机械装备第6章.ppt

2020年2月14日星期五6时19分19秒 1 第6章主轴组件 功用 支承并带动工件或刀具旋转进行切削 承受切削力和驱动力等载荷 完成表面成形运动 2020年2月14日星期五6时19分19秒 2 6 1主轴组件的组成及要求6 1 1主轴组件的组成 组成 主轴 支承轴承 传动件 密封件 定位元件 2020年2月14日星期五6时19分19秒 3 2020年2月14日星期五6时19分19秒 4 2020年2月14日星期五6时19分19秒 5 2020年2月14日星期五6时19分19秒 6 6 1主轴组件的组成及要求6 1 2主轴组件的基本要求1 旋转精度 径向跳动 轴向窜动 角度摆动 安装基面相对于理想回转中心线的空间瞬时旋转误差 无载荷 低速运转情况下 2020年2月14日星期五6时19分19秒 7 6 1主轴组件的组成及要求6 1 2主轴组件的基本要求2 静刚度 主轴抵抗静态外载荷引起的变形的能力 弯曲刚度K N m 扭转刚度KT N m2 rad 2020年2月14日星期五6时19分19秒 8 6 1主轴组件的组成及要求6 1 2主轴组件的基本要求3 主轴组件的振动 抵抗受迫振动和自激振动的能力 冲击力和交变力 产生原因 材料硬度不均匀 加工余量不均匀 主轴部件不平衡 轴承或齿轮存在缺陷 切削振颤 影响因素 静刚度 质量分布 阻尼 2020年2月14日星期五6时19分19秒 9 6 1主轴组件的组成及要求6 1 2主轴组件的基本要求4 温升和热变形 产生原因 摩擦 搅油等热变形 温升而引起的主轴部件的变形影响因素 轴承类型及布置方式 预紧力 润滑方式 散热条件等 滚动轴承的允许温度 2020年2月14日星期五6时19分19秒 10 6 1主轴组件的组成及要求6 1 2主轴组件的基本要求5 耐磨性 精度保持性 长期保持原始精度的能力 耐磨性 影响因素 轴承 定位或基准表面等的磨损 耐磨性 材料 热处理方式 轴承类型 润滑防护方式 2020年2月14日星期五6时19分19秒 11 6 2主轴组件的布局6 2 1两支承轴轴承的布置形式1 适应刚度和承载能力要求承载能力 主轴在保证正常工作并在额定寿命时间内 所能承受的最大负荷 2 适应转速要求3 适应精度要求 2020年2月14日星期五6时19分19秒 12 2020年2月14日星期五6时19分19秒 13 6 2主轴组件的布局6 2 1两支承轴轴承的布置形式 2020年2月14日星期五6时19分19秒 14 6 2主轴组件的布局6 2 1两支承轴轴承的布置形式 2020年2月14日星期五6时19分19秒 15 6 2主轴组件的布局6 2 2三支承主轴组件 1 主轴长度较长2 两个支承为主支承 一个为辅助支承3 辅助支承轴承外圈与箱体孔配合留有间隙 不预紧4 采用前支承 中支承为主支承的较多 2020年2月14日星期五6时19分19秒 16 6 2主轴组件的布局6 2 3主轴组件的典型结构1 双列短圆柱滚子轴承主轴组件 2020年2月14日星期五6时19分19秒 17 6 2主轴组件的布局6 2 3主轴组件的典型结构1 双列短圆柱滚子轴承主轴组件 2020年2月14日星期五6时19分19秒 18 6 2主轴组件的布局6 2 3主轴组件的典型结构2 圆锥滚子轴承主轴组件 2020年2月14日星期五6时19分19秒 19 6 2主轴组件的布局6 2 3主轴组件的典型结构3 角接触球轴承主轴组件 2020年2月14日星期五6时19分19秒 20 6 2主轴组件的布局6 2 3主轴组件的典型结构4 推力轴承主轴组件 2020年2月14日星期五6时19分19秒 21 卧式车床主轴 立式车床 镗床主轴 磨床主轴 6 2主轴组件的布局6 2 4传动件的合理布置 2020年2月14日星期五6时19分19秒 22 6 2主轴组件的布局6 2 4传动件的合理布置 2020年2月14日星期五6时19分19秒 23 6 2主轴组件的布局6 2 4传动件的合理布置 2020年2月14日星期五6时19分19秒 24 6 2主轴组件的布局6 2 4传动件的合理布置 2020年2月14日星期五6时19分19秒 25 驱动主轴的传动轴位置的合理布置 2020年2月14日星期五6时19分19秒 26 6 3主轴6 3 1主轴的结构 主轴的构造和形状主要决定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 设计时还应考虑主轴加工工艺性和装配工艺性 主轴头部的形状和尺寸已经标准化 应遵照标准进行设计 2020年2月14日星期五6时19分19秒 27 6 3主轴6 3 1主轴的结构 2020年2月14日星期五6时19分19秒 28 2020年2月14日星期五6时19分19秒 29 2020年2月14日星期五6时19分19秒 30 6 3主轴6 3 2主轴的材料与热处理 载荷特点材料选择耐磨性要求热处理方法热处理后变形情况普通机床主轴选用中碳钢 如45钢 大载荷 冲击载荷或精密机床需要减小热处理变形时 虑选用合金钢 2020年2月14日星期五6时19分19秒 31 表6 5主轴常用材料及热处理要求 2020年2月14日星期五6时19分19秒 32 6 3主轴6 3 3主轴的技术要求 主要的技术要求 尺寸精度 形状精度 位置精度 粗糙度 硬度 主要部位 定位表面 重要的螺纹 基准表面 2020年2月14日星期五6时19分19秒 33 6 3主轴6 3 3主轴的技术要求 2020年2月14日星期五6时19分19秒 34 6 4主轴滚动轴承 轴承决定了轴的精度 轴承的变形量约占主轴组件总变形量的30 50 旋转精度高刚度高承载能力强极限转速高适应变速范围大要求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 2020年2月14日星期五6时19分19秒 35 轴承的类型 精度 结构 配置方式 安装调整 润滑和冷却等状况 都直接影响主轴部件的工作性能 主轴轴承 液体静压轴承 滚动轴承 液体动压轴承 空气静压轴承 自调磁浮轴承 6 4主轴滚动轴承 2020年2月14日星期五6时19分19秒 36 2020年2月14日星期五6时19分19秒 37 6 4主轴滚动轴承6 4 1常用的滚动轴承类型 1 角接触球轴承 2020年2月14日星期五6时19分19秒 38 6 4主轴滚动轴承6 4 1常用的滚动轴承类型 2020年2月14日星期五6时19分19秒 39 2 双列短圆柱滚子轴承 6 4主轴滚动轴承6 4 1常用的滚动轴承类型 2020年2月14日星期五6时19分19秒 40 3 双列角接触球轴承 6 4主轴滚动轴承6 4 1常用的滚动轴承类型 2020年2月14日星期五6时19分19秒 41 4 圆锥滚子轴承 6 4主轴滚动轴承6 4 1常用的滚动轴承类型 2020年2月14日星期五6时19分19秒 42 5 加梅 Gamet 轴承 6 4主轴滚动轴承6 4 1常用的滚动轴承类型 2020年2月14日星期五6时19分19秒 43 6 推力轴承 6 4主轴滚动轴承6 4 1常用的滚动轴承类型 2020年2月14日星期五6时19分19秒 44 7 陶瓷轴承 常用的陶瓷滚动轴承有三种类型 1 滚动体用陶瓷材料制成 而内 外圈仍用轴承钢制造 2 滚动体和内圈用陶瓷材料制成 外圈用轴承钢制造 3 全陶瓷轴承 即滚动体 内外圈全都用陶瓷材料制成 特点 摩擦系数小自润滑高速 超高速精密主轴 6 4主轴滚动轴承6 4 1常用的滚动轴承类型 2020年2月14日星期五6时19分19秒 45 2020年2月14日星期五6时19分19秒 46 轴承的预紧 使滚动体与滚道之间有一定的预变形 预紧的原因 轴承内部存在间隙 滚动体直径不一致 内外滚道存在圆度误差 预紧的目的 提高轴承精度 刚度和寿命及主轴的抗振性预紧有径向和轴向两种 轻预紧 高速主轴 中预紧 中低速主轴 和重预紧 分度主轴 代号为A B C 6 4主轴滚动轴承6 4 2滚动轴承间隙的调整和预紧 2020年2月14日星期五6时19分19秒 47 2020年2月14日星期五6时19分19秒 48 1 双列短圆柱滚子轴承的预紧 2020年2月14日星期五6时19分19秒 49 2020年2月14日星期五6时19分19秒 50 2020年2月14日星期五6时19分19秒 51 注意 对于双列圆柱滚子轴承 预紧量2 5微米 过大并不能有效提高刚度 衡量标准为变形量D 从抗振动的角度讲 应该采用最大切削力作用下轴承的变形量为预紧量 预紧后的轴承应该进行温度校验 预紧量可以通过预紧量计算曲线图查得 2020年2月14日星期五6时19分19秒 52 2 角接触球轴承的预紧 间隙调整 衡量标准为预紧力 2020年2月14日星期五6时19分19秒 53 6 4主轴滚动轴承6 4 3滚动轴承间隙的精度与配合 轴承精度等级 新标准 P2 P4 P5 P6和P0五级SP UP旧标准 B C D E GISO标准 2 4 5 6 02级最高 0级最低等级越高 滚动体受力越均匀 有利于提高刚度和抗振性 磨损小 寿命高 主轴轴承通常采用P4级 高精度主轴采用P2级 要求较低的主轴或三支承主轴的辅助轴承可用P5级 2020年2月14日星期五6时19分19秒 54 滚动轴承精度等级的选择 1 前端影响 2 后端影响 2020年2月14日星期五6时19分19秒 55 2020年2月14日星期五6时19分19秒 56 2020年2月14日星期五6时19分19秒 57 6 5主轴滑动轴承6 5 1液体动压 静压轴承 1 动压轴承适用于高转速 转速变化范围不大的情况下 对主轴圆度误差有均化作用 2020年2月14日星期五6时19分19秒 58 结构特点 轴颈与轴瓦之间为可调的楔型间隙 轴承应为均布的多油楔形式 动压轴承形成压力油膜的条件 楔形间隙 进油大于出油 要保证轴颈与轴瓦有一定的相对运动速度 润滑油要有一定的粘度 结构形式 活动多油楔 综合刚度较低固定多油楔 综合刚度较高 6 5主轴滑动轴承6 5 1液体动压 静压轴承 2020年2月14日星期五6时19分19秒 59 1 固定多油楔滑动轴承 2020年2月14日星期五6时19分19秒 60 2 活动多油楔滑动轴承 2020年2月14日星期五6时19分19秒 61 2 液体静压轴承 2020年2月14日星期五6时19分19秒 62 2020年2月14日星期五6时19分19秒 63 6 5主轴滑动轴承6 5 2空气静压轴承 2020年2月14日星期五6时19分19秒 64 2020年2月14日星期五6时19分19秒 65 2020年2月14日星期五6时19分19秒 66 6 5主轴滑动轴承6 5 3磁悬浮轴承 2020年2月14日星期五6时19分19秒 67 2020年2月14日星期五6时19分19秒 68 2020年2月14日星期五6时19分19秒 69 6 6主轴组件的计算6 6 1主轴组件结构参数的确定 步骤 根据统计资料或计算确定主轴的直径 通过计算确定主轴的跨距 参考上述数据进行结构设计并修正 验算 修改设计 2020年2月14日星期五6时19分19秒 70 6 6主轴组件的计算6 6 1主轴组件结构参数的确定 1 主轴平均直径D 或D1前轴径 主轴前轴径D1 后轴径D2 主轴内孔直径d 主轴前端悬伸量a和主轴跨距L 2020年2月14日星期五6时19分19秒 71 6 6主轴组件的计算6 6 1主轴组件结构参数的确定 1 根据机床主电机功率确定D1 2020年2月14日星期五6时19分19秒 72 2020年2月14日星期五6时19分19秒 73 6 6主轴组件的计算6 6 1主轴组件结构参数的确定 2 根据机床主参数确定D1 2020年2月14日星期五6时19分19秒 74 6 6主轴组件的计算6 6 1主轴组件结构参数的确定 2 主轴内孔直径d的确定 卧式车床 d 0 55 0 6 D1铣床 孔径比刀具拉杆直径大5 10mm 原则 在满足结构要求的前提下 设计时应尽量缩短该悬伸量 3 主轴前端悬伸量a的确定 定义 主轴前端面到前轴承径向反力作用中点的距离 2020年2月14日星期五6时19分19秒 75 6 6主轴组件的计算6 6 1主轴组件结构参数的确定 3 主轴前端悬伸量a 2020年2月14日星期五6时19分19秒 76 2020年2月14日星期五6时19分19秒 77 4 主轴合理跨距L的选择 一般取L0 2 3 5 a 最佳跨距 主轴综合刚度最大时的跨距 6 6主轴组件的计算6 6 1主轴组件结构参数的确定 2020年2月14日星期五6时19分19秒 78 2020年2月14日星期五6时19分19秒 79 2020年2月14日星期五6时19分19秒 80 2020年2月14日星期五6时19分19秒 81 6 6主轴组件的计算6 6 2主轴组件的验算 普通机床 刚度粗加工 重负荷机床 刚度 强度高速主轴 刚度 强度 临界转速1 主轴组件的弯曲刚度验算 2020年2月14日星期五6时19分19秒 82 传动件处倾角验算 2020年2月14日星期五6时19分19秒 83 2 主轴组件的扭转刚度验算 6 6主轴组件的计算6 6 2主轴组件的验算 2020年2月14日星期五6时19分19秒 84 6 7提高主轴组件性能的措施6 7 1提高主轴组件的旋转精度 1 选配法 2020年2月14日星期五6时19分19秒 85 合理安装前后轴承可以减小径向