第三篇 第三章 主轴组件

1、第三章 主轴组件 u了解主轴组件的基本要求；u熟悉主轴常用材料、热处理、技术要求；u掌握常用主轴轴承精度等级及其选择原则；u掌握角接触球轴承的组合形式、滚动轴承预紧方式及目的，主轴组件轴承配置方式及特点；u会分析各类主轴组件的类型、轴向定位方式、力的传递过程。 1第三章 主轴组件 2第三章 主轴组件机床加工质量的优劣很大程度上决定于机床主轴组件的质量，因此对主轴组件提出一系列要求。3第三章 主轴组件一、 旋转精度指装配后，在无载荷，低速转动的条件下，主轴安装工件或刀具部位的径向、轴向跳动。工作转速时，由于润滑油膜的产生和不平衡的扰动，旋转精度发生变化。影响因素： 制造精度、装配、调整（主要件）

2、、轴承精度 主轴转速、支承设计和性能、润滑剂、主轴组件平衡4第三章 主轴组件二、静刚度二、静刚度 在静态外载荷作用下，使主轴前端产生单位位移，在位移方向测量处所需施加的力。 即：K=F/ (N/m)它取决于主轴尺寸、滚动轴承的型号、配置及轴承跨距等，目前尚无统一标准。5第三章 主轴组件三、抗振性三、抗振性u主轴的抗振性指主轴组件抵抗振动的能力。u振动的影响：表面质量、刀具耐用度、轴承的寿命、噪声等。u决定因素：主轴组件的静刚度、质量分布和阻尼。u应避免共振。6第三章 主轴组件四、温升和热变形u主轴组件因工作时相对摩擦而发热，产生温升，从而使主轴组件的形状和位置发生变化，即产生热变形。u 温升的

3、影响 主轴偏离正确位置（主轴箱热变形，前后轴承变形不同）； 滑动轴承承载能力下降（润滑油粘度下降）； 滚动轴承预定间隙变化。u规定许可值 高精度机床： t= 8 10 ； 精密和数控机床： t=1520 ； 普通机床： t=3040 。7第三章 主轴组件五、耐磨性：指长期保持主轴组件原始能力的特性，即精度保持性。耐磨性取决于：滚动轴承、安装刀、夹具及工件的部位的硬度，如锥孔、定心轴颈，故上述部位应淬至HRC60，深约1mm。8第三章 主轴组件标准化主轴前端标准化主轴前端六、主轴结构u 整体：阶梯状，车床、铣床、数控机床为中空。 u D/d=2所以前轴承精度对主轴部件影响较大bLa222第三章

4、主轴组件不同精度的机床，主轴轴承精度可参考表选用。不同精度的机床，主轴轴承精度可参考表选用。23第三章 主轴组件u由公式可知，滚动轴承的刚度不是定值，而是载荷的函数。它随载荷的增加而增大。计算时，如外载荷无法确定，可取额定动载荷(查样本)的1/10作为轴承的载荷、计算结果一般代表轴承的刚度。24第三章 主轴组件u预紧使轴承滚道与滚动体之间有一定的过盈量。u目的： 提高轴承的寿命、精度和刚度。u原因：预紧前（有间隙）载荷集中于加载方向的几个滚子上，在滚道与滚动体的接触点上，会产生很大的接触应力。接触应力大造成发热大、磨损大、寿命短。接触变形大造成内圈径向跳动，精度低。 25第三章 主轴组件v 径

5、向预紧、轴向预紧 径向预紧双列圆柱滚子轴承 26第三章 主轴组件 轴向预紧接触角0的轴承 由轴向预紧力Pa0使内 、外圈轴向产生相对位移实现预紧。圆锥滚子轴承、角接触球轴承、推力轴承采用此方式。 背靠背安装内圈磨去；面对面安装外圈磨去由用户向厂家提出要求，厂方完成。27第三章 主轴组件预紧原则： 高速主轴轻预载； 中、低速主轴中预载； 分度主轴重预载。 28第三章 主轴组件29第三章 主轴组件u普通精度级轴承的极限转速，是指在轻负荷下运转，达到规定的稳定温度时的转速。这一条件各厂自有规定，且常不公开。30第三章 主轴组件u疲劳点蚀u磨损31第三章 主轴组件u合理配置轴承对主轴组件的旋转精度、刚

6、度、组件温升、简化结构有重要影响。u选择轴承配置主要考虑：主轴组件承载能力、转速、刚度及精度。u根据承受轴向力的轴承配置方式前端定位后端定位两端定位32第三章 主轴组件33第三章 主轴组件配置方式特 点 适 用 场 合前端定位前端结构复杂，温升高；但主轴受热向后伸长，不影响轴向精度，对提高刚度有利。用于对轴向精度、刚度要求较高的精密机床或数控机床。后端定位前端发热少、温升低；但主轴受热向前伸长，影响轴向精度用于对轴向精度要求不高的普通机床。两端定位主轴受热影响轴承间隙，且会发生弯曲变形。常用于短主轴，如组合机床。34第三章 主轴组件u三支承主轴组件缩短主轴跨距，提高主轴刚度和抗振性辅助支承有较

7、大游隙，以避免发生干涉轻载起阻尼作用，重载起支承作用35第三章 主轴组件36第三章 主轴组件37第三章 主轴组件38第三章 主轴组件u主轴的传动方式u传动件的布置39第三章 主轴组件类型：类型：刚度型刚度型速度型速度型刚度速度型刚度速度型40第三章 主轴组件v轴承类型（三支承）v轴向定位方式：两端定位v力的传递: 向左方向，向右方向。41第三章 主轴组件42第三章 主轴组件43第三章 主轴组件挡圈承受轴向力44第三章 主轴组件45第三章 主轴组件图9-3TND360型车床主轴部件1、2后轴承3、4、5前轴承46第三章 主轴组件47第三章 主轴组件48第三章 主轴组件 49第三章 主轴组件滑动轴

8、承的优点：阻尼性能好，支承刚度高，具有良好的抗振性和运动平稳性。液体滑动轴承液体滑动轴承气体滑动轴承气体滑动轴承液体动压轴承液体动压轴承液体静压轴承液体静压轴承50第三章 主轴组件 液体动压轴承：是靠主轴以一定的转速旋转时，带着润滑油从间隙大处向间隙小处流动,形成压力油膜将主轴浮起，而具有承载能力。 静压轴承：靠液压泵建立压力油膜，而具有承载能力。51第三章 主轴组件 当主轴以一定转速旋转时，在轴颈周围形成几个压力油膜，把轴颈推向中央，因而主轴向心性好。 当主轴受到外载荷时，轴颈稍有偏心，承载的油膜因间隙减小而压力增高，相对方向的油膜间隙增大而压力降低，从而形成新的平衡。52第三章 主轴组件5

9、3第三章 主轴组件u固定多油楔轴承u活动多油楔轴承54第三章 主轴组件u固定多油楔轴承结构：内锥、外柱，油沟形状为阿基米德蜗线。55第三章 主轴组件 调隙：调隙：3 ； 应用范围：磨床，旋向不变场合。应用范围：磨床，旋向不变场合。56第三章 主轴组件 活动多油楔轴承结构：活动多油楔轴承结构：57第三章 主轴组件 活动多油楔轴承活动多油楔轴承58第三章 主轴组件1、组成：供油系统、组成：供油系统 、节流器、轴承。、节流器、轴承。59第三章 主轴组件 2、工作原理：、工作原理： 在轴承内圆柱面上等间隔的开几个在轴承内圆柱面上等间隔的开几个油腔，供油泵供给一定压力的油，经油腔，供油泵供给一定压力的油

10、，经节节流器流器降压后进入各油腔，将轴颈推向中降压后进入各油腔，将轴颈推向中央。央。 在受到载荷在受到载荷F时，产生偏心时，产生偏心e，使油，使油腔腔3处回油间隙减小，回油阻力增加，处回油间隙减小，回油阻力增加，流量减小，经流量减小，经节流器节流器T3的压力损失减小，的压力损失减小，而供油压力而供油压力P5一定，故一定，故P3增大，相应增大，相应地地P1减小，当达到新的平衡。减小，当达到新的平衡。 60第三章 主轴组件 静压轴承能够承载的关键是：静压轴承能够承载的关键是：每个油腔有一个每个油腔有一个 节流器。节流器。61第三章 主轴组件3、节流器、节流器1）固定节流器：）固定节流器：节流阻力固

11、定不变节流阻力固定不变（节流器的结构固定不变）（节流器的结构固定不变）62第三章 主轴组件2）可变节流器）可变节流器 节流节流阻力阻力R随油腔压强而随油腔压强而变化变化。 常见的有薄膜节流器。常见的有薄膜节流器。63第三章 主轴组件 静压轴承不必调隙；静压轴承不必调隙； 原因：静压轴承的间隙只影响润滑油流量，对原因：静压轴承的间隙只影响润滑油流量，对承载能力影响不大。承载能力影响不大。 适合任何转速，且对轴颈无特殊要求。适合任何转速，且对轴颈无特殊要求。 45# 淬硬淬硬 4045HRC可；可； 缺点是必须有一套液压系统。缺点是必须有一套液压系统。3、 静压轴承的特点静压轴承的特点64第三章

12、主轴组件 1、会分析各类主轴组件的类型、轴向定位方式、会分析各类主轴组件的类型、轴向定位方式、 力的传递过程。力的传递过程。2、熟悉提高主轴性能的主要措施：如提高旋转精、熟悉提高主轴性能的主要措施：如提高旋转精 度；度；3、了解动压、静压滑动轴承的主要区别。、了解动压、静压滑动轴承的主要区别。65第三章 主轴组件 66第三章 主轴组件 影响主轴旋转精度的主要因素轴承的旋转精度主轴锥孔相对主轴轴颈的偏心量1 ； 措施： a）主轴和轴承具有一定的精度； b）采用选配法。 67第三章 主轴组件68第三章 主轴组件u在单一轴承横截面上在单一轴承横截面上 1与与 2配配置在一条线上，且反向。置在一条线上

13、，且反向。 u前后轴承偏心方向相同。69第三章 主轴组件u装配后精加工70第三章 主轴组件a）正确选择主轴形状和尺寸，尤其是跨距，使其）正确选择主轴形状和尺寸，尤其是跨距，使其具有足够的刚度；具有足够的刚度；b）正确选择轴承，并进行预紧，使轴承具有足够）正确选择轴承，并进行预紧，使轴承具有足够的刚度；的刚度；71第三章 主轴组件72第三章 主轴组件a）使主轴的固有频率避开激振力频率 （高速机床主轴） ；b） 增加主轴组件的阻尼（特别是前轴承）： 适当预紧； 前轴承采用滑动轴承（水平轴）； 采用圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承，比球 轴承阻尼大； 采用三支承。 采用消振装置 73第三章 主轴组件减小支

14、承发热量 控制预紧量，不能使其过大； 进行正确的润滑和冷却； 采用小直径钢球轴承，数量增加，热变形减小。采用散热装置 热源隔离 热源冷却 热平衡74第三章 主轴组件 75第三章 主轴组件润滑的作用：减小摩擦、降低温升。密封的作用：防止润滑剂从主轴组件泄漏，防止外物的侵入，以减小零件的腐蚀及磨损，延长寿命。一、滚动轴承的润滑：一、滚动轴承的润滑： 1）脂润滑（用于低速主轴及在套筒内伸缩的主轴）填充量不宜过多，以不超过轴承空间的30%为宜。76第三章 主轴组件2）油润滑（用油量较少）油润滑（用油量较少）油雾润滑油雾润滑 油气润滑油气润滑77第三章 主轴组件78第三章 主轴组件 脂润滑时注意防尘； 油润滑时注意防漏、防尘。 1）油脂润滑时的密封 多用不接触的迷