著支承截面慣性矩的性矩的增大而增大。增大而增大

57、。支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 表3-9 截面形狀與慣性矩的關(guān)系序 號(hào)1234截面形狀80024164027%100302503160048328054108%1003025037iwincm4cm4支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表3-9 截面形狀與慣性矩的關(guān)系截面形狀833246041706930%1043085218661406415170375590%88259440350cm4incm4wi支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1. 1.空心截面比實(shí)心截面的慣性矩大；加大輪廓空心截面比實(shí)心截面的慣性矩大；加大輪廓尺寸，減少壁厚，可提高支承件的剛度；設(shè)計(jì)時(shí)在滿尺寸，減少壁厚，可提高支承

58、件的剛度；設(shè)計(jì)時(shí)在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)盡量減小壁厚。足工藝要求的前提下，應(yīng)盡量減小壁厚。 2.2.方形截面的抗彎剛度比圓形截面的抗彎剛度方形截面的抗彎剛度比圓形截面的抗彎剛度大，而抗扭剛度比圓形截面的抗扭剛度低；矩形截面大，而抗扭剛度比圓形截面的抗扭剛度低；矩形截面在高度方向上的抗彎剛度比方形截面的抗彎剛度大，在高度方向上的抗彎剛度比方形截面的抗彎剛度大，而寬度方向上的抗彎剛度和抗扭剛度比方形截面的抗而寬度方向上的抗彎剛度和抗扭剛度比方形截面的抗彎剛度和抗扭剛度小。彎剛度和抗扭剛度小。 支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 因此，承受一個(gè)方向彎矩為主的支承件，其截面因此，承受一個(gè)方向彎矩為主的

59、支承件，其截面形狀應(yīng)為矩形，高度方向應(yīng)為受彎方向；承受彎扭組形狀應(yīng)為矩形，高度方向應(yīng)為受彎方向；承受彎扭組合作用的支承件，截面形狀應(yīng)為方形；承受純扭矩的合作用的支承件，截面形狀應(yīng)為方形；承受純扭矩的支承件，其截面形狀應(yīng)為圓環(huán)形。支承件，其截面形狀應(yīng)為圓環(huán)形。 3.3.不封閉截面的剛度遠(yuǎn)小于封閉的截面剛度，不封閉截面的剛度遠(yuǎn)小于封閉的截面剛度，其抗扭剛度下降更大。因此，在可能的情況下，應(yīng)盡其抗扭剛度下降更大。因此，在可能的情況下，應(yīng)盡量把支承件做成封閉形狀。截面不能封閉的支承件應(yīng)量把支承件做成封閉形狀。截面不能封閉的支承件應(yīng)采取補(bǔ)償剛度的措施。采取補(bǔ)償剛度的措施。支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

60、四、提高支承件靜剛度的措施四、提高支承件靜剛度的措施 1.1.隔板和加強(qiáng)肋隔板和加強(qiáng)肋 連接外壁之間的內(nèi)壁稱為隔板，又稱為肋板。連接外壁之間的內(nèi)壁稱為隔板，又稱為肋板。隔板的作用隔板的作用是將局部載荷傳遞給其他壁板，從而是將局部載荷傳遞給其他壁板，從而使整個(gè)支承件能比較均勻地承受載荷。使整個(gè)支承件能比較均勻地承受載荷。 因此，支承件不能采用全封閉截面時(shí)，應(yīng)采因此，支承件不能采用全封閉截面時(shí)，應(yīng)采用隔板等措施加強(qiáng)支承件的剛度。用隔板等措施加強(qiáng)支承件的剛度。提高支承件靜剛度的措施提高支承件靜剛度的措施bbhl圖3-17 支承件的縱向隔板件圖fh 縱向隔板縱向隔板能提高抗彎剛度。當(dāng)縱向隔板的高度能提