第十章--主轴组件分解.ppt

P1,第十章主轴组件设计,主轴组件是机床的一个重要组成部分主轴部件：是由主轴、主轴轴承和安装在主轴上的传动件、密封件和固定件等组成。功用：安装并支承带动工件或刀具完成表面成形运动；传递转矩、承受切削力和驱动力等载荷。结构型式：有卧式、立式和倾斜式的不同布置方式。,第一节、对主轴组件的基本要求,对机床主轴的要求，有与一般传动轴共同之处：都要在一定的转速下传递一定得转矩，保证轴上的传动件和轴承正常的工作条件。但是，主轴又是直接带着工件或刀具进行切削的。机床的加工质量，在很大程度上靠主轴组件保证。主轴直接承受切削力，通用机床(包括数控机床)的转速变化范围又往往很大。因此，对于主轴组件，又有的许多特殊要求。,P2,P3,1.旋转精度机床在空载低速时，主轴前端安装刀具或夹具部位的径向跳动、端面跳动、轴向窜动和角度摆动。主轴的旋转轴线产生的跳动如图：,P4,2.静刚度,静刚度：是指其在外界载荷的作用下抵抗变形的能力。通常以主轴前端产生单位弹性变形时，在变形方向上所加的作用力的大小来表示，比值越大，说明刚度越好。如图所示K=F（牛/微米）,P5,3.抗振性,抗振性：是指其抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳地运动的能力。用主轴端部测得的最大振幅来衡量的。振幅越小，抗振性越好。受迫振动：是由机床外部的振源或机床其他部件振动及主轴部件本身所引起的。自激振动：是由切削过程引起的。,P6,4.温升和热变形机床在工作时，各相对运动处的摩擦，搅油等耗损而发热造成的温差，称为温升。使主轴部件在形状和位置上产生畸变，称为热变形。热变形是用主轴运转一定时间和因发热而造成的各部分的位置上的变化来度量，也可用温升近似的表达。一般滑动轴承的温升，工作温度一般滚动轴承的温升，工作温度,P7,5.耐磨性,耐磨性又叫精度保持性：是主轴组件长期的保持其原始制造精度的能力，所以相对运动部件间都必须有一定的硬度，对摩擦表面要进行热处理和化学处理。综合上述：机床的工作精度-旋转精度静态工作精度-刚度动态工作精度-抗振性精度保持性-耐磨性-温升和热变形,P8,此外还有结构上的要求：（1）主轴的定位可靠，轴向、径向（在切削力和传动力作用下）。（2）主轴端部的结构要保证工件或刀具的装夹定位可靠及足够的定位精度。（3）保持长期可靠的运转，润滑与密封。（4）结构工艺性好，好造、好装、好拆、好修。并降低成本。,P9,第二节主轴轴承的选择和主轴的滚动轴承一、主轴轴承的选择机床主轴用的轴承，有滚动和滑动两类。从旋转精度来看，两类轴承都能满足要求。其他指标相比，滚动轴承比滑动轴承的优点是：（1）滚动轴承能在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳定地工作。（2）滚动轴承能在无间隙，甚至在预紧(有一定的过盈量)的条件下工作。,P10,第二节主轴轴承的选择和主轴的滚动轴承一、主轴轴承的选择机床主轴用的轴承，有滚动和滑动两类。从旋转精度来看，两类轴承都能满足要求。其他指标相比，滚动轴承比滑动轴承的优点是：（3）滚动轴承的摩擦系数小，有利于减少发热。（4）滚动轴承润滑容易，可以用脂润滑，一次装填一直用到修理时才换脂。如果用油润滑，单位时间所需的油量也远比滑动轴承小。（5）滚动轴承是由轴承厂生产，可以外购。,缺点是：（1）滚动体的数量有限，所以在旋转中的径向刚度是变化的。这是引起振动的原因之一。（2）辊动轴承的阻尼较低。（3）滚动轴承的径向尺寸比滑动轴承大。在一般情况下应尽量采用滚动轴承。特别是大多数立式主轴，用滚动轴承可以采用脂润滑以避免漏油。只有要求加工表面粗糙度数值较小，主轴又是水平的机床如外圆和平面磨床、高精度机床等才用滑动轴承。主轴组件的抗振性主要决定前轴承。因此，也有的主轴前支承用滑动轴承，后支承和推力轴承用滚动轴承。,最为常用的滑动轴承有下列类:,深沟球轴,圆柱滚子轴承,推力球轴,角接触球轴承,圆锥滚子轴承,调心球轴承,P13,二、主轴滚动轴承类型选择主轴较粗，主轴轴承的直径较大。相对地说，轴承的负载较轻。因此，一般情况下，承载能力和疲劳寿命不是选择主轴轴承的主要指标。主轴轴承，应根据精度、刚度和转速选择。为了提高精度和刚度，主轴轴承的间隙应该是可调的。这是主轴轴承主要的特点。线接触的滚子轴承，比点接触的球轴承刚度高，但一定温升下允许的转速较低。,1角接触球轴承这种轴承可承受径向和轴向载荷。接触角常见的有15和25两种。15接触角多用于轴向载荷较小，转速较高的地方，如磨床主轴；25的多用于轴向载荷较大的地方，如车床和加工中心主轴。把内、外圈相对轴向位移，可以调整间隙，实现预紧。这种轴承多用于高速主轴。,P14,P15,为了提高刚度和承栽能力，可以多个组合。下图为三种基本组合方式：图a为背靠背组合，图b为面对面组合。图c为同向组合。这三种方式，两个轴承都共同承担径向载荷；图a和b承受双向轴向载荷图c只承受一个方向的轴向载荷，但承载能力较大，轴向刚度较高。,P16,2.圆锥孔双列圆柱滚子轴承这种轴承具有径向尺寸较小、制造精度较高、承载能力较大、静刚度好以及允许的转速高等优点，并能够调整轴承的径向间隙，因此在机床主轴组件上得到广泛应用。,P17,3、双向推力角接触球轴承这种轴承的优点是制造精度高，允许转速高，温升较低，抗振性高于推力球轴承8000型，装配调整简单，精度稳定可靠。与双列圆柱滚子轴承相配套，用于承受轴向载荷。用来承受双向轴向载荷，常与双列短圆柱滚子轴承配套使用。,P18,4深沟球轴承这种轴承一般不能调整间隙，常用于精度和刚度要求不太高的地方，如钻床主轴。轴向载荷则由配套的推力轴承承受,P19,5.圆锥滚子轴承普通单列圆锥滚子轴承（7000型），能同时承受径向和轴向载荷，承载能力和刚度较高，价格便宜，支承简单，间隙调整方便。可用于中速、中载、一般精度的主轴组件。,此外，角接触球轴承、单向推力球轴承、滚针轴承及圆柱轴承等，可根据结构选取。,P20,双列圆锥滚子轴承由外圈2、两个内圈1和隔套3（也有的无隔套）组成。修磨隔套3就可以调整间隙或进行预紧。轴承内圈仅在滚子的大端有挡边，内圈挡边与滚子之间为滑动摩擦，所以发热较多，允许的最高转速低于同尺寸的圆柱滚子轴承。能够同时承受径向载荷和双向轴向载荷，承载能力、刚度及抗振能力较高，适用于中速、径向载荷大，轴向载荷中等、一般精度的机床主轴组件。,6.双列圆锥滚子轴承,主轴滚动轴承可按下列原则选择：中等转速，较大载荷，要求刚度较高时，可用线接触的轴承；双列向心短圆柱滚子轴承允许的转速更高一些，使用时最好配以60度角接触双向推动向心球轴承；高速时可用向心推力球轴承，载荷加大时，可用两个以上的轴承以轴向力为主。要求精度不太高的主轴，可用单列向心球轴承，配推力轴承。,径向尺寸受到限制时，可用滚针轴承；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，轴承越“轻”滚动体的直径越小，但滚动体的数量越多，虽然基本额定动静载荷递减，但刚度变化却不大，主轴轴承的实际载荷，相对于其基本额定载荷，是较低的。承载能力通常都有富余。,三、主轴滚动轴承的精度主轴轴承精度应采用P2、P4、P5级，前后轴承的精度对主轴旋转精度的影响是不同的。由于轴承的工作精度主要决定于旋转精度，壳体孔和主轴径是根据一定间隙和过盈要求配作的，因此，内外圈的尺寸精度即使较低，也不影响工作，但可以降低成本。轴承的精度不仅影响主轴组件的回转精度，而且精度越高，各滚动体受力越均匀，有利于提高刚度，提高抗振性、减少磨损和提高寿命。,主轴的前后轴承的精度选择对主轴精度影响很大，一般影响主轴精度主要是前轴承的精度。它对主轴精度影响大一些，应选高一些。前轴承精度比后轴承精度高一级，,主轴滚动轴承内外圈的旋转精度见表10-1、表10-2、表10-3。,P25,四、转速轴承是以dmn值(mm.r/min)作为衡量转速性能的指标的。dm是轴承的中径(mm)，是内径与外径的平均值，n为转速(r/min)。dmn值与滚动体的公转线速度成正比。同样的d，不同的直径系列(轻、特轻、超轻)，外径是不同的。因此，dmn值同时反映了转速、内径和直径系列。轴承都规定了极限转速，指的普通精度级轴承，在轻负荷下运转，达到规定稳定温度时的转速。这些条件各厂有自己的规定，且一般不公开。主轴轴承的使用条件，与轴承厂的测试条件不一定一致，故规定的极限转速只能供参考。轴承的最高转速决定于轴承的类型，负荷，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。,五、主轴滚动轴承的寿命主轴轴承的失效形式：（1）表层疲劳发生点蚀（重载和高速主轴）；（2）因磨损降低精度。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的。当轴承精度因磨损而降低时，我们认为它失效。决定主轴滚动轴承寿命的是精度，失效原因是磨损。,六、滚动轴承的刚度孔径增大会削弱主轴刚度，主轴端部的刚度与截面惯性矩成正比。当d/D00.5时，空心主轴的刚度降低较小；当d/D0=0.7时，空心主轴的刚度降低了24；一般应取d/D00.7。滚动轴承的刚度不是一个定值，而是载荷的函数。它随载荷的增加而增长。计算时，如外载荷无法确定，可取额定动裁荷(可查样本)的110作为轮承的载荷，计算的结果一般地代表轴承的刚度。,P28,第三节主轴一、主轴结构形状要求,主轴的结构和形状主要取决于主轴所安装的刀具、夹具、传动件、轴承及密封装置等的类型、数目、位置和安装方法，同时还要考虑主轴的加工和装配工艺性。主轴头部已标准化，见机床设计手册第3册。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为悬伸。悬伸量应尽可能地小些。,P29,图(a)为车床的主轴端部。图(b)为铣、镗类机床的主轴端部。图(c)为外圆磨床砂轮主轴的端部。图(d)为内圆磨床砂轮主轴的端部。图(e)、(f)为钻床主轴的端部。,通用机床主轴端部的形状,P30,主轴的外形为阶梯轴,主轴端部的形状与尺寸已经标准化。,内孔：用于通过棒料、拉杆和取出顶尖。,主轴材料的选择依据,二、主轴的材料及热处理,P31,常用：结构钢，15#，20#，45#。合金钢，20Cr,40Cr,50Mn,65Mn.球墨铸铁也开始应用。（2）热处理方法：滑动轴承支承，前端定位表面，淬硬HRC5055；低碳钢，渗碳淬火；合金可以化学处理。三、主轴的技术条件主轴的精度是根据机床的精度来提出技术要求，主轴的精度是：尺寸精度，形状精度，以及支承轴颈与壳心表面之间的位置精度和光洁度。支承轴颈为主轴基准，是工艺基准和测量基准，技术条件可以根据机床手册和同等精度机床主轴图纸上的条件确定。,主轴的材料，应根据主轴的耐磨性、热处理方法和热处理后的变形来选择。强度不是选材的依据，因为主轴的载荷相对来说不大，引起的应力通常小于钢的强度极限。刚度也不是选材的依据，因为各种钢材的弹性模量几乎没有多少差别。主轴的刚度与材料的弹性模量E值有关，材料的刚性是通过弹性模量E反映的，钢的E值较大2.1106kg/cm,刚性好，承载能力大，耐磨性好，加工性能好，热处理变形小，价格便宜。所以一般主轴材料首选钢材。,P32,普通机床主轴可选用中碳钢（如45钢）。调质处理后，在主轴端部、锥孔、定心轴颈或定心锥面等部位进行局部高频淬硬。以提高其耐磨性。特殊要求时，才考虑选用合金钢。当载荷大和有冲击时，或精密机床需要减小热处理后的变形时。支承为滑动轴承，则轴颈也需淬硬，以提高耐磨性。主轴常用材料及热处理要求,P33,三、主轴的技术要求主轴的技术要求，应根据机床精度标准有关项目制定。首先制定出满足主轴旋转精度所必需的技术要求，如主轴前后轴承轴颈的同轴度，锥孔相对于前后轴颈中心连线的径向圆跳动，定心轴颈及其定位轴肩相对于前后轴颈中心连线的径向圆跳动和端面圆跳动等。再考虑其它性能所需的要求，如表面粗糙度，表面硬度等。主轴的技术要求要满足设计要求、工艺要求、检测方法的要求，应尽量做到设计、工艺、检测的基准相统一。,P34,主轴各部位的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度和表面硬度等具体数值应根据机床的类型、规格、精度等级及主轴轴承的类型来确定。,P35,1、轴颈A和B的圆度：A0.003，B0.00252、莫氏锥孔和A、B面用涂色法检查接触率：703、莫氏锥孔对轴颈A、B的径向圆跳动：近轴端0.005300mm处0.0104)短锥C对轴颈A、B的径向圆跳动：0.0055)端面D对轴颈A、B的端面圆跳动：0.010,P36,第四节主轴组件一、车、镗、铣、加工中心类机床主轴组件,可选用接触角为250的球轴承；轴向切削分力较小时，可选用接触角为150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。,1、速度型,当轴向切削分力较大时主轴前后轴承都采用角接触球轴承，（两联或三联）。,P37,角接触球轴承具有良好的高速性能，但它的承载能力较小，因而适用于高速轻载或精密机床，如高速镗削单元、高速CNC车床等。,P38,(2）刚度型前支承采用双列圆柱滚子轴承承受径向载荷和600角接触双列推力球轴承承受轴向载荷，后支承采用双列圆柱滚子轴承。,P39,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，如数控车床主轴、镗削主轴单元等。,由于结构设计的原因，导致主轴箱长度较长，应增加一个支承来提高主轴组件的刚度和抗振性。,三支承主轴组件典型结构,P41,(3)刚度速度型前轴承采用三联角接触球轴承，后支承采用双列圆柱滚子轴承。主轴的动力从后端传入，后轴承要承受较大的传动力，所以采用双列圆柱滚子轴承。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；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支承跨距，以提高承受颠覆力矩的刚度。,轴向力方向,P42,下图是采用圆锥滚子轴承的主轴部件，其结构比采用双列圆柱滚子轴承简化，承载能力和刚度比角接触球轴承高。但是，因为圆锥滚子轴承发热大，温升高，允许的极限转速要低些。适用于载荷较大，转速不太高的普通精度的机床主轴。,P43,下图是卧式镗铣床主轴部件，由镗主轴2和铣主轴3组成。铣主轴3的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，结构简单。主运动传动齿轮1装在铣主轴3上。铣主轴轴端可装铣刀盘或平镟盘，进行铣削加工或车削加工。镗主轴可在铣主轴内轴向移动，通过双键4传动，用于孔加工。,P44,右图是采用推力球轴承承受两个方向轴向力的主轴部件，其轴向刚度很高，适用于承受轴向载荷大的机床主轴，如钻床。,二、磨床类主轴组件,1、这种主轴组件是一个独立的单元，由专门工厂制造(见图).2、主轴的转动由电动机(P13kW)经平带输入主轴左端平带轮，主轴的右端装砂轮杆。主轴两端载荷都较大，故前后支承都配置两个同向角接触球轴承。若载荷较小时，两端支承各装一个轴承，由于磨削时轴向载荷为左右对称而且又不大，故轴承采用背靠背组配也是对称方式，其接触角=15,P46,三、主轴滚动轴承的预紧主轴滚动轴承的间隙量（游隙量）大小对主轴组件工作性能及轴承寿命有重要影响。滚动轴承保持合理间隙量，是提高主轴组件旋转精度、刚度和抗振性的一项重要措施。,所谓预紧就是采用预加载荷的方法消除轴承间隙，而且有一定的过盈量，使滚动体和内外圈接触部分产生预变形，增加接触面积，提高支承刚度和抗振性。主轴部件的主要支承轴承都要预紧，预紧有径向和轴向两种。预紧力通常分为三级：轻预紧、中预紧和重预紧，代号为A、B、C。轻预紧适用于高速主轴，中预紧适用于中、低速主轴；重预紧用于分度主轴。,P47,1.双列圆柱滚动轴承预紧机床主轴组件不仅在装配时需要调整轴承间隙，在使用一段时间后，轴承有了磨损，还需要重新调整。轴承的间隙调整一般是通过拧紧螺母推动轴承的某一圈（内圈、外圈或紧圈），因内圈孔是1:12的锥孔，使内圈径向涨大，来实现预紧。径向预紧轴承的间隙（过盈）量控制方式：(a).无控制装置(b).控制螺母(c).控制环,P48,2、角接触球轴承轴向的预紧这类轴承都是通过内、外圈之间的相对轴向位移来调整间隙的。（a）修磨内圈（b）内、外隔套（c）无控制装置（d）弹簧预紧,四、主轴组件的传动1、传动方式主轴上用的传动件，主要有齿轮和带。齿轮能传递较大的转距，传动比准确，是一般机床最常用的传动副。缺点是线速度不能很高，传动也不够平稳。转速较高的主轴，用带传动可使运转平稳。传动带易拉长和磨损，设计时必须注意能调节中心距；磨损后易于更换，有可靠的防护设备以防止与油接触受侵蚀。当线速度V30ms时，可用v型带、多楔带或同步齿形带；V30ms时，可用橡胶成皮革平带，V35ms时可用丝(天然丝、锦纶丝或涤纶丝)织带。,P49,除以上两种传动件外：转速n3000r/min时可用工频异步电动机；高速时可用中频电动机，如内圆磨头。有变速要求时，可用变极的多速电动机或交流调频电动机。目前巳出现既可调频、又能变极的内装电机式主轴单元，内装式电动机转子轴就是主轴，无中间传动环节，可使主轴不受传动弯矩。具有较大的恒功率变速范围，用于加工中心。,P50,P51,电动机直接驱动,转速3000（r/min）的主轴,内圆磨床电主轴,P52,(1).主轴不承受传动力高精度或精密机床的主轴上，往往采用“卸荷式”传动件，只传递转矩而卸掉径向力。(2).主轴尾端承受传动力将带轮装在主轴的外伸尾端上，使主轴承受传动力。,2、主轴传动件布置多数主轴是由齿轮传动的。齿轮可位于前轴承之前或后轴承之后，也可位于前、后轴承之间。,P53,(4).主轴两支承间承受传动力为了减小主轴的弯曲变形和扭转变形，提高固有频率，应将传动齿轮布置在靠近前支承的位置上，两种情况如下：,(3).主轴前端承受传动力将带轮装在主轴的前端上，主轴前端悬伸部分同时承受传动力Q和切削力F时，应使Q、F方向相反。,P54,第五节提高主轴部件性能的措施,一、提高精度在保证主轴制造精度，保证轴承精度的同时，采用定向误差装配法可进一步提高主轴组件的旋转精度。如图主轴的三项误差都是矢量，因此这三项误差按一定方向装配，可使误差相互抵消。,二、控制温升，提高转速，减少热变形。,随着技术的发展，主轴转速将越来越高。但主轴温升，却不能超过规定值。球轴承允许的转速比滚子轴承高。角接触球轴承中，接触角小的转速高。用油雾或油气润滑比用脂润滑转速高。轻预紧比中预紧转速高。为了加强轴承的冷却，可把轴承的外圈装在套筒内，套筒外有螺旋油沟，内通冷却油来冷却轴承。轴承在高速运转时，滚动体作用于外圈滚道很大一个离心力。从而产生很大的接触变形，并发热。为降低离心力，目前有两个办法：(1)采用小直径钢球，使得钢球数增加了，轴承刚度还可有所提高。(2)采用氮化硅(si3N4)陶瓷球。氮化硅的密度约为钢的40，弹性模量为151，因此也还可提高刚度。这种轴承的套圈，仍为钢制。,P55,三、改善动态特性,通常，主轴组件的固有频率是相当高的。远高于主轴的最高转速。一般可以不必考虑共振问题，按静态处理。但是，高速主轴，特别是带内装式电动机的高速主轴(电动机转子是一个集中质量，将使固有频率下降)，有可能发生共振。改善动态特性，可采取下列措施：(1)使主轴组件的固有频率避开激振力的频率。通常应使固有频率高于激振力频率30以上。如果发生共振的那阶模态属于主轴的刚体振动，则可提高轴承的刚度。,P56,(2)提高轴承阻尼。主轴轴承，特别是前轴承的阻尼，对主轴组件的抗振性影响很大。如果要求得到很光的加工表面，主轴又是水平的，则可用滑动轴承。例如外圆磨床和卧轴平面磨床。(3)采用三支承。三支承主轴中，辅助支承的作用，与其说是为了提高刚度，毋宁说是为了提高抗振性。(4)采用消振装置。可以用加消振装置的办法来提高抗振性。,P57,P58,第六节主轴的滑动轴承,机床主轴组件采用的滑动轴承，根据其流体介质的不同，可分为液体滑动轴承和气体滑动轴承。液体滑动轴承按其油膜压力的形成方式，又可分为液体动压滑动轴承和液体静压滑动轴承。一、主轴液体动压滑动轴承机床主轴动压轴承与一般动压轴承不尽相同，对主轴的旋转精度和油膜刚度有着更高的要求。,P59,1、固定多油楔轴承这种成形多油楔轴承的油囊加工比较困难，但轴承工作时的尺寸精度、接触状况及油楔参数等较为稳定；拆装后的变化小，维修较方便，因此可用于高精度磨床。对于动压滑动轴承，入口间隙h1与出口间隙h2所形成的油楔角大小，对其承载能力有很大影响。根据最佳间隙比可得入口间隙为h1h2=2.2,=0.033mm。油囊最有利深度h=h1/2=0.018mm。,P60,2、活动多油楔轴承这种轴承是由三个或五个瓦块所组成。如图示三瓦式活动多油楔轴承，三个短瓦4各由一个球头螺钉所支承。,优点：结构简单、制造和维修方便，轴瓦与箱体孔不接触，故对箱体孔加工无特殊要求。缺点：轴瓦仅靠螺钉的球形头支承，虽然要求其接触面不少于80（配对研磨），但接触刚度仍比油膜刚度低得多，故使轴承的综合刚度下降。这种轴承广泛应用于各种外圆磨床和卧轴平面磨床上。,P61,二、主轴液体静压轴承是利用轴承各个油腔中的静压力和节流器的调压作用，而把轴颈推向轴承中央位置的。在静压轴承常用的定压供油系统（向各个油腔的供油压ps为一定）中，每个油腔之前必须串联一个起调压作用的节流器，否则轴承就会失去承载能力。其调压作用是指当主轴受载偏移后，能使轴承在载荷方向上的两个油腔产生压力差以支承载荷，从而使静压轴承在液体摩擦状态下具有承载能力。,P62,第七节主轴组件设计计算,一、滚动支承主轴组件设计步骤1）根据机床类型、主轴的工作条件和使用要求，初步选择主轴组件的基本型式。2）初步确定主轴组件的尺寸参数，进行主轴组件的初步设计（轴向结构及空间位置），并对上述尺寸参数予以修正。3）对主轴组件进行必要的验算，根据验算结果对设计进行适当修改；确定采用三支承结构的必要性。4）选择轴承的精度等级。5）完成主轴组件的整体设计（包括主轴、主轴支承及传动件等）。6）确定轴承的安装间隙等。,P63,二、主轴组件结构尺寸主轴上的结构尺寸主要是外径D、孔径d、悬伸量a和支承跨距L。1.主轴外径D主轴外径的大小对主轴组件的性能有较大影响。主轴的外径尺寸，关键是主轴前轴颈（前轴承处）的直径D1，可根据传递功率，并参考同类机床的主轴轴径尺寸确定。D1选定后，其他部位的外径可随之而定。后轴承的直径D2往往小于前轴承的直径D1。一般：D2=（0.7-0.9）D1主轴前轴颈直径,P64,2.主轴孔径d主轴孔径主要从中通过的棒料或拉杆，当它直径过大或过小都受到限制，1）结构限制孔径增大就会减小主轴的壁厚，如果轴壁过薄，就要影响主轴正常工作，加工中也会变形。对于中型机床的主轴，后轴颈的直径与孔径之差不要小于2025mm，主轴尾端最薄处的直径差不要小于1015mm。2）刚度限制孔径增大会削弱主轴刚度，主轴端部的刚度与截面惯性矩成正比。当d/D00.5时，Kd/K0.94，空心主轴的刚度降低较小。当d/D0=0.7时，Kd/K=0.76，空心主轴的刚度降低了24。一般应取d/D00.7。,P65,3.主轴悬伸量a主轴悬伸量（又称悬伸长度）是指主轴前端至前支承点的距离，它的大小对主轴组件的刚度和抗振性有显著影响。悬伸量小，轴端位移就小，刚度和抗振性得到提高。所以，设计时努力缩短悬伸量。主轴悬伸量的大小往往受结构限制，主要取决于主轴端部的结构型式及尺寸、刀具或夹具的安装方式、前轴承的类型及配置、润滑与密封装置的结构尺寸等。4.支承跨距L主轴前后支承跨距（简称支距）L对主轴组件的刚度、抗振性和旋转精度等有较大的影响。,P66,1）支距L对主轴组件刚度的影响(1)刚性轴承上弹性主轴的端部位移y1(2)弹性轴承上刚性主轴的端部位移y2(3)主轴端部的总位移y(4)最佳支距L0的确定三次方程存在唯一的正实根。解方程较麻烦。可用计算线图解决。,P67,2）支距L对主轴组件抗振性的影响(1)轴端共振频率f。(2)轴端共振幅值A。(3)工作平稳性3）支距L对主轴组件旋转精度的影响主轴、轴承及箱体孔的制造和装配质量所产生的误差，能够引起轴端的径向振摆。加大支距L，使振摆量减小，可提高主轴组件的旋转精度。,P68,综上所述，支距L的选定应考虑主轴组件的刚度、抗振性、旋转精度及结构等，一般原则是：1）主轴两支承结构对于一般精度机床，支距可按刚度的最佳支距L0来选取（数值较小），其主轴组件的刚度和共振频率最高，共振幅值也很小。2）主轴三支承结构前、中支距对主轴组件刚度和抗振性影响要比前、后支距的影响大得多，因此可按两支承主轴的最佳支距L0来选取，前、后支距可根据结构情况适当确定。,P69,三、主轴组件刚度验算对于普通机床的主轴，一般只进行刚度验算。通常能满足刚度要求的主轴，也能够满足强度的要求。只有重载荷机床的主轴才进行强度验算。对于高速主轴，还要进行临界转速的验算，以免发生共振。1.主轴组件弯曲刚度验算验算内容有两项：（1）验算主轴前支承处的变形转角是否满足轴承正常工作的要求；（2）验算主轴悬伸端处的位移y是否满足加工精度的要求。,P70,对于粗加工机床，需验算、y值；对于精加工或半精加工机床只需验算y值；对于可进行粗加工又能半精加工的机床（如卧式车床），需验算值，同时还需按不同加工条件验算y值。1）主轴前支承处转角验算,P71,计算时需要注意以下几个问题：（1）转角允许值（2）计算条件（3）当量切削力F（4）前支承反力矩系数（5）支承点的位置2）主轴前端位移验算（1）近似计算（2）较准确计算2.主轴扭转刚度验算通常规定，主轴传递额定转矩时，在一定工作长度L上的扭角,P72,3、主轴组件计算时支承的简化主轴可按简支梁计算。如轴承为深沟球轴承、单列或双列圆柱滚子轴承，简化后的支承点在轴承中部(图1126a、b)。如轴承为圆锥滚子轴承或角接触球轴承，则支点在接