機(jī)電裝備設(shè)計(jì)第三章6學(xué)時(shí)之三

1、2021/3/2713.5.1 軸系概述軸系概述定義定義:軸系由軸、軸承和安裝于軸上的傳動(dòng)體、密軸系由軸、軸承和安裝于軸上的傳動(dòng)體、密封件及定位件組成。封件及定位件組成。功能功能:支承支承旋轉(zhuǎn)零件、旋轉(zhuǎn)零件、傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)。組成組成:軸系按其在傳動(dòng)鏈中所處的地位不同可分為軸系按其在傳動(dòng)鏈中所處的地位不同可分為傳動(dòng)軸軸系傳動(dòng)軸軸系和和主軸軸系主軸軸系,一般對傳動(dòng)軸的要求不一般對傳動(dòng)軸的要求不高高,對主軸有較高的要求。對主軸有較高的要求。 2021/3/2723.5.2 對主軸對主軸（spindle)軸系的要求軸系的要求整體要求整體要求:保證在保證在一定的載荷一定的載荷與轉(zhuǎn)速下與轉(zhuǎn)速

2、下,主軸組件主軸組件精確精確而穩(wěn)定而穩(wěn)定地地繞其軸心旋轉(zhuǎn)繞其軸心旋轉(zhuǎn),并并長期地保持長期地保持這種性能。從這種性能。從以下五方面分析以下五方面分析:1 1 回轉(zhuǎn)精度回轉(zhuǎn)精度 2 2 靜剛度靜剛度 3 3 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性4 4 熱特性與熱變形熱特性與熱變形 5 5 精度保持性精度保持性2021/3/2731 回轉(zhuǎn)精度回轉(zhuǎn)精度定義定義:指主軸裝配后指主軸裝配后,在無載荷、低轉(zhuǎn)速條件下在無載荷、低轉(zhuǎn)速條件下,主軸前端的徑向主軸前端的徑向和軸向跳動(dòng)量。和軸向跳動(dòng)量?；剞D(zhuǎn)中心線回轉(zhuǎn)中心線:軸件作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)線速度為零的點(diǎn)的連線。軸件作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)線速度為零的點(diǎn)的連線。影響因素影響因素:軸承誤差、軸頸圓度誤

3、差、軸件的撓曲和振動(dòng)原因、軸承誤差、軸頸圓度誤差、軸件的撓曲和振動(dòng)原因、箱體孔制造和裝配誤差、主軸轉(zhuǎn)速、支承的設(shè)計(jì)及潤滑等。箱體孔制造和裝配誤差、主軸轉(zhuǎn)速、支承的設(shè)計(jì)及潤滑等。2 靜剛度靜剛度(Static Stiffness)定義定義:主軸前端產(chǎn)生單位位移時(shí)主軸前端產(chǎn)生單位位移時(shí),在某一方向測量出施加的力。在某一方向測量出施加的力。 反映了組件抵抗靜態(tài)外載荷變形的能力。反映了組件抵抗靜態(tài)外載荷變形的能力。 )/(/mNFK影響因素影響因素:主軸的形狀和尺寸主軸的形狀和尺寸,滾動(dòng)軸承的型號(hào)和數(shù)量滾動(dòng)軸承的型號(hào)和數(shù)量,軸承配軸承配置形式和預(yù)緊、滑動(dòng)軸承的油膜剛度、支承距離置形式和預(yù)緊、滑動(dòng)軸承的

4、油膜剛度、支承距離,主軸前端懸伸主軸前端懸伸量量,組件的裝配等。組件的裝配等。2021/3/2743 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性(Dynamic Characteristic)定義定義:指主軸抵抗沖擊、振動(dòng)、噪聲的特性指主軸抵抗沖擊、振動(dòng)、噪聲的特性 。 是機(jī)床主軸組件等非常重要的一個(gè)特性。評價(jià)指標(biāo)有是機(jī)床主軸組件等非常重要的一個(gè)特性。評價(jià)指標(biāo)有動(dòng)剛動(dòng)剛度、振型、噪聲度、振型、噪聲三方面。三方面。1）動(dòng)剛度）動(dòng)剛度定義定義:在交變動(dòng)載荷作用下抵抗動(dòng)態(tài)位移的能力。在交變動(dòng)載荷作用下抵抗動(dòng)態(tài)位移的能力。影響因素影響因素:靜剛度靜剛度K 、組件質(zhì)量、組件質(zhì)量m、阻尼比、阻尼比和激振頻率和激振頻率等。等。202

5、1/3/275（1）準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)）準(zhǔn)靜態(tài)區(qū) ,主要取決于系統(tǒng)的靜剛度主要取決于系統(tǒng)的靜剛度K ;（2）共振區(qū)）共振區(qū),主要取決于系統(tǒng)的靜剛度主要取決于系統(tǒng)的靜剛度K和阻尼比和阻尼比; （3）慣性區(qū)）慣性區(qū),主要取決于系統(tǒng)的慣性。主要取決于系統(tǒng)的慣性。準(zhǔn)準(zhǔn)靜靜態(tài)態(tài)區(qū)區(qū)共共振振區(qū)區(qū)慣慣性性區(qū)區(qū)系統(tǒng)固有頻率）系統(tǒng)激振頻率；nn(2021/3/276 在判定機(jī)床系統(tǒng)的抗振能力時(shí)在判定機(jī)床系統(tǒng)的抗振能力時(shí),首先應(yīng)確定系首先應(yīng)確定系統(tǒng)的動(dòng)剛度處于那段統(tǒng)的動(dòng)剛度處于那段頻率范圍頻率范圍。 準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)準(zhǔn)靜態(tài)區(qū):可用提高靜剛度可用提高靜剛度K的辦法或加大固有的辦法或加大固有頻率的辦法以提高動(dòng)剛度。頻率的辦法以提高動(dòng)剛

6、度。 慣性區(qū)慣性區(qū):采取增加等效質(zhì)量的辦法提高動(dòng)剛度。采取增加等效質(zhì)量的辦法提高動(dòng)剛度。 共振區(qū)共振區(qū):可改變固有頻率可改變固有頻率,以避免共振以避免共振,若提若提高阻尼率也均有效果高阻尼率也均有效果,以提高阻尼串效果最為顯以提高阻尼串效果最為顯著。著。2021/3/2772）振型）振型方法方法:對于多自由度系統(tǒng)對于多自由度系統(tǒng),可分解為若干個(gè)當(dāng)量可分解為若干個(gè)當(dāng)量單自由度系統(tǒng)（模態(tài)單自由度系統(tǒng)（模態(tài)),每個(gè)模態(tài)有自身的動(dòng)剛度每個(gè)模態(tài)有自身的動(dòng)剛度特性。特性。模態(tài)分析理論模態(tài)分析理論:一個(gè)多自由度系統(tǒng)的各個(gè)主要振一個(gè)多自由度系統(tǒng)的各個(gè)主要振動(dòng)模態(tài)各有自己的振動(dòng)頻率和振動(dòng)型式動(dòng)模態(tài)各有自己的振動(dòng)

7、頻率和振動(dòng)型式(振型振型),一一般按振動(dòng)頻率的高低由低向高排列為第般按振動(dòng)頻率的高低由低向高排列為第1階、第階、第2階階第第M階的不同振型。階的不同振型。3）噪聲）噪聲 噪聲來源于振動(dòng)。主軸振動(dòng)主要由軸承引噪聲來源于振動(dòng)。主軸振動(dòng)主要由軸承引起起,軸承的滾動(dòng)表面缺陷、滾道波紋、滾動(dòng)體的軸承的滾動(dòng)表面缺陷、滾道波紋、滾動(dòng)體的直徑誤差直徑誤差,軸承結(jié)構(gòu)及彈性變形等。軸承結(jié)構(gòu)及彈性變形等。2021/3/2784 熱特性與熱變形熱特性與熱變形 (heat characteristic and deformation)1）溫升和熱變形）溫升和熱變形軸系組件熱產(chǎn)生的原因軸系組件熱產(chǎn)生的原因:運(yùn)動(dòng)件摩擦、攪

8、油熱量、加工區(qū)運(yùn)動(dòng)件摩擦、攪油熱量、加工區(qū)熱量和環(huán)境熱輻射等。熱量和環(huán)境熱輻射等。后果后果: 主軸組件溫升和熱變形主軸組件溫升和熱變形,使系統(tǒng)各部件間相對位置精度使系統(tǒng)各部件間相對位置精度遭到破壞遭到破壞,影響系統(tǒng)的工作精度影響系統(tǒng)的工作精度; 熱變形造成主軸彎曲熱變形造成主軸彎曲; 使傳動(dòng)齒輪和軸承的工作狀態(tài)變壞使傳動(dòng)齒輪和軸承的工作狀態(tài)變壞; 使軸件和軸承、主軸與支承座之間已調(diào)整好的間隙和配使軸件和軸承、主軸與支承座之間已調(diào)整好的間隙和配合發(fā)生變化合發(fā)生變化,影響軸承的正常工作影響軸承的正常工作,加速齒輪和軸承等零加速齒輪和軸承等零件的磨損。件的磨損。 主軸的溫升梯度不要大主軸的溫升梯度不

9、要大,要溫度場對稱要溫度場對稱.2021/3/2792）熱位移）熱位移定義定義:使主軸工作端截面形心相對固定坐標(biāo)產(chǎn)生的位移。使主軸工作端截面形心相對固定坐標(biāo)產(chǎn)生的位移。 熱線位移可在笛卡爾坐標(biāo)中產(chǎn)生三個(gè)坐標(biāo)軸方向的分量。熱線位移可在笛卡爾坐標(biāo)中產(chǎn)生三個(gè)坐標(biāo)軸方向的分量。3）軸系主要熱特性參數(shù)）軸系主要熱特性參數(shù)主要特性參數(shù)主要特性參數(shù):熱源強(qiáng)度、溫升和工作部分的熱位移。熱源強(qiáng)度、溫升和工作部分的熱位移。熱源強(qiáng)度熱源強(qiáng)度: 軸系的熱源有軸承、傳動(dòng)件、密封件等單位時(shí)間軸系的熱源有軸承、傳動(dòng)件、密封件等單位時(shí)間內(nèi)發(fā)熱量的總和。內(nèi)發(fā)熱量的總和。 原因原因: 滾動(dòng)體和滾道產(chǎn)生彈性變形而產(chǎn)生摩擦熱滾動(dòng)體和

10、滾道產(chǎn)生彈性變形而產(chǎn)生摩擦熱,為軸為軸系主要熱源之一系主要熱源之一,軸承的摩擦熱與軸承類型、預(yù)緊力、軸承的摩擦熱與軸承類型、預(yù)緊力、轉(zhuǎn)速、軸承的潤滑等情況有關(guān)轉(zhuǎn)速、軸承的潤滑等情況有關(guān),預(yù)緊力越大預(yù)緊力越大,發(fā)熱量越發(fā)熱量越多多,隨著預(yù)緊力增加隨著預(yù)緊力增加,溫升的增加越來越快。溫升的增加越來越快。 2021/3/27105 精度保持性精度保持性（Precision Preserve) 定義定義:指長期地保持其原始制造精度的能力。指長期地保持其原始制造精度的能力。 要保證這些表面的耐磨性和有調(diào)整間隙的可能。要保證這些表面的耐磨性和有調(diào)整間隙的可能。影響耐磨性因素影響耐磨性因素:軸件、軸承的材料

11、與熱處理軸件、軸承的材料與熱處理,軸承軸承(或襯套或襯套)的類型及潤滑方式等。的類型及潤滑方式等。 3.5.3 主軸軸承的選擇主軸軸承的選擇重要性重要性:主軸的旋轉(zhuǎn)精度在很大程度上由其軸承決定主軸的旋轉(zhuǎn)精度在很大程度上由其軸承決定,軸承軸承的變形量約占主軸組件總變形量的的變形量約占主軸組件總變形量的3050,軸承的發(fā)熱軸承的發(fā)熱量占的比重量占的比重。對主軸軸承要求對主軸軸承要求:旋轉(zhuǎn)精度高、剛度大、承載能力強(qiáng)、抗振旋轉(zhuǎn)精度高、剛度大、承載能力強(qiáng)、抗振性好、速度性能高、摩擦功耗小、噪聲低和壽命長等性好、速度性能高、摩擦功耗小、噪聲低和壽命長等 。2021/3/27111 主軸滾動(dòng)軸承類型主軸滾動(dòng)

12、軸承類型2-外圈外圈1、4-內(nèi)圈內(nèi)圈3-隔套隔套2021/3/2712,內(nèi)圈為內(nèi)圈為1:12的錐孔的錐孔,與主軸錐形軸頸配合。軸向移動(dòng)與主軸錐形軸頸配合。軸向移動(dòng)內(nèi)圈內(nèi)圈,改變在主軸上的位置來調(diào)節(jié)軸承的徑向間隙和預(yù)緊量。改變在主軸上的位置來調(diào)節(jié)軸承的徑向間隙和預(yù)緊量。 特點(diǎn)特點(diǎn):1、圓柱滾子是線接觸、圓柱滾子是線接觸,滾子數(shù)多滾子數(shù)多,承載能力較大承載能力較大;2、內(nèi)外圈可分離、內(nèi)外圈可分離,只能承受徑向載荷只能承受徑向載荷,不能承受軸向荷不能承受軸向荷; 3、旋轉(zhuǎn)精度高、旋轉(zhuǎn)精度高,徑向結(jié)構(gòu)緊湊和壽命長等特點(diǎn)徑向結(jié)構(gòu)緊湊和壽命長等特點(diǎn);4、用在車床、銑床、鏜床、磨床及數(shù)控車床上。、用在車床、

13、銑床、鏜床、磨床及數(shù)控車床上。,由外圈由外圈2、內(nèi)圈、內(nèi)圈1和和4,及隔套及隔套3等組成等組成,接觸角為接觸角為60。 特點(diǎn)特點(diǎn):1、接觸角大、接觸角大,鋼球直徑小、數(shù)量較多鋼球直徑小、數(shù)量較多,軸承承載能力和精度較軸承承載能力和精度較高高;2、允許極限轉(zhuǎn)速可高出額定轉(zhuǎn)速的、允許極限轉(zhuǎn)速可高出額定轉(zhuǎn)速的1.5倍倍,溫升低溫升低,運(yùn)轉(zhuǎn)平運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)穩(wěn),工作可靠工作可靠;3、用于高速、輕載和精密機(jī)床的主軸組件中。、用于高速、輕載和精密機(jī)床的主軸組件中。 2021/3/27132 滾動(dòng)軸承選用滾動(dòng)軸承選用參考依據(jù)參考依據(jù):轉(zhuǎn)速、載荷及結(jié)構(gòu)尺寸。轉(zhuǎn)速、載荷及結(jié)構(gòu)尺寸。整體原則整體原則:線接觸軸承（滾柱、滾

14、錐、滾針）線接觸軸承（滾柱、滾錐、滾針）:承載力承載力,摩擦力摩擦力,n;點(diǎn)接觸球軸承點(diǎn)接觸球軸承:承載力承載力 ,摩擦力摩擦力,n ; 一般軸系要同時(shí)承受徑向載荷與雙軸向載荷一般軸系要同時(shí)承受徑向載荷與雙軸向載荷,可按下列條件選可按下列條件選用滾動(dòng)軸承用滾動(dòng)軸承: (1)中高速重載中高速重載 雙列圓柱滾子軸承配雙向推力角接觸球軸承雙列圓柱滾子軸承配雙向推力角接觸球軸承(若配推力軸承若配推力軸承,則極限轉(zhuǎn)速降低則極限轉(zhuǎn)速降低)。成對圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)簡單。成對圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)簡單,但極限轉(zhuǎn)速較低。但極限轉(zhuǎn)速較低。空心圓錐滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速提高空心圓錐滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速提高,但成本較高。但成本較高

15、。(2)高速輕載高速輕載 成組角接觸球軸承成組角接觸球軸承,根據(jù)軸向載荷的大小分別選用根據(jù)軸向載荷的大小分別選用25或或15接觸角。接觸角。(3)軸向載荷為主精度不高時(shí)軸向載荷為主精度不高時(shí),選用推力軸承配深溝球軸承選用推力軸承配深溝球軸承;精度較精度較高高,選用向心推力軸承。選用向心推力軸承。 2021/3/27143.5.4 主軸滑動(dòng)軸承主軸滑動(dòng)軸承1 液體動(dòng)壓軸承液體動(dòng)壓軸承球頭浮動(dòng)式球頭浮動(dòng)式 短三瓦滑動(dòng)軸承由三塊扇形短三瓦滑動(dòng)軸承由三塊扇形軸瓦組成。軸瓦組成。 油膜壓力需在一定的軸頸圓油膜壓力需在一定的軸頸圓周速度周速度(v4 ms)時(shí)形成。時(shí)形成。 三個(gè)壓油楔能自動(dòng)地適應(yīng)外三個(gè)壓油

16、楔能自動(dòng)地適應(yīng)外加載荷加載荷,使主軸保持在接近于軸使主軸保持在接近于軸承中心位置承中心位置 。 只宜朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)只宜朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn),不許反不許反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) ?；瑒?dòng)軸承特點(diǎn)滑動(dòng)軸承特點(diǎn):運(yùn)轉(zhuǎn)阻尼特性好、抗振和平穩(wěn)。運(yùn)轉(zhuǎn)阻尼特性好、抗振和平穩(wěn)。按流體介質(zhì)按流體介質(zhì):液體和氣體滑動(dòng)軸承。液體和氣體滑動(dòng)軸承。按油膜壓力形成方法按油膜壓力形成方法:動(dòng)壓和靜壓軸承。動(dòng)壓和靜壓軸承。2021/3/2715工作原理工作原理: 當(dāng)主軸以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)當(dāng)主軸以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)在軸頸周圍能在軸頸周圍能形成幾個(gè)壓力油膜形成幾個(gè)壓力油膜把軸頸推向中央把軸頸推向中央因而主軸因而主軸的向心性較好的向心性較好當(dāng)主軸受到外載荷時(shí)

17、當(dāng)主軸受到外載荷時(shí)軸頸稍偏軸頸稍偏心心承載的壓力油膜變薄而壓力升高承載的壓力油膜變薄而壓力升高相對方向相對方向的壓力油膜變厚而壓力降低的壓力油膜變厚而壓力降低形成新的平衡。此形成新的平衡。此時(shí)承載方向的油膜壓力將比普通單油楔軸承的壓時(shí)承載方向的油膜壓力將比普通單油楔軸承的壓力為高力為高,油膜壓力愈高和油膜愈薄油膜壓力愈高和油膜愈薄,則其剛度愈則其剛度愈大大,故多油楔軸承較能滿足主軸組件的工作性能故多油楔軸承較能滿足主軸組件的工作性能要求。要求。2021/3/2716 動(dòng)壓軸承在轉(zhuǎn)速低于一定值時(shí)動(dòng)壓軸承在轉(zhuǎn)速低于一定值時(shí),壓力油膜形壓力油膜形成不了成不了;如果旋轉(zhuǎn)停止如果旋轉(zhuǎn)停止,壓力油膜消失。

18、所以當(dāng)壓力油膜消失。所以當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速較低或啟動(dòng)、停止過程中主軸轉(zhuǎn)速較低或啟動(dòng)、停止過程中,軸頸會(huì)與軸軸頸會(huì)與軸承接觸、發(fā)生干摩擦。主軸轉(zhuǎn)速變化后壓力油膜承接觸、發(fā)生干摩擦。主軸轉(zhuǎn)速變化后壓力油膜厚度也隨之變化厚度也隨之變化,則軸心位置改變。則軸心位置改變。 液體靜壓軸承是由外界供給一定的壓力油于液體靜壓軸承是由外界供給一定的壓力油于兩個(gè)相對運(yùn)動(dòng)的表面間兩個(gè)相對運(yùn)動(dòng)的表面間,不依賴于它們之間的相不依賴于它們之間的相對運(yùn)動(dòng)速度就能建立壓力油膜。對運(yùn)動(dòng)速度就能建立壓力油膜。 2021/3/2717靜壓軸承工作原理靜壓軸承工作原理2021/3/2718液體靜壓軸承形式液體靜壓軸承形式:回轉(zhuǎn)精度高達(dá)回轉(zhuǎn)精

19、度高達(dá)0.01m自動(dòng)定心自動(dòng)定心裝配方便裝配方便用于精密儀器用于精密儀器和精密機(jī)床和精密機(jī)床2021/3/2719能同時(shí)承受徑向能同時(shí)承受徑向和軸向力和軸向力 Talycenta 圓度儀主軸軸圓度儀主軸軸系系,軸頸軸頸2和軸套和軸套3是雙扁錐形是雙扁錐形,能同時(shí)承受徑向和雙軸向力。能同時(shí)承受徑向和雙軸向力。軸套內(nèi)錐面上開有軸套內(nèi)錐面上開有12個(gè)油腔個(gè)油腔,每一油腔對應(yīng)于一個(gè)直徑為每一油腔對應(yīng)于一個(gè)直徑為0.250.50mm的毛細(xì)管節(jié)流的毛細(xì)管節(jié)流器。器。 主軸回轉(zhuǎn)精度達(dá)主軸回轉(zhuǎn)精度達(dá)0.05m。2021/3/27203 空氣動(dòng)壓軸承空氣動(dòng)壓軸承工作原理工作原理:空氣動(dòng)壓軸承的工作原理與液體動(dòng)壓

20、基本相同空氣動(dòng)壓軸承的工作原理與液體動(dòng)壓基本相同,在在軸頸和軸瓦間形成氣楔。軸頸和軸瓦間形成氣楔。特點(diǎn)特點(diǎn):由于空氣的可壓縮性、粘度系數(shù)和溫度變化均較小由于空氣的可壓縮性、粘度系數(shù)和溫度變化均較小,用用于超高速、超高低溫、放射性、防污染等場合。于超高速、超高低溫、放射性、防污染等場合。應(yīng)用應(yīng)用:慣性導(dǎo)航陀螺儀、真空吸塵器的小型高速風(fēng)機(jī)慣性導(dǎo)航陀螺儀、真空吸塵器的小型高速風(fēng)機(jī)(18000 rmin)、紡織機(jī)心軸、紡織機(jī)心軸(轉(zhuǎn)速大于轉(zhuǎn)速大于100000rmin)、波音、波音747座艙內(nèi)三座艙內(nèi)三輪型空調(diào)制冷渦輪機(jī)輪型空調(diào)制冷渦輪機(jī)(40000 rmin)、太陽能水冷凝器、飛機(jī)燃、太陽能水冷凝器、

21、飛機(jī)燃?xì)鉁u輪氣渦輪(35000 rmin)等機(jī)器中。等機(jī)器中。 空氣動(dòng)壓軸承不需氣源、密封和冷卻系統(tǒng)空氣動(dòng)壓軸承不需氣源、密封和冷卻系統(tǒng),耗能低耗能低,效率效率達(dá)達(dá)99,結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠工作可靠,壽命長壽命長,適用于超高速輕載的適用于超高速輕載的小型機(jī)械。小型機(jī)械。2021/3/2721特點(diǎn)特點(diǎn):當(dāng)軸頸受到當(dāng)軸頸受到脈沖載荷時(shí)脈沖載荷時(shí),所產(chǎn)所產(chǎn)生的多余能量轉(zhuǎn)換生的多余能量轉(zhuǎn)換成薄片組的變形能成薄片組的變形能,使氣膜仍保持必要使氣膜仍保持必要的厚度。薄片還吸的厚度。薄片還吸收高速轉(zhuǎn)軸的渦動(dòng)收高速轉(zhuǎn)軸的渦動(dòng)能量能量,阻礙自激振阻礙自激振動(dòng)的形成。動(dòng)的形成。 2021/3/2722軸頸軸

22、頸1旋轉(zhuǎn)時(shí)與平箔間形成氣楔旋轉(zhuǎn)時(shí)與平箔間形成氣楔,將將軸托起軸托起,無機(jī)械摩擦能達(dá)到高速。無機(jī)械摩擦能達(dá)到高速。波箔起著吸收能量、防止自激振動(dòng)、波箔起著吸收能量、防止自激振動(dòng)、保證主軸轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的作用。保證主軸轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的作用。約約0.02mm厚的金屬薄帶厚的金屬薄帶1纏繞在軸頸纏繞在軸頸2和幾個(gè)圓形導(dǎo)柱和幾個(gè)圓形導(dǎo)柱3上上,兩端加張緊力兩端加張緊力F。這樣薄帶這樣薄帶1與軸頸形成三個(gè)兩端楔形的與軸頸形成三個(gè)兩端楔形的包容區(qū)包容區(qū),軸頸雙向旋轉(zhuǎn)均可形成氣楔將軸頸雙向旋轉(zhuǎn)均可形成氣楔將軸托起軸托起,與薄帶脫離接觸高速旋轉(zhuǎn)。與薄帶脫離接觸高速旋轉(zhuǎn)。2021/3/27234 動(dòng)靜壓軸承動(dòng)靜壓軸承 動(dòng)靜壓

23、軸承綜合了動(dòng)壓軸承和靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn)動(dòng)靜壓軸承綜合了動(dòng)壓軸承和靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn),工工作性能良好。作性能良好。 靜壓啟動(dòng)靜壓啟動(dòng)動(dòng)壓工作動(dòng)壓工作也可混合也可混合工作工作2021/3/27245 磁浮軸承磁浮軸承 磁浮軸承是利用磁力將軸無機(jī)械摩擦、無潤滑地磁浮軸承是利用磁力將軸無機(jī)械摩擦、無潤滑地懸浮在空間的一種新型軸承。懸浮在空間的一種新型軸承。目前用于空間工業(yè)、機(jī)目前用于空間工業(yè)、機(jī)床工業(yè)、輕工業(yè)、重工業(yè)方面。床工業(yè)、輕工業(yè)、重工業(yè)方面。工作原理工作原理: 定子裝有電磁體定子裝有電磁體,使轉(zhuǎn)子懸浮在磁場中。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)使轉(zhuǎn)子懸浮在磁場中。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),由位移傳感器由位移傳感器4隨時(shí)檢測轉(zhuǎn)子的偏心隨時(shí)檢

24、測轉(zhuǎn)子的偏心,并通過反饋與基并通過反饋與基準(zhǔn)信號(hào)準(zhǔn)信號(hào)(轉(zhuǎn)子的理想位置轉(zhuǎn)子的理想位置)進(jìn)行對比。調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差進(jìn)行對比。調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié),并把調(diào)節(jié)信號(hào)送到功率放大器并把調(diào)節(jié)信號(hào)送到功率放大器,以改變以改變定子電磁鐵的電流定子電磁鐵的電流,從而改變對轉(zhuǎn)子的磁吸力從而改變對轉(zhuǎn)子的磁吸力,使轉(zhuǎn)子使轉(zhuǎn)子向理想位置復(fù)位。徑向磁力軸承的轉(zhuǎn)軸一般要配備輔向理想位置復(fù)位。徑向磁力軸承的轉(zhuǎn)軸一般要配備輔助軸承。助軸承。 2021/3/2725 無需潤滑無需潤滑,無需密封介質(zhì)無需密封介質(zhì); 無摩擦及摩擦力矩?zé)o摩擦及摩擦力矩;運(yùn)動(dòng)無噪聲運(yùn)動(dòng)無噪聲,溫升低溫升低; 保持轉(zhuǎn)速消耗功率少保持轉(zhuǎn)速消耗

25、功率少; 圓周速度可達(dá)圓周速度可達(dá)200m/s,旋轉(zhuǎn)精度可達(dá)旋轉(zhuǎn)精度可達(dá)0.1m; 用于真空、無菌、腐蝕劑放射性環(huán)境中。用于真空、無菌、腐蝕劑放射性環(huán)境中。特點(diǎn)特點(diǎn):2021/3/27263.5.5 主軸組件的布局主軸組件的布局 主軸有主軸有前、后兩支承前、后兩支承和和前、中、后三支承前、中、后三支承兩種。其原則為兩種。其原則為: 1）適應(yīng)剛度和承載能力的要求）適應(yīng)剛度和承載能力的要求 2）適應(yīng)轉(zhuǎn)速要求）適應(yīng)轉(zhuǎn)速要求 3）適應(yīng)精度的要求）適應(yīng)精度的要求 4）適應(yīng)結(jié)構(gòu)的要求）適應(yīng)結(jié)構(gòu)的要求 5）適應(yīng)經(jīng)濟(jì)性要求）適應(yīng)經(jīng)濟(jì)性要求 主軸軸承的配置主軸軸承的配置,包括主軸軸承的選型、組合以及布置包括主軸

26、軸承的選型、組合以及布置,主要根據(jù)對所設(shè)計(jì)主軸組件在轉(zhuǎn)速、承載能力、剛度以及精度主要根據(jù)對所設(shè)計(jì)主軸組件在轉(zhuǎn)速、承載能力、剛度以及精度等方面的要求。等方面的要求。 常見的有以下幾種典形的配置形式常見的有以下幾種典形的配置形式:速度型速度型、剛度型剛度型和和剛剛度速度型度速度型 。 2021/3/27271）速度型）速度型 主軸前后軸承都采用具有良好高速性能的角接觸主軸前后軸承都采用具有良好高速性能的角接觸球軸承球軸承(雙聯(lián)或三聯(lián)雙聯(lián)或三聯(lián))。 當(dāng)軸向切削分力較大時(shí)當(dāng)軸向切削分力較大時(shí),可選用接觸角為可選用接觸角為25的的球軸承球軸承; 當(dāng)軸向切削分力較小時(shí)當(dāng)軸向切削分力較小時(shí),可選用接觸角為可

27、選用接觸角為15的的球軸承。球軸承。 角接觸球軸承的承載能力較小角接觸球軸承的承載能力較小,因而適用于高速因而適用于高速輕載精密機(jī)床輕載精密機(jī)床,如高速鏜削單元、高速如高速鏜削單元、高速CNC車床。車床。 1 典型主軸軸承配置形式典型主軸軸承配置形式2021/3/27282）剛度型）剛度型 前支承采用雙列短圓柱滾子軸承承受徑向載荷和前支承采用雙列短圓柱滾子軸承承受徑向載荷和60角接觸雙列調(diào)心推力球軸承承受軸向載荷。后支承采用雙列角接觸雙列調(diào)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)適用于中等轉(zhuǎn)速和切削負(fù)載較

28、大速和切削負(fù)載較大,要求剛度高的機(jī)床。要求剛度高的機(jī)床。前前支支承承后后支支承承2021/3/27293）速度剛度型）速度剛度型 后軸承采用角接觸球軸承后軸承采用角接觸球軸承,前支承采用雙列短前支承采用雙列短圓柱滾子軸承。圓柱滾子軸承。 前支承前支承后后支支承承2021/3/27304）三支承主軸）三支承主軸 主軸箱長度較大主軸箱長度較大,主軸支承跨距超過兩支承合理跨距很主軸支承跨距超過兩支承合理跨距很多多,增加中間支承有利于提高剛度和抗振性。為保證主軸組增加中間支承有利于提高剛度和抗振性。為保證主軸組件的剛度和旋轉(zhuǎn)精度件的剛度和旋轉(zhuǎn)精度,通常只有兩個(gè)支承通常只有兩個(gè)支承(其中一個(gè)為前支承其中

29、一個(gè)為前支承)起主要作用起主要作用,而另一個(gè)支承而另一個(gè)支承(中間支承或后支承中間支承或后支承)起輔助作用起輔助作用,即處于所渭即處于所渭“浮動(dòng)浮動(dòng)”狀態(tài)。輔助支承常采用剛度和承載能力狀態(tài)。輔助支承常采用剛度和承載能力較小的軸承較小的軸承,并選用其外圈與支承座孔配合比主要支承松并選用其外圈與支承座孔配合比主要支承松12級。級。 統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,80左右的機(jī)床采用前、中支承為主要左右的機(jī)床采用前、中支承為主要支承。支承。2021/3/27313.5.6 軸系組件的初步計(jì)算軸系組件的初步計(jì)算1 各傳動(dòng)軸的估算和驗(yàn)算各傳動(dòng)軸的估算和驗(yàn)算 機(jī)床各傳動(dòng)軸在工作時(shí)必須保證具有足夠的彎曲剛度機(jī)床各

30、傳動(dòng)軸在工作時(shí)必須保證具有足夠的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。和扭轉(zhuǎn)剛度。 2 主軸直徑選擇主軸直徑選擇在設(shè)計(jì)之初在設(shè)計(jì)之初,由于確定的只是一個(gè)設(shè)計(jì)方案由于確定的只是一個(gè)設(shè)計(jì)方案,尚未確定尚未確定具體構(gòu)造具體構(gòu)造,因此因此,只能根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料只能根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料,初步選擇主軸的直初步選擇主軸的直徑。徑。3 主軸合理跨距的選擇主軸合理跨距的選擇 主軸的跨距主軸的跨距(前、后軸承之間的距離前、后軸承之間的距離)對于主軸組件的性能對于主軸組件的性能有相當(dāng)大的影響。合理選擇跨距有相當(dāng)大的影響。合理選擇跨距,是主軸組件設(shè)計(jì)中的一是主軸組件設(shè)計(jì)中的一個(gè)相當(dāng)重要的問題。個(gè)相當(dāng)重要的問題。 2021/3/27322021/3

31、/27332021/3/2734 顯然存在著一個(gè)最佳的顯然存在著一個(gè)最佳的L/aL/a值。這時(shí)值。這時(shí), ,柔度柔度y/Fy/Fc c最小最小, ,也就是主軸組件的綜合剛度最大。如果也就是主軸組件的綜合剛度最大。如果a a為已定為已定, ,則存在著一個(gè)最佳跨距則存在著一個(gè)最佳跨距L L0 0。通常。通常, ,L La= a= 2 23.53.5。從線圖上也可以看到。從線圖上也可以看到, ,在在L La a的最佳值附的最佳值附近近, ,柔度變化不大。當(dāng)柔度變化不大。當(dāng)L L L L0 0時(shí)時(shí), ,柔度的增加比柔度的增加比L LL L0 0時(shí)慢。設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)爭取符合最佳跨距。時(shí)慢。設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)爭取符合最佳跨距。 2021/3/27353.5.7 主軸滾動(dòng)軸承的預(yù)緊主軸滾動(dòng)軸承的預(yù)緊 保持合理的軸承間隙保持合理的軸承間隙,對主軸組件的工作性能和軸對主軸組件的工作性能和軸承壽命有著重要的影響。承壽命有著重要的影響。機(jī)床主軸組件在裝配時(shí)或使用機(jī)床主軸組件在裝配時(shí)或使用過程