4 精密机械系统-轴系

1、4.3 4.3 主轴系统主轴系统基本结构基本结构 主轴系统一般由主轴、轴承、支承座构成，而主轴的工作端是露出的长度为a的一部分轴。n 回转轴线：指主轴在某个瞬间绕其转动、 且与主轴固定在一起的一根直线。p理想回转轴线：是假定的一条没有回转误差的回转轴线，或是在轴上空间位置固定不变的一条轴线。p实际回转轴线：主轴实际转动时某个瞬间的回转轴线，由于误差的存在，实际回转轴线一般是不断变化的。n 主轴回转误差：一般指主轴实际回转轴线对理想回转轴线位置的偏移量。4.3 4.3 主轴系统主轴系统设计的基本要求设计的基本要求回转精度回转精度主轴回转轴线的运动误差可以分解为三种形式：主轴回转轴线的运动误差可以

2、分解为三种形式：径向圆跳动径向圆跳动(径向晃动误差) 端面圆跳动端面圆跳动(轴向窜动误差) 倾角摆动倾角摆动(角运动误差)b）端面圆跳动a）径向圆跳动c）倾角摆动主轴回转误差基本形式主轴回转误差基本形式4.3 4.3 主轴系统主轴系统设计的基本要求设计的基本要求回转精度回转精度n主轴系统的刚度是指主轴某一测量点处所受外力与主轴该点的位移之比。n主轴的刚度可以分为轴向刚度和径向刚度。n主轴系统的刚度直接决定系统的精度，设计时需要对轴系的各个部分的刚度进行验证。4.3 4.3 主轴系统主轴系统设计的基本要求设计的基本要求刚度刚度4.3 4.3 主轴系统主轴系统设计的基本要求设计的基本要求刚度刚度主

3、轴系统的刚度受到主轴系统的刚度受到轴的刚度、轴承的刚度和支承轴的刚度、轴承的刚度和支承座刚度座刚度的影响，应是几者的综合。的影响，应是几者的综合。 主轴系统的刚度从计算公式可看出与主轴的主轴系统的刚度从计算公式可看出与主轴的材料材料及及截面直径截面直径、截面形状截面形状、轴承间距离轴承间距离和和主轴工作端伸出长度主轴工作端伸出长度a a有关。有关。增加轴径增加轴径 主轴一般做成阶梯型，前段直径比后端大主轴一般做成阶梯型，前段直径比后端大1.201.431.201.43倍。倍。选择合理的支承间距离选择合理的支承间距离缩短主轴悬伸长度缩短主轴悬伸长度 一般取一般取a/l=0.250.5之间。之间。

4、提高轴承的刚度提高轴承的刚度 轴承的刚度占整个轴系刚度的轴承的刚度占整个轴系刚度的30%50%。4.3 4.3 主轴系统主轴系统设计的基本要求设计的基本要求刚度刚度主轴系统的刚度的改善措施主轴系统的刚度的改善措施4.3 4.3 主轴系统主轴系统设计的基本要求设计的基本要求热变形热变形主轴系统的热变形的产生及影响主轴系统的热变形的产生及影响 主轴系统的热变形主要是由传动件在运转过程主轴系统的热变形主要是由传动件在运转过程中中摩擦摩擦产生的。产生的。n主轴和箱体会因此而变形，造成回转中心和其它主轴和箱体会因此而变形，造成回转中心和其它部件相对位置的变化；部件相对位置的变化；n主轴系统中的轴承中的间

5、隙（滑动轴承的油膜厚主轴系统中的轴承中的间隙（滑动轴承的油膜厚度、滚动轴承的游隙等等）也会发生变化。度、滚动轴承的游隙等等）也会发生变化。 将热源与主轴系统分离将热源与主轴系统分离 应用良好的润滑及摩擦小的结构，必要时还应采应用良好的润滑及摩擦小的结构，必要时还应采取冷却及散热装置。取冷却及散热装置。 选用合适的材料和一定的补偿结构选用合适的材料和一定的补偿结构 合理安排止推轴承的位置合理安排止推轴承的位置4.3 4.3 主轴系统主轴系统设计的基本要求设计的基本要求热变形热变形主轴系统热变形的控制方法主轴系统热变形的控制方法4.3 4.3 主轴系统主轴系统设计的基本要求设计的基本要求热变形热变

6、形利用合理的材料及结构控制热变形利用合理的材料及结构控制热变形 滚动轴承滚动轴承1与箱体与箱体3的孔间加一个过渡套筒的孔间加一个过渡套筒2.如果过渡套如果过渡套筒的长度和材料选择合理，热变形对后轴承的间隙的影响可筒的长度和材料选择合理，热变形对后轴承的间隙的影响可以得到自动补偿。以得到自动补偿。4.3 4.3 主轴系统主轴系统设计的基本要求设计的基本要求热变形热变形合理的止推轴承位置控制轴向热变形合理的止推轴承位置控制轴向热变形止推轴承止推轴承，也称作推力轴承。是用来专门承受轴向力的专用，也称作推力轴承。是用来专门承受轴向力的专用轴承轴承,就是轴平行的方向的力的轴承就是轴平行的方向的力的轴承

7、止推轴承安装在后径向轴承的两侧，这种结构布局简单且安装方便，但主轴受热将向前伸长也会影响主轴的轴向精度，不适合用于轴向精度较高的仪器。4.3 4.3 主轴系统主轴系统设计的基本要求设计的基本要求热变形热变形合理的止推轴承位置控制轴向热变形合理的止推轴承位置控制轴向热变形 止推轴承安装在前径向轴承和后径向轴承的外侧，这种结构布局安装方便，但主轴受热伸长会引起轴向间歇增大，因此增大了轴向窜动误差。不适合用于轴向精度要求较高的仪器。 止推轴承安装在前径向轴承的两侧，这种结构布局避免了主轴受热伸长对轴向精度的影响，但是主轴的悬伸长度增加，影响刚度。4.3 4.3 主轴系统主轴系统设计的基本要求设计的基

8、本要求热变形热变形合理的止推轴承位置控制轴向热变形合理的止推轴承位置控制轴向热变形 止推轴承安装在前径向轴承的后侧，这种结构布局既避免了主轴受热伸长对轴向精度的影响，又不增加主轴的悬伸长度，效果较好，但是结构复杂，装配不便。4.3 4.3 主轴系统主轴系统设计的基本要求设计的基本要求热变形热变形合理的止推轴承位置控制轴向热变形合理的止推轴承位置控制轴向热变形 轴系前段的轴承内环精度对主轴端部精度影响大，后轴轴系前段的轴承内环精度对主轴端部精度影响大，后轴承内环的精度对主轴端部精度影响相对较小，因此在滚动轴承内环的精度对主轴端部精度影响相对较小，因此在滚动轴承轴系设计时可以采用不同精度的轴承，承

9、轴系设计时可以采用不同精度的轴承，后端的轴承精度可后端的轴承精度可以比前段轴承精度选低一级以比前段轴承精度选低一级。4.3 4.3 主轴系统主轴系统设计的基本要求设计的基本要求杠杆原理杠杆原理n滚动轴承一般由内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4组成。内圈装在轴径上，与轴一起转动。n外圈装在机座的轴承孔内，一般不转动。n内外圈上设置有滚道，当内外圈之间相对旋转时，滚动体沿着滚道滚动。n保持架使滚动体均匀分布在滚道上，减少滚动体之间的碰撞和磨损。213412344.3 4.3 主轴系统主轴系统滚动轴承滚动轴承常见的滚动体有六种形状，一种是球形，五种是滚子。4.3 4.3 主轴系统主轴系统滚动轴承滚动

10、轴承滚动轴承的内外圈和滚动体应具有较高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。一 般 用 特 殊 轴 承 钢 制 造 ， 常 用 材 料 有 G C r 1 5 、GCr15SiMn、GCr6、GCr9等滚动轴承的表面必须经磨削抛光，以提高其接触疲劳强度。 保持架多用低碳钢板通过冲压成形方法制造，也可采用有色金属或塑料等材料。 4.3 4.3 主轴系统主轴系统滚动轴承滚动轴承1.按所能承受载荷的方向或公称接触角的不同可分为向心轴承和推力轴承向心轴承径向接触轴承：公称接触角=0，主要承受径向载荷，可承受较 小的轴向载荷。向心角接触轴承：公称接触角=045，同时承受径向载荷和轴向 载荷。推力

11、轴承推力角接触轴承：公称接触角=4590，主要承受轴向载荷， 可承受较小的轴向载荷。轴向接触轴承：公称接触角=90，只能承受轴向载荷。4.3 4.3 主轴系统主轴系统滚动轴承滚动轴承4.3 4.3 主轴系统主轴系统滚动轴承滚动轴承角接触角接触轴向轴承轴向轴承2.按滚动体的种类可分为：n球轴承n滚子轴承滚子轴承的承载能力和耐冲击能力好;球轴承摩擦小、高速性能好。 球轴承滚子轴承4.3 4.3 主轴系统主轴系统滚动轴承滚动轴承滚动轴承绝大多数都已标准化，故得到广泛的应用。但是在以下场滚动轴承绝大多数都已标准化，故得到广泛的应用。但是在以下场合，则主要使用滑动轴承：合，则主要使用滑动轴承：工作转速很

12、高，如汽轮发电机。工作转速很高，如汽轮发电机。要求对轴的支承位置特别精确，如精密磨床。要求对轴的支承位置特别精确，如精密磨床。承受巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机。承受巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机。特重型的载荷，如水轮发电机。特重型的载荷，如水轮发电机。根据装配要求必须制成剖分式的轴承，如曲轴轴承。根据装配要求必须制成剖分式的轴承，如曲轴轴承。在特殊条件下工作的轴承，如军舰推进器的轴承。在特殊条件下工作的轴承，如军舰推进器的轴承。径向尺寸受限制时，如多辊轧钢机。径向尺寸受限制时，如多辊轧钢机。工作时轴承和轴颈的支撑面间形成直接或间接活动摩擦的轴承，称为工作时轴承和轴颈的支撑面间形成直接或间接活

13、动摩擦的轴承，称为滑动轴承滑动轴承。4.3 4.3 主轴系统主轴系统滑动轴承滑动轴承根据承受载荷的方向，滑动轴承分为径向轴承、推力轴承。根据轴系和拆装的需要，分为整体式和剖分式两类。滑动轴承的分类根据颈和轴瓦间的摩擦状态，滑动轴承可分为液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承p根据工作时相对运动表面间油膜形成原理的不同，液体摩擦滑动轴承又分为液体动压润滑轴承和液体静压润滑轴承，简称动压轴承和静压轴承。4.3 4.3 主轴系统主轴系统滑动轴承滑动轴承径向滑动轴承的典型结构11.径向滑动轴承(1)整体式滑动轴承特点：结构简单，成本低廉。应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。轴承座整体轴套螺纹孔油杯孔因

14、磨损而造成的间隙无法调整。只能从沿轴向装入或拆出。4.3 4.3 主轴系统主轴系统滑动轴承滑动轴承(2)部分式滑动轴承特点：结构复杂、可以调整磨损而造成的间隙、安装方便。特点：结构复杂、可以调整磨损而造成的间隙、安装方便。应用场合：低速、轻载或间歇性工作的机器中。应用场合：低速、轻载或间歇性工作的机器中。部分式轴承(整体轴套)螺栓轴承盖轴承座油杯座孔螺母套管上轴瓦下轴瓦对开式轴承(剖分轴套)4.3 4.3 主轴系统主轴系统滑动轴承滑动轴承2.推力滑动轴承推力滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成。常用的轴颈结构形式有：空心式：轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件较实心式的改善。单环式：利用轴颈的环形端面止推，结构简单，润滑方便，广泛用 于低速、轻载的场合。多环式：不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受双向轴向载荷。 由于各环间载荷分布不均，其单位面积的承载能力比单环式低50%。 空心式单环式多环式4.3 4.3 主轴系统主轴系统滑动轴承滑动轴承轴瓦的结构整体式整体式整体式轴瓦又称轴套，分为光滑轴套和带纵向油槽轴套两种。4.3 4.3 主轴系统主轴系统滑动轴承滑动轴承部分式部分式 为了使轴承与轴瓦结合牢固，可在轴瓦基体内壁制出沟槽，使其与合金轴承衬结合更牢。为了使润滑油能均匀流到整个工作表面上，轴瓦上要开