第三章主軸組件設計

機械制造裝備設計第三章主軸組件設計第3章

主軸組件設計第三章主軸組件設計主軸組件設計3.1主軸組件的基本要求·

旋轉精度·

靜剛度抗振性熱變形耐磨性1．旋轉精度主軸的旋轉中心線:主軸作旋轉運動時線速度為零的點的連線稱。在理想狀態(tài)下，該線即為主軸的幾何中心線主軸組件設計其位置是不隨時間而變化的?！?/p>

旋轉誤差:由于制造和裝配等誤差的影響，主軸旋轉時，該線的空間位置每時每刻都在發(fā)生著變化。瞬時旋轉中心線相對于理想旋轉中心線在空間位置上的偏差，即主軸旋轉時的瞬時誤差（旋轉誤差）,其范圍就為主軸的旋轉精度.1．旋轉精度主軸組件的旋轉精度:是指專機在空載低速轉動時，在主軸前端定位面上測得的主軸組件設徑計向圓跳動、端面圓跳動和軸向竄動值的大小。動態(tài)的旋轉精度:主軸組件的旋轉精度是在靜態(tài)無載條件下測出的。如果在工作條件下，則旋轉精度就會有所不同，這種精度稱為運動精度。影響主軸組件旋轉精度的因素軸承精度和間隙主軸組件·設與計軸承相配合零件（箱體、主軸本身）的精度軸承安裝、調整運動精度主軸轉速軸承組合設計軸承的性能2.靜剛度·

靜剛度簡稱為剛度。·

定義：主軸組件設計·

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靜態(tài)力F（或扭矩M）時，F與主軸在F作用方向上所產生的變形y之比根據作用力：徑向剛度軸向剛度扭轉剛度

對于大多數專機來說，主軸的徑向剛度是主要的。主軸組件設計影響主軸組件剛度的主要因素·

主軸的結構型式及尺寸軸承的類型、配置及預緊傳動件的布置方式主軸組件的制造與裝配質量3．抗振性·

主軸組件的抗振性：指機器工作時主軸組件抵抗振動、保持主軸平穩(wěn)運轉主軸組件設計的能力。主軸組件的振動的影響：工件的表面質量刀具的耐用度主軸軸承的壽命還會產生噪聲而影響工作環(huán)境。4．熱變形主軸組件的熱變形：是指機器工作時，因各相對運動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主軸組件設位計置上產生的畸變。主軸組件的熱變形的影響：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主軸組件·設軸計承的類型、配置方式和預緊力的大小潤滑方式散熱條件主軸組件設計一般規(guī)定，使用滑動軸承時，主軸軸承溫度不得超過60℃，對于高精度機床不得超過室溫10℃。滾動軸承的允許溫度可參閱表3．1(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設·

滑計動和滾動軸承的磨損的影響：使主軸組件喪失了原有的運轉精度，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整的可能性影響耐磨性的主要因素主軸組件設計·

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主軸滾動軸承的類型主軸組件·設3.計2.2主軸滾動軸承的配置型式3.2.3滾動軸承的剛度確定3.2.4滾動軸承間隙的調整和預緊3.2.2主軸滾動軸承的配置型式主軸軸承的選擇和配置取決于承受主軸組件設計載荷的大小、方向及其性質，轉速大小，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。主軸組件設設計計3.2.2主軸滾動軸承的配置型式·

載荷較大·

轉速較高時，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·

轉速為中、低速時，采用雙列圓柱滾子軸承和深溝球軸承或圓錐滾子軸承的組合主軸組件設計3.2.2主軸滾動軸承的配置型式·

載荷中等·

轉速較高時，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·

轉速為中、低速時，可采用兩個圓錐滾子軸承做前后支承軸承主軸組件設計3.2.2主軸滾動軸承的配置型式·

載荷較小·

轉速較高時，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支承并列兩個軸承·

轉速為中、低速時，可采用深溝球軸承和推力球軸承的組合3.2.3滾動軸承的剛度確定滾動軸承的剛度一般是指徑向剛度。主軸組件設·計徑向剛度: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滾動軸承間隙的調整和預緊滾動軸承具有合適的間隙或過盈量。主軸組件設·

因計此，主軸組件中應設有間隙調整機構，以保證主軸軸承保持合理的間隙或過盈量。主軸軸承在裝配時要進行預緊、調整間隙的必要性要求：力求調整方便、可靠。常見的滾動軸承間隙調整的結構：主軸組件1設.對計于帶錐孔的雙列圓柱滾子軸承（NN3000K

)·

移動軸承內圈使內圈產生徑向彈性變形來調整軸承的間隙或過盈量。2.對于角接觸軸承·

通過使其內、外圈產生相對位移來實現間隙調整的。3.3主軸·

3.3.1主軸的結構主軸組件設計·

3.3.2主軸的技術要求3.3.1主軸的結構在一般情況下，軸的設計取決于剛度，而不是其機械強度。主軸組件·設主計軸的構造和形狀如何確定？對于通用機床主軸端部的形狀和尺寸已標準化，可參見“金屬切削機床設計手冊”得出。3.3.2主軸的技術要求主軸組件設·

主計軸的精度直接影響到主軸組件的旋轉精度。保證錐孔中心和軸頸中心的同軸度，工藝基準如何選擇？具體的技術要求可參閱有關的主軸組件而確定。3.4主軸組件的計算3.4.1主軸組件計算時支承的簡化主軸組件·設3計.4.2主軸結構參數的確定3.4.3傳動件的布置3.4.4主軸組件的兩支承的最佳跨距的算3.4.5主軸組件采用三支承的跨距的確3.4.6主軸組件的剛度校核3.4.1主軸組件計算時支承的簡化深溝球軸承、單列或雙列圓柱滾子軸承，主軸組件設簡計化后的支承點在軸承中部。圓錐滾子軸承或角接觸球軸承，則支承點在接觸線與軸線交點處，如圖3.9b,c。這類軸承應使大口朝外，以使主軸前端的懸伸量減少。3.4.1主軸組件計算時支承的簡化

如一支承上安裝兩個軸承時，對于角接觸軸承采用反裝法可以提高其主軸組件設支計承剛度，而支承點應在前端軸承的接觸線與

軸線交點處，如圖3.9d所示。

對于接觸角為0o的向心軸承，則支承點在前端一

個軸承中部，如圖3.9e所示。其理由為預緊發(fā)生

在前面一列滾子（或滾

珠）與后軸承之間。3.4.1主軸組件計算時支承的簡化如三聯角接觸球軸承，前兩軸承為同向組合，主軸組件設接計觸線朝前（大口朝外），后軸承與之背靠背（反裝）支承點應在前面第一個軸承的接觸線與軸線交點處3.4.2主軸結構參數的確定主軸結構參數主要包括主軸組件·設主計軸前后支承軸頸D1

,D2

、主軸內孔直徑d(指空心主軸）、前端的懸伸量a主軸的支承跨距L1．主軸直徑的確定根據材料力學可知，主軸的剛度與其慣性矩成正比，而慣性矩與軸的直徑的4次主軸組件設方計成正比。主軸直徑D1或D2應在合理范圍內盡量選大些，以滿足剛度的要求，并兼顧結構緊湊。為便于安裝傳動件及支承件，主軸通常為階梯形，各段直徑向尾端逐漸減小。2.主軸內孔直徑d的確定·

對于空心主軸，內孔直徑d的大小，主軸組件設應計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到前端受力作用點之間的距主軸組件設離計?？s短懸伸量a可以明顯地提高主軸組件的剛度和抗振性。設計時，在滿足結構要求的前提下應盡可能取小值，以提高主軸的剛度。3.4.3傳動件的布置主軸組件一般都由帶或齒輪來傳動。主軸前端受到工作載荷（力或扭矩）的主軸組件設作計用主軸中間或后端受到齒輪或帶傳動的力的作用。在結構允許的條件下，合理地布置這些傳動件的位置和傳動力的方向，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。主軸組件的剛度還與支承跨距L有關。1．傳動件的位置帶傳動裝置多半裝在后軸承的外側，以防止膠帶沾油和便于膠帶更換。主軸上的傳動齒輪一般安裝在各主軸支主軸組件設承計之間。為了減少主軸的彎曲變形和扭轉變形，應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。當主軸上的傳動齒輪有兩個時，應使傳遞扭矩大的那個齒輪更靠近前支承。2.傳動力的位置和方向主軸組件·

先假定工作載荷F與傳動力FQ作用在同一設平計面內，這樣主軸端部上引起的撓度為最大，是一種最差的狀態(tài)?！?/p>

主軸受力變形時，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力的位置和方向有關·

1）如圖3.10a所示，帶輪安裝在主軸后軸承外側，FQ與F同向，不能使作用力F和傳動力FQ所引起的主軸前端變形部分地相互抵消。主軸組件設計·

2）當作用力F和傳動力FQ均作用在主軸前端，二者方向相反時，能使引起的主軸前端變形部分地抵消。前支承支反力也較小，主軸受扭長度也主軸組件設較計短但是傳動件需要安裝在前支承外側，增加了主軸的懸伸長度，結構上也較復雜。·

3）大多數機床或專用機床均采用這種布局。圖c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。主軸組

·

圖d所示的F與FQ的方向相反，則主軸前件設端計的變形較大，而前軸承受力卻較小。3.4.5主軸組件采用三支承的跨距的確定大多數的主軸組件采用前后兩支承。如主軸組件設果前后軸承間距太大（L遠大于L0），可以計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”支承應消除間隙或主軸組件設預緊，“輔”支承則應保留游隙以至選用計較大的游隙，且不能預緊，決不能三個軸承都預緊，否則會發(fā)生干涉。在一般情況下，前支承必須為主支承，否則會影響到主軸前端的旋轉精度?！爸鳌敝С屑瓤捎脠A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。3.4.6主軸組件的剛度校核對一般設備中的主軸，主要進行剛度驗主軸組件設算計。通常，如果能滿足剛度要求，也就能滿足強度要求。只有對重載荷（如粗加工）的主軸才需進行強度驗算；對于高速主軸，有時需要進行臨界轉速的驗算，以防發(fā)生共振。3.5提高主軸組件性能的措施主軸組件·設3計.5.1徑向圓跳動量的測定·

3.5.2滾動軸承的定向誤差裝配主軸組件設計3.5.1徑向圓跳動量的測定·

對于深溝球軸承等：被測定軸承放在V型鐵上，如圖3.1