《机械装备结构设计》-第5章 主轴组件设计

学习成果达成要求具备主轴组件的支承定位方式及结构的设计能力具备对主轴组件的结构特点进行正确分析的能力初步掌握主轴端部及主轴结构参数的设计能力主要内容5.1主轴组件概述5.2主轴组件常用轴承结构及选型5.3轴支承定位方式及结构设计原则5.4主轴结构设计5.5主轴组件结构实例5.1主轴组件概述5.1.1主轴组件的功用、组成和特点5.1.2对主轴组件的基本要求1）旋转精度主轴前端安装基面上径向、端面跳动和轴向窜动大小5.1主轴组件概述2）

刚度

抵抗外载荷的能力3）温升（精密机床要严格控制）影响：主轴热变形、轴承间隙改变、润滑变差措施：改善散热，改进润滑强制润滑、恒温油箱、动压轴承5.1主轴组件概述5）精度保持性4）

抗振性5.1主轴组件概述5.1.3主轴的传动方式1）

齿轮传动结构简单，传递扭矩较大，中等转速。2）

带传动转速较高，传动平稳，成本较低。

3）

调速电机直接驱动可无级调速，结构简单，可提高刚度。5.2主轴组件常用轴承结构及选型5.2.1主轴组件常用滚动轴承滚动轴承的优点转速和载荷变化范围大无间隙，有利于旋转精度和刚度摩擦系数小润滑方便标准件，可外购滚动轴承的缺点滚动体数目有限刚度可变阻尼特性差径向尺寸大1）滚动轴承的优缺点5.2主轴组件常用轴承结构及选型2）滚动轴承的常用型号及结构（1）

球轴承深沟：纯径向，刚度和承载能力较差，主轴中较少用角接触：轴向、径向，速度较高，若单向双个可提高刚度推力：纯轴向，轴向受力最好，但允许速度较低5.2主轴组件常用轴承结构及选型（2）圆锥孔双列向心短圆柱滚子轴承径向载荷（3）圆锥滚子轴承

轴向、径向，承载能力和刚度均较高，

但允许速度较低单列圆锥滚子轴承双列圆锥滚子轴承Gamet轴承滚子中空，利于冷却散热；

弹簧自动补偿磨损间隙，不能承受轴向力，只能径向5.2主轴组件常用轴承结构及选型3）滚动轴承的配置原则（1）刚度（承载能力）承受径向力：滚柱、多列球、单列球承受轴向力：推力球、滚锥、角接触球（2）转速要求（极限转速）承受径向力：球、滚柱、滚锥承受轴向力：角接触、推力球、滚锥（3）适应精度要求(承受轴向力的轴承）5.2主轴组件常用轴承结构及选型5.2主轴组件常用轴承结构及选型4）滚动轴承的预紧和间隙调整（1）滚动轴承的预紧5.2主轴组件常用轴承结构及选型（2）滚动轴承的间隙调整原理轴承内外圈产生相对的轴向位移，消除径向间隙，并能保持在调整好的位置上调整方法螺纹调整法修磨隔套法自动调整法（弹簧）油压套筒5.2主轴组件常用轴承结构及选型5.2主轴组件常用轴承结构及选型5.2主轴组件常用轴承结构及选型（3）调整螺母的防松5.2主轴组件常用轴承结构及选型5）滚动轴承的公差等级根据尺寸公差和旋转精度，可分为2、4、5、6（6x)、0级前轴承对旋转精度影响大，前轴承精度大于后轴承5.2主轴组件常用轴承结构及选型5.2.2主轴组件常用滑动轴承滑动轴承气体轴承液体轴承静压轴承动静压轴承动压轴承单油楔轴承多油楔轴承5.2主轴组件常用轴承结构及选型一、液体动压轴承一定速度的轴带动一定粘度的油从楔形空间流动，将轴浮起，油膜承受载荷。压力油膜形成条件有一定粘度的油有转速v>v临界有楔形空间单油楔，多油楔5.2主轴组件常用轴承结构及选型1）液体动压轴承一定速度的轴带动一定粘度的油从楔形空间流动，将轴浮起，油膜承受载荷。压力油膜形成条件有一定粘度的油有转速v>v临界有楔形空间单油楔，多油楔5.2主轴组件常用轴承结构及选型（1）短三瓦滑动轴承

一般磨床结构简单、制造方便抗振性好转向单一，不能反转5.2主轴组件常用轴承结构及选型（2）固定多油楔轴承适用高精度磨床性能稳定，加工较难转向单一，不能反转5.2主轴组件常用轴承结构及选型2）液体静压轴承通入压力油速度、方向适应性强承载能力强摩擦小旋转精度高抗振性好要配供油系统3）空气静压轴承5.3轴支承定位方式及结构设计原则5.3.1轴支承定位方式的设计原则设计对象：轴承的选型和布局

箱体及轴上定位件的结构等设计原则：轴相对于箱体在轴向、径向的定位及固定

兼顾装卸、润滑和密封5.3轴支承定位方式及结构设计原则1）轴向静定不能静不定，即轴向不能欠定位不能超静定，即轴向不能过定位具有轴向刚体位移消除轴向刚体位移5.3轴支承定位方式及结构设计原则过定位结构消除过定位结构轴承轴向支承方式（两支承）一端定位支承方式（固定—松弛支承方式）两端定位—调隙支承方式两端定位—游隙支承方式5.3轴支承定位方式及结构设计原则（1）一端定位支承方式（固定——松弛支承方式）两个方向的轴向定位约束安置在一个轴承上，另一个轴承在轴向可自由移动理想的静定状态5.3轴支承定位方式及结构设计原则（2）两端定位——调隙支承方式两个方向的轴向定位约束分别安置在轴两端的轴承上两个圆锥滚子或角接触轴承可调隙，传动精度高无刚体位移（无静不定）

有附加轴向力（有超静定）短轴、轴向力5.3轴支承定位方式及结构设计原则（3）两端定位——游隙支承方式两个方向的轴向定位约束分别安置在轴两端的轴承上其中一个支承（外圈）有一定的轴向间隙有刚体位移（有静不定），最大值可控

有条件附加轴向力（有条件超静定）轴向支承精度不高5.3轴支承定位方式及结构设计原则轴支承三种方式的组合5.3轴支承定位方式及结构设计原则2）各支承方式对比5.3轴支承定位方式及结构设计原则3）特殊情况单向受力轴支承结构5.3轴支承定位方式及结构设计原则单方向轴向刚体位移5.3轴支承定位方式及结构设计原则5.3.2轴支承结构设计原则1）固定端支承必须能承受双向轴向力可单独做固定支承不可单独做固定支承5.3轴支承定位方式及结构设计原则2）固定端轴承的内外圈必须四面定位5.3轴支承定位方式及结构设计原则3）松弛轴承保证轴的自由伸缩5.3轴支承定位方式及结构设计原则4）两端定位——调隙轴支承中设计调隙机构5.3轴支承定位方式及结构设计原则5）便于轴承的装卸5.3轴支承定位方式及结构设计原则6）避免“双重配合”5.3轴支承定位方式及结构设计原则5.3.3其它轴支承结构设计（三支承）主轴刚度较差辅助支承——浮动，放在中或后，深沟球或圆柱

滚子轴承外圈与轴承孔的配合松1～2级5.4主轴结构设计5.4.1主轴端部结构轴上零件、阶梯轴考虑刚度5.4主轴结构设计5.4.2主轴结构参数设计1）主轴直径的选择前轴径D1

和后轴径D2

查表：根据主电机功率、主参数确定前轴径D1

D2≥（0.7~0.8）D12）主轴内孔直径d

d/D=0.55～0.65D—平均直径3）

主轴前端悬伸量a和支承跨距L

a值越小越好5.4主轴结构设计5.4.3主轴传动件的布局5.4主轴结构设计5.5主轴组件结构实例5.5.1中速、重载主轴组件1）C7620型多刀半自动车床主轴组件支承方式调隙方法力的传递向左：轴上轴肩—推力球轴承—法兰—箱体向右：轴—螺母1—套筒—甩油环—圆锥滚子轴承内圈—滚子—圆锥滚子外圈—法兰—箱体5.5主轴组件结构实例2）X52K型立式铣床主轴组件向上：轴上轴肩—圆柱滚子轴承内圈—长套筒—

角接触球轴承内圈—短套筒2—角接触内圈

—滚动体—外圈—端盖—箱体向下：轴—螺母1—套筒—角接触球内圈—套筒

—内圈—滚动体—外圈—箱体5.5