數(shù)控銑床主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第四章同步帶傳動(dòng)

同步帶傳動(dòng)綜合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)，同步帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：

(1)無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，帶長(zhǎng)不變，傳動(dòng)比穩(wěn)定；

(2)帶薄而輕，強(qiáng)力層強(qiáng)度高，適用于高速傳動(dòng)，速度可達(dá)40m/s；

(3)帶的柔性好，課用直徑較小的帶輪，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊，能獲得較大的傳動(dòng)比;

(4)傳動(dòng)效率高，可達(dá)0.98-0.99,因而應(yīng)用日益廣泛；

(5)初拉力較小，故軸和軸承上所受的載荷小。

主要缺點(diǎn)是制造、安裝精度要求較高、成本高。

同步帶主要用于要求傳動(dòng)比準(zhǔn)確的中、小功率傳動(dòng)中，如計(jì)算機(jī)、錄音機(jī)、磨床

和紡織機(jī)等。U3J

4.1材料選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用聚氨酯同步帶，由帶背、帶齒、抗拉層三部分組成。帶背和

帶齒材料為聚氨酯，抗拉層采用鋼絲繩，適用于中小功率的高速運(yùn)轉(zhuǎn)部分。［⑶

4.2參數(shù)計(jì)算

設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容主要是：齒形帶的模數(shù)、齒數(shù)、和寬度的結(jié)構(gòu)和尺寸，傳動(dòng)中心

距，作用在軸上載荷以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1.模數(shù)的選取

模數(shù)主要根據(jù)齒形帶所傳遞的計(jì)算功率Pd和小帶輪轉(zhuǎn)速m確定的，通過查《現(xiàn)

代數(shù)控機(jī)床》表4-33查得Pd=KA*P,式中P-----傳動(dòng)功率

表4-1工作情況系數(shù)KA

載荷性質(zhì)一天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間/h

<1010-1616以上

載荷平穩(wěn)1.01.11.2

載荷變化小1.21.41.6

載荷變化大1.41.72.0

選取KA=1.7,所以Pc=5.5x1.7=9.35KW

由齒形帶模數(shù)選用圖可選m=4

2.小帶輪齒數(shù)Zi：由《機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)》表8-38得Zmin=22,所以取乙=24

3.同步帶節(jié)距Pb：由PD=9.35KWm=1500r/min,查表選取節(jié)距

Pb=12.566mm,齒形角郎=40齒根厚S=5.75mm。齒頂厚St=4mm,齒高

hg=ht+e=2.4+2.7=5.1mm,齒根圓半徑R尸齒頂圓半徑Ra=0.40mm,帶高

hs=4.4mm,節(jié)頂距6=1.000mm,帶bs=35?40mm。

4.節(jié)圓直徑di：di=4=96mm

71

5.大帶輪齒數(shù)Z2與直徑：Z2=IZ1=36

6.大帶輪直徑d2=idi=1.5x96=144mm

7.帶的速度V:V=就心=7.536,(式4-1)

60x1000

由表查得［⑶

Vmax=35?40VvVmax所以合格。

8.定中心距ao：5(di+d2)<ao^2(di+d2)

所以：0.7(96+144)<ao<2(96+144)

則有168<ao<48O初選ao=3OO

9.帶的節(jié)線長(zhǎng)度Lp以及齒數(shù)Zb：

2304

Lpo=2ao+-(di+d2)+=2300+-x240+=978.72(式4-2)

24g24x220

查表選取LP=1005mmZb=80

10.計(jì)算中心距a（采用中心距可調(diào)）

Lp-Lp。753.98-724.07力—.t”。、

a^aoH--------=o3n0n0+-------------------=313.36mm(式4-3)

22

選取a=314mm

11.帶輪與帶的嚙合齒數(shù)Zm:

Zm?-[1-（Z?~Z1）]=11.82取Zm=12（式4-4）

210。

因?yàn)楫?dāng)m22時(shí)，Zm應(yīng)不小于6,所以計(jì)算的Zm滿足條件。

12.帶寬bs：

Pz7

bs>.........-.........xlO3查表取Kz=1.20,Fa=20N/mm(式4-5)

Kz(Fa-Fc)V

232

Fc=mbV=4.8x10-x7.536=0.273

9.35

所以bsNxlO3=39.12mm選取bs=40mm

1.20x(20-0.273)x7.536

13.作用與軸上的力F*

Fr=&x1()3=2121x1()3=]240.7N(式4-6)

V7.536

14.小帶輪最小包角a：

a=180e-60e(d2-d1)/a=180-60(144-96)/314=170.8

15.帶輪寬度bf,b“，bf2

bf=bs+(1.5-3)=41.5-43

bfi=bs+(6?7)=46?47

bf2=bs+(3?5)=43?4]⑷

第五章主軸組件的設(shè)計(jì)

主軸組件主要包括：主軸、主軸支撐和安裝在主軸上的傳動(dòng)件、密封件等，因?yàn)?/p>

主軸帶動(dòng)工件或刀具直接參加工件表面形成運(yùn)動(dòng)，所以它的工作性能對(duì)加工質(zhì)量和生

產(chǎn)率產(chǎn)生直接影響，是機(jī)床最重要的部件之一。

5.1主軸組件的設(shè)計(jì)要求

1.回轉(zhuǎn)精度

主軸組件的回轉(zhuǎn)精度，是指主軸的回轉(zhuǎn)精度。當(dāng)主軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，線速度為零

的點(diǎn)的連線稱為主軸的得回轉(zhuǎn)中心線?；剞D(zhuǎn)中心線的空間位置，每一瞬間都是變化的,

這些瞬間回轉(zhuǎn)中心線的平均空單位轉(zhuǎn)移不為理想回轉(zhuǎn)中心線。瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心線相對(duì)于

理想回轉(zhuǎn)中心線在空間位置的距離，就是主軸的回轉(zhuǎn)誤差，而回轉(zhuǎn)誤差的范圍，就是

主軸的回轉(zhuǎn)精度。純徑轉(zhuǎn)誤差、角度誤差和軸向誤差，它們很少單獨(dú)存在。當(dāng)徑向誤

差和角度誤差同時(shí)存在構(gòu)成徑向跳動(dòng)，而軸向誤差和角度誤差同時(shí)存在構(gòu)成端面跳

動(dòng)。由于主軸的回轉(zhuǎn)誤差一般都是一個(gè)空間旋轉(zhuǎn)矢量，它并不是在所有的情況下都表

示為被加工工件所得的加工形狀。

主軸回轉(zhuǎn)精度的測(cè)量，一般分為三種靜態(tài)測(cè)量、動(dòng)態(tài)測(cè)量和間接測(cè)量。目前我國(guó)

在生產(chǎn)中沿著傳統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)量法，用一個(gè)精密的檢測(cè)棒插入主軸錐孔中千分表觸頭觸

及檢測(cè)棒圓柱表面，以低速轉(zhuǎn)動(dòng)主軸進(jìn)行測(cè)量。千分表最大和最小的讀數(shù)差既認(rèn)為是

主軸的徑向回轉(zhuǎn)誤差。端面誤差一般以包括主軸所在平面內(nèi)的直角坐標(biāo)系的垂直度，

數(shù)據(jù)綜合表示。動(dòng)態(tài)測(cè)量是用一標(biāo)準(zhǔn)球裝在主軸中心線上，與主軸中心線上，與主軸

同時(shí)旋轉(zhuǎn)；在主軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)；在工作臺(tái)上安裝兩個(gè)互成90度角的非接觸傳感器，通

過儀器記錄回轉(zhuǎn)情況。間接測(cè)量是用小的切削量用小的切削量回工有色金屬試件，然

后在圓度儀上測(cè)量試件的圓度來評(píng)價(jià)。出廠時(shí)，普通級(jí)加工中心的回轉(zhuǎn)精度用靜態(tài)測(cè)

量法測(cè)量，當(dāng)1=300廊時(shí)允許誤差應(yīng)小于0.02硒。造成主軸回轉(zhuǎn)誤差的原因主要是

由于主軸的結(jié)構(gòu)及其加工精度、主軸軸承的選用及剛度等，而主軸及其回轉(zhuǎn)零件的不

平衡，在回轉(zhuǎn)時(shí)引起的激振力，也會(huì)造成主軸的回轉(zhuǎn)誤差。因此加工中心的主軸不平

衡量要控制在0.4mm/s以下。

2.主軸剛度

主軸組件的剛度是指受外力作用時(shí)，主軸組件抵抗變形的能力。通常抵以主軸前

端產(chǎn)生單位位移時(shí),在位移方向上所施加的作用力大小來表示。主軸組件的剛度越大,

主軸受力的變形就越小。主軸組件的剛度不足，在切削力及其他力的作用下，主軸將

產(chǎn)生較大的彈性變形，不僅影響工件的加工質(zhì)量，還會(huì)破壞齒輪、軸承的正常工作條

件，使其加快磨損，降低精度。主軸部件的剛度與主軸結(jié)構(gòu)尺寸、支撐跨距、所選軸

承類型及配置形勢(shì)、砂間隙的調(diào)整、主軸上傳動(dòng)元件的位置等有關(guān)。

3.主軸抗振性

主軸組件的抗振性是指切削加工時(shí)，主軸保持平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動(dòng)的能力。

主軸組件抗振性及在必要時(shí)安裝阻尼（消振）器。另外，使主軸固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激

振力的頻率。

4.主軸溫升

主軸組件在運(yùn)轉(zhuǎn)中，溫升過高會(huì)起兩方面的不良結(jié)果：一是主軸組件和箱體因熱

膨脹而變形，主軸的回轉(zhuǎn)中心線和機(jī)床其他件的相對(duì)位置會(huì)有變化，直接影響加工精

度；其次是軸承等元件會(huì)因溫度過高而改變已調(diào)好的間隙和破壞正常潤(rùn)滑條件，影響

軸承的正常工作。嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生：“抱軸數(shù)控機(jī)床在解決溫升問題時(shí)，一般采

用恒溫主軸箱。

5.主軸的耐磨性

主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便長(zhǎng)期保持精度。主軸上易磨損的地方是刀具

或工件的安裝部位以及移動(dòng)式主軸的工作部位。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應(yīng)

該淬硬，或者經(jīng)過氮化處理，以提高硬度增加耐磨性。主軸軸承也需要有良好的潤(rùn)滑,

提高其耐磨性。

以上這些要求，有的還是矛盾的，例如高剛度和高速，高速和高精度等，這就要

具體問題具體分析，例如設(shè)計(jì)高效數(shù)控機(jī)床的主軸組件的主軸應(yīng)滿足高速和高剛度的

要求；設(shè)計(jì)高精度數(shù)控機(jī)床時(shí)，主軸應(yīng)滿足高剛度、低溫升的要求。同時(shí)，主軸結(jié)構(gòu)

要保證個(gè)部件定位可靠，工藝性能好等要求。

6.提高主軸組件抗振性的措施

（1）盡量縮短主軸前軸承結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度，適當(dāng)增大跨矩；

（2）盡量提高前軸承的剛度和阻尼；

（3）提高前軸承的精度，把推力軸承放在前支撐初可提高抗振性；

（4）對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的零件作靜、動(dòng)平衡，提高齒輪、主軸的制造精度都可適當(dāng)減

少?gòu)?qiáng)迫振動(dòng)源；

（5）對(duì)于非連續(xù)切削過程的銃削，滾削等加裝飛輪可減少振動(dòng)；

（6）應(yīng)用阻尼器消耗振動(dòng)能量是有效的措施；考慮系統(tǒng)的固有頻率，避免共振。

7.減少主軸組件熱變形的措施

（1）把熱源移至機(jī)床以外。

（2）改善主傳動(dòng)的潤(rùn)滑條件。如進(jìn)行箱外循環(huán)潤(rùn)滑，用低粘度的潤(rùn)滑油、油霧

潤(rùn)滑等，特別注意前軸承的潤(rùn)滑情況。

（3）采用冷卻散熱裝置。例如用熱管冷卻減少機(jī)床各部位的溫差，進(jìn)行熱補(bǔ)償。

如可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用一些自動(dòng)補(bǔ)償?shù)难b置設(shè)法使熱變形朝不影響加工精度的方向

發(fā)展。還可以在工藝上減少熱變形的影響。如先空運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間再加工。把粗、精加

工分開等。

5.2主軸材料的選擇及尺寸、參數(shù)的計(jì)算

圖5-1主軸

主軸是主軸組件的重要組成部分，它的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、制造精度、材料、及其

熱處理，對(duì)主軸組件的工作性能都有很大的影響。主軸結(jié)構(gòu)隨系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的不同而

有各種形式。

主軸的主要尺寸參數(shù)包括：主軸直徑、內(nèi)孔直徑、懸伸長(zhǎng)度和支撐跨距。評(píng)價(jià)和

考慮主軸的主要尺寸參數(shù)的依據(jù)使主軸的剛度、結(jié)構(gòu)工藝性和主軸組件的工藝適應(yīng)范

圍。

1.主軸直徑

主軸直徑越大，其剛度越高，但使得軸承和軸上其他零件的尺寸相應(yīng)增大。軸承

的直徑越大，同等級(jí)精度軸承的公差值也越大，要保證主軸的旋轉(zhuǎn)精度就越困難。同

時(shí)極限轉(zhuǎn)數(shù)下降。主軸后端支撐軸頸的直徑可視為0.7?0.8的前支承軸頸值，實(shí)際

尺寸要在主軸組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)確定。前、后軸頸的差值越小則主軸的剛度越高，工藝

性能也越好。

2.主軸內(nèi)孔直徑

主軸的內(nèi)孔用來安放棒料、刀具夾緊裝置固定刀具、傳動(dòng)氣動(dòng)或液動(dòng)卡盤等。主

軸孔徑越大，可通過的棒料直徑也越大，機(jī)床的適用范圍就越廣，同時(shí)主軸部件的相

對(duì)重量也越輕。主軸孔徑的大小主要受主軸剛度的制約。主軸的孔徑與主軸的直徑之

比，小于0.3時(shí)空心主軸的剛度幾乎與實(shí)心主軸的剛度相當(dāng)；等于0.35時(shí)，空心主

軸的剛度為實(shí)心主軸剛度的90%；大于0.7時(shí)空心主軸的剛度急劇下降。一般可取其

比值為0.5左右。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，此設(shè)計(jì)選用的主軸材料是45號(hào)鋼。其熱處理及參數(shù)如下表

表5-145號(hào)鋼熱處理參數(shù)1閭

許用

抗拉屈服彎曲剪切

材硬度彎曲應(yīng)

熱處理強(qiáng)度極強(qiáng)度極疲勞極疲勞極

料(HBS)力［。

限限。S限。?限J

調(diào)質(zhì)、217~

64035530015560

45滲氮255

因?yàn)檫x用的主軸電機(jī)功率為P=18.5KW,額定轉(zhuǎn)速n=1500r/min

所以主軸功率

18.5

p=pc/n?n2n3==9.67kw(式5-1)

0.98x0.97x0.98

因?yàn)橹鬏S是空心轉(zhuǎn)軸，所以

d,=21,68Xi"

（式5-2）

b_l

查表得—==1.23所以d,=21.68X1.2321.23=56.6mm

又因?yàn)榇颂庉S上有一個(gè)鍵槽，所以d產(chǎn)dX(1+5%)=59.45mm取山=60

mm;d2=&+2a,a為軸肩高度，用于軸上零件的定位和固定，故a值應(yīng)該稍微大于轂孔

的圓角半徑或倒角深，通常取a》(0.07~0.1)d1；d2應(yīng)符合密封件的孔徑要求。

所以d2=63mm

d3=d2+5~8mm=72mmo

d4=d3+1?5mm=74mm0

+

d5=d41?5mm=78mm。

+

d6=d52aoa2(0.07?0.1)di所以d6=80mmo

根據(jù)選用的軸承確定dk98mm

主軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核，危險(xiǎn)截面安全系數(shù)s的校核計(jì)算：

2[s]（式5-3）

s。一只考慮彎距作用的安全系數(shù);

ST一只考慮扭距作用是的安全系數(shù);

［s］一許用安全系數(shù)；山］

在此查表所得［s］=L3?1.5；s?=-一二*二1

小+中”

P事rgtj

查表得出。-1=270Mpa

T-l=155Mpak?=l.71k,=1.443=1.6e?=0.78￡r=0.74,

Md0

中。=0.3,2T=0.21,o?=——°m=°?M=(1—V4)

2W32~d

Wp=—(1-v4)

16

C€

所以：s=.「，=1.08〈[s]=1.3?1.5

JsJ+S2r

所以主軸設(shè)計(jì)符合要求。

3.主軸的軸端結(jié)構(gòu)

主軸的軸端是用于安裝夾具和刀具。要求夾具和刀具在軸端定位精度高、定位好、

裝卸方便，同時(shí)使主軸的懸伸長(zhǎng)度短。數(shù)控銃床的主軸端部結(jié)構(gòu)，一般采用短圓錐法

蘭盤式。

4.軸主要精度指標(biāo)

前支承軸承軸頸得同軸度約為5Nm左右；軸承軸頸需要按軸承內(nèi)孔“實(shí)際尺寸”

配合，并且需要保證配合過盈1阿1?5即1；錐孔與軸承軸頸得同軸度為3內(nèi)11~5阿1,與

錐面的接觸面積不小于80%,且大端接觸較好；裝圓柱滾子軸承與軸承內(nèi)圈的接觸面

積應(yīng)該不小于85%o

5.主軸動(dòng)態(tài)特性的改善

改善主軸動(dòng)態(tài)特性的措施有以下幾個(gè)方面：

（1）使主軸組件的固有頻率避開激振力的頻率

通常應(yīng)該使固有頻率高于激振力頻率的30%以上。如果發(fā)生共振的那階模態(tài)屬于

主軸在彈性基礎(chǔ)上（軸承）的剛度振動(dòng)則應(yīng)提高軸承的剛度。如果屬于主軸的彎曲振

動(dòng)，則應(yīng)提高主軸的剛度，如加粗直徑。激振力可能來自主軸組件的不平衡，這時(shí)激

振頻率等于主軸轉(zhuǎn)速乘以n/30。也可能來自斷續(xù)切削，這時(shí)激振頻率還應(yīng)該乘以刀

齒數(shù)z。

（2）增大阻尼

如前面所述，低階模態(tài)常是主軸的剛體振動(dòng)。這時(shí)主軸軸承，特別是前軸承的阻

尼對(duì)主軸組件的抗振性影響很大。如果要求得到很光的加工表面，主軸又是水平的，

可用滑動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承適當(dāng)預(yù)緊可以增大阻尼，但過大的預(yù)緊反而使阻尼減少，故

選擇預(yù)緊時(shí)還應(yīng)該考慮阻尼的因素。

（3）采用三支承

如主軸后端懸深很長(zhǎng)，可增加輔助支承，成為三支承主軸。輔助支承可用深溝球

軸承，保留游動(dòng)間隙。輔助支承的作用，與其說是提高剛度，不如說是為了提高抗振

性。（⑵

5.3主軸傳動(dòng)裝置箱體的作用

通過傳動(dòng)軸承支撐傳動(dòng)件的軸；存儲(chǔ)潤(rùn)滑劑，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)件和軸承的潤(rùn)滑；密封作

用，減少環(huán)境不良因素；保護(hù)機(jī)器操作者的人身安全，避免傷亡事故。

5.4主軸箱體的截面形狀和壁厚計(jì)算

傳動(dòng)裝置箱體的典型縱截面形狀為矩形或圓形。箱體壁厚N的計(jì)算：

N=2/+"+'_22mm1⑷（式5-4）

3000

第六章主軸軸承的選擇

主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、安裝、調(diào)整、潤(rùn)

滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。在數(shù)控機(jī)床上主軸軸承常用的有滾動(dòng)軸

承和滑動(dòng)軸承兩大類。

滾動(dòng)軸承摩擦阻力小，可以預(yù)緊，潤(rùn)滑維護(hù)簡(jiǎn)單，能在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變

動(dòng)范圍下穩(wěn)定的工作。滾動(dòng)軸承由專業(yè)化的工廠生產(chǎn)，選購(gòu)維修很方便，在數(shù)控機(jī)床

上被廣泛采用。但與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承的噪聲大，滾動(dòng)體數(shù)目有限，剛度是變

化的，抗振性略差，并且對(duì)轉(zhuǎn)速有很大的限制。數(shù)控機(jī)床主軸組件在可能條件下，盡

量使用了滾動(dòng)軸承，特別是大多數(shù)立式主軸和主軸裝在套筒內(nèi)能夠作軸向移動(dòng)的主

軸。這時(shí)用滾動(dòng)軸承可以用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑以避免漏油。滾動(dòng)軸承根據(jù)滾動(dòng)體的結(jié)構(gòu)的不

同可分為球軸承、圓柱軸承、圓錐滾子軸承三大類。⑹

6.1軸承的選擇和軸承的精度

選用軸承時(shí)，首先是選擇類型。選擇軸承類型應(yīng)考慮多種因素，如軸承所受載荷

的大小、方向及性質(zhì)；軸向的固定方式；轉(zhuǎn)速與工作環(huán)境；調(diào)心性能要求；經(jīng)濟(jì)性和

其他特殊要求等。滾動(dòng)軸承的選，用原則課概括如下。

1.載荷條件

軸承承受載荷的大小、方向、性質(zhì)是選擇軸承類型的主要依據(jù)。載荷較大時(shí)應(yīng)選

用線接觸的滾子軸承。受純軸向載荷時(shí)通常選用推力軸承；主要受徑向載荷時(shí)應(yīng)選用

深溝球軸承；同時(shí)受徑向和軸向載荷時(shí)應(yīng)選用角接觸軸承；受沖擊載荷時(shí)宜選用滾子

軸承。

2.轉(zhuǎn)速條件

當(dāng)轉(zhuǎn)速較高且旋轉(zhuǎn)精度要求較高時(shí)，應(yīng)選用球軸承。推力軸承的極限轉(zhuǎn)速低。當(dāng)

工作轉(zhuǎn)速較高，而軸向載荷不大時(shí)，可采用角接觸軸承或深溝球軸承。對(duì)高速回轉(zhuǎn)的

軸承，為減小滾動(dòng)體施加于外圈滾道的離心力，宜選用外徑和滾動(dòng)體直徑較小的軸承。

3.裝調(diào)性能

3類（圓錐滾子軸承）和N類（圓柱滾子軸承）的內(nèi)外圈可分離，便于裝拆。為

方便安裝在長(zhǎng)軸上軸承的裝拆和緊固，可選用帶內(nèi)綴孔和緊定套的軸承。

4.調(diào)心性能

軸承內(nèi)、外圈軸線間的偏位角應(yīng)控制在極限值之內(nèi)，否則會(huì)增加軸承的附加載荷

而降低其壽命。對(duì)于剛度差或安裝精度較差的軸組件，宜選用調(diào)心軸承，如1類（調(diào)

心球軸承）、2類（調(diào)心滾子軸承）軸承。

5.經(jīng)濟(jì)性

在滿足使用要求的情況下優(yōu)先選用價(jià)格低廉的軸承。一般球軸承的價(jià)格低于滾子

軸承。軸承的精度要求越高價(jià)格就越高。在同精度的軸承中深溝球軸承的價(jià)格最低。

同型號(hào)不同公差等級(jí)軸承的價(jià)格比為:P0:P6:P5:P4=l:1.5:1.8:6o選用高精度軸承

時(shí)應(yīng)進(jìn)行性能價(jià)格比的分析。

本次設(shè)計(jì)中選用了的軸承是角接觸軸承和雙向推力向心球軸承。角接觸軸承可以

同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷的聯(lián)合作用，其軸上載荷能力的大小，隨接觸角的增大

而增大；軸承的精度，分為2、4、5、6、0五級(jí)。其中2級(jí)最高，0級(jí)為普通精度級(jí)。

主軸軸承以4級(jí)為主。高精度主軸可用P2級(jí)。要求較低的主軸或三支撐主軸的輔助

軸承可用P5級(jí)。P6級(jí)和P0級(jí)一般不用。⑹

6.2軸承預(yù)緊力的要求

因?yàn)轭A(yù)緊力提高剛度有一定的效果,這是與線接觸的滾子軸承不同的。點(diǎn)接觸的

球軸承，應(yīng)在溫升允許的條件下，盡量用較高的預(yù)緊力。

在軸向力的作用下，不受力測(cè)軸承的滾動(dòng)體與滾道不配時(shí)為最大軸向載荷的

35%；三聯(lián)組配時(shí)為24虬

6.3主軸軸承的潤(rùn)滑與密封

主軸的密封有接觸式密封和非接觸式密封，主軸軸承的潤(rùn)滑與密封是機(jī)床使用和

維護(hù)過程中值得重視的兩個(gè)問題。良好的潤(rùn)滑效果可以較低軸承的工作溫度和延長(zhǎng)使

用壽命。密封不僅要防止灰塵屑末和切削液進(jìn)入，還要防止?jié)櫥偷男孤?/p>

數(shù)控機(jī)床上，主軸軸承潤(rùn)滑方式有：油脂潤(rùn)滑、油液循環(huán)潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑、油氣

潤(rùn)滑等方式。此次設(shè)計(jì)選用的是油脂潤(rùn)滑方式。主軸的潤(rùn)滑狀態(tài)可分為流體潤(rùn)滑狀態(tài)

和非流體潤(rùn)滑狀態(tài)兩大類，流體潤(rùn)滑狀態(tài)又可分為邊界潤(rùn)滑狀態(tài)和干摩擦潤(rùn)滑狀態(tài)。

除上述外，還常見有混合潤(rùn)滑狀態(tài)，即流體潤(rùn)滑狀態(tài)和邊界潤(rùn)滑狀態(tài)同時(shí)存在。

油脂潤(rùn)滑方式：是目前在數(shù)控機(jī)床的主軸軸承上最常用的潤(rùn)滑方式，特別是在

前支承軸承上更是常常用到。當(dāng)然，如果主軸箱中沒有冷卻潤(rùn)滑油系統(tǒng)，那么后支承

軸承和其他軸承，一般采用油脂潤(rùn)滑方式潤(rùn)滑。

(1)油液潤(rùn)滑方式：在數(shù)控機(jī)床主軸上，有采用油液循環(huán)潤(rùn)滑方式的。裝有

CA-MET軸承的主軸，即可使用這種方式潤(rùn)滑，對(duì)一般主軸軸承，后支承上采用這種

方式潤(rùn)滑比較常見。不過在用油液潤(rùn)滑角接觸軸承的時(shí)候，要注意角接觸軸承有泵油

效應(yīng)，必須使油液從小口進(jìn)入。

(2)油霧潤(rùn)滑方式：油霧潤(rùn)滑方式是將油液經(jīng)高壓氣體霧化后從噴嘴成霧狀噴

出倒需要潤(rùn)滑的部位達(dá)到潤(rùn)滑目的的方式。由于霧狀油吸熱性好，又無(wú)油液攪拌作用，

所以常用于高速主軸軸承的潤(rùn)滑。但是，油霧容易吹出，污染環(huán)境。

(3)油氣潤(rùn)滑方式：油氣潤(rùn)滑方式是針對(duì)高速主軸而開發(fā)的新型的潤(rùn)滑方式。

它是用極微量的油(約0.03cmb潤(rùn)滑軸承，以抑制軸承發(fā)熱。油箱中的油位開關(guān)和

管路的壓力開關(guān)，確保在油箱中無(wú)油或者壓力不足的時(shí)候，能自動(dòng)啟動(dòng)切斷主電動(dòng)機(jī)

電源。

軸承間隙調(diào)整和預(yù)緊主軸軸承的內(nèi)部間隙，必須能夠調(diào)整。多數(shù)軸承，還應(yīng)在

過盈狀態(tài)下滾動(dòng)體與滾道之間有一定的預(yù)變形，這就叫做軸承的預(yù)緊。

軸承預(yù)緊后，內(nèi)部無(wú)間隙，滾動(dòng)體從各個(gè)方向支承主軸，有利于提高運(yùn)動(dòng)精度。

滾動(dòng)體的直徑不可能絕對(duì)相等，滾道也不可能絕對(duì)正圓，因而預(yù)緊前只有部分滾動(dòng)體

與滾道接觸。預(yù)緊后，滾動(dòng)體和滾道都有了一定的變形，參加工作的滾動(dòng)體將更多，

各滾動(dòng)體的受力將更為均勻。這些都有利于提高軸承的精度、剛度和壽命。如主軸產(chǎn)

生振動(dòng)，則由于各個(gè)方面都有滾動(dòng)體支承，可以提高抗振性。但是，預(yù)緊將使軸承壽

命下降，故預(yù)緊要適量。⑺

6.4軸承壽命校核

主軸軸承通常載荷相對(duì)較輕,除一些特殊的重載主軸外，軸承的承載能力是沒有

問題的。主軸軸成的壽命，主要不是取決于疲勞點(diǎn)蝕，而是因?yàn)槟p而降低精度。通

常，如軸承精度為P4級(jí)，經(jīng)使用導(dǎo)致磨損后跳動(dòng)精度降至P5級(jí)時(shí)，這個(gè)軸承就不能

滿足加工精度要求了。應(yīng)該更換了。雖然還遠(yuǎn)未達(dá)到其疲勞壽命，但是這種“精度壽

命”目前還難以估算準(zhǔn)確。

所選軸承按照每天兩班工作制，每班工作8小時(shí)，預(yù)計(jì)使用五年。則T=16X365

X5=29200h

根據(jù)軸承壽命校核公式：

Lh=500(-----------々-----Y>T（式6-1）

KAKHPKnKLP

Lh---軸承壽命。

T——滾動(dòng)軸承許用壽命。

C---滾動(dòng)軸承額定動(dòng)負(fù)荷。

fn——速度系數(shù)fn=J竺竺=0.281

￡——壽命指數(shù)。對(duì)球軸承e=3；對(duì)滾子軸承e=10/3o

KA——使用系數(shù)。查表取KA=1.2.

Kn——轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，查表取K/0.89。

KL——齒輪輪換工作系數(shù)，查表取KL=0.8.

P當(dāng)量動(dòng)載荷。口4)

所以根據(jù)公式計(jì)算得：

38.4x0.281

U=500=46013.8h>T

1.2x0.85x0.89x0.8x3.28

因?yàn)檩S承使用壽命遠(yuǎn)大于軸承預(yù)期的壽命所以軸承合格的。

第七章聯(lián)接鍵的選擇和碟形彈簧的選擇與計(jì)算

7.1聯(lián)接鍵的選擇

鍵的類型可根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用要求和工作條件選擇，鍵截面尺寸通常根

據(jù)軸的直徑，從標(biāo)準(zhǔn)中選取，對(duì)于某些特殊情況（如階梯軸）在保證傳遞所需的轉(zhuǎn)矩

的條件下，允許選用較標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定小一擋的截面尺寸，有時(shí)候由于工藝和強(qiáng)度原因，也

可以選用較標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定尺寸大一擋的鍵，鍵的長(zhǎng)度按輪轂長(zhǎng)度而定，即鍵的長(zhǎng)度等于略

短于輪轂的長(zhǎng)度，而導(dǎo)向平鍵就得按輪轂的長(zhǎng)度及滑動(dòng)距離而定，鍵的長(zhǎng)度應(yīng)該符合

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長(zhǎng)度系列。

根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸和GB/T1096-1979選普通平鍵聯(lián)接，鍵的公稱尺寸是bXhXL=10

X8X（28~36）,材料選取45號(hào)鋼。

7.2碟形彈簧的選擇與計(jì)算

碟形彈簧它是一種用鋼板沖壓的截面錐形壓縮彈簧，其特點(diǎn)是：

圖7T碟形彈簧

（1）剛度大，用于負(fù)荷大，軸向空間要求小的地方。

（2）具有變剛度特性，適應(yīng)范圍廣，根據(jù)其極限變形量h。和彈簧板厚度t不同,

可有各種不同的特性曲線和承載能力。

（3）在工作過程中，碟片之間有摩擦損失，加載和卸載時(shí)的特性曲線不重合，

吸振能力強(qiáng)，制造維修方便。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用A系列碟形彈簧。采用對(duì)合組合方式安裝。⑺

7.3碟形彈簧材料及熱處理'厚度和脫碳

碟形彈簧材料為60Si2MnA,碟簧成型后，進(jìn)行淬火，回火后的硬度必須在HRC42-

45范圍內(nèi)單面脫碳層深度，對(duì)于厚度小于1.25mm的第一類碟形彈簧，不得超過其厚

度的5%,對(duì)于厚度不小于1.25mm的碟形彈簧，不超過其厚度的3%（其最小值允許為

0.06mm）o

7.4碟形彈簧的強(qiáng)壓處理'表面強(qiáng)化處理和防腐處理

碟形彈簧應(yīng)全部進(jìn)行強(qiáng)壓處理，處理方法為：一次壓平，持續(xù)時(shí)間不少于12h,

或者進(jìn)行短時(shí)壓平，壓平次數(shù)不小于5次，壓平力不小于二倍的PE）.75h。,強(qiáng)化處理

后自由高度應(yīng)穩(wěn)定。

對(duì)于受變負(fù)荷的碟形彈簧，內(nèi)錐面推薦表面作強(qiáng)化處理，例如噴丸處理等，根據(jù)

需要，碟形彈簧表面進(jìn)行防腐處理（如磷化、氧化、鍍鋅等），經(jīng)電鍍后的碟形彈簧,

必須進(jìn)行去氫處理，不過對(duì)受變負(fù)載的碟形彈簧應(yīng)該避免采用電鍍方法處理。⑹

其主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：D=50d=25.4t=3ho=1.1Ho=4.1P=12000N

22

f=0.83Ho-f=3.27aM=-1250N/mnian=1430N/mmQ=34.30kg/1000件

2

D/t?18ho=O.4E=206000N/mmp=0.3K4=1C=2

壓平彈簧的負(fù)載：

=8410N（式7-1）

1-〃2Kp

1Ir

K」＞1J1=0.69,（式7-2）

C-lInC

P/Pc=5000/8410=0.59因?yàn)閔0/t=0.4（查表所得）所以工=0.57

%

f=O.57xho=O.51所以對(duì)合組合的片數(shù)為三丘=工=11.76取12片.

f0.51

未受負(fù)載的高度是Hz=i.Ho=22x3.15=69.3

受負(fù)載時(shí)的高度Hi=Hz-if=69.3-22x0.51=58.08

壓平彈簧時(shí)(f=ho)M點(diǎn)的應(yīng)力

OM=--.A：4X^X-=-1350（式7-3）

1一〃2Kptn

此數(shù)據(jù)與60Si2MnA的屈服極限1400接近

碟形彈簧的剛度

―JxK241K㈤-3x九xf+。⑷+1）=9O15.53N（式7-4）

1

1-儲(chǔ)K1X￡>2（Qtt2[t}

第八章螺釘聯(lián)接