第三章 典型部件設(shè)計(jì)(3.1)

1、 3.1 主軸部件設(shè)計(jì) F3.3.1 1.1 .1 主軸部件應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求主軸部件應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求 F3.3.1 1.2 .2 主軸部件的傳動(dòng)方式主軸部件的傳動(dòng)方式 F3.3.1 1.3 .3 主軸部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主軸部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) F3.3.1 1.4 .4 主軸用滾動(dòng)軸承主軸用滾動(dòng)軸承 F3.3.1 1.5 .5 主軸用滑動(dòng)軸承主軸用滑動(dòng)軸承 3.1.1主軸部件應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求 1.：主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指主軸在手動(dòng)或低速、 空載時(shí)，主軸前端定位面的徑向跳動(dòng)、端面跳動(dòng)和軸向 竄動(dòng)值。 F2主軸部件的剛度K是指其在承受外載荷時(shí)抵抗 變形的能力，即K=Fy(單位為NPm)，剛度的倒數(shù)言 稱(chēng)為柔度。 3

2、：主軸部件的抗振性是指其抵抗受迫振動(dòng)和 自激振動(dòng)而保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力。 4：主軸部件工作時(shí)由于摩擦和攪油等 耗損而產(chǎn)生熱量，出現(xiàn)溫升。溫升使主軸部件的形狀和 位置發(fā)生畸變，稱(chēng)之為熱變形。 5：主軸部件的耐磨性是指長(zhǎng)期保持其原始精 度的能力，即精度的保持性。 3.1.2主軸部件的傳動(dòng)方式 q 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，能傳遞較大的扭矩， 能適應(yīng)變轉(zhuǎn)速、變載荷工作，應(yīng)用最廣。它的缺點(diǎn)是線速 度不能過(guò)高，通常小于1215ms，不如帶傳動(dòng)平穩(wěn)。 q 由于各種新材料及新型傳動(dòng)帶的出現(xiàn)，帶傳動(dòng)的應(yīng)用日益 廣泛。常用有平帶、三角帶、多楔帶和同步齒形帶等。 q 特點(diǎn)是靠摩擦力傳動(dòng)(除同步齒形帶外)、結(jié)構(gòu)

3、簡(jiǎn)單、制造 容易、成本低，特別適用于中心距較大的兩軸間傳動(dòng)。皮 帶有彈性可吸振，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，適宜高速傳動(dòng)。帶 傳動(dòng)在過(guò)載中會(huì)打滑，能起到過(guò)載保護(hù)作用。 q 缺點(diǎn)是有滑動(dòng)，不能用在速比要求準(zhǔn)確的場(chǎng)合。 3.1.2主軸部件的傳動(dòng)方式 q 同步齒形帶的齒形有兩種：梯形齒和圓弧齒。圓弧齒形受力合理， 較梯形齒同步帶能夠傳遞更大的扭矩。 q 同步齒形帶無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)精度高； q 厚度小、重量輕、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小,適于高速傳動(dòng)，傳動(dòng)效率高； q 不需要潤(rùn)滑， 耐水耐腐蝕， 能在高溫下工 作，維護(hù)保養(yǎng) 方便；傳動(dòng)比 大，可達(dá)1：10 以上。 q 缺點(diǎn)是制造工 藝復(fù)雜，安裝 條件要求高。

4、3.1.2主軸部件的傳動(dòng)方式 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸就是主軸，電動(dòng)機(jī)座就是機(jī)床主軸單元的 殼體。主軸單元大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，有較寬的調(diào)速范圍； 有較大的驅(qū)動(dòng)功率和扭矩；便于組織專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)。 3.1.3主軸部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) q 多數(shù)機(jī)床的主軸采用前、后兩個(gè)支承。這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，制造裝配方便，容易保證精度。為提高主軸部件的 剛度，前后支承應(yīng)消除間隙或預(yù)緊。 q 機(jī)床主軸采用三個(gè)支承，為提高剛度和抗振性。三支承 方式對(duì)三支承孔的同心度要求較高，制造裝配較復(fù)雜。 q 三個(gè)支承中可以前、后支承為主要支承，中間支承為輔 助支承；也可以前、中支承為主要支承，后支承為輔助 支承。 q 在三支承主軸部件中，采用前、中支承為主

5、要支承較多。 3.1.3主軸部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 兩個(gè)方向的推力軸承都布置 在前支承外。 在前支承處軸承較多，發(fā)熱 大，溫升高；但主軸受熱后 向后伸長(zhǎng)，不影響軸向精度， 精度高，對(duì)提高主軸部件剛 度有利。 用于軸向精度和剛度要求較 高的高精度機(jī)床或數(shù)控機(jī)床。 兩個(gè)方向的推力軸承配置在 前支承的后側(cè)。 這類(lèi)配置方案可減少主軸的 懸伸量，并使主軸的熱膨脹 向后；但前支承結(jié)構(gòu)較復(fù)雜， 溫升也可能較高。 兩個(gè)方向的推力軸承都布置 在后支承處。 前支承處軸承較少，發(fā)熱小， 溫升低；但是主軸受熱后向 前伸長(zhǎng)，影響軸向精度。 用于軸向精度要求不高的普 通精度機(jī)床，如立銑、多刀 車(chē)床等。 兩個(gè)方向的推力軸承分別布 置

6、在前后兩個(gè)支承處。 主軸受熱伸長(zhǎng)后，影響主軸 軸承的軸向間隙。為避免松 動(dòng)，可用彈簧消除間隙和補(bǔ) 償熱膨脹。 常用于短主軸，如組合機(jī)床 主軸。 3.1.3主軸部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)件放在兩個(gè)支承中間靠 近前支承處，受力情況較好， 用得最為普遍； 傳動(dòng)件放在主軸前懸伸端， 主要用于具有大轉(zhuǎn)盤(pán)的機(jī)床， 如立式車(chē)床、鏜床等，傳動(dòng)齒 輪直接安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)上。 傳動(dòng)件放在主軸的后懸伸端， 較多地用于帶傳動(dòng)，為了更 換傳動(dòng)帶方便，如磨床。 驅(qū)動(dòng)主軸的傳動(dòng)軸位置 的合理布置 應(yīng)盡可能將該驅(qū)動(dòng)軸布 置在合適的位置，使驅(qū)動(dòng) 力引起的主軸變形可抵消 一部分因切削力引起的主 軸軸端精度敏感方向上的 位移。 3.1.3主軸部

7、件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （四（四) )主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 一般按機(jī)床類(lèi)型、 主軸傳遞的功率 或最大加工直徑， 選取D1。車(chē)床和 銑床后軸頸的直 徑D2：(0.7 0.85)Dl。 很多機(jī)床的主軸是空心的，內(nèi)孔直徑與其用途有關(guān)。一般 應(yīng)保證dD0.7。 如車(chē)床主軸內(nèi)孔用來(lái)通過(guò)棒料或安裝送夾料機(jī)構(gòu)；銑床主 軸內(nèi)孔可通過(guò)拉桿來(lái)拉緊刀桿等等為不過(guò)多地削弱主軸的 剛度，臥式車(chē)床的主軸孔徑d通常不小于主軸平均直徑的55 60；銑床主軸孔徑d可比刀具拉桿直徑大510mm。 主軸前端懸伸量d是指主軸前端面到前軸承徑向反力 作用中點(diǎn)(或前徑向支承中點(diǎn))的距離。 由于前端懸伸量對(duì)主軸部件的剛度、抗振

8、性的影響 很大，因此在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)要求的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量 縮短該懸伸量。 存在一個(gè)最佳跨距上L0。在該跨距時(shí)，因主軸彎曲變形和支承變 形引起主軸前軸端的總位移量為最小。一般取L。(23.5)d。 1)L合理(45)D1 2)L合理(35)a，用于懸伸長(zhǎng)度較小時(shí)，如車(chē)床、銑床、外等。 3)L合理(12)a，用于懸伸長(zhǎng)度較大時(shí)，如鏜床、內(nèi)圓磨床等。 3.1.3主軸部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) q 主軸一般為空心階梯軸，前端徑向尺寸大，中間徑向尺寸逐漸減小， 尾部徑向尺寸最小。主軸的前端型式取決于機(jī)床類(lèi)型和安裝夾具或 刀具的型式。主軸的形狀和尺寸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)遵照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 q 主軸的技術(shù)要求，應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度標(biāo)

9、準(zhǔn)有關(guān)項(xiàng)目制定。應(yīng)盡量做到 設(shè)計(jì)、工藝、檢測(cè)的基準(zhǔn)相統(tǒng)一。 3.1.4 主軸滾動(dòng)軸承 q 主軸部件中最重要 的組件是軸承。 q 對(duì)主軸軸承的要求 是旋轉(zhuǎn)精度高、剛 度高、承載能力強(qiáng)、 極限轉(zhuǎn)速高、適應(yīng) 變速范圍大，摩擦 小、噪聲低、抗振 性好、使用壽命長(zhǎng)、 制造簡(jiǎn)單、使用維 護(hù)方便等 特點(diǎn)是無(wú)機(jī)械磨損，理論上 無(wú)速度限制；運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)噪聲， 溫升低、能耗?。徊恍枰獫?rùn) 滑，不污染環(huán)境，省掉一套 潤(rùn)滑系統(tǒng)和設(shè)備；能在超低 溫和高溫下正常工作，也可 用于真空、蒸汽腐蝕性環(huán)境。 適用于高速、超高速加工。 二.典型的主軸軸承配置型式 1.速度型 主軸前后軸承都采用角接觸球 軸承(兩聯(lián)或三聯(lián))。 當(dāng)軸向切削分

10、力較大時(shí)，可選 用接觸角為25的球軸承；軸 向切削分力較小時(shí)，可選用接 觸角為15 的球軸承。在相 同的工作條件下，前者的軸向 剛度比后者大一倍。 角接觸球軸承具有良好的高速 性能，因而適用于高速輕載或 精密機(jī)床， 2剛度型 前支承采用雙列短圓柱滾子 軸承承受徑向載荷和60角 接觸雙列向心推力球軸承承 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， 適用于中等轉(zhuǎn)速和切削負(fù)載 較大，要求剛度高的機(jī)床。 3.剛度速度型 前軸承采用三聯(lián)角接觸球軸承， 后支承采用雙列短圓柱滾子軸承。 主軸的動(dòng)力從后端傳人后軸，承 要承受較大的傳動(dòng)力，所以采用 雙列短圓柱滾子軸承。 前軸承的配置

11、特點(diǎn)是：外側(cè)的兩 個(gè)角接觸球軸承大口朝向主軸工 作端，承受主要方向的軸向力； 第三個(gè)角接觸球軸承則通過(guò)軸 套與外側(cè)的兩個(gè)軸承背靠背配置， 使三聯(lián)角接觸球軸承有一個(gè)較大 支承跨，以提高承受顛覆力矩的 剛度。 典型的主軸部件 3.1.4 主軸滾動(dòng)軸承 主軸前軸承的精度對(duì)主軸旋轉(zhuǎn)精度影響較大，因此，前 軸承的精度通常應(yīng)選得比后軸承高一級(jí)。 滾動(dòng)軸承的配合對(duì)主軸部件精度的影響也很大。 3.1.4 主軸滾動(dòng)軸承 q 預(yù)緊就是采用預(yù)加載荷的 方法消除軸承間隙，而且 有一定的過(guò)盈量，使?jié)L動(dòng) 體和內(nèi)外圈接觸部分產(chǎn)生 預(yù)變形，增加接觸面積， 提高支承剛度和抗振性。 q 預(yù)緊有徑向和軸向兩種。 q 預(yù)緊力通常分為

12、三級(jí)：輕 預(yù)緊、中預(yù)緊和重預(yù)緊， 代號(hào)為A、B、C。輕預(yù)緊適 用于高速主軸，中預(yù)緊適 用于中、低速主軸；重預(yù) 緊用于分度主軸。 雙列短圓柱滾子軸承的預(yù)緊有兩種方式：一種 是用螺母軸向移動(dòng)軸承內(nèi)圈，因內(nèi)圈孔是1：12 的錐孔，使內(nèi)圈徑向漲大，而實(shí)現(xiàn)預(yù)緊； 另一種如圖369所示，用調(diào)整環(huán)1的長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn) 預(yù)緊，采用過(guò)盈套進(jìn)行軸向固定。 3.1.4 主軸滾動(dòng)軸承 將一對(duì)軸承的內(nèi)圈側(cè)面 各磨去按預(yù)緊量確定的厚 度，當(dāng)壓緊內(nèi)圈時(shí)即可得 到設(shè)定的預(yù)緊量。 是在兩軸承內(nèi)外圈之間 分別裝入厚度差為2占的 兩個(gè)短套來(lái)達(dá)到預(yù)緊目的 是用彈簧自動(dòng)預(yù)緊圖示的 一對(duì)軸承。 3.1.4 主軸滾動(dòng)軸承 是由基油、稠化劑和添加劑

13、(有的不含添加 劑)在高溫下混合而成的一種半固體狀潤(rùn)滑劑。如鋰基 脂、鈣基脂，高速軸承潤(rùn)滑脂等。 q 特點(diǎn)是粘附力強(qiáng)、油膜強(qiáng)度高、密封簡(jiǎn)單，不易滲漏， 長(zhǎng)時(shí)間不需更換，維護(hù)方便。但摩擦阻力比潤(rùn)滑油略大。 q 常用于轉(zhuǎn)速不太高、又不需冷卻的場(chǎng)合。特別是立式主 軸或裝在套筒內(nèi)可以伸縮的主軸，如鉆床、坐標(biāo)鏜床、 數(shù)控機(jī)床和加工中心等。 q 潤(rùn)滑脂不應(yīng)過(guò)多填充，以免因攪拌發(fā)熱而融化、變質(zhì)失 去潤(rùn)滑作用。，潤(rùn)滑脂填滿(mǎn)軸承空隙的1312效果 最好。在一定時(shí)期內(nèi)補(bǔ)充和更換。 3.1.4 主軸滾動(dòng)軸承 潤(rùn)滑油的種類(lèi)很多，轉(zhuǎn)速越高，選的粘度越 低；負(fù)荷越重，粘度應(yīng)越高。 q 當(dāng)dn值較低時(shí)，可用油浴潤(rùn)滑。 q

14、當(dāng)dn值略高一些，可用滴油潤(rùn)滑。 q 當(dāng)dn值較高時(shí)，采用循環(huán)潤(rùn)滑，由油泵將經(jīng)過(guò)過(guò)濾的潤(rùn) 滑油輸送到軸承部位，潤(rùn)滑后返回油箱。經(jīng)過(guò)濾、冷卻 后循環(huán)使用。 q 油霧潤(rùn)滑是將油霧化后噴向軸承，既起潤(rùn)滑作用，又起 冷卻作用，效果較好。但油霧散人大氣，污染環(huán)境。 q 油氣潤(rùn)滑是間隔一定時(shí)間由定量柱塞分配器輸出微量潤(rùn) 滑油與壓縮空氣管道中的壓縮空氣混合后，經(jīng)細(xì)長(zhǎng)管道 和噴嘴連續(xù)噴向軸承。 3.1.4 主軸滾動(dòng)軸承 q 作用是防止冷卻液、切削灰塵、雜質(zhì)等進(jìn)入軸承，并使 潤(rùn)滑劑無(wú)泄露地保持在軸承內(nèi)，保證軸承的使用性能和 壽命。 q 密封的類(lèi)型主要有非接觸式和接觸式密封兩大類(lèi)。 q 非接觸式又分為間隙式、曲路

15、式和墊圈式密封。 q 接觸式可分為徑向密封圈和毛氈密封圈。 q 選擇密封形式時(shí)，應(yīng)綜合考慮如下因素：軸的轉(zhuǎn)速、軸 承潤(rùn)滑方式、軸端結(jié)構(gòu)、作溫度、軸承工作時(shí)的外界環(huán) 境等。 3.1.5 主軸滑動(dòng)軸承 q 動(dòng)壓軸承依靠主軸以較高的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶著潤(rùn)滑油從 間隙大處向間隙小處流動(dòng)，形成壓力油楔而將主軸浮起， 產(chǎn)生壓力油膜以承受載荷。 圖為固定 多油楔軸承 的結(jié)構(gòu)。 主軸按箭 頭方向旋轉(zhuǎn) 時(shí)，五個(gè)油 楔便有相應(yīng) 的油壓分布. 3.1.5 主軸滑動(dòng)軸承 優(yōu)點(diǎn)：承載能力高；旋轉(zhuǎn)精度高； 油膜有均化誤差的作用，可提高加工 精度；抗振性好；運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；既能在 極低轉(zhuǎn)速下工作，也能在極高轉(zhuǎn)速下 工作；摩擦小，軸承壽命長(zhǎng)。 缺點(diǎn)：需要一套專(zhuān)用供油設(shè)備，軸 承制造工藝復(fù)雜、成本較高。 3.1.5 主軸滑動(dòng)軸