第三章主軸支承件.ppt

1、一、主軸組件設(shè)計基本要求,主軸組件（或主軸軸系）是機(jī)電一體化產(chǎn)品主要裝置之一，其主要作用是支承帶動旋轉(zhuǎn)件（工件、刀具等）傳遞轉(zhuǎn)矩和運動。 主軸組件組成：軸、軸承、傳動件、密封件、定位件等。,1、回轉(zhuǎn)精度 用徑向跳動、端面跳動、軸向竄動的大小即誤差表示,影響回轉(zhuǎn)精度的因素：加工誤差、裝配誤差、受力變形、滾動體誤差等,徑向漂移,角向漂移,軸向漂移,2、剛度,在外加負(fù)載作用下，主軸抵抗變形的能力。定義式為：,靜態(tài)外力,轉(zhuǎn)矩,或,剛度不足的不良影響,影響加工精度,影響傳動質(zhì)量,影響工作平穩(wěn)性,形位精度,表面粗糙度,3.8 主軸組件設(shè)計,3、抗振性,產(chǎn)生原因,強(qiáng)迫振動：外部引起，如聯(lián)接方式、受力方向、運

2、動均勻性等,自激振動：在工作過程中本身引起并維持,4、熱變形,熱變形表示,溫升,位置變化量,5、耐磨性,即長期保持原始制造精度的能力,回轉(zhuǎn)精度好，標(biāo)志著靜態(tài)工作精度好,抗振性、熱變形小，標(biāo)志著動態(tài)工作精度好,耐磨性好，標(biāo)志著精度保持性好,二、主軸組件結(jié)構(gòu)設(shè)計,1、結(jié)構(gòu)要求,主軸的可靠定位，工件裝夾定位可靠,保證長期可靠運轉(zhuǎn),結(jié)構(gòu)工藝性好，拆裝方便,2、結(jié)構(gòu)布局,主軸前后支承間的跨距,跨距是決定主軸組件剛度的重要因素之一 主軸端部位移（撓度）y由兩部分組成： y1 : 彈性主軸位移（剛性支承） y2 : 剛性主軸位移（彈性支承）,其中： 為兩支承間的截面慣性矩 為懸伸部分的截面慣性矩 K1、K2

3、分別為前、后支承的剛度,圖3-62,提高主軸剛度的措施,合理選擇L/a,增大軸的直徑,縮短主軸懸伸長度a,提高軸承剛度,主軸上傳動件的布置,圖a:主軸前端受切削力Fc后端受傳動力Ft，前端變形不能抵消,圖b:主軸前端受切削力Fc和傳動力Ft ，前端變形部分抵消,圖c、d:主軸前端受切削力Fc,兩支承間受傳動力Ft,力同向，前支承承載大,力反向，前支承受力小,圖3-63,主軸上傳動件一般裝在主軸支承之間，如圖c、d 為了減少彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，傳動件盡量靠近主軸前支承處；當(dāng)有兩個傳動件時，傳遞轉(zhuǎn)矩大的更應(yīng)靠近主軸前支承。,三、幾種典型的主軸配置形式,1、速度型,角接觸球軸承具有良好的高速性能，但它的

4、承載能力較小，因而適用于高速輕載或精密機(jī)床，如高速鏜削單元、高速CNC車床等。,2、剛度型,適應(yīng)于中等轉(zhuǎn)速、切削負(fù)載較大、剛度要求高的主軸,該類主軸軸徑大，主軸剛度高,前支承采用,雙列短圓柱滾子軸承 徑向載荷,60角接觸雙列調(diào)心推力球軸承 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。如數(shù)控車床主軸、鏜削主軸單元等。,該圖是采用圓錐滾子軸承的主軸部件，結(jié)構(gòu)比采用雙列短援助滾子軸承簡化，承載能力和剛度比角接觸球軸承高。但是因為圓錐滾子軸承發(fā)熱大、溫升高，允許的極限轉(zhuǎn)速要低些。適用于載荷較大、轉(zhuǎn)速不太高的普通精度的機(jī)床主軸。,3、

5、速度剛度型,適用于徑向剛度好、并有較高的轉(zhuǎn)速場合,該類主軸動力從后端傳入,前支承采用：角接觸推力球軸承,后支承采用：雙列短圓柱滾子軸承 承受較大傳動力,圖3-66,前軸承的配置特點是：外側(cè)的兩個角接觸球軸承大口朝向主軸工作端，承受主要的軸相力；第三個角接觸球軸承則通過軸套與外側(cè)的兩個軸承背靠背配置，使三聯(lián)角接觸球軸承有一個較大支承跨，以提高承受顛覆力矩的剛度。如臥式銑床的主軸要求徑向剛度好、有較高轉(zhuǎn)速。,返回,4、三支承主軸,當(dāng)主軸長度較大大時，增加中間支承（第三支承）有利于提高剛度和抗振性。,矛盾：受制造工藝限制，三個支承座孔中心完全一致是困難的,解決方法：采用兩個支承（其中一個為前支承）起

6、主要作用，另一個支承（為中間支承或后支承）起輔助作用即浮動狀態(tài)。,圖3-67,輔助支承選用：剛度和承載能力較小的軸承，且外圈與支座孔的配合比主 要支承松12級。,前、中支承為主要支承：傳動力對主軸作用點靠近中支承,前、后支承為主要支承：傳動力對主軸作用點靠近后支承,統(tǒng)計表明：80%以上的三支承主軸采用前、中支承為主要支承,三支承主軸雖然提高主軸組件的剛度，但增加了零件，并使支座孔的 加工困難，應(yīng)盡量少采用。,四、其他形式主軸,1.密珠主軸,圖3-67 小模數(shù)漸開線齒形儀軸系,圖3-68 精密分度頭主軸系統(tǒng),2.液體靜壓主軸,圖3-69 磁盤車床主軸系統(tǒng),主軸軸向串動0.2um,3.氣體靜壓主軸

7、,圖3-70 空氣靜壓轉(zhuǎn)臺雙半球主軸系統(tǒng),球的形狀誤差在亞微米級，空載回轉(zhuǎn)精度0.01um,圖3-71 美國超精密車床球軸承主軸組件,轉(zhuǎn)速為200r/min時，主軸徑向擺振0.03um，軸向串動0.01um，徑向剛度25N/um，軸向剛度80N/um，用金剛石刀具加工鋁和紫銅零件時可以獲得表面最大不平度高度為0.010.02um的鏡面。,五、提高主軸組件性能的措施,提高精度。 控制溫升、提高轉(zhuǎn)速、減小熱變形 改善動態(tài)特性 使主軸組建的固有頻率避開激振頻率 調(diào)整前軸承的阻尼 采用三支承 采用消振裝置,3.9支承件設(shè)計,支承件：床身、立柱、橫梁、底座、刀架、工作臺、箱體等 一、支承件設(shè)計要求 有足

8、夠的剛度 足夠的抗振性 具有較小的熱變形和熱應(yīng)力 耐磨性 結(jié)構(gòu)工藝性,支承件的靜剛度和形狀選擇原則,支承件變形：自身變形、局部變形、接觸變形 自身剛度：拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)。（材料、形狀、尺寸、肋板的布置） 局部剛度：發(fā)生在載荷集中地方（如導(dǎo)軌）， 接觸剛度：和自身剛度、局部剛度有關(guān)；,支承件的設(shè)計原則,選擇有利的截面形狀 空心結(jié)構(gòu)比實心結(jié)構(gòu)的剛度大，可加大橫截面。 采用圓截面提高抗扭剛度，采用正方形提高抗彎剛度。 采用封閉截面，提高抗扭剛度 設(shè)置隔板和加強(qiáng)筋 提高連接處的局部剛度和接觸剛度 提高阻尼：改善抗振性,封閉整體箱形結(jié)構(gòu),隔板的作用是將作用于支承板的局部載荷傳遞給其它壁板,從而使整個支承

9、件承受載荷,提高支承件的自身剛度,“T”形隔板連接，主要提高水平面抗彎剛度，對提高垂直面抗彎剛度和抗扭剛度不顯著，多用在剛度要求不高的床身上,“W”形隔板，能較大地提高水平面上的抗彎抗扭剛度，對中心距超過1500mm的長床身，效果最為顯著,“”形隔板，在垂直面和水平面上的抗彎剛度都比較高，鑄造性能好，在大中型車床上應(yīng)用較多,斜向拉筋，床身剛度最高，排屑容易,措施3 增加導(dǎo)軌與支承件的連接部分的剛度,提高剛度的措施,連接剛度:支承件在連接處抵抗變形的能力,稱為支承件的連 接剛度.,措施4 增加機(jī)床各部件的接觸剛度和承載能力,提高剛度的措施,采用刮研的方法增加單位面積上的接觸點 在結(jié)合面之間施加足

10、夠大的預(yù)加載荷,增加接觸面積,合理的結(jié)構(gòu)布局,提高剛度的措施,合理的結(jié)構(gòu)布局,提高剛度的措施,采用補(bǔ)償變形的措施,提高剛度的措施,測出受力點的相對變形的大小和方向，或者預(yù)知構(gòu)件的變形規(guī)律，就可采取補(bǔ)償變形的方法消除受力變形的影響,合理選用構(gòu)件的材料,措施1 床身、立柱等支承件采用鋼板或型鋼焊接 增加剛度、減輕重量、提高抗振性,提高剛度的措施,鑄件: 容易獲得復(fù)雜結(jié)構(gòu)的支承件,鑄鐵的內(nèi)摩擦力大,阻尼 系數(shù)大,振動的衰減性能好,成本低.鑄件的周期較長,需 做木型模,易產(chǎn)生縮孔、氣泡等缺陷,焊接件:鋼材的強(qiáng)度比鑄鐵高，質(zhì)量可比鑄件減輕20%-50%， 不需要木模和澆注，生產(chǎn)周期短，不易出現(xiàn)廢品,措施

11、2 采用封砂床身結(jié)構(gòu),提高剛度的措施,在鑄件中不清除砂心，在焊接件中灌注混凝土或砂增加摩擦阻力,人造大理石床身（混凝土聚合物）,措施3 采用混凝土、樹脂混凝土或人造花崗巖作支承件的材料,提高剛度的措施,天然大理石床身,提高剛度的措施,2、減少機(jī)床的熱變形,（1）產(chǎn)生熱變形的原因：,內(nèi)外熱源的影響 不能人工修正熱變形誤差,（2）減少熱變形的措施：,減少發(fā)熱將熱源從主機(jī)中分離出去,措施1 主運動采用直流或交流調(diào)速電動機(jī)進(jìn)行無級調(diào)速 減少傳動軸和傳動齒輪數(shù)量 減少主傳動箱內(nèi)的發(fā)熱量,進(jìn)行熱變形補(bǔ)償,措施2 采用低摩擦系數(shù)的導(dǎo)軌和軸承 采用滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌或滾動軸承,減少熱變形的措施：,控制溫升,通過散熱的方法,改善機(jī)床結(jié)構(gòu),措施1 采用對稱設(shè)計,措施2 使機(jī)