哈工大工程材料第6章

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第6章主軸組件功用支承并帶動工件或刀具旋轉進行切削承受切削力和驅動力等載荷完成表面成形運動*26.1主軸組件的組成及要求6.1.1主軸組件的組成組成主軸支承軸承傳動件密封件定位元件*3

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*66.1主軸組件的組成及要求6.1.2主軸組件的基本要求1.旋轉精度徑向跳動軸向竄動角度擺動ΔrΔSΔα影響因素：制造、裝配和調整精度安裝基面相對于理想回轉中心線的空間瞬時旋轉誤差（無載荷、低速運轉情況下）*76.1主軸組件的組成及要求6.1.2主軸組件的基本要求2.靜剛度Fδ主軸抵抗靜態(tài)外載荷引起的變形的能力。彎曲剛度K（N/μm）扭轉剛度KT

（N·m2）/rad*86.1主軸組件的組成及要求6.1.2主軸組件的基本要求3.主軸組件的振動

抵抗受迫振動和自激振動的能力（沖擊力和交變力）產生原因：材料硬度不均勻；加工余量不均勻；主軸部件不平衡；軸承或齒輪存在缺陷；切削振顫。影響因素：靜剛度；質量分布；阻尼。*96.1主軸組件的組成及要求6.1.2主軸組件的基本要求4.溫升和熱變形產生原因：摩擦、攪油等熱變形：溫升而引起的主軸部件的變形影響因素：軸承類型及布置方式、預緊力、潤滑方式、散熱條件等。機床精度等級普通機床精密機床高精度機床特高精度機床軸承外圈允許溫度°C<50~55<40~45<35~40<28~30軸承允許溫升°C30~4015~208~10滾動軸承的允許溫度*106.1主軸組件的組成及要求6.1.2主軸組件的基本要求5.耐磨性（精度保持性）長期保持原始精度的能力---耐磨性影響因素：軸承、定位或基準表面等的磨損耐磨性材料熱處理方式軸承類型潤滑防護方式*116.2主軸組件的布局6.2.1兩支承軸軸承的布置形式1.適應剛度和承載能力要求承載能力：主軸在保證正常工作并在額定壽命時間內，所能承受的最大負荷。2.適應轉速要求3.適應精度要求*12*136.2主軸組件的布局6.2.1兩支承軸軸承的布置形式*146.2主軸組件的布局6.2.1兩支承軸軸承的布置形式*156.2主軸組件的布局6.2.2三支承主軸組件1）主軸長度較長2）兩個支承為主支承，一個為輔助支承3）輔助支承軸承外圈與箱體孔配合留有間隙、不預緊4）采用前支承、中支承為主支承的較多*166.2主軸組件的布局6.2.3主軸組件的典型結構1.雙列短圓柱滾子軸承主軸組件*176.2主軸組件的布局6.2.3主軸組件的典型結構1.雙列短圓柱滾子軸承主軸組件*186.2主軸組件的布局6.2.3主軸組件的典型結構2.圓錐滾子軸承主軸組件*196.2主軸組件的布局6.2.3主軸組件的典型結構3.角接觸球軸承主軸組件*206.2主軸組件的布局6.2.3主軸組件的典型結構4.推力軸承主軸組件*21

QQ’QQ’QQ’FFF臥式車床主軸立式車床、鏜床主軸磨床主軸6.2主軸組件的布局6.2.4傳動件的合理布置*22

6.2主軸組件的布局6.2.4傳動件的合理布置*23

6.2主軸組件的布局6.2.4傳動件的合理布置*24

6.2主軸組件的布局6.2.4傳動件的合理布置*25驅動主軸的傳動軸位置的合理布置F方案II：精度較高、前支承剛度較大的機床方案I：用于加工精度不高、主軸剛度較大且為了提高軸承壽命的普通機床。FQⅠFQⅡⅠⅡⅠⅡRBFQⅠFQⅡRARBRAFF*266.3主軸6.3.1主軸的結構

主軸的構造和形狀主要決定于主軸上所安裝的刀具、夾具、傳動件、軸承等零件的類型、數量、位置和安裝定位方法等。設計時還應考慮主軸加工工藝性和裝配工藝性。

主軸頭部的形狀和尺寸已經標準化，應遵照標準進行設計。*276.3主軸6.3.1主軸的結構*28*29*306.3主軸6.3.2主軸的材料與熱處理

載荷特點材料選擇耐磨性要求熱處理方法熱處理后變形情況普通機床主軸選用中碳鋼（如45鋼）；大載荷、沖擊載荷或精密機床需要減小熱處理變形時，慮選用合金鋼。

*31鋼材熱處理用途45鋼

調質22~28HRC，局部高頻淬硬50~55HRC一般機床主軸、傳動軸40Cr

淬硬48~55HRC載荷較大或表面要求較硬的主軸40Cr

高頻淬硬55~62HRC滑動軸承的主軸軸頸20Cr

滲碳、淬硬56~62HRC中等載荷、轉速很高、沖擊較大的主軸9Mn2V

淬硬59~62HRC高精度機床主軸，熱處理變形小38CrMoAlA

氮化處理850~1000HV高精密機床主軸，熱處理變形小50Mn2

調質28~35HRC載荷較大的重型機床主軸65Mn

淬硬52~58HRC高精度機床主軸表6-5主軸常用材料及熱處理要求*326.3主軸6.3.3主軸的技術要求主要的技術要求：尺寸精度形狀精度位置精度粗糙度硬度主要部位：定位表面重要的螺紋基準表面*336.3主軸6.3.3主軸的技術要求*346.4主軸滾動軸承軸承決定了軸的精度，軸承的變形量約占主軸組件總變形量的30%~50%；

旋轉精度高剛度高承載能力強極限轉速高適應變速范圍大要求

摩擦小噪聲低抗振性好使用壽命長制造簡單使用維護方便*35

軸承的類型、精度、結構、配置方式、安裝調整、潤滑和冷卻等狀況，都直接影響主軸部件的工作性能。主軸軸承液體靜壓軸承滾動軸承液體動壓軸承空氣靜壓軸承自調磁浮軸承6.4主軸滾動軸承*36*376.4主軸滾動軸承6.4.1常用的滾動軸承類型1．角接觸球軸承*386.4主軸滾動軸承6.4.1常用的滾動軸承類型*392．雙列短圓柱滾子軸承1:121:12特輕系列超輕系列6.4主軸滾動軸承6.4.1常用的滾動軸承類型*403．雙列角接觸球軸承6.4主軸滾動軸承6.4.1常用的滾動軸承類型*414．圓錐滾子軸承6.4主軸滾動軸承6.4.1常用的滾動軸承類型*425．加梅(Gamet)軸承6.4主軸滾動軸承6.4.1常用的滾動軸承類型*436．推力軸承6.4主軸滾動軸承6.4.1常用的滾動軸承類型*447.陶瓷軸承：常用的陶瓷滾動軸承有三種類型：1）滾動體用陶瓷材料制成，而內、外圈仍用軸承鋼制造；2）滾動體和內圈用陶瓷材料制成，外圈用軸承鋼制造；3）全陶瓷軸承，即滾動體、內外圈全都用陶瓷材料制成。特點：摩擦系數小自潤滑高速、超高速精密主軸6.4主軸滾動軸承6.4.1常用的滾動軸承類型*45*46軸承的預緊：使?jié)L動體與滾道之間有一定的預變形。預緊的原因：軸承內部存在間隙；滾動體直徑不一致；內外滾道存在圓度誤差。預緊的目的：提高軸承精度、剛度和壽命及主軸的抗振性預緊有徑向和軸向兩種。

輕預緊（高速主軸）、中預緊（中低速主軸）和重預緊（分度主軸），代號為A、B、C6.4主軸滾動軸承6.4.2滾動軸承間隙的調整和預緊*47*481．雙列短圓柱滾子軸承的預緊*49*50*51注意：對于雙列圓柱滾子軸承，預緊量2~5微米，過大并不能有效提高剛度；

衡量標準為變形量D；從抗振動的角度講，應該采用最大切削力作用下軸承的變形量為預緊量；預緊后的軸承應該進行溫度校驗。預緊量可以通過預緊量計算曲線圖查得。*522．角接觸球軸承的預緊（間隙調整）衡量標準為預緊力*536.4主軸滾動軸承6.4.3滾動軸承間隙的精度與配合軸承精度等級：新標準：P2、P4、P5、P6和P0五級SP、UP舊標準：B、C、D、E、GISO標準：2、4、5、6、02級最高，0級最低等級越高，滾動體受力越均勻，有利于提高剛度和抗振性，磨損小，壽命高。主軸軸承通常采用P4級，高精度主軸采用P2級，要求較低的主軸或三支承主軸的輔助軸承可用P5級。*54滾動軸承精度等級的選擇（1）前端影響：（2）后端影響：*55表6-7主軸軸承精度機床精度等級前軸承后軸承推力軸承精度等級普通精度等級P5或P4（SP）P5或P4（SP）P6精密級P4（SP）或P2（UP）P4（SP）P5高精度機床P2（UP）P2（UP）P4高精密級P2（UP）P2（UP）P2（UP）*56

表6-8滾動軸承的配合配合部位配合主軸軸頸與軸承內圈m5k5j5或js5k6座孔與軸承外圈K6J6或Js6或規(guī)定一定過盈量*576.5主軸滑動軸承6.5.1液體動壓、靜壓軸承1.動壓軸承適用于高轉速、轉速變化范圍不大的情況下（對主軸圓度誤差有均化作用）PPPP(a)(b)(c)(d)*58結構特點：軸頸與軸瓦之間為可調的楔型間隙；軸承應為均布的多油楔形式。動壓軸承形成壓力油膜的條件：①楔形間隙，進油大于出油；②要保證軸頸與軸瓦有一定的相對運動速度；③潤滑油要有一定的粘度。結構形式：活動多油楔：綜合剛度較低固定多油楔：綜合剛度較高6.5主軸滑動軸承6.5.1液體動壓、靜壓軸承*591．固定多油楔滑動軸承*602．活動多油楔滑動軸承*612.液體靜壓軸承*62*636.5主軸滑動軸承6.5.2空氣靜壓軸承*64*65*666.5主軸滑動軸承6.5.3磁懸浮軸承*67*68*696.6主軸組件的計算6.6.1主軸組件結構參數的確定步驟：根據統計資料或計算確定主軸的直徑；通過計算確定主軸的跨距；參考上述數據進行結構設計并修正；驗算；修改設計。*706.6主軸組件的計算6.6.1主軸組件結構參數的確定1.主軸平均直徑D（或D1前軸徑）主軸前軸徑D1

、后軸徑D2

，主軸內孔直徑d，主軸前端懸伸量a和主軸跨距L

。*716.6主軸組件的計算6.6.1主軸組件結構參數的確定（1）根據機床主電機功率確定D1*72主軸前軸頸的直徑D1功率機床2.6~3.63.7~5.55.6~7.27.4~1111~14.714.8~18.4車床70~9070~10595~130110~145140~165150~190升降臺銑床60~9060~9575~10090~105100~115外圓磨床50~6055~7070~8075~9075~10090~100*736.6主軸組件的計算6.6.1主軸組件結構參數的確定（2）根據機床主參數確定D1*746.6主軸組件的計算6.6.1主軸組件結構參數的確定2.主軸內孔直徑d的確定臥式車床：d=(0.55-0.6)D1銑床：孔徑比刀具拉桿直徑大5~10mm原則：在滿足結構要求的前提下，設計時應盡量縮短該懸伸量。

3．主軸前端懸伸量a的確定定義：主軸前端面到前軸承徑向反力作用中點的距離*756.6主軸組件的計算6.6.1主軸組件結構參數的確定3.主軸前端懸伸量a*76FFFFFFFFFFFFeeeel當l/d>1時：0.5d≥e≥(0.25~0.