精密机械系统轴系

4.3 主轴系统 ——滚动轴承
1.按所能承受载荷的方向或公称接触角的不同可分为向心轴 承和推力轴承
向心轴承
径向接触轴承：公称接触角α=0°，主要承受径向载荷，可承受较
小的轴向载荷。
向心角接触轴承：公称接触角α=0°～45°，同时承受径向载荷和轴向
载荷。 推力轴承
推力角接触轴承：公称接触角α=45°～90°，主要承受轴向载荷，
4.3 主轴系统 ——设计的基本要求
热变形
合理的止推轴承位置控制轴向热变形
止推轴承安装在前径向轴承的两侧，这种结构 布局避免了主轴受热伸长对轴向精度的影响，但是 主轴的悬伸长度增加，影响刚度。
4.3 主轴系统 ——设计的基本要求
热变形
合理的止推轴承位置控制轴向热变形
止推轴承安装在前径向轴承的后侧，这种结构布 局既避免了主轴受热伸长对轴向精度的影响，又不 增加主轴的悬伸长度，效果较好，但是结构复杂， 装配不便。
4.3 主轴系统 ——基本结构
主轴系统一般由主轴、轴承、支承座构成，而 主轴的工作端是露出的长度为a的一部分轴。
4.3 主轴系统 ——设计的基本要求
回转精度
回转轴线：指主轴在某个瞬间绕其转动、 且与主轴固定在 一起的一根直线。
理想回转轴线：是假定的一条没有回转误差的回转轴线，或是在轴 上空间位置固定不变的一条轴线。
4.3 主轴系统 ——设计的基本要求
利用合理的材料及结构控制热变形
热变形
滚动轴承1与箱体3的孔间加一个过渡套筒2.如果过渡套 筒的长度和材料选择合理，热变形对后轴承的间隙的影响可 以得到自动补偿。
4.3 主轴系统 ——设计的基本要求
热变形
合理的止推轴承位置控制轴向热变形
止推轴承，也称作推力轴承。是用来专门承受轴向力的专用 轴承,就是轴平行的方向的力的轴承
a）径向圆跳动 b）端面圆跳动
c）倾角摆动
主轴回转误差基本形式
4.3 主轴系统 ——设计的基本要求
刚度
主轴系统的刚度是指主轴某一测量点处所受外力 与主轴该点的位移之比。
主轴的刚度可以分为轴向刚度和径向刚度。
主轴系统的刚度直接决定系统的精度，设计时需 要对轴系的各个部分的刚度进行验证。
4.3 主轴系统 ——设计的基本要求
止推轴承安装在后径向轴承的两侧，这种结构布局简单 且安装方便，但主轴受热将向前伸长也会影响主轴的轴向精 度，不适合用于轴向精度较高的仪器。
4.3 主轴系统 ——设计的基本要求
热变形
合理的止推轴承位置控制轴向热变形
止推轴承安装在前径向轴承和后径向轴承的外 侧，这种结构布局安装方便，但主轴受热伸长会引 起轴向间歇增大，因此增大了轴向窜动误差。不适 合用于轴向精度要求较高的仪器。
可承受较小的轴向载荷。
轴向接触轴承：公称接触角α=90°，只能承受轴向载荷。
4.3 主轴系统 ——滚动轴承
角接触
轴向轴承
球轴承
4.3 主轴系统 ——滚动轴承
2.按滚动体的 种类可分为： 球轴承 滚子轴承
➢滚子轴承的承载能力和耐冲击能力好;球轴承摩擦小、高速性能好。
滚子轴承
4.3 主轴系统 ——滑动轴承
2
2
4 3
1
4 13
4.3 主轴系统 ——滚动轴承
常见的滚动体有六种形状，一种是球形，五种是滚子。
4.3 主轴系统 ——滚动轴承
滚动轴承的内外圈和滚动体应具有较高的硬度和接触疲劳强 度、良好的耐磨性和冲击韧性。
➢一 般 用 特 殊 轴 承 钢 制 造 ， 常 用 材 料 有 GCr15 、 GCr15SiMn、GCr6、GCr9等 滚动轴承的表面必须经磨削抛光，以提高其接触疲劳强度。 保持架多用低碳钢板通过冲压成形方法制造，也可采用有色 金属或塑料等材料。
部件相对位置的变化；
主轴系统中的轴承中的间隙（滑动轴承的油膜厚
度、滚动轴承的游隙等等）也会发生变化。
4.3 主轴系统 ——设计的基本要求
主轴系统热变形的控制方法
热变形
① 将热源与主轴系统分离
② 应用良好的润滑及摩擦小的结构，必要时还应采 取冷却及散热装置。
③ 选用合适的材料和一定的补偿结构
④ 合理安排止推轴承的位置
工作时轴承和轴颈的支撑面间形成直接或间接活动摩擦的轴承，称 为滑动轴承。
滚动轴承绝大多数都已标准化，故得到广泛的应用。但是在以下场 合，则主要使用滑动轴承： １．工作转速很高，如汽轮发电机。 ２．要求对轴的支承位置特别精确，如精密磨床。 ３．承受巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机。 ４．特重型的载荷，如水轮发电机。 ５．根据装配要求必须制成剖分式的轴承，如曲轴轴承。 ６．在特殊条件下工作的轴承，如军舰推进器的轴承。 ７．径向尺寸受限制时，如多辊轧钢机。
实际回转轴线：主轴实际转动时某个瞬间的回转轴线，由于误差的 存在，实际回转轴线一般是不断变化的。
主轴回转误差：一般指主轴实际回转轴线对理想回转轴线 位置的偏移量。
4.3 主轴系统 ——设计的基本要求
回转精度
主轴回转轴线的运动误差可以分解为三种形式：
☆☆☆径向圆跳动(径向晃动误差) ☆☆ 端面圆跳动(轴向窜动误差) ☆的刚度和支承 座刚度的影响，应是几者的综合。
主轴系统的刚度从计算公式可看出与主轴的材料及截面直径、 截面形状、轴承间距离和主轴工作端伸出长度a有关。
4.3 主轴系统 ——设计的基本要求
刚度
主轴系统的刚度的改善措施 ① 增加轴径
主轴一般做成阶梯型，前段直径比后端大1.20~1.43倍。
② 选择合理的支承间距离
③ 缩短主轴悬伸长度
一般取a/l=0.25~0.5之间。
④ 提高轴承的刚度
轴承的刚度占整个轴系刚度的30%~50%。
4.3 主轴系统 ——设计的基本要求
主轴系统的热变形的产生及影响
热变形
主轴系统的热变形主要是由传动件在运转过程
中摩擦产生的。
主轴和箱体会因此而变形，造成回转中心和其它
4.3 主轴系统 ——设计的基本要求
轴系前段的轴承内环精度对主轴端部精度影响大，后轴 承内环的精度对主轴端部精度影响相对较小，因此在滚动轴 承轴系设计时可以采用不同精度的轴承，后端的轴承精度可 以比前段轴承精度选低一级。
杠杆原理
4.3 主轴系统 ——滚动轴承
滚动轴承一般由内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4组成。 内圈装在轴径上，与轴一起转动。 外圈装在机座的轴承孔内，一般不转动。 内外圈上设置有滚道，当内外圈之间相对旋转时，滚动体 沿着滚道滚动。 保持架使滚动体均匀分布在。滚道上，减少滚动体之间的碰 撞和磨损