典型部件设计介绍(机械制造装备设计介绍第四版

• 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。
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机械制造装备设计
求准确的场合。h
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机械制造装备设计 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。
（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。
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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机械制造装备设计 3.2.1 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
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机械制造装备设计 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。
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机械制造装备设计 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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3.1.4 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
良好的高速性能，承 载小（高速轻载荷精 密机床）
双(三)联角接触 球+双列圆柱滚子
刚度型
中等转速、切削负载 大、要求刚度高（如 数控车床、镗床）
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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机械制造装备设计 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？ 3
（1）主轴前轴径直径D1 （2）主轴内孔直径d
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机械制造装备设计 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
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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3.1.2 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
机械制造装备设计 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 中间配置
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。
（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。
（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。
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机械制造装备设计 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
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
h 大连理工卧大学式机铣械床工变程学速院箱 8
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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
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
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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
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第三章 典型部件设计
（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
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机械制造装备设计 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）
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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机械制造装备设计 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。
双列圆柱滚子+角接
触双列推力球+双列
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圆1柱8 滚子轴承
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3.1.4 主轴滚动轴承
（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）
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
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（3）主轴前端悬伸量a
（4）主轴主要支承间跨距L
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机械制造装备设计 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
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
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机械制造装备设计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。
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机械制造装备设计 3.1.1 主轴部件应满足的基本要求
角接触球轴承
径向刚性好，并有较 刚度速度型 高的转速（如卧式铣
双列圆柱滚子+角接 触双列推力球+双列
床）
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
CNC型车床
高速CNC车床
双(三)联角接触
球+双列圆柱滚子
卧式铣床
（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
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机械制造装备设计 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。
主支承轴颈 设计基准
（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。
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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机械制造装备设计
主轴滚动轴承的密封
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• 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
• 密封方式：
• 分接触式密封和非接触式密封两类。
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 （轴承预紧、润滑和密封）
（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 度刀车要床求等不。高的普通精度机h床大，连如理立工大铣学、机多械工程学院 10
机械制造装备设计 3.1.3 主轴部件结构设计
（二）推力轴承的位置配置型式
（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
支承件的基本形状：箱形类、板块类、梁类
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机械制造装备设计 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
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
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机械制造装备设计 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