臥式車床主軸箱 臥式車床主軸箱溫升的影響及計(jì)算

本文格式為Word版，下載可任意編輯——臥式車床主軸箱臥式車床主軸箱溫升的影響及計(jì)算如何計(jì)算主軸箱的溫升。熱變形的影響；主軸箱主軸箱作為臥式車床的重要部件之一。在工作時(shí)，由于傳動(dòng)件的機(jī)械摩擦，潤(rùn)滑油飛濺，攪拌作用等而發(fā)熱，使主軸箱溫度升高，產(chǎn)生熱變形。熱變形的影響，主要有以下幾個(gè)方面：

第一、變更各相關(guān)部件的相對(duì)位置。

如主軸箱發(fā)熱后使主軸軸線升高，而尾座那么由于內(nèi)部無(wú)傳動(dòng)件而溫升很小，這就使主軸與尾座套筒軸線的相對(duì)位置發(fā)生變更，影響工件的加工精度。

其次、變更主軸的幾何位置。

主軸的前后支承構(gòu)造不同，溫升也不同。這就使得前后支承處箱體的熱膨脹量不同，從而使主軸軸線傾斜，熱檢時(shí)超差。

第三、變更軸承的間隙。

箱體的散熱條件較好，軸承和主軸的散熱條件較差，這就使得軸承和主軸的溫度高于箱體，熱膨脹量較多，從而產(chǎn)生裁減軸承的間隙或加大預(yù)緊量。這樣，又會(huì)進(jìn)一步增加發(fā)熱量和溫差，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致發(fā)生事故。

第四、變更潤(rùn)滑條件。

溫升使?jié)櫥偷恼扯冉档?，粘度降低又將進(jìn)一步降低潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑性能和油膜的承載壓力，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致潤(rùn)滑失效。

因此，裁減主軸箱的發(fā)熱和加強(qiáng)散熱，以便降低溫升，并采取某些均熱措施以裁減不平勻熱膨脹是設(shè)計(jì)主軸箱，更加是設(shè)計(jì)數(shù)控臥式車床主軸箱所務(wù)必考慮的問(wèn)題。

1.熱平衡和溫度場(chǎng)

主軸箱在工作時(shí)一方面產(chǎn)生熱量，另一方面又向周邊環(huán)境散發(fā)熱量。假設(shè)單位時(shí)間產(chǎn)生的熱量確定，那么開(kāi)頭時(shí)，主軸箱的溫度較低，與周轉(zhuǎn)環(huán)境之間的溫差較小，散熱較少，溫度升高就較快。隨著溫度的升高將逐步減慢。結(jié)果確定會(huì)達(dá)成某一溫度，這時(shí)，同一時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量等于散熱量，即達(dá)成了熱平衡。

達(dá)成熱平衡的時(shí)間是相當(dāng)長(zhǎng)的，對(duì)于普遍車床國(guó)家現(xiàn)行通用技術(shù)要求規(guī)定每小時(shí)的溫升不差過(guò)5℃，就認(rèn)為達(dá)成了熱平衡。一般需連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)2至3小時(shí)才能達(dá)成熱平衡。

主軸箱的溫度不成能每個(gè)部位都一致。熱源處溫度較高，其它地方較低。一般機(jī)床的主軸箱往往就是主軸軸承處的溫度高。按照國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，普遍精度級(jí)機(jī)床，當(dāng)主軸的最高轉(zhuǎn)速空運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)成熱平衡時(shí)，主軸軸承的溫度和溫升，滑動(dòng)軸承溫度不超過(guò)60℃，溫升不超過(guò)30℃；滾動(dòng)軸承溫度不超過(guò)70℃，溫升不超過(guò)40℃。這里的溫升實(shí)際上是滾動(dòng)軸承外圈的溫升。軸頸的溫升由于散熱條件較差需要更高些。

熱量主要是從某個(gè)熱源發(fā)出的。所以熱源處溫度最高，離熱源越遠(yuǎn)那么溫度較低。這就形成了溫度場(chǎng)。

事實(shí)上，熱源往往不止一個(gè)。例如若主軸箱底部油池?zé)嵊途奂趦?nèi)，這就形成另一個(gè)熱源。此外箱體的厚度也不會(huì)平勻。這時(shí)，等溫線將表現(xiàn)為繁雜的曲線。由于各處溫度不同，將產(chǎn)生不平勻的熱變形，從而進(jìn)一步影響加工精度。

2.主軸箱的溫升估算

機(jī)床各部件中發(fā)熱最多的主軸箱。因此，有必要對(duì)主軸箱的溫升舉行估算。假設(shè)察覺(jué)溫升過(guò)高，那么在設(shè)計(jì)階段就可采取措施。例如：加通風(fēng)、箱體增加散熱片、潤(rùn)滑油專設(shè)油箱舉行外循環(huán)、潤(rùn)滑油設(shè)冷卻裝置等。

2.1主軸箱的發(fā)熱

主軸箱的較高溫度展現(xiàn)在主軸高速空載連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)成平衡溫度時(shí)，主軸箱的發(fā)熱量Q，可以認(rèn)為是由主軸最高速旋轉(zhuǎn)時(shí)空載損失N空轉(zhuǎn)化來(lái)的。

Q=N（kw）=1000N（w）

2.2主軸箱體的平均溫升估算

箱體內(nèi)多個(gè)熱源，如軸承、齒輪、摩擦離合器、油池等。它們的發(fā)熱不同，又分布在箱體內(nèi)各個(gè)片面。箱體和外觀散熱條件也不一致，故箱體上個(gè)點(diǎn)溫度并不平勻。下式可用來(lái)對(duì)箱體的平均溫升舉行估算。運(yùn)轉(zhuǎn)2小時(shí)后箱體的平均溫升：

ψ——箱體通過(guò)接合面?zhèn)髦疗渌麢C(jī)件的熱量比例。對(duì)于車床和組合機(jī)床ψ=0.15～0.2，接觸面較大時(shí)取大值。

平均散熱系數(shù)K=（Wm2·℃）

式中AAA——各箱壁外觀積（m2）

KKK——分別為箱體第1至第n壁的散熱系數(shù)（Wm2·℃）見(jiàn)表1。

例：估算一臥式車床主軸箱在主軸以最高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的平均溫升。主軸和帶輪轉(zhuǎn)速均為1400r/min，空轉(zhuǎn)功率損失估算為Q=N（kw）=1925（w）。箱體的尺寸如圖1所示。箱體質(zhì)量為500kg。

（1）散熱系數(shù)h。

箱體的面1前有高速旋轉(zhuǎn)的卡盤(pán)，外觀3之后又帶輪皆能產(chǎn)生良好的氣流，K=K=85（Wm2·℃）；面積皆為0.355x0.52=0.184m2。外觀2、4、5的鄰接面有良好的氣流K=K=K=16（Wm2·℃）；外觀6散熱條件較差，K=14（Wm2·℃）；面積A=A=0.57x0.355=0.202m2，A=A=0.52x0.57=0.296m2。

K=

==34.2（Wm2·℃）

（2）散熱面積A=（0.184+0202+0.296）×2=1.364。

（3）時(shí)間常數(shù)Z==≈1.5（h）

（4）求箱體平均溫升取ψ=1.75

當(dāng)t=1h時(shí)，Q=（1-0.175）××（1-e）≈15℃

當(dāng)t=2h時(shí)，Q=（1-0.175）××（1-e）≈22.5℃

當(dāng)t=3h時(shí)Q=（1-0.175）××（1-e）≈26.4℃

從以上計(jì)算結(jié)果可以看出，運(yùn)轉(zhuǎn)1小時(shí)至3小時(shí)之間溫升已經(jīng)小于4℃，可以認(rèn)為達(dá)成了熱平衡。箱體平均