机械制造技术装备及设计-3-3主轴组件.ppt

机械制造技术装备及设计 4-3,机电工程学院 制造工程系,第三章 主轴组件,主轴组件是机床的一个重要组成部分。它包括主轴、轴承以及安装在主轴上的传动件。机床工作时，主轴要夹持着工件或刀具共同完成表面成形运动，所以，主轴组件的工作性能将直接影响加工工件的质量和机床生产率。,主轴组件,第一节 对主轴组件的基本要求,一、旋转精度 二、静刚度 三、抗振性 四、温升和热变形 五、耐磨性 六、主轴的结构 七、材料和热处理 八、主轴的技术要求,一、旋转精度 主轴组件的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动的条件下，主轴前端安装工件或刀具部位的径向跳动和轴向跳动。 主轴组件的旋转精度主要取决于各主要件，如主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。旋转精度还决定于主轴转速、支承的设计和性能，润滑剂以及主轴组件的平衡。,二、静刚度 主轴组件的静刚度(简称刚度)反映组件抵抗静态外载荷变形的能力。 K=F/ (N/m) 影响主轴组件弯曲刚度的因素很多，如主轴的尺寸和形状，滚动轴承的型号、数量、配置形式和预紧，滑动轴承的类型和油膜刚度，前后支承间的距离和主轴前端的悬伸量，传动件的布置方式，主轴组件的制造和装配质量等。,三、抗振性 振动表现为强迫振动和自激振动两种形式。 抵抗强迫振动则要提高动刚度。动刚度是指激振力幅值与振动幅值之比。 影响抗振性的因素主要有主轴组件的静刚度、质量分布和阻尼(特别是主轴前轴承的阻尼)。主轴的固有频率应远大于激振力的频率，以使它不易发生共振。,负磨擦产生的自激振动力学模型,强迫振动力学模型,机械振动,物体或质点在其平衡位置附近所作的往复运动。振动的强弱用振动量来衡量，振动量可以是振动体的位移、速度或加速度。振动量如果超过允许范围，机械设备将产生较大的动载荷和噪声，从而影响其工作性能和使用寿命，严重时会导致零、部件的早期失效,阻尼,在机械物理学中，系统的能量的减小阻尼振动不都是因“阻力”引起的，就机械振动而言，一种是因摩擦阻力生热，使系统的机械能减小，转化为内能，这种阻尼叫摩擦阻尼；另一种是系统引起周围质点的震动，使系统的能量逐渐向四周辐射出去，变为波的能量，这种阻尼叫辐射阻尼。,分类 机械振动有不同的分类方法。按产生振动的原因可分为自由振动、受迫振动和自激振动；按振动的规律可分为简谐振动、非谐周期振动和随机振动;按振动系统结构参数的特性可分为线性振动和非线性振动；按振动位移的特征可分为扭转振动和直线振动。,自由振动 去掉激励或约束之后，机械系统所出现的振动。振动只靠其弹性恢复力来维持，当有阻尼时振动便逐渐衰减。自由振动的频率只决定于系统本身的物理性质，称为系统的固有频率,受迫振动 机械系统受外界持续激励所产生的振动。简谐激励是最简单的持续激励。受迫振动包含瞬态振动和稳态振动。在振动开始一段时间内所出现的随时间变化的振动，称为瞬态振动。经过短暂时间后，瞬态振动即消失。系统从外界不断地获得能量来补偿阻尼所耗散的能量，因而能够作持续的等幅振动，这种振动的频率与激励频率相同，称为稳态振动。 例如，在两端固定的横梁的中部装一个激振器，激振器开动短暂时间后横梁所作的持续等幅振动就是稳态振动，振动的频率与激振器的频率相同。系统受外力或其他输入作用时，其相应的输出量称为响应。当外部激励的频率接近系统的固有频率时，系统的振幅将急剧增加。激励频率等于系统的共振频率时则产生共振。在设计和使用机械时必须防止共振。,自激振动 在非线性振动中，系统只受其本身产生的激励所维持的振动。自激振动系统本身除具有振动元件外,还具有非振荡性的能源、调节环节和反馈环节。因此，不存在外界激励时它也能产生一种稳定的周期振动，维持自激振动的交变力是由运动本身产生的且由反馈和调节环节所控制。振动一停止,此交变力也随之消失。自激振动与初始条件无关，其频率等于或接近于系统的固有频率。 例如飞机飞行过程中机翼的颤振、机床工作台在滑动导轨上低速移动时的爬行、钟表摆的摆动和琴弦的振动都属于自激振动。,四、温升和热变形 主轴组件工作时因各相对运动处的摩擦和搅油等发热产生温升，从而使主轴组件的形状和位置发生变化 主轴组件受热伸长，使轴承间隙发生变化。温升使润滑油粘度下降，降低了滑动轴承的承载能力。主轴箱因温升而变形，使主轴偏离正确位置。前后轴承温度不同，还会导致主轴轴线倾斜。 高精度机床为810 ，精密机床和数控机床为15 20 ，普通机床为30 40 。,主轴部件的冷却主要是以减少轴承发热，有效控制热源为主 良好的润滑效果，可以降低轴承的工作温度和延长使用寿命；为此，在操作使用中要注意到：低速时，采用油脂、油液循环润滑；高速时采用油雾、油气润滑方式。但是，在采用油脂润滑时，主轴轴承的封入量通常为轴承空间容积的10%，切忌随意填满，因为油脂过多，会加剧主轴发热。对于油液循环润滑，在操作使用中要做到每天检查主轴润滑恒温油箱，看油量是否充足，如果油量不够，则应及时添加润滑油；同时要注意检查润滑油温度范围是否合适。,为了保证主轴有良好的润滑，减少摩擦发热，同时又能把主轴组件的热量带走，通常采用循环式润滑系统，用液压泵强力供油润滑，使用油温控制器控制油箱油液温度。高档数控机床主轴轴承采用了高级油脂封存方式润滑，每加一次油脂可以使用710年。新型的润滑冷却方式不单要减少轴承温升，还要减少轴承内外圈的温差，以保证主轴热变形小。 常见主轴润滑方式有两种，油气润滑方式近似于油雾润滑方式，但油雾润滑方式是连续供给油雾，而油气润滑则是定时定量地把油雾送进轴承空隙中，这样既实现了油雾润滑，又避免了油雾太多而污染周围空气。喷注润滑方式是用较大流量的恒温油(每个轴承34L/min)喷注到主轴轴承，以达到润滑、冷却的目的。这里较大流量喷注的油必须靠排油泵强制排油，而不是自然回流。同时，还要采用专用的大容量高精度恒温油箱，油温变动控制在0.5,五、耐磨性 对精度有影响的部位首先是轴承，其次是安装刀、夹具或工件的部位，如锥孔、定心轴颈等。此外，还有移动式主轴的工作表面如镗床主轴的外圆，坐标镗床和某些加工中心主轴的套筒外圆等。 装有滚动轴承的主轴，支承处的耐磨性则决定于滚动轴承。如果用滑动轴承，则轴颈的耐磨性在很大程度上影响精度保持性。 为了提高耐磨性，一般机床主轴的上述部分应淬硬至HRC60左右，深约1mm。,六、主轴的结构 为了提高刚度，主轴的直径应尽量大些。前轴承至主轴前端面的距离(称悬伸量)应尽可能小些。为了便于装配，主轴常做成阶梯形的。主轴的结构与形状和主轴上所安装的传动件、轴承等零件的类型、数量、位置和安装方法有直接的关系。,图4.3-2 主轴端部结构 a)车床主轴端部；b)铣床和加工中心主轴端部；c)外圆磨床主轴端部；d)内圆磨床主轴端部；e)钻、镗床主轴端部；f)组合机床主轴端部,七、材料和热处理 主轴承载后允许的弹性变形很小，引起的应力通常远小于钢的强度极限。因此，强度一般不作为选材的依据。 各种钢材弹性模量几乎相同，因此刚度也不是选材的依据。 主轴材料的选择主要根据耐磨性和热处理变形来考虑。普通机床主轴，可用45号或60号优质中碳钢，调质到220HB250HB。其端部的定心锥面、定心轴颈和锥孔等部位，应高频淬硬至HRC50HRC55。若采用滑动轴承，则轴颈处也需淬硬，硬度同上。 精密机床主轴希望淬火变形和应力小些，可选用40Cr或低碳合金钢20Cr、16MnCr5、12CrNi2A等渗碳淬硬至HRC60。 采用滑动轴承的高精度磨床砂轮主轴，镗床、坐标镗床、加工中心的主轴，要求有很高的耐磨性，这时可用渗氮钢(如38CrMoAlA)经渗氮处理，表面硬度可达HV1100HV1200(相当于HRC69HRC72)。,主要技术要求如下(单位为mm)： (1) 轴颈A和B的圆度 A=0.003，B=0.0025 (2) 莫氏锥孔和A、B面用涂色法检查接触率 70 (3) 莫氏锥孔对轴颈A、B的径向圆跳动 近轴端 0.005 300mm处0.010 (4) 短锥C对轴颈A、B的径向圆跳动 0.005 (5) 端面D对轴颈A、B的端面圆跳动0.010,图 4.3-3 主轴技术要求计算图 a) 主轴零件图； b) 计算简图,(一)与工作和测量基准有关的项目 (二)与机床精度检验有关的项目,第二节 采用滚动轴承的主轴组件,滚动轴承和滑动轴承都可用于机床主轴，都能满足旋转精度的要求。相比之下滚动轴承有下述优点： 在转速和载荷变化范围很大的情况下滚动轴承仍能稳定工作，而动压滑动轴承在低速时难以形成具有足够压力的油膜； 滚动轴承能在零间隙、甚至负间隙(预紧到有一定过盈量)的条件下工作，对提高旋转精度和刚度有利，而滑动轴承则必须有一定间隙才能正常工作； 滚动摩擦系数小，发热少； 滚动轴承容易润滑，可以用脂润滑，装填一次用到修理时才更换，若用油时所需油量也远比滑动轴承小； 滚动轴承为标准件，可以外购。 滚动轴承的缺点是： 滚动体的数目有限，所以滚动轴承在旋转中的径向刚度是变化的，易产生振动； 滚动体与内外圈是刚性接触，而滑动轴承的油膜形成粘性阻尼层，故滚动轴承的阻尼较滑动轴承要低； 滚动轴承的径向尺寸比滑动轴承大。,一、主轴滚动轴承的类型,主轴轴承的间隙应该是可调的。 主要特点 线接触时滚子轴承比点接触的球轴承刚度高，但它在一定温升下允许的转速比球轴承低。 一般机床主轴尺寸都较大，相对地讲轴承负载较轻，故轴承的承载能力和疲劳寿命不是选择主轴轴承的主要指标。 机床主轴常用的滚动轴承有以下几种。,1双列圆柱滚子轴承 NN3000K(旧编号3182100)系列轴承，是特轻型，内圈有1:12的锥孔与主轴的锥形轴颈相配，通过轴向移动内圈，靠弹性变形使内圈胀大来消除间隙或预紧。两列直径和长度相等的短圆柱滚子交错排列，且滚子数目多，载荷均布，承载能力大。 这种轴承的特点是径向刚度和承载能力都大，旋转精度高。但它不能承受轴向载荷，内圈薄且开有两条滚道，厚薄不匀，调间隙时内圈滚道易发生畸变。为避免这一缺陷，出现了图4.3-4b 主轴采用的几种滚动轴承,2双向推力角接触轴承 双向推力角接触球轴承由外圈2、内圈1和4，以及隔套3等组成，接触角。为60。编号为234400(旧编号2268100)。 轴承常与双列圆柱滚子轴承配套使用，以承受双向轴向载荷。 修磨隔套3的厚度即可消除间隙并预紧。 这种轴承的特点之一是接触角大， 钢球直径小而数量多，轴承承载能力 和精度较高，允许的极限转速高于一 般推力轴承，常用于高速、较精密的 机床主轴。,c)、d)双向推力角接触球轴承；,3角接触球轴承 这种轴承既可承受径向载荷，又可承受轴向载荷，接触角通常为=15和=25两种 它的编号为7000C(旧编号36100)和7000AC(旧编号46100)系列。 15接触角的轴承多用于轴向力较小、转速较高的地方，如磨床主轴；25接触角的多用于轴向力较大的地方，如车床和加工中心主轴。这种轴承调隙(预紧)时只需使内、外圈产生相对轴向位移即可。这种轴承多用于高速主轴。目前，国 内外在数控机床上采用最多。 为了提高轴承刚度和承载能力，可将多个角接 触球轴承组合使用。,e)、f)角接触球轴承,3种基本组合方式:a) 背靠背、b) 面对面、c) 串联 图a和b可承受双向轴向载荷， 图c则只能承受一个方向的轴向载荷，但承载能力较大，轴向刚度较高。这种轴承还可以三联(图4.3-5d)、四联组合。 主轴上的角接触轴承应为背靠背组合。而滚珠丝杠则采用面对面组配。,图4.3-5 角接触球轴承的组合形式 a)背靠背； b)面对面； c)串联； d)三联组合,* 小资料：陶瓷球混合轴承,采用轻质材料来制造滚珠。自从氮化硅(Si3N4)陶瓷新材料被英国科学家于20世纪70年代用人工合成的方法发明以来，由于这种材料优良的力学、物理和化学性能(见表)，引起了机械工程界的极大兴趣和高度重视。人们一直想用这种新材料来制造滚动轴承的滚动体。 当钢质的内外环配以氮化,硅(Si3N4)陶瓷球时，这种角接触球轴承称为混合陶瓷轴承(Hybrid Ceramic Bearing)。国外一般简称为混合轴承(Hybrid Bearing)，而国内习称陶瓷球轴承，现已得到比较广泛的应用。,与钢质球相比，陶瓷球有以下优点： (1)质量轻。材料密度仅为3.218g/cm3，只相当于钢球的40。在高速回转时，轻质球的离心力可显著减小。 (2)弹性模量高。f3.22*107MPa，为钢球的5倍，提高了轴承和主轴系统的刚度，也提高了主轴系统的临界转速。 (3)线膨胀系数低，3.2*10-6/，约为钢球的25，使得在不同温升的条件下，球与内外环的配合间隙变化小，提高了轴承工作的可靠性，并减小了温升导致的轴承轴向位移，也使得预加载荷变化小。 (4)硬度高，能达到16001700HV，为钢球的2.3倍，可减少磨损，提高轴承寿命。 (5)陶瓷与金属间不产生“咬住”(galling)现象，磨损物也不会嵌入陶瓷球中，从而进一步提高了轴承寿命。 在相同的负荷、润滑条件和精度等级的条件下，混合轴承的dm*n值是钢球轴承的1.251.35倍。 虽然陶瓷球轴承价格约为钢质球轴承的22.5倍，但寿命比钢质球轴承长36倍，可见其性能价格比并不低。,4圆锥滚子轴承 双列圆锥滚子轴承。其外圈上有凸缘，它的一端抵住箱体端面，另一端被法兰压紧，以实现轴向定位。修磨隔套3的厚度便可调隙并预紧。 圆锥滚子轴承既能承受径向载荷，又能承受双 向的轴向载荷，滚子数量大，故刚度和承载能 力均较大。 缺点是滚子大端的端面与内圈挡边之间为滑动 摩擦，发热较大，故允许的极限转速较低。,法国Gamet公司研制出一种圆锥滚子做成中空的轴承 图h为H系列，用于主轴前轴承。H系列轴承的两列滚子数量差一个，从而使两列滚子的刚度变化频率不同，以抑制振动。 图i为P系列，用作主轴后支承。P系列轴承外圈上有1620个弹簧，用作预紧。 为了控制发热量过大，Gamet轴承保持架是整体的，可以把滚子之间的空隙占满。这样， 大部分润滑油被迫流过滚子的中 孔，冷却不易散热的滚子，小部 分则通过滚子与滚道之间起润滑 作用。油液从外圈中部的径向孔 进人，流向两端，同时中空并填 充油的滚子还可吸收振动。,Gamet 轴承,5深沟球轴承 这种轴承只能承受径向载荷，轴向载荷则由配套的推力轴承承受。此种轴承一般不能调整间隙，常用于精度要求和刚度要求不太高的地方。,主轴轴承常用轻系列、特轻系列和超轻系列，以特轻系列为主。 因为采用较“轻”的轴承，对主轴组件的性能影响不大，却可以使同样内径的轴承外径减小。同时，对同样的箱体孔径，主轴直径可粗一些，对提高主轴刚度有利。,二、轴承精度,主轴轴承的精度主要采用P2、P4、P5(旧标准B、C、D) 3级，相当于ISO标准的2、4、5级。 此外又规定了2种辅助精度级SP(特殊精密级)和UP(超精密级)。它们的旋转精度分别相当于P4级和P2级(略高于P4)，而内、外圈的尺寸精度则分别相当于P5级和P4级。,主轴激光对中仪,三、轴承的刚度,轴承的滚动体与滚道之间有接触变形。零间隙时轴承在外载荷作用下的变形为： 点接触的球轴承 式中 、a径向和轴向变形(m)； 接触角()； db球径(m)； la滚子的有效长，等于滚子长度扣除两端的倒角(mm)； Q、Qa作用于单个滚动体的径向和轴向载荷(N),线接触的滚子轴承,F、Fa 作用于轴承上的径向和轴向载荷(N)； i、Z滚动体的列数和每列的滚动体数。,零间隙时轴承的刚度 当为球轴承 式中 K、Ka 径向和轴向刚度(N/m)。 滚动轴承的刚度不是定值，而是载荷的函数。它随载荷的增加而增大。 对于滚子轴承，刚度与载荷的0.1次幂成正比，载荷对刚度的影响不太大。 对于球轴承，刚度与载荷的1/3次幂成正比，预紧力对刚度的影响是明显的，计算时应考虑预紧力。,当为滚子轴承,四、滚动轴承预紧,使轴承滚动体与滚道之间有一定的过盈量(负间隙)称为预紧。 保持合理的轴承间隙或进行适 当的预紧，对主轴组件的工作 性能和轴承寿命有重要影响。 当有过盈时，则受载的滚子数 目增多，滚子受力均匀，误差 也可均化。因此，适当预紧可 以提高轴承的精度和寿命。 预紧使滚子与滚道之间有一预 加载荷，它叠加在外载荷上， 使轴承的载荷增加，从而提高了刚度。,五、转速,轴承是以dm*n值(mm*r/min)作为衡量转速性能指标的。dm是轴承的中径(mm)，是内径与外径的平均值，n为转速(r/min)。 普通精度级轴承的极限转速，是指在轻负荷下运转，达到规定的稳定温度时的转速。 轴承的最高转速决定于它的类型、负荷和间隙的调整、允许的温升、选用的润滑剂和润滑方式，可通过试验决定。,六、寿命,决定轴承寿命的是疲劳点蚀和磨损降低精度。 对一般机床，由于主轴较粗，载荷相对来说不大，往往以磨损后精度下降作为失效的依据。 决定主轴滚动轴承寿命的是精度，失效的原因是磨损。,七、支承组件的轴承配置,根据所设计主轴组件对承载能力、转速、刚度以及精度等方面的要求确定。 前端定位时，主轴受热变形向后伸长，不影响加工精度，但前支承结构复 杂，轴承间隙调 整不便，前支承 处发热量较大。 后端定位的特点 与前述的相反。,八、三支承主轴组件,三支承主轴结构的。其中1个起辅助支承作用。辅助支承的特点是所用轴承有较大的游隙(0.03mm0.07mm)，以免运转时发生干涉。 通常是采用向心球轴承或圆柱滚子轴承作辅助支承。辅助支承有的设置在中间，也有的设置在后端。 采用三支承结构时，可使主轴跨距大大缩短，从而提高主轴刚度和抗振性。 三支承主轴的结构、工艺难度很大，对主轴上3个轴颈和箱体上3个座孔的同轴度要求很严。,九、主轴的传动,1主轴的传动方式 2传动件的布置,十、车、镗、铣加工中心类机床主轴组件,1中等转速，较高刚度,图4.3-11 TND360数控车床的主轴组件(高速型),目前数控机床主轴结构主要采用图4.3-10(高刚度型)和图4.3-11(高速型)，且以后者为多。,这种机床电机功率为5.5kW，主轴转速较低，为25r/min1600r/min。主支承为圆锥滚子轴承，两端定位方式。碟形弹簧1用以控制预紧力，补偿因主轴热伸长而使轴承预紧力发生的变化，并使主轴向后端膨胀。后支承用深沟球轴承作辅助支承。,图4.3-13 采用圆锥滚子轴承的主轴组件 1碟形弹簧,图4.3-14 多刀半自动车床主轴组件 1、2、3调隙螺母,多刀半自动车床主轴组件。其双速电机功率为7.5/10kW，主轴转速不高(90r/min1000r/min)，但主轴受的轴向力比较大，故选用推力球轴承。推力轴承置于后支承，结构简单，属于后端定位。螺母1调整后支承处两个轴承的间隙,前轴承为Gamet H系列的双列圆锥滚子轴承，外圈靠法兰轴向定位，并由端盖2压紧。销3用于外圈的定位，使进油孔向上并与进油管对准。间隙靠螺母1调整：后轴承为Gamet P系列单列圆锥滚子轴承，靠弹簧预紧。当轴颈直径不超过180mm时，前轴承内圈与轴颈保持5 m15 m的过盈，外围与箱体孔保持5m20 m的间隙，以便在弹簧作用下外圈能轴向移动。,2高转速型主轴组件,十一、磨床类主轴组件,第三节 主轴的滑动轴承,滑动轴承阻尼性能好、支承刚度高，具有良好的抗振性和运动平稳性。 按照流体介质的不同，主轴滑动轴承有液体滑动轴承和气体滑动轴承两类。液体滑动轴承按照油膜压强形成方法的不同，有动压轴承和静压轴承之分。,一、液体动压滑动轴承 动压滑动轴承是靠主轴以一定转速旋转时带着润滑油从间隙大处向间隙小处流动，形成压力油膜而将主轴浮起，并承受载荷、轴承中只产生一个压力油膜的叫单油楔动压轴承。,a) 采用固定多油楔滑动轴承的砂轮主轴组件；,1固定多油楔轴承,图4.3-18 固定多油楔动压滑动轴承 b) 滑动轴承的油囊；c) 多油楔轴承的压力油膜形成原理 1固定多油楔动压滑动轴承; 2、5滑动推力轴承; 3、4螺母; 6双列圆柱滚子轴承,由液压泵供应的低压油经5个进油孔。进入油囊，从回油槽6流出，形成循环润滑，并避免在起动或停止时出现干摩擦现象。 在轴瓦内壁上开有5个等分的油囊，形成5个油楔。油囊形状为阿基米德螺线。,油楔人口处到出口处的距离称为油楔宽度B，人口间隙h1与出口间隙h2之比称为间隙比。理论分析表明，最佳间隙比为h1/h2=2.2。 如果轴颈与轴瓦间直径上间隙为0.03mm，则半径上的间隙(即出口间隙h2)为0.015mm。因此最佳入口间隙应为h1=2.2*0.015=0.033mm，则油囊最佳的深度应为(0.033-0.015)mm=0.018mm。由于这个深度太浅，所以工艺上很难做到，但应设法尽量使油囊深度接近这个数值。,2活动多油楔轴承,轴瓦包角为60，长径比L/D=0.75。3块瓦各有一球头螺钉支承，可以稍稍摆动以适应转速或载荷的变化。,理论分析证明，瓦块的压力中心O(图b)离出口的距离b0约等于瓦块宽B的0.4倍，即b0 0.4B。O点就是瓦块的支承点。主轴旋转时，由于瓦块上油楔压强的分布，瓦块可自行 摆动至最佳间隙比h1/h2=2.2后处于平衡状态。当主轴负荷变化(例如砂轮接触工件，开始磨削)时，主轴将产生位移，h2也将发生变化。 如果h2变小，则出口处油压升高，使轴瓦作逆时针方向摆动，使h1也变小，当h1/h2=2.2时，又处于新的平衡状态。因此，这种支承能自动地保持最佳间隙比，使瓦块宽B等于油楔宽，这时轴瓦的承载能力最大。 动压滑动轴承必须在一定的运转速度下才能产生压力油膜。因此，不适用于低速或转速变化范围较大而下限转速过低的主轴。,二、液体静压轴承 静压轴承的油膜压强是由液压泵从外界供给的。它与主轴的开、停及转速的高低无关。承载能力也不随转速而变化。启动和停止时无磨损，启动阻力矩也与运转时间相同。所以静压轴承适用于低转速或转速范围变化较大以及经常开停的 主轴。 静压轴承的油膜厚度对轴颈和轴承 孔的圆度误差起均化作用。,1静压轴承的工作原理 轴承内圆柱面上等间距地开有几个油腔(通常为4个)， 各油腔之间开有回油槽。 液压泵供给压强的ps的油，这些油经节流器T降压后进人各油腔，将轴颈推向中央。然后油经封油面压力 降低到零，流回油箱。 静压轴承刚度 :,图4.3-21 静压滑动轴承原理图,由上述原理可知，各油腔若用同1个液压泵供油，则每个油腔串接1个节流器，否则各腔油压相同，互相抵消，就不能平衡外载荷了。此外，静压轴承用的油必须十分洁净，要经过精细过滤，以免堵塞节流器而影响轴承正常工作或导致事故发生。,2静压轴承的节流器 节流器对静压轴承的性能影响很大，刚度则取决于， 这主要是由节流器决定的。,1) 固定节流器 常用的有小孔节流器和毛细管 节流器2种。,图4.3-22小孔节流器,图4.3-23 毛细管节流器,2) 可变节流器,图4.3-25 滑阀反馈节流原理图,图4.3-24 双向薄膜反馈节流原理图,可变节流器的液阻可以随油腔的压强而变化。常见的有薄膜节流器和滑阀节流器。,固定节流器静压轴承的油膜刚度低于可变节流器的油膜刚度。固定节流器宜用于轻载或载荷变化不大的地方；可变节流器宜用于重载或载荷变化较大的地方。固定节流器中，小孔节流器的液阻对油温变化不敏感，宜用于转速较高的小型精密机床主轴轴承。相反，毛细管节流器则用于转速较低的中小型精密机床主轴轴承。薄膜节流器反应灵敏，滑阀式节流器液阻变动量较大。前者多用于大型精密机床；后者多用于重型机床。,3静压轴承,第四节 提高主轴组件性能的措施,一、提高旋转精度和运动精度 1选配法,图4.3-27 轴承径向跳动对主轴端部的影响,2装配后精加工 滚动轴承还可采取下列措施： 消除间隙并适当预紧，使各滚动体受力均匀； 控制轴颈和轴承座孔的圆度误差； 适当加长外圈的长度，使外圈与箱体孔的配合可以略松，以免箱体孔的圆度误差影响外圈滚道； 采用NNU4900K系列轴承(挡边开在外圈上，内圈可以分离的4382900系列轴承)，可将内圈装在主轴上后再精磨滚道； 内圈与轴颈、外圈与座孔配合不能太紧。,二、改善动态特性 多自由度振动、振型、振动系统的模态和模态分析 主轴是一个连续体，有无穷多个自由度,改善动态特性的主要措施 使主轴组件的固有频率避开激振力的频率。 主轴轴承的阻尼对主轴组件的抗振性影响很大，特别是前轴承。 采用三支承结构时，其中辅助支承的作用在很大程度上是为提高抗振性。 采用消振装置。,三、控制主轴组件温升 减少支承发热量。合理选择轴承类型和精度，保证支承的制造和装配质量，采用适当的润滑方式，均有利于减少轴承发热。 采用散热装置。通常采用热源隔离法、热源冷却法和热平衡法，能够有效地降低轴承温升，减少主轴组件热变形。,第五节 主轴组件的刚度计算,设计和计算的主要步骤如下： 根据统计资料，初选主轴直径； 选择主轴的跨距； 进行主轴组件的结构设计，根据结构要求修正上述数据； 进行验算； 根据验算结果对设计进行必要的修改。,一、初选主轴直径 前轴颈直径D，大于后轴颈直径D2。对于车、铣床，一般D2=(0.70.9)D1。几种常见的通用机床钢质主轴前轴颈D1，,表4.3-8 主轴前轴颈直径 (mm,一般，0.7对刚度影响不大，若0.7将使刚度急剧下降。,二、主轴悬伸量的确定 主轴悬伸量a是指主轴前支承径向支反力的作用点到主轴前端面之间的距离，见图3.3-6。它对主轴组件刚度影响较大。根据分析和试验，缩短悬伸量可以显著提高主轴组件的刚度和抗振性。因此，设计时在满足结构要求的前提下，尽量缩短悬伸量a。,三、主轴最佳跨距的选择,主轴前端受载F后产生的挠度,主轴的柔度即为,三、主轴最佳跨距的选择,设前、后支承的支反力分别为RA和RB，刚度为KA和KB，则前后支承的变形分别为 :,由于支承变形而导致主轴前端位移,其中,所以,相应的主轴柔度,得出主轴端的总挠度,故主轴端部总柔度,最小挠度的条件为 ，这时的 l 应为最佳跨距 l0 。计算式为,整理后得,取综合变量,，代入上式并解出,是无量纲的量，是 和 的函数。故可用乏为参变量，以 为变量，做出 的计算线图。,四、主轴组件的验算 1对主轴组件的刚度要求 1) 根据静态弹性变形对加工精度的影响来确定主轴组件的刚度 2) 根据不出现切削自激振动的条件来确定主轴组件的刚度,式中 Kcb切削系数(N/m*mm)，由试验 确定； blim极限的切削宽度(mm)； 机床系统的阻尼比； 切削力F与工件切削表面垂线的 夹角(),第六节 主轴组件的润滑与密封,一、主轴滚动轴承的润滑 在速度较低时，用脂润滑比用润滑油温升低；速度较高时，用油润滑较好。,1脂润滑 脂润滑使用方便，不需要供油管路和系统，没有漏油问题。 2油润滑 (1) 集中润滑 (2) 油雾润滑 (3) 油气润滑,二、密封,* 小资料：电主轴 随着电气传动技术(变频调速技术、电动机矢量控制技术等)的迅速发展和日趋完善，高速数控机床主传动的机械结构已得到极大的简化，基本上取消了带轮传动和齿