典型部件设计介绍(机械制造装备设计介绍第四版

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3.2.2 支承件的结构设计
（三）支承件筋板和筋条的布置 筋板是指连接支承件四周外壁的内板，它能 使支承件外壁的局部载荷传递给其它壁板， 从而使整个支承件承受载荷，加强支承件的 自身和整体刚度。 布置方式：水平、垂直、斜向。 一般将筋条配置在支承件的某一内壁上，主 要为了减小局部变形和薄壁振动，用来提高 支承件的局部刚度。筋条的布置：纵向、横 向和斜向，常常布置成交叉排列 （四）合理选择支承件的壁厚 为减轻机床重量，比后应尽可能选的薄些。 焊接支承件一般采用钢板与型钢焊接而成。
支承件的基本形状：箱形类、板块类、梁类
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3.2.2 支承件的结构设计
（二）支承件的截面形状和选择 支承件结构的合理设计是应在最小重量条件下，具有最大静刚度。静刚度包括弯曲刚度和 扭转刚度，均与截面惯性矩成正比。支承件截面形状不同，即使同一材料、相等的截面面 积，其抗弯和扭转惯性矩也不同。比较后可知： （1）空心截面的刚度都比实心的大 （2）圆（环）形截面的抗扭刚度比方形好，而抗弯刚度比方形低 （3）封闭截面的刚度远远大于开口截面的刚度，特别是抗扭刚度
（2）后端配置：两个方向的推力轴承都布置在后支承
处。这类配置方案前支承处轴承较少，发热小，温升低 ；但主轴受热后向前伸长，影响轴向精度。用于轴向精 度要求不高的普通精度机床，如立铣、多刀车床等。
中间配置
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3.1.3 主轴部件结构设计
（二）推力轴承的位置配置型式 （3）两端配置：两个方向的推力轴承分别 布置在前后两个支承处。这类配置方案当主 轴受热伸长后，影响主轴轴承的轴向间隙。 为避免松动，可用弹簧消除间隙和补偿热膨 胀。常用于短主轴，如组合机床主轴。 （4）中间配置：两个方向的推力轴承在前 支承的后侧。这类配置方案可减少主轴的悬 伸量，并使主轴的热膨胀向后；但前支承结 构较复杂，温升也可能较高。
（轴承预紧、润滑和密封）
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3.1.4 主轴滚动轴承
（二）几种典型的主轴轴承配置型式 主轴轴承的配置型式应根据刚度、转速、承载能力、抗振性和噪声等要求来选择。
速度型 刚度型
良好的高速性能，承 载小（高速轻载荷精 密机床）
中等转速、切削负载 大、要求刚度高（如 数控车床、镗床）
刚度速度型
径向刚性好，并有较 高的转速（如卧式铣
传动件在主轴上的布置方式
主轴前支承内侧
主轴前悬伸端
主轴后悬伸端 应尽量靠近前支承，有多个传动件时，其中最
大传动件应靠近前支承。（原则）
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3.1.3 主轴部件结构设计
（四）主轴主要结构参数的确定 请指出以下结构参数？
（1）主轴前轴径直径D1 （2）主轴内孔直径d （3）主轴前端悬伸量a （4）主轴主要支承间跨距L
（1）双列圆柱滚子轴承预紧有两种方式：一是用螺母轴 向移动轴承内圈；二是采用过盈套进行轴向固定。
（2）角接触轴承使内外圈产生轴向错位，同时实现径向和 轴向预紧。
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3.1.4 主轴滚动轴承
（五）滚动轴承的润滑和密封 润滑的作用——减少摩擦、降低温升和防止腐蚀 润滑不良的影响——轴承温升剧增，加速轴承的磨损，影响主轴组件的正
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3.2.3 支承件的材料
支承件常用的材料有铸铁、钢板和型钢、天然花岗岩、预应力钢筋混 凝土、树脂混凝土等。 （一）铸铁：铸造性能好，阻尼系数大，振动衰减
性能好，成本低，适于成批生产。要进行时 效处理，以消除内应力。 （二）钢板焊接结构：制造周期短，刚性好，便于 产品更新和结构改进，重量轻。 （三）预应力钢筋混凝土：抗振性好，成本低。 （四）天然花岗岩：性能稳定，精度保持性好，抗 振性好，热稳定性好，抗氧化性强，不导电 ，抗磁，与金属不粘结，加工方便。
机械制造装备设计
目录
第一章 机械制造及装备设计方法 第二章 金属切削机床设计 第三章 典型部件设计 第四章 工业机器人设计 第五章 机床夹具设计 第六章 物流系统设计 第七章 机械加工生产线总体设计
第三章 典型部件设计
第一节 主轴部件设计 第二节 支承件设计 第三节 导轨设计 第四节 机床刀架和自动换刀装置设计
主支承轴颈 设计基准
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3.1.4 主轴滚动轴承
主轴部件中最重要的组件是什么？ 轴承
进行主轴部件设计时候，关于轴承我们需要考虑哪些方面的问题？
1、选择哪些类型的轴承（轴承组合），满足转速、承载、精度等要求 （轴承配置、精度选择）
2、如何布置轴承（推力轴承布置已学习） （轴承配置部分涉及一些）
3、如何应用轴承
支承件的作用是什么？ 机床的支承件的主要功能是保证机床各零部件之间的相 互位置和相互运动精度，并保证机床有足够的静刚度、 抗振性、热稳定性和耐用度。
支承件主要承受哪些载荷？
重力
切削力
摩擦力
传动力
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3.百度文库.1 支承件的功能和应满足的基本要求
支承件应满足的基本要求： （1）应具有足够的刚度和较高的刚度——质量比 （2）应具有良好的动态特性，各阶频率不致引起
（三）滚动轴承精度的选择 前轴承的精度要选得高一点，一般比后轴承高一级。
安装轴承时，如果将前后轴承的偏移方向放在同一侧， 则可以有效减少主轴端部的偏移。
主轴的精度等级：P0、P6、P5、P4(SP)、P3、P2（UP）
（四）主轴滚动轴承的预紧 预紧就是采用预加载荷的方法消除轴承间隙，而且有
一定的过盈量，使滚动体和内外圈接触部分产生预变形， 增加接触面积，提高支承刚度和抗振性。预紧力通常分为 三级：轻预紧、中预紧和重预紧，代号为A、B、C。
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3.2.3 支承件的材料
（五）树脂混凝土：刚度高，具有良好的阻尼性能，抗振性好，热稳定性高，质量轻，可 有良好的几何形状精度，极好的耐腐蚀性，成本低，无污染，生产周期短，床身静刚度高。 且可以预埋金属或添加加强纤维来提高某些力学性能。
整体结构形式; 分块结构形式; 框架结构形式
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3.2.4 提高支承件结构性能的材料措施
• 密封方式：
• 分接触式密封和非接触式密封两类。 • 接触式: 有摩擦和磨损，发热严重，用于低速主轴。如径向密封圈和毛毡密封圈
。 • 非接触式: 迷宫式和隙缝式，发热很小，应用广泛。又分为间隙式、曲路式和垫
圈式。 • 为保证密封作用，旋转部分与固定部分之间的径向间隙应小于0.2～0.3mm，还要
有回孔油，以防漏油。
（3）电动机直接驱动方式：特点是主轴单元大 大简化了结构，有效地提高了主轴部件的 刚度，降低了噪声和振动；有较宽的调速 范围；有较大的驱动功率和扭矩；便于组 织专业化生产。广泛应用于精密机床、高 速加工中心和数控车床中。
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3.1.3 主轴部件结构设计
主轴部件结构 设计应该包括 哪些方面？
支承数目
常工作
滚动轴承润滑剂和润滑方式的选择依据 轴承的类型、转速和工作载荷
滚动轴承润滑剂主要有哪两种？ 润滑脂和润滑油
速度较低时，温升较低用哪种润滑剂？ 速度较高时候用哪种润滑剂？
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主轴滚动轴承的密封
• 作用:
1.防止灰尘、屑未和切削液等进入轴承，以减少腐蚀和磨损； 2.防止润滑油外漏，保护环境，避免污染
支承
支承方式
（轴承配置 形式）
传动件
（传动件布置）
主要参数
构造 主轴 材料
热处理
技术要求
卧h式铣床变速箱
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3.1.3 主轴部件结构设计
推力轴承位置的配置形式（推力轴承布置在什么位置）
前端配置
后端配置
两端配置
各配置形式各有什么特点？
（1）前端配置：两个方向的推力轴承都布置在前支承
外。这类配置方案在前支承处轴承较多，发热大，温升 高；但主轴受热后向后伸长，不影响轴向精度，精度高 ，对提高主轴部件刚度有利。用于轴向精度和刚度要求 较高的高精度机床或数控机床。
3.1 主轴部件设计
主轴部件是机床 的执行件，由主 轴及其支承轴承 、传动件、密封 件及定位元件等 组成。
3.1.1 主轴部件应满足的基本要求
基本要求：
（1）旋转精度：装配后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的 主轴部位的径向和轴向跳动。旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、 装配和调整精度 （2）刚度：是指主轴部件在外加载荷作用下抵抗变性的能力。主轴部件的刚 度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度的综合反映。 （3）抗振性：是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。 （4）温升和热变性：主轴部件运 转时，因各相对处的摩擦生热，切 削区的切削热等使主轴部件的温度 升高，形状尺寸和位置发生变化， 造成主轴部件的所谓热变性。 （5）精度保持性：是指长期地保 持其原始制造精度的能力。
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3.1.3 主轴部件结构设计
（五）主轴 （1）主轴的构造 主轴的构造和形状主要取决于主轴上所安装的刀 具、夹具、传动件、轴承等零件的类型、数量、 位置和安装定位方法等。 （2）主轴的材料和热处理 普通机床主轴可选用中碳钢（如45钢），调质处 理后，在主轴端部、椎孔、定心轴颈或定心锥面 等部位进行局部高频淬硬，以提高其耐磨性。 （3）主轴的技术要求 首先制定出满足主轴旋转精度所需的技术要求； 再考虑表面粗糙度、表面硬度等
3.2 支承件设计
一、支承件的功能和应满足的基本要求 二、支承件的结构设计 三、支承件的材料 四、提高支承件结构性能的措施
3.2 支承件设计
该学习内容具有普适性
学习目标： ➢理解支撑件结构设计的基本方法； ➢掌握机床支撑件设计的几个原则（书本知识）
思考: 支撑件的主要作用, 设计中的关键要素是什么
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3.1.3 主轴部件结构设计
（三）主轴传动件位置的合理布置 主轴传动件位置布置的内容
主轴上传动件的位置
各传动轴的位置
（1）传动件在主轴上轴向位置的合理布置 合理布置传动件在主轴上的轴向位置，可以改善主轴的受
力情况，减少主轴变形，提高主轴的抗振性。主轴上传动件轴 向布置时，应尽量靠近前支承，有多个传动件时，其中最大传 动件应靠近前支承。（意义）
别适用于中心距较大的两轴间传动。皮带有
弹性可吸振，传动平稳，噪声小，适宜高速
传动。带传动在过载中会打滑，能起到过载
保护作用。缺点是有滑动，不能用在速比要
求准确的场合。
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3.1.2 主轴部件的传动方式
（2）带传动： 同步齿形带是通过带上的齿形与带轮上 的轮齿相啮合传递运动和动力。同步齿形 带的齿形有两种:梯形齿和圆弧齿。
床）
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双(三)联角接触 球+双列圆柱滚子
角接触球轴承
双列圆柱滚子+角接 触双列推力球+双列 圆柱滚子轴承
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3.1.4 主轴滚动轴承
（二）几种典型的主轴轴承配置型式
角接触球轴承
高速CNC车床
双(三)联角接触
球+双列圆柱滚子
卧式铣床
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CNC型车床
双列圆柱滚子+角接
触双列推力球+双列
圆柱滚子轴承
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3.1.4 主轴滚动轴承
结构共振 （3）热稳定好 （4）排屑畅通、调运安全，并具有良好的结构工艺性
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3.2.2 支承件的结构设计
（一）机床的类型、布局和支承件的形状
机床的类型可分为三类：中小型机床、精密和高精密 机床、大型和重型机床
机床的布局形式直接影响支承件的结构设计。中型卧 式车床采用前倾车身、前倾托板布局形式较多，优点 是排屑困难，不使切屑堆积在导轨上将热量传给床身 而产生热变形；容易安装自动排屑装置；创深设计成 封闭的箱形，能保证有足够的抗弯和抗扭强度。
3.2 支承件设计
支撑件结构设计的基本原理——根据受力情况进行合理的结构拓扑。赵州桥就是合理结 构拓扑的典型，机床支承件设计也是类似的道理。
3.2.1 支承件的功能和应满足的基本要求
支承件包括什么？
机床的支承件是指床身、立柱、横梁、底座等大件，相 互固定联接成机床的基础和框架。机床上其它零部件可 以固定在支承件上，或者工作时在支承件的导轨上运动
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3.1.2 主轴部件的传动方式
主轴部件的传动方式
齿轮传动
带传动
电动机直接驱动
各传动类型具有什么特点
（1）齿轮传动：特点是结构简单、紧凑，能够传
递较大的扭矩，能适应变转速、变载荷工作，
应用最广。缺点是线速度不能过高，通常小
于12~15m/s。
（2）带传动：特点是靠摩擦力传动（除同步齿形
带外）、结构简单、制造容易、成本低，特
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3.1.3 主轴部件结构设计
（1）主轴前轴径直径D1 按机床类型、功率和加工直径查表
（2）主轴内孔直径d 满足工艺要求的，不削弱强度情况下的较大值
（3）主轴前端悬伸量a 取决于主轴端部结构、前支承轴承配置等，由 结构设计决定
（4）主轴主要支承间跨距L 综合主轴弯曲和支承变形，确定最佳跨距