主轴组件设计资料(全).ppt
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（本ppt借鉴了许多老师成果）主传动系统方案的选择确定主轴组件设计计算一、主轴组件设计要求二、主轴组件结构尺寸及材料确定主轴前后直径d1、d2的确定主轴内孔直径d的确定主轴悬伸量a的确定主轴轴承支撑跨距L的确定主轴端部结构尺寸的确定主轴材料选择三、主轴组件轴承选择设计计算
（一）主轴组件轴承类型的选择
（二）主轴组件轴承配置的选择（三）主轴组件轴承的精度（四）主轴组件轴承的润滑与密封（五）主轴组件轴承预紧和间隙调整主轴组件设计一、主轴组件应满足的基本要求一、主轴组件应满足的基本要求11、旋转精度、旋转精度22、静刚度、静刚度33、动刚度、动刚度44、温升与热变形、温升与热变形55、精度保持性、精度保持性主轴组件设计二、主轴滚动轴承二、主轴滚动轴承优点优点：
（11）足够的刚度、高旋转精度、变转速和变载荷）足够的刚度、高旋转精度、变转速和变载荷下工作平稳；下工作平稳；（22）质量稳定、成本低、经济性好；）质量稳定、成本低、经济性好；（33）容易润滑。
）容易润滑。
缺点：
缺点：
（11）旋转中径向刚度变化大；）旋转中径向刚度变化大；（22）摩擦力大，阻尼小；）摩擦力大，阻尼小；（33）径向尺寸大）径向尺寸大11、轴承的特点、轴承的特点二、主轴滚动轴承（续）二、主轴滚动轴承（续）22、主轴滚动轴承的类型选择、主轴滚动轴承的类型选择（11）双列圆柱）双列圆柱滚子轴承滚子轴承（22）双列推力）双列推力角接触球轴承角接触球轴承二、主轴滚动轴承（续）二、主轴滚动轴承（续）22、主轴滚动轴承的类型选择、主轴滚动轴承的类型选择（33）角接）角接触球轴承触球轴承二、主轴滚动轴承（续）二、主轴滚动轴承（续）22、主轴滚动轴承的类型选择、主轴滚动轴承的类型选择角接触角接触球轴承球轴承组合组合二、主轴滚动轴承（续）二、主轴滚动轴承（续）22、主轴滚动轴承的类型选择、主轴滚动轴承的类型选择（44）双）双列圆锥列圆锥滚子轴滚子轴承承二、主轴滚动轴承（续）二、主轴滚动轴承（续）33、轴承的精度选择、轴承的精度选择应采用应采用P2P2、P4P4、P5P5级和级和SPSP、UPUP级级
（1）切削力方向固定不变的主轴，旋转精度决定于轴）切削力方向固定不变的主轴，旋转精度决定于轴承内圈径向跳动。
承内圈径向跳动。
（2）切削力方向随主轴旋转同步变化的主轴，旋转精）切削力方向随主轴旋转同步变化的主轴，旋转精度决定于外圈径向跳动。
度决定于外圈径向跳动。
（3）前轴承的精度对主轴的影响较大，前轴承的精度）前轴承的精度对主轴的影响较大，前轴承的精度应比后轴承高一级。
（理论证明略）应比后轴承高一级。
（理论证明略）二、主轴滚动轴承（续）二、主轴滚动轴承（续）33、轴承的精度选择、轴承的精度选择应采用应采用P2P2、P4P4、P5P5级和级和SPSP、UPUP级级（3）前轴承的精度对）前轴承的精度对主轴的影响较大，前轴主轴的影响较大，前轴承的精度应比后轴承高承的精度应比后轴承高一级一级二、主轴滚动轴承（续）二、主轴滚动轴承（续）44、轴承刚度、轴承刚度滚动轴承的刚度随载荷的增加而增大。
滚动轴承的刚度随载荷的增加而增大。
线接触轴承的刚度可忽略预紧载荷；点接触线接触轴承的刚度可忽略预紧载荷；点接触轴承，计算刚度时应考虑预紧力。
轴承，计算刚度时应考虑预紧力。
三、主轴三、主轴11、结构及材质选择、结构及材质选择结构：
空心阶梯轴结构：
空心阶梯轴材料：
淬火钢或渗碳淬火钢，高频淬硬。
材料：
淬火钢或渗碳淬火钢，高频淬硬。
22、技术要求、技术要求（略略）三、主轴三、主轴22、技术要求、技术要求四、主轴组件四、主轴组件11、传动方式、传动方式（11）带）带传传动：
动：
结构简单，中心距调整方便，结构简单，中心距调整方便，噪声低，平稳，适于高速。
（噪声低，平稳，适于高速。
（VV带、多楔带和带、多楔带和同步带）同步带）（22）齿轮传动：
）齿轮传动：
传递大扭矩，结构紧凑，适合传递大扭矩，结构紧凑，适合于变速传动。
于变速传动。
（33）电机直接驱动：
）电机直接驱动：
异步电机异步电机+连轴器、变频连轴器、变频调速电机、电主轴等形式。
调速电机、电主轴等形式。
四、主轴组件四、主轴组件22、传动件的布置、传动件的布置（11）带轮通常安装在后支承的外侧）带轮通常安装在后支承的外侧（22）齿轮位于两支承之间则尽量使大齿轮靠近前）齿轮位于两支承之间则尽量使大齿轮靠近前支承支承（33）齿轮位于后支承外侧）齿轮位于后支承外侧（44）齿轮外增设辅助支承）齿轮外增设辅助支承四、主轴组件四、主轴组件33、主轴的轴向定位、主轴的轴向定位（11）前端定位前端定位：
适于轴：
适于轴向精度和刚度高的高精度向精度和刚度高的高精度机床合数控机床；机床合数控机床；（22）后端定位后端定位：
适于轴：
适于轴向精度不高的普通机床，向精度不高的普通机床，卧车、立铣等；卧车、立铣等；（33）两端定位两端定位：
用于短：
用于短主轴或轴向间隙变化不影主轴或轴向间隙变化不影响工作的机床，如钻床、响工作的机床，如钻床、组合机床等。
组合机床等。
五、主轴主要尺寸参数的确定（略）五、主轴主要尺寸参数的确定（略）16主轴部件设计主轴部件设计基本要求旋转精度和运动精度刚度抗振性温升和热变形（热稳定性）精度保持性17旋转精度和运动精度旋转精度:
指装配后的部件在无载或低速转动条件下，主轴前端工作部位的径向跳动、端面跳动和轴向窜动的大小。
主轴组件的旋转精度直接影响机床的加工精度。
运动精度指主轴在工作状态下的旋转精度，这个精度通常和静止或低速状态的旋转精度有较大差别，它表现在工作时主轴回转中心位置的不断变化，即“主轴轴心漂移”现象。
旋转精度主要取决于主轴及其轴承的制造、装配、调整的精度；运动状态下的旋转精度取决于主轴的工作速度、轴承性能和主轴部件的平衡等因素。
18静态刚度主轴组件的静态刚度是指受外力作用时，主轴组件抵抗变形的能力，又分为抗弯和扭转两种刚度。
数控机床多采用抗弯刚度作为衡量主轴组件刚度的指标。
通常以主轴前端产生单位位移时，在位移方向上所施加的作用力大小来表示。
主轴刚度K=F/Y（N/Km）19抗振性抗振性包括抵抗受迫振动的能力和抵抗自激振动的能力。
有时也把抵抗受迫振动的能力称为动刚度，此时，抗振性仅指抵抗自激振动的能力。
若主轴组件抗振性差，工作时容易产生振动，不仅降低加工质量，而且限制了机床生产率的提高，使刀具耐用度下降。
主要影响因素:
部件的静态刚度、质量分布和阻尼，特别是主轴前轴承的阻尼。
设计时，要使主轴的固有频率远大于工作时的激振频率，使之不易发生共振。
20温升和热变形（热稳定性）温升过高会引起两方面的不良后果：
一是主轴组件和箱体因热膨胀而变形，主轴的回转中心线和机床其他件的相对位置会发生变化，直接影响加工精度；其次是轴承等元件会因温度过高而改变已调好的间隙和破坏正常润滑条件，影响轴承的正常工作。
严重时甚至会发生“抱轴”。
提高主轴组件热稳定性的主要措施是减少发热、加快散热、隔离热源以及采用尽可能合理的结构设计，以使热变形能得到补偿和对加工的影响最小。
21主轴系统必须有足够的耐磨性，以便能长期保持精度。
主轴上易磨损的地方是刀具或工件的安装部位以及移动式主轴的工作部位。
为了提高耐磨性，主轴的上述部位应该淬硬，或者经过氮化处理，以提高其硬度增加耐磨性。
主轴轴承也需有良好的润滑，提高其耐磨性。
精度保持性22主轴部件的传动方式齿轮传动特点是结构简单、紧凑，能传递较大的扭矩，能适应变转速、变载荷工作，应用最广。
它的缺点是线速度不能过高，通常小于1215m/s，不如带传动平稳。
带传动常用的有平带、三角带、多楔带和同步齿形带等。
带传动的特点是靠摩擦力传动（除同步齿形带外）、结构简单、制造容易、成本低，特别适用于中心距较大的两轴间传动。
皮带有弹性可吸振，传动平稳，噪声小，适宜高速传动。
带传动在过载中会打滑，能起到过载保护作用。
缺点是有滑动，不能用在速比要求准确的场合。
电动机直接驱动方式23电动机直接驱动方式高速内圆磨床电主轴2425主轴部件结构设计a）前端配置b）中间配置c）后端配置d）,e）两端配置推推力力轴轴承承位位置置配配置置型型式式26推力轴承位置配置型式前端配置前支承处轴承较多，发热大，温升高；但主轴受热后向后伸长，不影响轴向精度，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。
后端配置前支承处轴承较少，发热小，温升低；但是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。
两端配置当主轴受热伸长后，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。
中间配置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。
27传动件在主轴上轴向位置的合理布置a:
的传动件放在两个支承中间靠近前支承处，受力情况较好，用得最为普遍；b:
的传动件放在主轴前悬伸端，主要用于具有大转盘的机床，如立式车床、镗床等，传动齿轮直接安装在转盘上；c:
的传动件放在主轴的后悬伸端，较多地用于带传动，为了更换传动带方便，如磨床。
28主轴主轴主轴是主轴组件的重要组成部分。
它的结构形状和尺寸、制造精度、材料及其热处理，对主轴组件的工作性能都有很大影响。
主轴的结构形状:
主轴通常是一个前粗后细的阶梯轴，即轴径尺寸从前轴颈起，向后逐渐缩小。
这样的结构，是为了适应主轴各段承受的不同载荷，以满足刚度要求，同时也为其上的多个零件提供足够的安装、定位及止推面，同时也有利于加工和装配。
29主轴的材料和热处理一般机床主轴常用45钢，调质到200250HB左右，主轴端部锥孔、定心轴颈或定心圆锥面等部位局部淬硬到5055HRC。
若支承采用滚动轴承，则轴颈可不淬硬，但是为了防止敲碰损伤轴颈的配合表面，常对主轴轴颈处进行淬硬。
如果机床主轴有更高要求时，宜选用合金钢，如对耐磨性要求很高的主轴，常选用38CrMoAlA，并经氮化处理。
30主轴主要精度指标前支承轴颈的同轴度约5m左右；轴承轴颈需按轴承内孔“实际尺寸”配磨，且须保证配合过盈15m；锥孔与轴承轴颈的同轴度为35m，与锥面的接触面积不小于80%，且大端接触较好；装NN3000K型调心圆柱滚子轴承的112锥面，与轴承内圈接触面积不小于85%。
31主轴部件中的轴承滚动轴承液体动压轴承液体静压轴承空气静压轴承磁浮轴承32主轴的滚动轴承角接触球轴承：
既可以承受径向载荷，又可承受轴向载荷。
常用的接触角有两种：
=25和=15。
角接触球轴承33角接触球轴承角接触球轴承多用于高速主轴。
随接触角的不同有所区别，=25的轴向刚度较高，但径向刚度和允许的转速略低，应用较多；=15的转速可更高些，但轴向刚度较低，常用于不承受轴向载荷的主轴的后轴承。
角接触球轴承为点接触，刚度较低，为了提高刚度和承载能力，一般采用多联组配的方式。
34角接触球轴承（a）背靠背,（b）面对面,（c）同向组配（d）三联组配角接触球轴承的组配35角接触球轴承两个轴承都能共同承受径向载荷。
背靠背和面对面组配都能承受双向轴向载荷；同向组配则只能承受单向轴向载荷。
背靠背与面对面组配相比，支承点（接触线与轴线的交点）间的距离AB，前者比后者大，因而能产生一个较大的抗弯力矩，即支承刚度较大。
运转时，轴承外圈的散热条件比内圈好，因此，内圈的温度将高于外圈，径向膨胀的结果将使轴承的过盈加大。
轴向膨胀对背靠背组配将使过盈减小，可以补偿一部分径向膨胀，而对于面对面组配，将使过盈进一步增加。
基于以上分析，主轴受有弯矩，又属高速运转，则主轴轴承必须采用背靠背组配。
36双列短圆柱滚子轴承双列圆柱滚子轴承NN3000K（旧标准3182100）型轴承NNU4900K（旧标准4482900）型轴承。
两排直径和长度相等的短圆柱滚子交错排列，滚子数量为5060个，载荷均布。
区别：
滚道环槽的位置不同。
滚道环槽开在内圈上，工艺性好，但调整间隙时易使内圈滚道畸变。
滚道环槽开在外圈上，调整间隙时内圈滚道不会发生畸变，但工艺性复杂，
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