1、文學(xué)課件行業(yè)文檔 敬請(qǐng)閱讀,1,機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì),文學(xué)課件行業(yè)文檔 敬請(qǐng)閱讀,2,第3章 主軸組件設(shè)計(jì),3.1主軸組件的基本要求 3.2主軸軸承的選擇與配置 3.3主軸 3.4主軸組件的計(jì)算 3.5提高主軸組件性能的措施,3.1主軸組件的基本要求,旋轉(zhuǎn)精度 靜剛度 抗振性 熱變形 耐磨性,1旋轉(zhuǎn)精度,主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)線速度為零的點(diǎn)的連線稱為主軸的旋轉(zhuǎn)中心線。 在理想狀態(tài)下，該線即為主軸的幾何中心線，其位置是不隨時(shí)間而變化的。 由于制造和裝配等誤差的影響，主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，該線的空間位置每時(shí)每刻都在發(fā)生著變化。瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心線相對(duì)于理想旋轉(zhuǎn)中心線在空間位置上的偏差，即主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的瞬時(shí)誤差（旋轉(zhuǎn)誤差），其

2、范圍就為主軸的旋轉(zhuǎn)精度，,1旋轉(zhuǎn)精度,主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度是指專機(jī)在空載低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在主軸前端定位面上測(cè)得的徑向圓跳動(dòng)、端面圓跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)值的大小。 主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度是在靜態(tài)無載條件下測(cè)出的。如果在工作條件下，則旋轉(zhuǎn)精度就會(huì)有所不同，這種精度稱為運(yùn)動(dòng)精度，是動(dòng)態(tài)的旋轉(zhuǎn)精度。,主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度,軸承精度和間隙 與軸承相配合零件（箱體、主軸本身）的精度 軸承安裝、調(diào)整 主軸轉(zhuǎn)速 軸承組合設(shè)計(jì) 軸承的性能,2.靜剛度,靜剛度簡(jiǎn)稱為剛度。 主軸組件的剛度是指在外加載荷作用下抵抗變形的能力。 指在主軸工作端部作用一個(gè)靜態(tài)力F（或扭矩M）時(shí)，F(xiàn)與主軸在F作用方向上所產(chǎn)生的變形y之比 徑向剛度 、軸向剛

3、度 、扭轉(zhuǎn)剛度 對(duì)于大多數(shù)專機(jī)來說，主軸的徑向剛度是主要的。,影響主軸組件剛度的主要因素,主軸的結(jié)構(gòu)型式及尺寸 軸承的類型、配置及預(yù)緊 傳動(dòng)件的布置方式 主軸組件的制造與裝配質(zhì)量,3抗振性,主軸組件的抗振性是指機(jī)器工作時(shí)主軸組件抵抗振動(dòng)、保持主軸平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力。 主軸組件的振動(dòng)會(huì)影響工件的表面質(zhì)量、刀具的耐用度和主軸軸承的壽命，還會(huì)產(chǎn)生噪聲而影響工作環(huán)境。,4熱變形,主軸組件的熱變形是指機(jī)器工作時(shí)，因各相對(duì)運(yùn)動(dòng)處的摩擦和攪油等耗損而發(fā)熱造成的溫差，使主軸組件在形狀和位置上產(chǎn)生的畸變。 熱變形可在主軸組件運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后因發(fā)熱而造成的各部分位置變化來度量，也可以用溫升近似地表示。 主軸組件的熱變形

4、會(huì)使主軸伸長，使軸承的間隙發(fā)生變化，軸心位置偏移等；潤滑油溫度升高后，使黏度下降，從而降低軸承的承載能力。,影響主軸組件溫升和熱變形的主要因素,軸承的類型、配置方式和預(yù)緊力的大小 潤滑方式 散熱條件,一般規(guī)定，使用滑動(dòng)軸承時(shí)，主軸軸承溫度不得超過60，對(duì)于高精度機(jī)床不得超過室溫10。滾動(dòng)軸承的允許溫度可參閱表31(在室溫為20的條件下）。,5耐磨性,主軸組件的耐磨性是指長期地保持其原始制造精度的能力，即精度的保持性。 主軸組件的各滑動(dòng)表面（包括主軸端部定位面、錐孔與滑動(dòng)軸承配合的軸頸表面，軸向移動(dòng)的主軸組件的導(dǎo)向表面等）都必須具有很高的硬度，以保持其耐磨性。 滑動(dòng)和滾動(dòng)軸承的磨損不僅使主軸組件

5、喪失了原有的運(yùn)轉(zhuǎn)精度，而且將降低剛度和抗振性，因此必須保證這些部分的耐磨性和具有調(diào)整的可能性。,影響耐磨性的主要因素,主軸、軸承的材料與熱處理 軸承（或襯套）類型 潤滑方式,3.2主軸軸承的選擇與配置,3.2.1主軸滾動(dòng)軸承的類型 3.2.2主軸滾動(dòng)軸承的配置型式 3.2.3滾動(dòng)軸承的剛度確定 3.2.4滾動(dòng)軸承間隙的調(diào)整和預(yù)緊,3.2.1主軸滾動(dòng)軸承的類型,雙列圓柱滾子軸承 雙向推力角接觸球軸承 雙列圓錐滾子軸承 加梅（Gamet）軸承,1雙列圓柱滾子軸承,滾子多，兩列滾子交叉排列，旋轉(zhuǎn)時(shí)剛度的變化較小。內(nèi)圈為1：12的錐孔，與主軸的錐形軸頸相配合。軸向移動(dòng)內(nèi)圈，可把內(nèi)圈脹大，以消除間隙或預(yù)

6、緊，故該軸承的徑向剛度較大。 雙列圓柱滾子軸承只能承受徑向載荷。 一般常和推力軸承配套使用，能承受較大的徑向載荷和軸向載荷，適用于載荷和剛度較高、中等轉(zhuǎn)速的主軸組件前支承上。,2.雙向推力角接觸球軸承,這種軸承的接觸角=60，由外圈3、左右內(nèi)圈1和6、左右兩列滾珠2和5及保持架、隔套4組成，如圖3.4所示。修磨隔套4的厚度，可以精確調(diào)整間隙或預(yù)緊。外圈和箱體孔為間隙配合，安裝方便，且不承受徑向載荷； 常與雙列圓柱滾子軸承配套使用，用于主軸組件的前支承。,3.雙列圓錐滾子軸承,有一個(gè)公用外圈和兩個(gè)內(nèi)圈，外圈的凸肩靠住箱體或主軸套筒的端面，實(shí)現(xiàn)軸向定位，用法蘭壓緊另一端面。凸肩上還有缺口，插入螺釘

7、防止外圈轉(zhuǎn)動(dòng)。修磨中間隔套可以調(diào)整間隙或預(yù)緊。 既可承受徑向載荷，又可承受雙向軸向載荷，承載能力和剛度都較大，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于中低速、中等以上載荷的主軸組件前支承,4.加梅（Gamet）軸承,圖3.5b為H系列，用于前支承；圖3.5c為P系列，用于后支承，配套使用。 這種軸承與一般圓錐滾子軸承的不同點(diǎn)是它的滾子制成中空的，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)在離心力的作用下形成良好的循環(huán)潤滑；H系列的兩列滾子數(shù)目差一個(gè)，改善了動(dòng)態(tài)特性;P系列的外環(huán)上有彈簧（16-20個(gè)）用作預(yù)緊。,3.2.2主軸滾動(dòng)軸承的配置型式,主軸軸承的選擇和配置取決于承受載荷的大小、方向及其性質(zhì)，轉(zhuǎn)速大小，精度高低等因素。 承載能力和疲勞壽命不

8、是選擇主軸軸承的主要依據(jù)。,3.2.2主軸滾動(dòng)軸承的配置型式,載荷較大,轉(zhuǎn)速較高時(shí)，采用雙列圓柱滾子軸承和接觸角為60的雙向推力角接觸球軸承組合 轉(zhuǎn)速為中、低速時(shí)，采用雙列圓柱滾子軸承和推力球軸承或圓錐滾子軸承的組合,3.2.2主軸滾動(dòng)軸承的配置型式,載荷中等,轉(zhuǎn)速較高時(shí)，采用雙列圓柱滾子軸承和角接觸球軸承的組合或采用前后支承都是角接觸球軸承的組合 轉(zhuǎn)速為中、低速時(shí)，可采用兩個(gè)圓錐滾子軸承做前后支承軸承,3.2.2主軸滾動(dòng)軸承的配置型式,載荷較小,轉(zhuǎn)速較高時(shí)，可采用前后支承都是單列角接觸球軸承的組合，如果要提高軸向剛度可每個(gè)支承并列兩個(gè)軸承 轉(zhuǎn)速為中、低速時(shí)，可采用深溝球軸承和推力球軸承的組合

9、,3.2.3滾動(dòng)軸承的剛度確定,滾動(dòng)軸承的剛度一般是指徑向剛度。 徑向剛度是軸承的徑向載荷與徑向位移之比值。 徑向位移包括軸承本身的彈性位移和軸承環(huán)與主軸軸頸及箱體孔的配合表面間的接觸變形。,3.2.4滾動(dòng)軸承間隙的調(diào)整和預(yù)緊,滾動(dòng)軸承具有合適的間隙或過盈量，不僅能提高主軸組件的工作性能，而且還可以保證軸承有較長的壽命。因此，主軸組件中應(yīng)設(shè)有間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，以保證主軸軸承保持合理的間隙或過盈量。 主軸軸承在裝配時(shí)要進(jìn)行預(yù)緊、調(diào)整間隙，在使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)間隙或過盈量的變化，還應(yīng)該進(jìn)行重新調(diào)整。因此，采用間隙調(diào)整的方法來保持各類軸承合理的間隙或過盈是十分必要的，并必須力求調(diào)整方便、可靠。,常見的滾動(dòng)軸承

10、間隙調(diào)整的結(jié)構(gòu)：,1.對(duì)于帶錐孔的雙列圓柱滾子軸承（NN3000K ) 它是移動(dòng)軸承內(nèi)圈使其錐孔與軸頸外錐面作相對(duì)移動(dòng)，從而使內(nèi)圈產(chǎn)生徑向彈性變形來調(diào)整軸承的間隙或過盈量。 2.對(duì)于角接觸軸承 它是通過使其內(nèi)、外圈產(chǎn)生相對(duì)位移來實(shí)現(xiàn)間隙調(diào)整的。,3.3主軸,3.3.1主軸的結(jié)構(gòu) 3.3.2主軸的材料和熱處理 3.3.3主軸的技術(shù)要求,3.3.1主軸的結(jié)構(gòu),在一般情況下，軸的設(shè)計(jì)取決于剛度，而不是其機(jī)械強(qiáng)度。因此，主軸的構(gòu)造和形狀主要取決于軸上所安裝的傳動(dòng)件和軸承等零件的類型、數(shù)量、位置和安裝方法等。同時(shí)，還應(yīng)考慮主軸的加工和裝配的工藝性。為了便于裝配，常把主軸做成階梯形。 主軸端部的形狀與尺寸

11、，必須相配于工作機(jī)構(gòu)。對(duì)于通用機(jī)床主軸端部的形狀和尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，可參見“金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)”得出。,3.3.2主軸的材料和熱處理,沒有特殊要求時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用價(jià)格便宜的優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，如45鋼或60鋼，調(diào)質(zhì)到220一250 HB。在端部錐孔、定心軸頸或定心錐面等部位，采用高頻淬火至5055 HRC。裝滾動(dòng)軸承處的軸頸可不淬硬。裝滑動(dòng)軸承的軸頸處需高頻淬硬，以保證其耐磨性。,中等精度、轉(zhuǎn)速,40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼，調(diào)質(zhì)、淬火,高精度軸,軸承鋼GCr15、彈簧鋼65Mn，調(diào)質(zhì)、淬火,高轉(zhuǎn)速、重載,20CrMnTi、20Cr，38CrMoAlA 滲碳淬火或氮化,3.3.3主軸的技術(shù)要求,主軸的精度直接影響到

12、主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度。主軸和軸承、齒輪等零件相連接處的表面幾何形狀誤差和表面粗糙度關(guān)系到接觸精度。因此，主軸的技術(shù)要求，應(yīng)根據(jù)專機(jī)精度標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)的項(xiàng)目制定。 具體的技術(shù)要求可參閱有關(guān)的主軸組件而確定。,3.4主軸組件的計(jì)算,3.4.1主軸組件計(jì)算時(shí)支承的簡(jiǎn)化 3.4.2主軸結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 3.4.3傳動(dòng)件的布置 3.4.4主軸組件的兩支承的最佳跨距的計(jì)算 3.4.5主軸組件采用三支承的跨距的確定 3.4.6主軸組件的剛度校核,3.4.1主軸組件計(jì)算時(shí)支承的簡(jiǎn)化,深溝球軸承、單列或雙列圓柱滾子軸承，簡(jiǎn)化后的支承點(diǎn)在軸承中部。 圓錐滾子軸承或角接觸球軸承，則支承點(diǎn)在接觸線與軸線交點(diǎn)處，如圖3.9b,c

13、。因此，這類軸承應(yīng)使大口朝外，以使主軸前端的懸伸量減少。,3.4.1主軸組件計(jì)算時(shí)支承的簡(jiǎn)化,如一支承上安裝兩個(gè)軸承時(shí)，對(duì)于角接觸軸承采用反裝法可以提高其支承剛度，而支承點(diǎn)應(yīng)在前端軸承的接觸線與軸線交點(diǎn)處，如圖3.9d所示。 對(duì)于接觸角為0的向心軸承，則支承點(diǎn)在前端一個(gè)軸承中部，如圖3.9e所示。其理由為預(yù)緊發(fā)生在前面一列滾子（或滾珠）與后軸承之間。,3.4.1主軸組件計(jì)算時(shí)支承的簡(jiǎn)化,如三聯(lián)角接觸球軸承，前兩軸承為同向組合，接觸線朝前（大口朝外），后軸承與之背靠背（反裝），則支承點(diǎn)應(yīng)在前面第一個(gè)軸承的接觸線與軸線交點(diǎn)處，如圖3.9f所示。數(shù)控車床主軸的前支承常采用三聯(lián)軸承組合安裝。,3.4.

14、2主軸結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定,主軸結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括 主軸前后支承軸頸D1 , D2 、 主軸內(nèi)孔直徑d(指空心主軸）、 前端的懸伸量a 主軸的支承跨距L,1主軸直徑的確定,根據(jù)材料力學(xué)可知，主軸的剛度與其慣性矩成正比，而慣性矩與軸的直徑的4次方成正比。主軸直徑越大，剛度值越大，但直徑越大后，會(huì)使材料增加，重量增大，使主軸上的傳動(dòng)件和軸承以及主軸箱尺寸增大；而且由于軸承線速度提高，增加了軸承的發(fā)熱量。因此，主軸直徑D1或D2應(yīng)在合理范圍內(nèi)盡量選大些，以滿足剛度的要求，并兼顧結(jié)構(gòu)緊湊。 為便于安裝傳動(dòng)件及支承件，主軸通常為階梯形，各段直徑向尾端逐漸減小。各段直徑中最重要的，并對(duì)主軸結(jié)構(gòu)尺寸有決定性影響的是

15、同主軸前軸承相配合的軸頸直徑D1。,2.主軸內(nèi)孔直徑d的確定,對(duì)于空心主軸，內(nèi)孔直徑d的大小，應(yīng)在滿足主軸的剛度前提下盡量取大值。,3.主軸前端部懸伸量的確定,主軸前端懸伸量a是指主軸前支承徑向支反力作用點(diǎn)到前端受力作用點(diǎn)之間的距離。 懸伸量a一般取決于主軸端部的結(jié)構(gòu)型式和尺寸、主軸軸承的布置形式及密封形式。經(jīng)分析可得，縮短懸伸量a可以明顯地提高主軸組件的剛度和抗振性。 設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下應(yīng)盡可能取小值，以提高主軸的剛度。,3.4.3傳動(dòng)件的布置,主軸組件一般都由帶或齒輪來傳動(dòng)。通常，主軸前端受到工作載荷（力或扭矩）的作用，而主軸中間或后端受到齒輪或帶傳動(dòng)的力的作用。在這些力（或扭

16、矩）作用下，主軸產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，各支承受到壓力。在結(jié)構(gòu)允許的條件下，合理地布置這些傳動(dòng)件的位置和傳動(dòng)力的方向，可以減少主軸的受力和變形，提高主軸組件的剛度和抗振性。同時(shí)，主軸組件的剛度還與支承跨距L有關(guān)。,1傳動(dòng)件的位置,帶傳動(dòng)裝置多半裝在后軸承的外側(cè)，以防止膠帶沾油和便于膠帶更換。為了改善主軸的受力變形情況，有時(shí)可采用卸荷式帶輪結(jié)構(gòu)，這樣，傳動(dòng)力對(duì)主軸只產(chǎn)生扭矩而不產(chǎn)生彎矩，消除了傳動(dòng)力所引起的主軸彎曲變形。 主軸上的傳動(dòng)齒輪一般安裝在各主軸支承之間。為了減少主軸的彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形，應(yīng)盡可能縮短主軸受扭部分的長度，即將齒輪安置在靠近主軸前支承處。當(dāng)主軸上的傳動(dòng)齒輪有兩個(gè)時(shí)，應(yīng)使傳遞扭矩

17、大的那個(gè)齒輪更靠近前支承。,2.傳動(dòng)力的位置和方向,先假定工作載荷F與傳動(dòng)力FQ作用在同一平面內(nèi)，這樣主軸端部上引起的撓度為最大，是一種最差的狀態(tài)。 主軸受力變形時(shí)，其端部的撓度和支承上受力的大小與作用在主軸上的傳動(dòng)力的位置和方向有關(guān),1）如圖3.10a所示，帶輪安裝在主軸后軸承外側(cè)，F(xiàn)Q與F同向，不能使作用力F和傳動(dòng)力FQ所引起的主軸前端變形部分地相互抵消。所以，這種布局可用于膠帶拉力較小的場(chǎng)合。若膠帶拉力很大，則可考慮采用卸荷式帶輪結(jié)構(gòu)。,2）如圖3. 10b所示，當(dāng)作用力F和傳動(dòng)力FQ均作用在主軸前端，二者方向相反時(shí)，能使引起的主軸前端變形部分地抵消。此外，前支承支反力也較小，主軸受扭長

18、度也較短，但是傳動(dòng)件需要安裝在前支承外側(cè)，增加了主軸的懸伸長度，結(jié)構(gòu)上也較復(fù)雜。,3）如圖3.10c,d所示，大多數(shù)機(jī)床或?qū)Ｓ脵C(jī)床均采用這種布局。圖3. 10c所示的F與FQ的方向相同，能使引起的主軸前端變形抵消一部分，但前軸承的受力較大，要求前軸承有較高的承載能力和剛度。在一般設(shè)計(jì)中，前軸承直徑通常大于后軸承，因而前、后軸承的壽命反而比較接近。圖310d所示的F與FQ的方向相反，則主軸前端的變形較大，而前軸承受力卻較小。,3.4.4主軸組件的兩支承的最佳跨距的計(jì)算,主軸組件所承受的外力通常是作用在主軸前端的徑向力F和力偶矩M以及作用在主軸某處的傳動(dòng)力FQ。這些作用力將使主軸端部發(fā)生撓度，它直

19、接影響主軸組件的工作性能。它是由主軸本身的剛度及其主軸支承的剛度所決定。 根據(jù)力的獨(dú)立性原理，分別考慮在F, M、凡的單獨(dú)作用下求出主軸前端的撓度，然后進(jìn)行向量合成，得出前端的撓度。當(dāng)L=L。（主軸組件的最佳跨距）時(shí)，主軸端部的總撓度為最小（Y=Ymin），即主軸組件具有最大的剛度。,3.4.5主軸組件采用三支承的跨距的確定,大多數(shù)的主軸組件采用前后兩支承。如果前后軸承間距太大（L遠(yuǎn)大于L。），可以加第三支承以提高剛度而成為三支承主軸組件。 三支承主軸有兩種情況：,前、后支承為主，中間支承為輔； 前、中支承為主，后支承為輔。,3.4.5主軸組件采用三支承的跨距的確定,在三支承中，“主”支承應(yīng)消除間隙或預(yù)緊，“輔”支承則應(yīng)保留游隙以至選用較大的游隙，且不能預(yù)緊，決不能三個(gè)軸承都預(yù)緊，否則會(huì)發(fā)生干涉。 在一般情況下，前支承必須為主支承，否則會(huì)影響到主軸前端的旋轉(zhuǎn)精度。 “主”支承既可用圓柱滾子軸承，也可用圓錐滾子軸承。“輔”支承通常用深溝球軸承或圓柱滾子軸承。,3.4.5主軸組件采用三支承的跨距的確定,當(dāng)傳動(dòng)力對(duì)主軸的作用點(diǎn)較靠近中支承時(shí)，以前、中支承為主要支承可以提高主軸組件的剛度的抗振性； 當(dāng)傳動(dòng)力對(duì)主軸的作用點(diǎn)靠近后支承時(shí)，宜以前、后