《机械制造装备设计》2版 习题思考题解答 第3章 主轴组件设计

第3章主轴组件设计

3.1 主轴组件的基本要求是什么？它们对加工精度有何影响？

答：1) 旋转精度: 瞬时旋转中心线相对于理想旋转中心线在空间位置上的偏差，，其范围就为主轴的旋转精度，主轴组件的旋转精度是指专机在空载低速转动时，在主轴前端定位面上的测得的径向圆跳动、端面圆跳动和轴向窜动值的大小。

2) 静刚度: 是指在外加载荷作用下抵抗变形的能力。

3) 抗振性: 是指机器工作时主轴组件抵抗振动、保持主轴平稳运转的能力。

4) 热变形: 是指机器工作时，因各相对运动处的摩擦和搅油等耗损而发热造成的温差，使主轴组件在形状和位置上产生的畸变。

5) 耐磨性: 是指长期地保持其原始制造精度的能力，即精度的保持性。

由于各类机械装备的工艺特点的不同，主轴组件所传递的转速、承受的工作载荷等工作条件各异，故对主轴组件的要求也各有侧重，决不能强求一律。

3.2 主轴的轴向定位有几种？各有什么特点，适用何种场合？

答：主轴的轴向定位，主要由推力轴承来实现。推力轴承的配置型式有三种：

1) 前端定位推力轴承安排在前支承处。主轴发热后向后伸长，轴前端的轴向精度较高，但前支承结构复杂（表序号1、2和5）。

2) 后端定位推力轴承安排在后支承处。主轴受热后向前伸长，影响轴前端的轴向位置精度和刚度，但这种结构便于轴承间隙调整（表序号3）.

3) 两端定位推力轴承分别安排在前后支承处。支承结构简单，发热量小，但主轴受热，产生变形，会改变轴承间隙，影响主轴的旋转精度（表序号4、7和8）。

3.3 选择主轴材料的依据是什么？

答：主轴材料的选择应根据耐磨性和热处理后变形的大小等来考虑。因此，无需从强度、刚度角度来考虑主轴材料的选择。

3.4 为什么数控车床的前轴承常采用三联轴承组合，如何布置？为什么？

答：如图所示。数控车床主轴的前支承常采用三联轴承组合安装，即前两轴承为同向组合，接触线朝前（大口朝外），后轴承与之背靠背（反装），则支承点应在前面第一个轴承的接触线与轴线交点处，这样可以增加主轴的前支承支承宽度，缩短主轴前端悬伸量a。

同时，又可提高主轴前支承的刚度，承受大的载荷, 满足数控车床工艺要求。

3.5 试分析主轴的结构参数跨距L、悬伸量a、外径D及内孔d对主轴组件的弯曲刚度的影响。

答：跨距L L增大, 会使主轴组件的弯曲刚度下降。

悬伸量a a增大, 会使主轴组件的弯曲刚度下降。

外径D D增大, 主轴直径越大，刚度值越大，会使主轴组件前端的挠度减少即弯曲刚度提高。

内孔d d增大, 会使主轴刚度下降, 即主轴前端的弯曲刚度下降。

。

3.6 试分析传动件的布置与主轴前端的挠度的关系。

答：传动件一般采用带传动和齿轮传动。

带传动装置多半装在后轴承的外侧，以防止胶带沾油和便于胶带更换。为了改善主轴的受力变形情况，有时可采用卸荷式带轮结构，这样，传动力对主轴只产生扭矩而不产生弯矩，消除了传动力所引起的主轴弯曲变形。

主轴上的传动齿轮一般安装在各主轴支承之间。为了减少主轴的弯曲变形和扭转变形，应尽可能缩短主轴受扭部分的长度，即将齿轮安置在靠近主轴前支承处。当主轴上的传动齿轮有两个时，应使传递扭矩大的那个齿轮更靠近前支承。

3.7 为什么主轴组件前轴承不能作为辅助支承？

答: 主轴组件前轴承不能作为辅助支承的理由为辅助支承的精度较低，游隙较大，会影响到主轴组件的旋转精度。

3.8 主轴支承跨距与主轴组件刚度有什么关系？确定最佳跨距时应考虑哪些问题？

答：1) 主轴组件所承受的外力通常是作用在主轴前端的径向力F和力偶矩M以及作用在主轴某处的传动力F Q。这些作用力将使主轴端部发生挠度，它直接影响主轴组件的工作性能。根据力的独立性原理，分别考虑在F、M、F Q的单独作用下求出主轴前端的挠度，然后进行向量合成，得出前端的挠度。当L=L0（主轴组件的最佳跨距）时，主轴前端的总挠度为最小（Y=Y min），即主轴组件具有最大的刚度。

2) 应考虑的问题::

(1) 主轴前端悬伸量a

(2) 主轴本身的刚度

(3) 主轴支承的刚度

3.9 为什么主轴前端作用着工作载荷F 、M 时，M 对前端的挠度影响可以忽略不计？ 答：主轴前端剪切挠度Y M 曲线在L 0附近变化平缓，因此它对最佳跨距L 0的数值影响很小，在近似计算L 0时可忽略不计，即L 0≈L 0F 。

3.10 为什么主轴前轴承精度比后轴承的高？

答：如图3.10a 所示，主轴前轴承内圈的偏移为δa （即

为径向圆跳动量的一半），后轴承内圈的偏移为零时，主 题

轴前端由于轴承影响而产生的偏移δ1为

a 1δδL

a L +=

式中 a ——主轴前端悬伸量； L ——主轴两支承跨距。 题

图b

b 所示，主轴后轴承内圈的偏移为δb ，而前轴承内圈的偏移为零时，主轴前端产生的偏移δ2为

b 2δδL a =

一般情况下，L

a <1，若δa =δ

b ，则δ1>>δ2，说明前轴承精度对主轴组件旋转精度的影响较大。因此，通常选前轴承精度比后轴承精度高一级。

3.11 何谓轴承内圈定向装配法？

答：为了减少主轴前端的径向圆跳动量，应将前后轴承内圈的径向圆跳动量调到同一个方向上，并将主轴前锥孔的中心线偏差量调到与其相反的方向上，这称为轴承内圈定向装配法。

3.12 如何在装配时提高主轴的旋转精度？

答：1) 对于具有外圆柱表面的主轴: 在实际装配中，是将前、后轴承的内圈端面上的记号对准主轴的轴线的垂直线的同一侧上。

2) 对于具有锥孔表面的主轴: 装配时是将主轴前、后轴承内圈的径向圆跳动量调到同一个方向上，并将主轴前锥孔的中心线偏差量调到与其相反的方向上。