06 主轴部件.pdf

3 43 4 主轴部件设计主轴部件设计3 43 4 主轴部件设计主轴部件设计 3 4 13 4 1 主轴部件应满足的基本要求主轴部件应满足的基本要求 3 3 4 4 1 1 主轴部件应满足的基本要求主轴部件应满足的基本要求 3 4 23 4 2 主轴部件的传动方式主轴部件的传动方式3 3 4 4 2 2 主轴部件的传动方式主轴部件的传动方式 3 4 4 主轴部件结构设计3 4 4 主轴部件结构设计 3 4 4 主轴用滚动轴承3 4 4 主轴用滚动轴承 3 4 5 主轴用滑动轴承3 4 5 主轴用滑动轴承 机床主轴的结构机床主轴的结构 机床的主轴部件包括主轴 主轴的支承轴承和安 机床主轴的结构机床主轴的结构 机床的主轴部件包括主轴 主轴的支承轴承和安 装在主轴上的传动件等 对于具有自动换刀装置的数控机床为了实现刀 对于具有自动换刀装置的数控机床 为了实现刀 具在主轴上的自动装卸和夹紧 还必须有刀具的 自动夹紧装置主轴准停装置等自动夹紧装置 主轴准停装置等 机床主轴的端部一般用于安装刀具 夹持工件或 夹具 在结构上应能保证定位准确安装可靠连接 在结构上 应能保证定位准确 安装可靠 连接 牢固 装卸方便 并能传递足够的扭矩 目前 主轴端部的结构形状都已标准化主轴端部的结构形状都已标准化 主轴部件的常见形式 1 主轴仅作旋转运动 如车 铣 磨床等1 主轴仅作旋转运动 如车 铣 磨床等 2 主轴旋转运动 轴向进给运动 如钻床 镗床 珩磨机 床 2 主轴旋转运动 轴向进给运动 如钻床 镗床 珩磨机 床 3 主轴作旋转运动 轴向调整移动 如龙门铣床 一部分 立式铣床 滚齿机 3 主轴作旋转运动 轴向调整移动 如龙门铣床 一部分 立式铣床 滚齿机 轴绕其自身轴线旋转轴绕其自身轴线旋转 绕另个与自转轴线行的轴绕另个与自转轴线行的轴 4 主4 主轴绕其自身轴线旋转轴绕其自身轴线旋转 绕另绕另一一个与自转轴线个与自转轴线平平行的轴行的轴 线作行星运动 如行星铣削头 行星内圆磨床的主轴等线作行星运动 如行星铣削头 行星内圆磨床的主轴等 主轴组件是机床的执行件 其功用是支承并带动工件或刀具 完成表面成形运动同时还传递运动和扭矩承受切削力和完成表面成形运动 同时还传递运动和扭矩 承受切削力和 驱动力等载荷 比一般传动轴组件设计要求更高 3 4 1主轴部件应满足的基本要求3 4 1主轴部件应满足的基本要求 1 旋转精度旋转精度旋转精度旋转精度 主轴的旋转精度是指主轴在手动或低速 空 载时主轴前端定位面的径向跳动端面跳动和轴向窜动载时 主轴前端定位面的径向跳动 端面跳动和轴向窜动 值 主轴旋转精度直接影响工件的加工精度主轴旋转精度直接影响工件的加工精度 主轴旋转精度直接影响工件的加工精度主轴旋转精度直接影响工件的加工精度 旋转精度取决于各主轴的转速 轴承的设计和性能 润滑剂和主 轴部件的平衡 旋转精度取决于各主轴的转速 轴承的设计和性能 润滑剂和主 轴部件的平衡 2 刚度刚度刚度刚度 主轴部件的刚度K是指其在承受外载荷时抵抗变 形的能力 即K F y 单位为N Pm 刚度的倒数称为柔度 主轴部件的刚度是综合刚度主轴部件的刚度是综合刚度它是主轴它是主轴轴承等刚度的综合反映轴承等刚度的综合反映 主轴部件的刚度是综合刚度主轴部件的刚度是综合刚度 它是主轴它是主轴 轴承等刚度的综合反映轴承等刚度的综合反映 主轴的尺寸和形状 滚动轴承的类型和数量 预紧和配置形式 传动件的布置形式 主轴部件的制造和装配质量等都影响主轴部 主轴的尺寸和形状 滚动轴承的类型和数量 预紧和配置形式 传动件的布置形式 主轴部件的制造和装配质量等都影响主轴部 件的刚度 件的刚度 3抗振性抗振性抗振性抗振性 主轴部件的抗振性是指其抵抗受迫振动和自激振 3 抗振性抗振性抗振性抗振性 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 主轴部件的振动会影响工件的表面质量 刀具耐用度和主轴轴承寿命 主轴部件的振动会影响工件的表面质量 刀具耐用度和主轴轴承寿命 还会产生噪音 还会产生噪音 影响主轴部件抗振性的主要因素是主轴部件的阻尼 刚度和固有频率 影响主轴部件抗振性的主要因素是主轴部件的阻尼 刚度和固有频率 并与主轴的传动方式并与主轴的传动方式 轴承的类型轴承的类型 主轴组件质量分布情况主轴组件质量分布情况 齿轮与轴齿轮与轴并与主轴的传动方式并与主轴的传动方式 轴承的类型轴承的类型 主轴组件质量分布情况主轴组件质量分布情况 齿轮与轴齿轮与轴 承等零件制造与装配质量有关 承等零件制造与装配质量有关 4 温升和热变形温升和热变形温升和热变形温升和热变形 主轴部件工作时由于摩擦和搅油等耗损而 产生热量 出现温升 温升使主轴部件的形状和位置发生畸变 称之为热变形 主轴轴承在高速空转主轴轴承在高速空转连续运转下的允许温升为连续运转下的允许温升为高精度机床高精度机床 主轴轴承在高速空转主轴轴承在高速空转 连续运转下的允许温升为连续运转下的允许温升为 高精度机床高精度机床8 108 10 精密机床15 20 普通机床30 40 精密机床15 20 普通机床30 40 5耐磨性耐磨性耐磨性耐磨性 主轴部件的耐磨性是指长期保持其原始精度的能 5 耐磨性耐磨性耐磨性耐磨性 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 易磨损的部位是轴承和装夹工件或刀具的定位表面 易磨损的部位是轴承和装夹工件或刀具的定位表面 影响因素有主轴 轴承的材料 热处理方式 轴承类型及润滑防护等 影响因素有主轴 轴承的材料 热处理方式 轴承类型及润滑防护等 主轴材料与热处理主轴材料与热处理主轴材料与热处理主轴材料与热处理 根据强度 耐磨性 载荷特点和热处理后变形大小选择 尺寸一定 主轴的刚度取决于材料的弹性模量E 各种钢材 的E值基本相同 且与热处理无关 E 2 1 107N cm2 常用的如45钢或60号钢45钢或60号钢 价格便宜 一般机床主轴 常用45钢 调质到220 250HBS 主轴端部 锥孔 定心轴颈或定心圆锥面等部位局部淬硬至HRC50 55 锥孔 定心轴颈或定心圆锥面等部位局部淬硬至HRC5055 支承用滚动轴承 轴颈可不淬硬 但是不少主轴为了防止敲 碰损伤轴颈的配合表面轴颈处仍然进行淬硬碰损伤轴颈的配合表面 轴颈处仍然进行淬硬 若支承用滑动轴承 则轴颈处需高频淬硬 保证耐磨性 若为重负荷 为提高抗疲劳性能 可选用40Cr或50Mn2钢 对受冲击载荷较大的主轴或轴颈处需要更高的硬度时 可选 用20Cr进行渗碳淬火处理至HRC56 62 精密机床的主轴 要求在长期使用中因内应力引起的变形要 小 故应选用在热处理后残余应力小的材料 如40Cr或 45MnB钢 支承在滑动轴承上的高精度磨床的砂轮主轴 镗床和坐标镗 床主轴 要求有很高的耐磨性 可选用38CrMoAlA钢 进行 氮化处理 使表面硬度达到HV1100 1200 相当于HRC69 72 主轴的材料和热处理主轴的材料和热处理 钢 材 热处理 用 途 钢 材 热处理 用 途 4545调质调质 HRC22 28一HRC22 28一般机床主轴般机床主轴 传动轴传动轴调质调质般机床主轴般机床主轴传动轴传动轴 40Cr 淬 硬 HRC48 55 载荷较大 或表面要求较硬的主 轴 40Cr 淬 硬 HRC48 55 载荷较大 或表面要求较硬的主 轴 40Cr 高频淬硬 HRC55 62 滑动轴承的主轴轴颈 40Cr 高频淬硬 HRC55 62 滑动轴承的主轴轴颈 渗碳淬硬渗碳淬硬 HRC56HRC56 轴颈处需要高硬度或冲击性较轴颈处需要高硬度或冲击性较 20Cr20Cr 渗碳淬硬渗碳淬硬 HRC56HRC56 62 62 轴颈处需要高硬度或冲击性较轴颈处需要高硬度或冲击性较 大的主轴 大的主轴 9Mn2V9Mn2V淬淬 硬硬 HRC59 62 高精度机床主轴 热处理变形较 HRC59 62 高精度机床主轴 热处理变形较 小小 淬淬 硬硬 小小 38CrMOAIA 氮化处理 HV850 1200 高精度机床主轴 保证热处理变 形小 38CrMOAIA 氮化处理 HV850 1200 高精度机床主轴 保证热处理变 形小 50Mn2 调 质 HRC28 35 载荷较大的重型机床主轴 50Mn2 调 质 HRC28 35 载荷较大的重型机床主轴 3 4 3 主轴部件的传动方式3 4 3 主轴部件的传动方式 1 1 1 1 齿轮传动齿轮传动齿轮传动齿轮传动 齿轮传动的特点是结构简单 紧凑 能传递较大的扭矩 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 2 2 2 带传动带传动带传动带传动 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 3 4 3 主轴部件的传动方式3 4 3 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 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 不需要润滑 耐水耐腐蚀 能在高温下工 作 维护保养作 维护保养 方便 传动比 大 可达1 10 以上 以上 缺点是制造工 艺复杂 安装 条件要求高条件要求高 梯形齿多用在转速不高或小功 率动力传动中 而圆弧齿多用 梯形齿多用在转速不高或小功 率动力传动中 而圆弧齿多用 在数控加工中心等要求较高的 数控机床主运动传动系统中 在数控加工中心等要求较高的 数控机床主运动传动系统中 电动机经同步齿形带传动主轴电动机经同步齿形带传动主轴 主轴电动机主轴电动机主轴电动机主轴电动机 1 传动效率高 可达传动效率高 可达98 以上 以上 2 无滑动 传动比准确 无滑动 传动比准确 传动平稳传动平稳噪声小噪声小 3 传动平稳传动平稳 噪声小噪声小 4 使用范围较广 速度可达使用范围较广 速度可达50m s 速比可达 速比可达10左右 传递功率由几瓦至 数千瓦 左右 传递功率由几瓦至 数千瓦 5 维修保养方便 不需要润滑 维修保养方便 不需要润滑 6 安装时中心距要求严格 带与带轮制造工艺较复杂 成本高 安装时中心距要求严格 带与带轮制造工艺较复杂 成本高 3 4 33 4 3 主轴部件的传动方式主轴部件的传动方式3 4 33 4 3 主轴部件的传动方式主轴部件的传动方式 3 3 电动机直接驱动方式电动机直接驱动方式3 3 电动机直接驱动方式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 广泛地用广泛地用 于精密机于精密机 广泛地用广泛地用 于精密机于精密机 床床 高速高速床床 高速高速床床 高速高速床床 高速高速 加工中心加工中心加工中心加工中心 和数控车和数控车和数控车和数控车和数控车和数控车和数控车和数控车 床中 床中 床中 床中 3 4 43 4 4 主轴部件结构设计主轴部件结构设计3 4 43 4 4 主轴部件结构设计主轴部件结构设计 一 主轴部件的支承数目 一 主轴部件的支承数目 一 主轴部件的支承数目 一 主轴部件的支承数目 多数机床的主轴采用前 后两个支承 这种方式结构简单 制造装配方便 容易保证精度 为提高主轴部件的刚度 前 后支承应消除间隙或预紧 机床主轴采用三个支承 为提高刚度和抗振性 三支承方式 对三支承孔的同心度要求较高 制造装配较复杂 三个支承中可以前 后支承为主要支承 中间支承为辅助支 三个支承中可以前 后支承为主要支承 中间支承为辅助支 承 也可以前 中支承为主要支承 后支承为辅助支承 在三支承主轴部件中采用前 中支承为主要支承较多 在三支承主轴部件中 采用前 中支承为主要支承较多 采用三支承 主支承应消除间隙或预紧 辅 支承则应保 留定的径向游隙或选用较大游隙的轴承留一定的径向游隙或选用较大游隙的轴承 3 4 43 4 4 主轴部件结构设计主轴部件结构设计3 4 43 4 4 主轴部件结构设计主轴部件结构设计 二 推力轴承位置配置型式 二 推力轴承位置配置型式 二 推力轴承位置配置型式 二 推力轴承位置配置型式 两个方向的推力轴承都布置 在前支承外 两个方向的推力轴承配置 在前支承的后侧 在前支承外 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 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 两个方向的推力轴承都布置 在后支承处 两个方向的推力轴承分别 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 胀向后 但前支承结构较复 杂 温升也可能较高 在后支承处 前支承处轴承较少 发热小 温升低 但是主轴受热后向 两个方向的推力轴承分别 布置在前后两个支承处 主轴受热伸长后 影响主度有利 用于轴向精度和刚度要求较 高的高精度机床或数控机床 前伸长 影响轴向精度 用于轴向精度要求不高的普 通精度机床如立铣多刀 轴受热伸长后 影响 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 通精度机床 如立铣 多刀 车床等 补偿热膨胀 常用于短主轴 如组合机 床主轴 床主轴 3 4 4 主轴部件结构设计3 4 4 主轴部件结构设计 三 主轴传动件位置的合理布置 三 主轴传动件位置的合理布置 三 主轴传动件位置的合理布置 三 主轴传动件位置的合理布置 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 减小主轴变形 提高主轴的抗振性 布置的原则 传动力Q引起的主轴弯曲变形要小 传动力Q引起的主轴弯曲变形要小 引起主轴前轴端在影响加工精度敏感方向上的位移要小 引起主轴前轴端在影响加工精度敏感方向上的位移要小 因此 主轴上传动件轴向布置时 应尽量靠近前支承 有多个传因此 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 动件时 其中最大传动件应靠近前支承 3 4 43 4 4 主轴部件结构设计主轴部件结构设计3 4 43 4 4 主轴部件结构设计主轴部件结构设计 三 主轴传动件位置的合理布置 三 主轴传动件位置的合理布置 三 主轴传动件位置的合理布置 三 主轴传动件位置的合理布置 传动件放在两个支承中间 靠近前支承处受力情况较 传动件放在主轴前悬伸端 靠近前支承处 受力情况较 好 用得最为普遍 传动件放在主轴前悬伸端 主要用于具有大转盘的机床 如立式车床 镗床等 传动齿 轮直接安装在转盘上轮直接安装在转盘上 传动件放在主轴的后悬伸端 较多地用于带传动为了更较多地用于带传动 为了更 换传动带方便 如磨床 3 4 4 主轴部件结构设计3 4 4 主轴部件结构设计 四 主轴主要结构参数的确定 四 主轴主要结构参数的确定 一般按机床类型 主轴传递的功率 或最大加工直径或最大加工直径 选取D1 车床和铣 床后轴颈的直径D2 0 7 0 85 Dl 很多机床的主轴是空心的 内孔直径与其用途有关 一般一般 应保证应保证d D 0 7 存在一个最佳跨距上L 在该跨距时 因主轴弯曲变形和支承变 起主轴前轴端位移为 主轴前端悬伸量a是指主轴前端面到前轴承径向反力 作用中点 或前径向支承中点 的距离应保证应保证d D 0 7 如车床主轴内孔用来通过棒料或安装送夹料机构 铣床主 轴内孔可通过拉杆来拉紧刀杆等等为不过多地削弱主轴的 刚度卧式车床的主轴孔径 通常不小于主轴平均直径的 形引起主轴前轴端的总位移量为最小 一般取L 2 3 5 a 1 L合理 合理 3 5 a 用于悬伸长度较小时 如车床 铣床 外等 用于悬伸长度较小时 如车床 铣床 外等 2 L合理 合理 1 2 a 用于悬伸长度较大时用于悬伸长度较大时 如镗床如镗床 内圆磨床等内圆磨床等 作用中点 或前径向支承中点 的距离 由于前端悬伸量对主轴部件的刚度 抗振性的影响 很大 因此在满足结构要求的前提下 设计时应尽量 缩短该悬伸量刚度 卧式车床的主轴孔径d通常不小于主轴平均直径的55 60 铣床主轴孔径d可比刀具拉杆直径大5 10mm 2 L合理 合理 12 a 用于悬伸长度较大时用于悬伸长度较大时 如镗床如镗床 内圆磨床等内圆磨床等 缩短该悬伸量 主轴前轴颈的直径主轴前轴颈的直径D1 功率Kw 机床 2 6 3 43 7 5 55 6 7 27 4 1111 14 714 8 18 4 机床 车床70 9070 10595 130110 145140 165150 190 升降台铣床60 9060 9575 10090 105100 115 外圆磨床50 6055 7070 8075 9075 10090 100 四 主轴主要结构参数的确定 四 主轴主要结构参数的确定 按机床类型 用类比法初步确定主轴直径 在不削弱主轴刚度的原则下确定主轴内孔直径 在不削弱主轴刚度的原则下 确定主轴内孔直径 根据主轴端部结构确定主轴悬伸量 选择主轴的跨距 选择主轴的跨距 将上述数据与构造结合设计进行修改 验算 根据验算结果 对设计进行修改 3 4 5 主轴滚动轴承3 4 5 主轴滚动轴承 一一 常用滚动轴承类型常用滚动轴承类型一一 常用滚动轴承类型常用滚动轴承类型 主轴部件中最重要 的组件是轴承 对主轴轴承的要求 是旋转精度高 刚 度高承载能力强度高 承载能力强 极限转速高 适应 变速范围大摩擦变速范围大 摩擦 小 噪声低 抗振 性好 使用寿命长 制造简单 使用维 护方便等 角接触球轴承 角接触球轴承 可以同时承受径向和一个方向的可以同时承受径向和一个方向的 轴向载荷轴向载荷接触角有接触角有15 25 轴向载荷轴向载荷 接触角有接触角有15 25 40 和 和60 等多种 接触角越大 等多种 接触角越大 可承受的进给力越多可承受的进给力越多可承受的进给力越多可承受的进给力越多 主轴用角接触球轴承的接触角多主轴用角接触球轴承的接触角多 为为15 或或25 为为15 或或25 角接触球轴承必须成组安装 以角接触球轴承必须成组安装 以 便承受两个方向的进给力和调整便承受两个方向的进给力和调整便承受两个方向的进给力和调整便承受两个方向的进给力和调整 轴承间隙或进行预紧 轴承间隙或进行预紧 背靠背安装比面对面安装的轴承背靠背安装比面对面安装的轴承 背靠背安装比面对面安装的轴承背靠背安装比面对面安装的轴承 具有较高的抗颠覆力矩的能力 具有较高的抗颠覆力矩的能力 双列短圆柱滚子轴承 内圈有内圈有1 12的锥孔 与主的锥孔 与主 轴的锥形轴颈相匹配轴的锥形轴颈相匹配 轴向轴向轴的锥形轴颈相匹配轴的锥形轴颈相匹配轴向轴向 移动内圈 可以把内圈涨大 用来调整轴承的径向间隙和 移动内圈 可以把内圈涨大 用来调整轴承的径向间隙和 预紧 预紧 轴承的滚动体为滚子 能承轴承的滚动体为滚子 能承 受较大的径向载荷和较大的 转速 受较大的径向载荷和较大的 转速 轴承有两列滚子交叉排列 数量较多 因此刚度很高 轴承有两列滚子交叉排列 数量较多 因此刚度很高 不能承受轴向载荷 不能承受轴向载荷 圆锥滚子轴承 圆锥滚子轴承有单列和双列两类 每类有空心 和实心两种 圆锥滚子轴承有单列和双列两类 每类有空心 和实心两种 单列圆锥滚子轴承可以承受径向载荷和个方单列圆锥滚子轴承可以承受径向载荷和个方 单列圆锥滚子轴承可以承受径向载荷和单列圆锥滚子轴承可以承受径向载荷和一一个方个方 向的轴向载荷 向的轴向载荷 双列圆锥滚子轴承能承受径向载荷和两个方向双列圆锥滚子轴承能承受径向载荷和两个方向 双列圆锥滚子轴承能承受径向载荷和两个方向双列圆锥滚子轴承能承受径向载荷和两个方向 的轴向载荷的轴向载荷 推力轴承推力轴承 只能承受轴向载荷 只能承受轴向载荷 双向推力角接触轴承 承受双向轴向载荷 常与双列短圆柱滚子轴承 配套使用 承受双向轴向载荷 常与双列短圆柱滚子轴承 配套使用 陶瓷轴承 材料材料Si3N4 密度密度为为3 2 103Kg m3 仅为钢的 仅为钢的40 线膨胀系数线膨胀系数为为 6 比轴承钢小得多比轴承钢小得多3 10 6 比轴承钢小得多比轴承钢小得多 12 5 10 6 弹性模量弹性模量比轴比轴 承钢大承钢大 因此因此 在高速下在高速下 陶瓷滚陶瓷滚承钢大承钢大 因此因此 在高速下在高速下 陶瓷滚陶瓷滚 动轴承与钢制滚子轴承相比 动轴承与钢制滚子轴承相比 质量小 作用在滚动体上的离心 力及陀螺力矩较小 从而减小了 压力和滑动摩擦 滚动体线膨胀系数小温升较低 滚动体线膨胀系数小 温升较低 轴承在运转中预紧力变化缓慢 运动平稳 弹性模量大 轴承的刚度大 陶瓷轴承 常用的三种类型 常用的三种类型 滚动体用陶瓷材料制成而内外 滚动体用陶瓷材料制成 而内外 圈仍用轴承钢制造 滚动体和内圈用陶瓷材料制成 而外圈用轴承钢制造 运转时分子亲和力很小 摩擦系运转时分子亲和力很小 摩擦系 数小数小 并有并有一一定的自润滑性能定的自润滑性能 数小数小 并有定的自润滑性能并有定的自润滑性能 可在供油中断无润滑情况下正常 运转 轴承不会发生故障 适用 可在供油中断无润滑情况下正常 运转 轴承不会发生故障 适用 于高速于高速 超高速超高速 精密机床的精密机床的主主于高速于高速超高速超高速精密机床的精密机床的 轴部件中 轴部件中 全陶瓷轴承 适用于耐高温适用于耐高温耐腐蚀耐腐蚀非磁性非磁性 适用于耐高温适用于耐高温 耐腐蚀耐腐蚀 非磁性非磁性 电绝缘或要求较小质量和超高速 场合 电绝缘或要求较小质量和超高速 场合 磁浮轴承 一种高性能机电一一种高性能机电一 体化轴承体化轴承利用磁利用磁体化轴承体化轴承 利用磁利用磁 力来支承运动部件 使其与固定部件脱 力来支承运动部件 使其与固定部件脱 离接触来实现轴承 功能 离接触来实现轴承 功能 特点是无机械磨损 理论上无速 度限制运转时无噪声温升低度限制 运转时无噪声 温升低 能耗小 不需要润滑 不污染环 境 省掉一套润滑系统和设备 能在超低温和高温常作能在超低温和高温下正常工作 也可用于真空 蒸汽腐蚀性环境 适用于高速超高速加工 适用于高速 超高速加工 二二 典型的主轴轴承配置型式典型的主轴轴承配置型式 1 速度型 二二 典型的主轴轴承配置型式典型的主轴轴承配置型式 1 速度型 主轴前后轴承都采用角接触球 轴承 两联或三联 轴较 3 刚度速度型 前轴承采用三联角接触球轴承 后支承采用双列短圆柱滚子轴承 2 刚度型 当轴向切削分力较大时 可选 用接触角为25 的球轴承 轴 向切削分力较小时 可选用接 触角为1 的球轴承在相同 后支承采用双列短圆柱滚子轴承 主轴的动力从后端传人后轴 承 要承受较大的传动力 所以采用 双列短圆柱滚子轴承 刚度型 前支承采用双列短圆柱滚子 轴承承受径向载荷和60 角 接触双列向心推力球轴承承 触角为15 的球轴承 在相同 的工作条件下 前者的轴向刚 度比后者大一倍 角接触球轴有良好的高速 双列短圆柱滚子轴承 前轴承的配置特点是 外侧的两 个角接触球轴承大口朝向主轴工 作端承受主要方向的轴向力 接触双列向心推力球轴承承 受轴向载荷 后支承采用双 列短圆柱滚子轴承 这种轴承配置的主轴部件 角接触球轴承具有良好的高速 性能 因而适用于高速轻载或 精密机床 作端 承受主要方向的轴向力 第三个角接触球轴承则通过轴 套 与外侧的两个轴承背靠背配置 使三联角接触球轴承有一个较大 这种轴承配置的主轴部件 适用于中等转速和切削负载 较大 要求刚度高的机床 使三联角接触球轴承有个较大 支承跨 以提高承受颠覆力矩的 刚度 典型的主轴部件典型的主轴部件 速度型速度型 速度型速度型 速度型 角接触球轴承具有良好的角接触球轴承具有良好的 高速性能 承载能力较小 适用于高速轻载或精密机 床如高速镗削单元高 刚度型 适用于中等转速和切削负 荷较大 要求刚度高的机 床 如高速镗削单元 高 速CNC车床 荷较大 要求刚度高的机 床 如数控车床主轴 镗 削主轴单元 刚度型刚度型 速度刚度型速度刚度型 典型的主轴部件典型的主轴部件典型的主轴部件典型的主轴部件 采用圆锥滚子轴承 比采用双列圆柱滚子轴 承简化承载能力和刚承简化 承载能力和刚 度比角接触轴承高 但 是圆锥滚子轴承发热大 温升高允许极限转速温升高 允许极限转速 低 适用于载荷较大 转速不高的普通精密机 床主轴床主轴 采用推力球轴承承受两 个方向的轴向力 轴向 刚度很高 适用于承受 卧式镗铣床主轴部件 前轴承采用双列圆锥滚 轴向载荷大的机床主轴 如钻床 前轴承采用双列圆锥滚 子轴承 可以承受双向 轴向力和径向力 承载 能力大 刚性好 结构能力大 刚性好 结构 简单 3 4 53 4 5 主轴滚动轴承主轴滚动轴承3 4 53 4 5 主轴滚动轴承主轴滚动轴承 三三 滚动轴承精度等级的选择滚动轴承精度等级的选择三三 滚动轴承精度等级的选择滚动轴承精度等级的选择 主轴前轴承的精度对主轴旋转精度影响较大 因此 前 轴承的精度通常应选得比后轴承高一级 滚动轴承的配合对主轴部件精度的影响也很大 滚动轴承的配合对主轴部件精度的影响也很大 aL aa L aL 1 bb L a 1 3 4 53 4 53 4 53 4 5 主轴滚动轴承主轴滚动轴承主轴滚动轴承主轴滚动轴承3 4 53 4 5 3 4 53 4 5 主轴滚动轴承主轴滚动轴承主轴滚动轴承主轴滚动轴承 3 4 53 4 5 主 主轴滚动轴承轴滚动轴承3 4 53 4 5轴滚动轴承轴滚动轴承 四四 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封四四 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封 1 1 1 1 润滑脂润滑脂润滑脂润滑脂是由基油稠化剂和添加剂 有的不含添加 1 1 1 1 润滑脂润滑脂 润滑脂润滑脂 是由基油 稠化剂和添加剂 有的不含添加 剂 在高温下混合而成的一种半固体状润滑剂 如锂基 脂 钙基脂 高速轴承润滑脂等 脂 钙基脂 高速轴承润滑脂等 特点是粘附力强 油膜强度高 密封简单 不易渗 漏 长时间不需更换 维护方便 但摩擦阻力比润 滑油略大 常用于转速不太高 又不需冷却的场合 特别是立 式主轴或装在套筒内可以伸缩的主轴 如钻床 坐 标镗床 数控机床和加工中心等 润滑脂不应过多填充以免因搅拌发热而融化变 润滑脂不应过多填充 以免因搅拌发热而融化 变 质失去润滑作用 润滑脂填满轴承空隙的1 3 1 2效果最好在一定时期内补充和更换2效果最好 在定时期内补充和更换 3 4 5 主轴滚动轴承3 4 5 主轴滚动轴承 2 2 润滑油 润滑油 2 2 润滑油 润滑油 润滑油的种类很多 转速越高 选的粘度越 低 负荷越重 粘度应越高 一般根据轴的转速和轴承 的内径乘积dn值来 选择具体的润滑油牌号和方式 当dn值较低时 可用油浴润滑 当dn值略高一些 可用滴油润滑 当dn值较高时 采用循环润滑 由油泵将经过过滤的润滑油输 送到轴承部位 润滑后返回油箱 经过滤 冷却后循环使用 油雾润滑是将油雾化后喷向轴承 既起润滑作用 又起冷却作 用 效果较好 但油雾散入大气 污染环境 油气润滑是间隔一定时间由定量柱塞分配器输出微量润滑油与 缩空气管道中的缩空气混合后细长管道喷嘴连续喷压缩空气管道中的压缩空气混合后 经细长管道和喷嘴连续喷 向轴承 3 4 53 4 5 主轴滚动轴承主轴滚动轴承3 4 53 4 5 主轴滚动轴承主轴滚动轴承 3 3 3 3 密封密封 密封密封 密封密封密封密封 作用是防止冷却液 切削灰尘 杂质等进入轴承 并使 润滑剂无泄露地保持在轴承内 保证轴承的使用性能和润滑剂无泄露地保持在轴承内 保证轴承的使用性能和 寿命 密封的类型主要有非接触式和接触式密封两大类 密封的类型主要有非接触式和接触式密封两大类 非接触式又分为间隙式 曲路式和垫圈式密封 接触式可分为径向密封圈和毛毡密封圈 接触式可分为径向密封圈和毛毡密封圈 选择密封形式时 应综合考虑如下因素 轴的转速 轴 承润滑方式轴端结构作温度轴承工作时的外界环承润滑方式 轴端结构 作温度 轴承工作时的外界环 境等 3 4 6 主轴滑动轴承3 4 6 主轴滑动轴承 一 液体动压滑动轴承 一 液体动压滑动轴承 一 液体动压滑动轴承 一 液体动压滑动轴承 动压轴依靠主轴以较高的转速旋转时带着润滑油从 动压轴承依靠主轴以较高的转速旋转时 带着润滑油从 间隙大处向间隙小处流动 形成压力油楔而将主轴浮起 产生压力油膜以承受载荷产生压力油膜以承受载荷 图为固定 多轴多油楔轴承 的结构 主轴按箭 主轴按箭 头方向旋转 时 五个油 应楔便有相应 的油压分布 工作原理 主轴静止不转时 轴颈与轴承之间间隙 在载荷F 包括主 轴重在量 的作用下 轴颈偏向下方与轴承表面之间形成楔 形缝隙形缝隙 主轴开始转动时 速度较低 轴颈与轴承仍是金属表面接触 边界润滑 摩擦力使轴颈向前滚动 边界润滑 摩擦力使轴颈向前滚动 随着转速的增加 带入楔形缝隙的油量逐渐增多 楔形缝隙 中油膜压力逐渐升高当油膜压力能支持外力下时轴颈被中油膜压力逐渐升高 当油膜压力能支持外力下时 轴颈被 抬起 滑动表面完全分开 主轴转速进一步加快 油膜压力继续增加 轴颈中心接近于 轴承孔中心 按工作时形成油楔数量的不同可分为 单油楔动压轴承 多油楔动压轴承 主轴动压轴承广泛采用多油楔动压轴承 主轴动压轴承广泛采用多油楔动压轴承 多油楔轴承工作时 轴颈周围能产生多个油楔 当转速变化 时各个油楔压力的变化值大体相同可以互相抵消不致时 各个油楔压力的变化值大体相同 可以互相抵消 不致 引起主轴轴心的漂移 当主轴外载荷变化时 轴心稍有偏移 这时如前方的油楔变当主轴外载荷变化时 轴心稍有偏移 这时如前方的油楔变 薄而压力升高 则后方的油楔变厚而压力降低 形成新的平 衡 衡 多油楔动压轴承比单油楔动压轴承的刚度大 旋转轴心比较 稳定旋转精度较高稳定 旋转精度较高 3 4 63 4 6 主轴滑动轴承主轴滑动轴承 优点 承载能力高 旋转精度高 油膜有均化误差的作用可提高加工3 4 63 4 6 主轴滑动轴承主轴滑动轴承 二二 液体静压轴承液体静压轴承 二二 液体静压轴承液体静压轴承 靠油泵输入压力油至轴承靠油泵输入压力油至轴承 油膜有均化误差的作用 可提高加工 精度 抗振性好 运转平稳 既能在 极低转速下工作 也能在极高转速下 作摩擦小轴承寿命长 靠油泵输入压力油至轴承靠油泵输入压力油至轴承 间隙中形成油膜压力来平间隙中形成油膜压力来平 衡负载衡负载 工作 摩擦小 轴承寿命长 缺点 需要一套专用供油设备 轴 承制造工艺复杂成本较高 衡负载衡负载 承制造工艺复杂 成本较高 动压轴承缺点 动压轴承缺点 转速低于一定值时 压力油膜无法建立当主轴处 于低转速或启动停止过程中产生干摩擦于低转速或启动 停止过程中 产生干摩擦 主轴转速变化 压力油膜的厚度变化 轴心位置 发生改变