空间凸轮精加工专用磨床主轴箱设计【CAD图纸+毕业论文】【答辩通过】

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空间凸轮精加工专用磨床主轴箱设计

                                     目  录
1.1  课题背景及目的 2
1.2  国内外研究状况 2
1.3  研究方法 3
1.4  主轴箱构成及研究内容 3
2.1  机床的特点 4
2.2  机床改造的主要任务 4
2.3  主轴系统改造的结构分析及确定 5
2.4  动静压轴承 6
2.5  主轴箱结构形式的选择、分析 7
2.5.1  主要结构设计要求 7
2.5.2  供油系统 8
2.5.3  供油系统类型的选择与分析 8
3.1  前轴承结构 11
3.2  后轴承结构 17
3.3  选择、计算供油装置 22
    参 考 文 献 30

1 引言
机床运动部件支撑的好坏，在相当大的程度上决定着机床的性能和质量。就其中的轴承而言，可分为两类：一是滚动轴承；二是滑动轴承[1]。液体滑动轴承便是滑动轴承中的一种。随着现代科学技术的飞速发展，一般轴承已经不能满足现代工艺精度和高效益的要求。近几年来，在液体静压轴承和液体动压轴承的基础上发展起来的动静压轴承在适应上述要求方面正崭露头角。滑动轴承可以分为流体动压润滑轴承（简称动压轴承）、流体静压润滑轴承（简称静压轴承）和动静压轴承[2]。这三种轴承的主要特点及特性简述如下：
（1）液体纯动压轴承及其特点
动压轴承是依靠被润滑的一对固体摩擦面间相对运动使介于固体间的润滑流体内产生压力（这种现象称为动压效应）以承受外载荷，从而免除固体间的相互摩擦而起到润滑作用[3]。动压轴承的承载能力较大，刚度较高，且有吸振能力。但是由于动压油墨的形成与两摩擦面间的相对运动速度有关，当相对运动速度不足时（如启动、制动、载荷大转速低时）便不再处于完全液体摩擦状态，造成主轴和轴承较大的摩擦和磨损。    
（2）液体静压轴承及其特点
静压轴承是利用高压油泵在轴和轴承之间注入高压油，依靠油压使轴浮起，想成完全液体润滑油膜[4]。静压轴承具有摩擦阻力小,使用寿命长，转速范围广，吸振性能好，回转精度高等优点。但由于油泵供油压力的限制，静压轴承具有相对承载力较低，刚度较小等缺点。
（3）液体动静压轴承及其特点
动静压轴承是在静压轴承的基础上发展起来的一种新型轴承。它是既综合了液体动压轴承和静压轴承的优点又克服了二者缺点的高技术产品，是液体动压轴承和静压轴承的完美结合。它利用孔式环面节流和浅腔节流串联使压力油进入油腔中产生足够大的静压承载力，将主轴悬浮在高压油膜中间，从而克服了液体动压轴承启动时出现的干摩擦，提高了主轴和轴承的使用寿命及精度保持性[5]。主轴启动后，依靠浅腔阶梯效应形成了巨大的动压承载力，它和静压承载力迭加大大提高了主轴刚度。高压油膜的均化作用和良好的抗震性，保证主轴具有极高的旋转精度和运转平稳性[6]。

1.1  课题背景及目的
在我国机械行业中五六十年代生产的机床占有很大的比例，因而，利用技术改装，修理旧机床可以较好的恢复和提高机床的精度。对加速我国的机械行业技术及设备的现代化有着较为重要的意义。
本次设计的目的主要是利用动静压轴承在保证转速和一些重要结构基础上，凸轮精加工专用磨床主轴箱设计。另外，在对动静压轴承的有关结构尺寸进行设计的同时，对求解动静压轴承的压力场分布的差分法以及求解过程中的一些具体问题进行力所能及的研究和探讨。
1.2  国内外研究状况
七十年代末，与国内外学者同时提出动静压轴承结构，在国内首先开发了动静压轴承主轴系统，并形成批量生产；在国际上首次提出圆锥浮环动静压轴承，径向—推力联合浮环动静压轴承结构；在国际上首次得到了有限长滑动轴承的Navier—Stokes解。在理论研究和应用研究上均有所突破。
随着静压轴承的应用和研究的深入，对静压轴承在高速使得动压效应，引起重视如何很有效的利用节省能源是个值得重视的问题，对磨床而言高速旋转所带来的动静压效应是个不可忽视的问题，并在动态的性的研究中得到不同的截流器虽然静态油墨的港督不同，但在高频下游几乎相同的动刚度，而油腔的结构确实决定动刚度的主要因素，于是展开了磨床东静压轴承的研究。
八十年代中期，随着国家体制改革的深入和动静压技术的成熟，设备改造的需求促使我国液体动静压轴承主轴部件出现专业化生产：北航成立的背景中航设备改造研制厂从对于航空系统的企业中的旧设备技术改造入手，逐渐形成磨床，金刚镗床主轴轴承单元商品化进入小批生产。上海机床厂在七十年代末期起对各类磨机进行改造，效果显著，上海引进设备维修中心、德堡及有限公司对扎混迹磨床等各类磨床及多轴镗床等进口进行改造收效良好；广州机床厂的需也供应部分主轴部件商品。
我国动静压轴承的现状来看应属世界先进水平，这可以从各国的动静压轴承发表的文章及应用情况中看出，如对外节流的夺油锲东京滑动轴承来说：无论是日本的丰田、琦玉大学的结构及美国的专利，虽然有些类似于HSDB-R类中的油腔内回油等某些结构，但发表的时间要比HSDB-R 迟的多，结构布局上从在许多不到之处。在应用上比国外多得多。
1.3  研究方法
机床床身刚性及热变形都优于M1432A，工作台的润滑为小孔节流卸荷形式。砂轮主轴加粗，电机功率加大。砂轮架油池温升小，磨削率高。本次设计主要是在此机床的基础上对主轴系统进行动静压轴承优化设计，以此来提高磨床的加工精度。（利用差分法求解动静压轴承的压力场分布和静态特性参数）。
1.4  论文的构成及研究内容
本次设计主要是对空间凸轮精加工专用磨床主轴箱进行数据分析，并进行主轴优化改造设计。主要包括外圆磨床主轴系统静压轴承改装、动静压轴承的有关参数选择及计算两大内容，主要研究内容是动静压轴承的性能分析以及在外圆磨床主轴系统中的应用。

2 外圆磨床主轴系统静压轴承改装
该机床床身刚性及热变形都优于M1432A，工作台的润滑为小孔节流卸荷形式。砂轮主轴加粗，电机功率加大。砂轮架油池温升小，磨削率高。
2.1  原机床的特点
机床工作台的纵向移动，砂轮架快速进退，砂轮自动周期进给等均由按钮操作电气、液压控制。机床具有工作台手动机构，砂轮架手动进给机构和脚踏尾架顶尖后退装置。头架在逆时针方向90度范围内可作任意角度调整。摆动头架或工作台或砂轮架的角度即可磨削不同锥度的内外圆锥形工件。将砂轮架体壳上的内圆磨架翻下即可磨削内圆零件。自有6套内圆磨杆供选择使用。机床采用具有各运动部件的电器，液压联锁结构，能确保操作安全。砂轮架，内圆磨俱都装有可靠的安全护罩。
2.2  原机床改造的主要任务
由于机床为五、六十年代产品，已在生产中使用了三十余年，主轴前、后封由盘等零件均有一定程度的磨损，易产生振动，严重影响机床性能。产生磨削粗糙度达不到产品技术要求，且磨损平面有较大、明显的振纹。因而对机床主轴系统进行改造是很有价值的。
本次设计主要任务是：
利用动静压轴承在保证转速和一些重要结构的基础上改装M1432B磨床的主轴系统，另外，在对动静压轴承的有关尺寸进行设计计算。
磨床改装后的特点是：
1、采用有腔动静压轴承，在零速时与固定节流静压轴承相似，旋转时类似于静压轴承与动压轴承共同作用。
2、保留了原机床砂轮架壳体，前后轴承装载一个套筒内，便于整体拆装，为修理提供方便。
3、本次设计采用圆台内部节流的形式。