第3章_典型部件设计(主轴、支承件、导轨).ppt

3.1.3.2 推力轴承位置配置形式（重点） 切削力→轴向受力→推力轴承 (1) 前端配置 缺点：前支承结构复杂，发热大，温升高 优点：主轴受热后向后延伸，不影响轴向精
度，精度高，可提高主轴部件刚度 应用：高精度机床和数控机床
(2) 后端配置 优点：前支承结构简单，发热小，温升低 缺点：主轴受热后向前延伸，影响轴向精度 应用：普通立式铣床、多刀车床
3.1 主轴部件设计
功用：支承并带动工件或刀具选择进行切削，承受 切削力和驱动力等载荷，完成表面成形运动。
主轴部件由主轴及其支承轴承、传动件、密封环及 定位元件等组成。
3.1.1主轴部件应满足的基本要求
(1) 旋转精度 主轴的旋转精度是指主轴在低速、空载时，主轴前 端定位面的径向跳动、端面跳动和倾角摆动。
主轴热变形会引起轴承间隙变化，轴心位置偏移， 严重影响加工精度。
各类机床对温升都有一定限制，在室温为20℃，连 续运转时：
高精度机床允许温升为8~10℃；精密机床为15~20 ℃；普通机床为30~40 ℃。
在室温不是20℃时，温升的计算公式为：
Tt =T20+Kt ( t-20 ) 影响主轴部件温升、热变形的主要因素有：轴承的 类型和布置方式，轴承间隙及预紧力的大小，润滑方式 和散热条件等。
1．齿轮传动 齿轮传动的特点是结构简单、紧凑，能传递较大的扭矩，能
适应变转速、变载荷工作，应用最广。它的缺点是线速度 不能过高，通常小于12～15m／s，不如带传动平稳。 2．带传动 由于各种新材料及新型传动带的出现，带传动的应用日益广 泛。常用有平带、三角带、多楔带和同步齿形带等。 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。
提高主轴抗振性 原则：传动力Q引起的主轴弯曲变形要小；
引起主轴前端在误差敏感方向上的位移要小 结论：传动件(最大传动件)尽量靠近前支承
传动件放在两个支承中间靠近前支承，受力 情况好，使用广泛。
3.1.3.3主轴传动件位置的合理布置 (1) 传动件在主轴上轴向位置的合理布置
传动件放在主轴前的悬伸端，主轴刚性好， 主要用于具有大转盘的机床，如立式车床、镗床。
3.1.3.1 主轴部件的支承数目 (1) 前后两个支承 优点：Байду номын сангаас造简单，制造装配方便，容易保证
精度。
缺点：主轴刚度和抗振性不高。
3.1.3 主轴部件结构设计
3.1.3.1 主轴部件的支承数目 (2) 三个支承 缺点：对三个支承孔的同心度要求较高，制
造装配复杂。辅助支承一般不预紧。 ★前后支承为主，中间支承为辅。 ★前中支承为主，后支承为辅。 (使用较多)
零的点A，称为节点。 根据位移互等定理，若将传动件布置在节点
处，则传动力引起的轴端受Q力处的挠度也为零。 节点是传动件在主轴上布置的最佳位置。
主轴节点通常很靠近前支承，因此前后支承之 间的齿轮尽量靠近前支承
Q
3.1.3.3 主轴传动件位置的合理布置 (1) 传动件在主轴上轴向位置的合理布置 出发点：改善主轴受力情况，减小主轴变形，
主轴以工作转速旋转时，主轴回转轴线在空间的漂 移量即为运动精度。
(2) 刚度 主轴组件的刚度K是指其在承受外载荷时抵抗变形 的能力，如图所示，即K=F/y(单位为N/im)，刚度的倒数 y/F称为柔度。动刚度指机床在额定载荷下切削时，主轴 组件抵抗变形的能力。 动刚度与静刚度成正比，在共振 区，与阻尼（振动的阻力）近似成正比，故可通过增加 静刚度、增加阻尼比来提高动刚度。 主轴组件的刚度是综合刚度，它与主轴结构尺寸、 所选用的轴承类型和配置及其预紧、支承跨距和主轴前 端悬伸量、传动件的布置方式、主轴部件的制造和装配 质量等有关。
缺点是制造工 艺复杂，安装 条件要求高。
3.1.2主轴部件的传动方式
3.电动机直接驱动方式 电动机转子轴就是主轴，电动机座就是机床主轴单元的壳
体。主轴单元大大简化了结构，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。
广泛地用 于精密机 床、高速 加工中心 和数控车 床中。
3.1.3 主轴部件结构设计
传动件放在主轴的后悬伸端，较多用于带传 动，可便于传动带的更换，如磨床。
3.1.3.2 推力轴承位置配置形式 (3) 两端配置 缺点：主轴受热伸长后，影响主轴轴承的轴
向间隙，必须有消隙机构和热膨胀补偿机构 应用：常用于短主轴，如组合机床主轴
(4) 中间配置 优点：可减少主轴的悬伸量，并使主轴的热 膨胀向后 缺点：前支承复杂，温升大
3.1.3.3主轴传动件位置的合理布置 (1) 传动件在主轴上轴向位置的合理布置 在力Q作用下，主轴上必然存在一个挠度为
3.1.2主轴部件的传动方式
同步齿形带的齿形有两种：梯形齿和圆弧齿。圆弧齿形受力合理，较 梯形齿同步带能够传递更大的扭矩。
同步齿形带无相对滑动，传动比准确，传动精度高； 厚度小、重量轻、传动平稳、噪声小,适于高速传动，传动效率高；
不需要润滑， 耐水耐腐蚀， 能在高温下工 作，维护保养 方便；传动比 大，可达1：10 以上。
(5) 耐磨性（精度保持性）
主轴部件的耐磨性是指长期保持其原始精度的能力， 即精度的保持性。
主要磨损有：主轴轴承的疲劳磨损，主轴轴颈表面、 装卡刀具的定位基面的磨损等。
磨损的速度与摩擦性质、摩擦副的结构特点、摩擦 副材料的硬度、摩擦面积、摩擦面表面精度以及润滑方 式等有关。
3.1.2主轴部件的传动方式
(3) 抗振性 主轴部件的抗振性是指其抵抗受迫振动和自激振动 而保持平稳运转的能力。 主轴部件不仅受静载荷的作用，同时也受冲击载荷 和交变载荷的作用，使主轴产生振动。 随着机床向高精度、高效率方向发展，对抗振性要 求越来越高。 影响抗振性的主要因素有：主轴部件的刚度、固有 频率、阻尼特性等。
(4) 温升和热变形 主轴部件工作时由于摩擦形成热源以及切削热和齿 轮啮合热的传递使主轴组件出现温度升高的情况。温升 使主轴部件的形状和位置发生变化，称之为热变形。