机械制造装备设计6课件

1、第三章 典型部件设计 3.1 主轴部件设计 一、主轴部件应满足的基本要求二、主轴部件的传动方式三、主轴部件结构设计上一页下一页退出返回主页四、主轴滚动轴承返回本章五、主轴滑动轴承第三章 典型部件设计退出返回本节返回主页未完待续 3.1.1 主轴部件应满足的基本要求主轴部件是机床的执行件，由主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件等组成。基本要求：（1）旋转精度：是指装配后，在无载荷、低速转 动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的 径向和轴向跳动。旋转精度取决于主轴、轴 承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。（2）刚度：是指主轴部件在外加载荷作用下抵抗 变性的能力。主轴部件的刚度是综合刚度， 它

2、是主轴、轴承等刚度的综合反映。第三章 典型部件设计退出返回本节返回主页下一页 3.1.1 主轴部件应满足的基本要求基本要求：（3）抗振性：是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。静刚度：静载荷下抵抗变形的能力称为静刚度，动载荷下抵抗变形的能力称为动刚度，即引起单位振幅所需要的动态力。阻尼：指任何振动系统在振动中，由于外界作用或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性，以及此一特性的量化表征。（4）温升和热变性：主轴部件运转时，因各相对处 的摩擦生热，切削区的切削热等使主轴部件的 温度升高，形状尺寸和位置发生变化，造成主 轴部件的所谓热变性。（5）精度保持性：是指长期地保持其原始制造精度 的能力

3、。第三章 典型部件设退出返回本节返回主页下一页 3.1.2 主轴部件的传动方式（2）带传动： 同步齿形带/52是通过带上的齿形与带轮上 的轮齿相啮合传递运动和动力。同步齿形 带的齿形有两种:梯形齿和圆弧齿。（3）电动机直接驱动方式：特点是主轴单元大 大简化了结构，有效地提高了主轴部件的 刚度，降低了噪声和振动；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。广泛应用于精密机床、高 速加工中心和数控车床中。 高速内圆磨床电主轴/53第三章 典型部件设退出返回本节返回主页下一页 3.1.3 主轴部件结构设计（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。 为提高刚度和

4、抗振性，有的机床采用三个 支承。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，图3-4； 也可以前、中支承为主要支承，后支承为 辅助支承，图3-4。且后者应用较多。第三章 典型部件设计退出返回本节返回主页未完待续 3.1.3 主轴部件结构设计（二）推力轴承的位置配置型式 （1）前端配置：两个方向的推力轴承都布 置在前支承外。这类配置方案在前支承处 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，精度高， 对提高主轴部件刚度有利。用于轴向精度 和刚度要求较高的高精度机床或数控机床。 （2）后端配置：两个方向的推力轴承都布 置在后支承处。这类配置方案前支承处轴 承较少

5、，发热小，温升低；但主轴受热后 向前伸长，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 车床等。第三章 典型部件设计退出返回本节返回主页下一页 3.1.3 主轴部件结构设计（二）推力轴承的位置配置型式 （3）两端配置：两个方向的推力轴承分别 布置在前后两个支承处。这类配置方案当 主轴受热伸长后，影响主轴轴承的轴向间 隙。为避免松动，可用弹簧消除间隙和补 偿热膨胀。常用于短主轴，如组合机床主 轴。 （4）中间配置：两个方向的推力轴承在前 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 承结构较复杂，温升也可能较高。 以上四种推力轴承配置型式/54第

6、三章 典型部件设计退出返回本节返回主页下一页 3.1.3 主轴部件结构设计（四）主轴主要结构参数的确定 主轴的主要结构参数有主轴前、后轴径直 径D1和D2，主轴内孔直径d，主轴前端悬 伸量a和主轴主要支承间的跨距L，这些参 数将直接影响主轴旋转精度和主轴刚度。 （1）主轴前轴径直径D1的选取 （2）主轴内孔直径d的确定 （3）主轴前端悬伸量a的确定 （4）主轴主要支承间跨距L的确定 第三章 典型部件设计退出返回本节返回主页下一页3.1.4 主轴滚动轴承主轴部件中最重要的组件是轴承。机床上常用的主轴轴承有滚动轴承、液体动压轴承、液体静压轴承、空气静压轴承等。此外还有自调磁浮轴承等适应高速加工的新

7、型轴承。对主轴轴承的要求是旋转精度高、刚度高、承载能力强、极限转速高、适应变速范围大、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。（一）主轴部件主支承常用的滚动轴承角接触球轴承/图58，59、双列短圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力轴承、双向推力角接触球轴承、/60陶瓷滚动轴承、磁浮轴承（也称磁力轴承，有转子和定子组成）原理图/61、控制框图/62、主轴结构图 /63第三章 典型部件设计退出返回本节返回主页下一页 3.1.4 主轴滚动轴承（二）几种典型的主轴轴承配置型式 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。前轴承的配 置特点是外侧的两个角接

8、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，使三联加坡接触球轴承有一个较大支 承跨，以提高承受颠覆力矩的刚度。 如卧式铣床主轴/67、 主轴组件课外资料第三章 典型部件设计退出返回本节返回主页下一页 3.1.4 主轴滚动轴承（三）滚动轴承精度的选择（四）主轴滚动轴承的预紧 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。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。（五）滚动轴承的润滑和密封 滚动轴承所用的润滑剂主要有润

9、滑脂和润滑油。 密封的方式主要有非接触式和接触式 第三章 典型部件设计退出返回本节返回主页下一页 3.1.5 主轴滑动轴承滑动轴承应有良好的抗振性，旋转精度高，运动平稳等特点，应用于高速或低速的精密、高精密机床和数控机床中。主轴滑动轴承按产生油膜的方式，可分为动压轴承和静压轴承两类。按照流体介质不同可分为液体滑动轴承和气体滑动轴承。（一）动压轴承动压轴承按油楔数分为单油楔和多油楔。多油楔轴承的轴心位置稳定性好，抗振动和冲击性能好。故多采用多油楔轴承。多油楔轴承有固定多油楔/74和活动多油楔/75两类。 第三章 典型部件设计退出返回本节返回主页下一页 3.1.5 主轴滑动轴承（二）液体静压轴承液体静压轴承系统：一套专用供油系统、节流器和轴承。静压轴承与动压轴承相比具有的优点：承载能力高；旋转精度高；油膜有均化误差的作用，可提高加工精度；抗振性好；运转平稳；既能在低速下工作，也能在高速下工作；摩擦小，轴承寿命长。缺点是需要一套专用供油设备，轴承制造工艺复杂、成本高。 定压式静压轴承/76节流器有两类：固定节流器和可变节流器。 第三章 典型部件设计退出返回本节返回主页进入下