1、本ppt文檔包含以下內容:(本ppt借鑒了許多老師成果)主傳動系統方案的選擇確定主軸組件設計計算一、主軸組件設計要求二、主軸組件結構尺寸及材料確定主軸前后直徑d1、d2的確定主軸內孔直徑d的確定主軸懸伸量a的確定主軸軸承支撐跨距L的確定主軸端部結構尺寸的確定主軸材料選擇三、主軸組件軸承選擇設計計算 （一 ）主軸組件軸承類型的選擇（二）主軸組件軸承配置的選擇（三）主軸組件軸承的精度（四）主軸組件軸承的潤滑與密封（五）主軸組件軸承預緊和間隙調整 主軸組件設計一、主軸組件應滿足的基本要求一、主軸組件應滿足的基本要求1 1、旋轉精度、旋轉精度2 2、靜剛度、靜剛度3 3、動剛度、動剛度4 4、溫升與熱

2、變形、溫升與熱變形5 5、精度保持性、精度保持性主軸組件設計二、主軸滾動軸承二、主軸滾動軸承優點優點：（1 1）足夠的剛度、高旋轉精度、變轉速和變載荷）足夠的剛度、高旋轉精度、變轉速和變載荷 下工作平穩；下工作平穩； （2 2）質量穩定、成本低、經濟性好；）質量穩定、成本低、經濟性好； （3 3）容易潤滑。）容易潤滑。缺點：缺點：（1 1）旋轉中徑向剛度變化大；）旋轉中徑向剛度變化大； （2 2）摩擦力大，阻尼小；）摩擦力大，阻尼小； （3 3）徑向尺寸大）徑向尺寸大1 1、軸承的特點、軸承的特點二、主軸滾動軸承（續）二、主軸滾動軸承（續）2 2、主軸滾動軸承的類型選擇、主軸滾動軸承的類型選擇

3、（1 1）雙列圓柱）雙列圓柱滾子軸承滾子軸承（2 2）雙列推力）雙列推力角接觸球軸承角接觸球軸承二、主軸滾動軸承（續）二、主軸滾動軸承（續）2 2、主軸滾動軸承的類型選擇、主軸滾動軸承的類型選擇（3 3）角接）角接觸球軸承觸球軸承二、主軸滾動軸承（續）二、主軸滾動軸承（續）2 2、主軸滾動軸承的類型選擇、主軸滾動軸承的類型選擇角接觸角接觸球軸承球軸承組合組合二、主軸滾動軸承（續）二、主軸滾動軸承（續）2 2、主軸滾動軸承的類型選擇、主軸滾動軸承的類型選擇（4 4）雙）雙列圓錐列圓錐滾子軸滾子軸承承二、主軸滾動軸承（續）二、主軸滾動軸承（續）3 3、軸承的精度選擇、軸承的精度選擇應采用應采用P2

4、P2、P4P4、P5P5級和級和SPSP、UPUP級級 （1）切削力方向固定不變的主軸，旋轉精度決定于軸）切削力方向固定不變的主軸，旋轉精度決定于軸承內圈徑向跳動。承內圈徑向跳動。（2）切削力方向隨主軸旋轉同步變化的主軸，旋轉精）切削力方向隨主軸旋轉同步變化的主軸，旋轉精度決定于外圈徑向跳動。度決定于外圈徑向跳動。（3）前軸承的精度對主軸的影響較大，前軸承的精度）前軸承的精度對主軸的影響較大，前軸承的精度應比后軸承高一級。（理論證明略）應比后軸承高一級。（理論證明略）二、主軸滾動軸承（續）二、主軸滾動軸承（續）3 3、軸承的精度選擇、軸承的精度選擇應采用應采用P2P2、P4P4、P5P5級和級

5、和SPSP、UPUP級級 （3）前軸承的精度對）前軸承的精度對主軸的影響較大，前軸主軸的影響較大，前軸承的精度應比后軸承高承的精度應比后軸承高一級一級ala)1 (1bla2ala)1 (1二、主軸滾動軸承（續）二、主軸滾動軸承（續）4 4、軸承剛度、軸承剛度 滾動軸承的剛度隨載荷的增加而增大。滾動軸承的剛度隨載荷的增加而增大。線接觸軸承的剛度可忽略預緊載荷；點接觸線接觸軸承的剛度可忽略預緊載荷；點接觸軸承，計算剛度時應考慮預緊力。軸承，計算剛度時應考慮預緊力。三、主軸三、主軸1 1、結構及材質選擇、結構及材質選擇結構：空心階梯軸結構：空心階梯軸材料：淬火鋼或滲碳淬火鋼，高頻淬硬。材料：淬火鋼

6、或滲碳淬火鋼，高頻淬硬。2 2、技術要求、技術要求( (略略) )三、主軸三、主軸2 2、技術要求、技術要求四、主軸組件四、主軸組件1 1、傳動方式、傳動方式（1 1）帶）帶 傳傳 動：動：結構簡單，中心距調整方便，結構簡單，中心距調整方便，噪聲低，平穩，適于高速。（噪聲低，平穩，適于高速。（V V帶、多楔帶和帶、多楔帶和同步帶）同步帶）（2 2）齒輪傳動：）齒輪傳動：傳遞大扭矩，結構緊湊，適合傳遞大扭矩，結構緊湊，適合于變速傳動。于變速傳動。（3 3）電機直接驅動：）電機直接驅動：異步電機異步電機+ +連軸器、變頻連軸器、變頻調速電機、電主軸等形式。調速電機、電主軸等形式。四、主軸組件四、主

7、軸組件2 2、傳動件的布置、傳動件的布置（1 1）帶輪通常安裝在后支承的外側）帶輪通常安裝在后支承的外側（2 2）齒輪位于兩支承之間則盡量使大齒輪靠近前）齒輪位于兩支承之間則盡量使大齒輪靠近前支承支承（3 3）齒輪位于后支承外側）齒輪位于后支承外側（4 4）齒輪外增設輔助支承）齒輪外增設輔助支承四、主軸組件四、主軸組件3 3、主軸的軸向定位、主軸的軸向定位（1 1）前端定位前端定位：適于軸：適于軸向精度和剛度高的高精度向精度和剛度高的高精度機床合數控機床；機床合數控機床；（2 2）后端定位后端定位：適于軸：適于軸向精度不高的普通機床，向精度不高的普通機床，臥車、立銑等；臥車、立銑等；（3 3）

8、兩端定位兩端定位：用于短：用于短主軸或軸向間隙變化不影主軸或軸向間隙變化不影響工作的機床，如鉆床、響工作的機床，如鉆床、組合機床等。組合機床等。五、主軸主要尺寸參數的確定（略）五、主軸主要尺寸參數的確定（略）16主軸部件設計主軸部件設計 基本要求 旋轉精度和運動精度 剛度 抗振性 溫升和熱變形(熱穩定性 ) 精度保持性17旋轉精度和運動精度旋轉精度:指裝配后的部件在無載或低速轉動條件下，主軸前端工作部位的徑向跳動、端面跳動和軸向竄動的大小。主軸組件的旋轉精度直接影響機床的加工精度。運動精度指主軸在工作狀態下的旋轉精度，這個精度通常和靜止或低速狀態的旋轉精度有較大差別，它表現在工作時主軸回轉中心

9、位置的不斷變化，即“主軸軸心漂移”現象。旋轉精度主要取決于主軸及其軸承的制造、裝配、調整的精度；運動狀態下的旋轉精度取決于主軸的工作速度、軸承性能和主軸部件的平衡等因素。 18靜態剛度主軸組件的靜態剛度是指受外力作用時，主軸組件抵抗變形的能力，又分為抗彎和扭轉兩種剛度。數控機床多采用抗彎剛度作為衡量主軸組件剛度的指標。通常以主軸前端產生單位位移時，在位移方向上所施加的作用力大小來表示。 主軸剛度K=F/Y(N/Km) 19抗振性 抗振性包括抵抗受迫振動的能力和抵抗自激振動的能力。有時也把抵抗受迫振動的能力稱為動剛度，此時，抗振性僅指抵抗自激振動的能力。若主軸組件抗振性差，工作時容易產生振動，不

10、僅降低加工質量，而且限制了機床生產率的提高，使刀具耐用度下降。 主要影響因素:部件的靜態剛度、質量分布和阻尼，特別是主軸前軸承的阻尼。設計時，要使主軸的固有頻率遠大于工作時的激振頻率，使之不易發生共振。20溫升和熱變形(熱穩定性 ) 溫升過高會引起兩方面的不良后果：一是主軸組件和箱體因熱膨脹而變形，主軸的回轉中心線和機床其他件的相對位置會發生變化，直接影響加工精度；其次是軸承等元件會因溫度過高而改變已調好的間隙和破壞正常潤滑條件，影響軸承的正常工作。嚴重時甚至會發生“抱軸”。 提高主軸組件熱穩定性的主要措施是減少發熱、加快散熱、隔離熱源以及采用盡可能合理的結構設計，以使熱變形能得到補償和對加工

11、的影響最小。21 主軸系統必須有足夠的耐磨性，以便能長期保持精度。主軸上易磨損的地方是刀具或工件的安裝部位以及移動式主軸的工作部位。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應該淬硬，或者經過氮化處理，以提高其硬度增加耐磨性。主軸軸承也需有良好的潤滑，提高其耐磨性。精度保持性22主軸部件的傳動方式 齒輪傳動 特點是結構簡單、緊湊，能傳遞較大的扭矩，能適應變轉速、變載荷工作，應用最廣。它的缺點是線速度不能過高，通常小于1215m/s，不如帶傳動平穩。 帶傳動 常用的有平帶、三角帶、多楔帶和同步齒形帶等。帶傳動的特點是靠摩擦力傳動（除同步齒形帶外）、結構簡單、制造容易、成本低，特別適用于中心距較大的兩軸間傳動

12、。皮帶有彈性可吸振，傳動平穩，噪聲小，適宜高速傳動。帶傳動在過載中會打滑，能起到過載保護作用。缺點是有滑動，不能用在速比要求準確的場合。 電動機直接驅動方式23電動機直接驅動方式高速內圓磨床電主軸 2425主軸部件結構設計a)前端配置b)中間配置c）后端配置d), e)兩端配置推力軸承位置配置型式推力軸承位置配置型式26推力軸承位置配置型式前端配置 前支承處軸承較多，發熱大，溫升高；但主軸受熱后向后伸長，不影響軸向精度，對提高主軸部件剛度有利。用于軸向精度和剛度要求較高的高精度機床或數控機床。后端配置 前支承處軸承較少，發熱小，溫升低；但是主軸受熱后向前伸長，影響軸向精度。用于軸向精度要求不高

13、的普通精度機床，如立銑、多刀車床等。兩端配置 當主軸受熱伸長后，影響主軸軸承的軸向間隙。為避免松動，可用彈簧消除間隙和補償熱膨脹。常用于短主軸，如組合機床主軸。中間配置 可減少主軸的懸伸量，并使主軸的熱膨脹向后；但前支承結構較復雜，溫升也可能較高。27傳動件在主軸上軸向位置的合理布置 a:的傳動件放在兩個支承中間靠近前支承處，受力情況較好，用得最為普遍；b:的傳動件放在主軸前懸伸端，主要用于具有大轉盤的機床，如立式車床、鏜床等，傳動齒輪直接安裝在轉盤上；c:的傳動件放在主軸的后懸伸端，較多地用于帶傳動，為了更換傳動帶方便，如磨床。28主軸主軸 主軸是主軸組件的重要組成部分。它的結構形狀和尺寸、

14、制造精度、材料及其熱處理，對主軸組件的工作性能都有很大影響。 主軸的結構形狀 :主軸通常是一個前粗后細的階梯軸，即軸徑尺寸從前軸頸起，向后逐漸縮小。這樣的結構，是為了適應主軸各段承受的不同載荷，以滿足剛度要求，同時也為其上的多個零件提供足夠的安裝、定位及止推面，同時也有利于加工和裝配。29主軸的材料和熱處理 一般機床主軸常用45鋼，調質到200250HB左右，主軸端部錐孔、定心軸頸或定心圓錐面等部位局部淬硬到50 55 HRC。若支承采用滾動軸承，則軸頸可不淬硬，但是為了防止敲碰損傷軸頸的配合表面，常對主軸軸頸處進行淬硬。如果機床主軸有更高要求時，宜選用合金鋼，如對耐磨性要求很高的主軸，常選用

15、38CrMoAlA，并經氮化處理。 30主軸主要精度指標 前支承軸頸的同軸度約5 m左右；軸承軸頸需按軸承內孔“實際尺寸”配磨，且須保證配合過盈15m；錐孔與軸承軸頸的同軸度為35m，與錐面的接觸面積不小于80%，且大端接觸較好；裝NN3000K型調心圓柱滾子軸承的1 12錐面，與軸承內圈接觸面積不小于85%。31主軸部件中的軸承 滾動軸承 液體動壓軸承 液體靜壓軸承 空氣靜壓軸承 磁浮軸承32主軸的滾動軸承角接觸球軸承：既可以承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。常用的接觸角有兩種：=25和=15。角接觸球軸承 33角接觸球軸承 角接觸球軸承多用于高速主軸。隨接觸角的不同有所區別，=25的軸向剛度

16、較高，但徑向剛度和允許的轉速略低，應用較多；=15的轉速可更高些，但軸向剛度較低，常用于不承受軸向載荷的主軸的后軸承。 角接觸球軸承為點接觸，剛度較低，為了提高剛度和承載能力，一般采用多聯組配的方式。 34角接觸球軸承(a)背靠背, (b)面對面,（c）同向組配(d)三聯組配 角接觸球軸承的組配35角接觸球軸承兩個軸承都能共同承受徑向載荷。背靠背和面對面組配都能承受雙向軸向載荷；同向組配則只能承受單向軸向載荷。背靠背與面對面組配相比，支承點（接觸線與軸線的交點）間的距離AB，前者比后者大，因而能產生一個較大的抗彎力矩，即支承剛度較大。運轉時，軸承外圈的散熱條件比內圈好，因此，內圈的溫度將高于外

17、圈，徑向膨脹的結果將使軸承的過盈加大。軸向膨脹對背靠背組配將使過盈減小，可以補償一部分徑向膨脹，而對于面對面組配，將使過盈進一步增加。基于以上分析，主軸受有彎矩，又屬高速運轉，則主軸軸承必須采用背靠背組配。36雙列短圓柱滾子軸承 雙列圓柱滾子軸承 NN3000K（舊標準3182100)型軸承NNU4900K（舊標準4482900)型軸承。兩排直徑和長度相等的短圓柱滾子交錯排列，滾子數量為5060個，載荷均布。區別：滾道環槽的位置不同。滾道環槽開在內圈上，工藝性好，但調整間隙時易使內圈滾道畸變。滾道環槽開在外圈上，調整間隙時內圈滾道不會發生畸變，但工藝性復雜，不適于小規格的軸承。軸承的間隙調整：

18、軸向移動內圈，改變其在主軸上的位置。特點：徑向剛度和承載能力較大，旋轉精度高，徑向結構緊湊，壽命長，在主軸組件中應用廣泛。但是它不能承受軸向載荷，而需配用推力軸承。37圓錐滾子軸承 雙列圓錐滾子軸承1,4一內圈；2一外圈；3一隔套 修磨隔套3的厚度來調整間隙或預緊。外圈有軸肩，一端抵住箱體或主軸套筒的端面，另一端用法蘭壓緊，以實現軸向定位。因此，箱體孔可做成通孔，便于加工。 既可以承受徑向載荷，又可以承受雙向軸向載荷。由于滾子數量多，承載能力和剛度都高，軸承制造精度較高，適用于中低速、中等以上載荷的機床主軸的前支承。但設計選用時，應考慮給予充分的潤滑和冷卻條件38滾動軸承配置 配置形式：速度型

19、、高剛度型和剛度速度型 主軸支承的配置速度型 (a)前、后支承均采用雙聯角接觸球軸承，該配置適用于高速、高精度、中等負載的數控車床。 (b) 采用三聯或四聯角接觸球軸承，后支承用雙聯角接觸球軸承，適用于高速、高精度和較高負載要求的數控機床。39滾動軸承配置主軸支承的配置高剛度型 (a):前支承是雙列圓柱滾子軸承加雙向角接觸球軸承，能承受較大的徑向和軸向負載，后支承也采用了雙列圓柱滾子軸承。主軸部件具有很高的剛性，且溫升對剛度、精度和壽命的影響較小，適用于要求中速偏高及有強力切削要求的高剛度、較高精度的數控機床。 (b):前支承采用雙列圓錐滾子軸承，可承受高的軸向和徑向載荷，后支承采用單列圓錐滾

20、子軸承，但主軸轉速和精度的提高受到限制。適用于中、低速要求和中等精度、重載要求的數控機床。40滾動軸承配置主軸支承的配置一速度剛度型 前支承采用三聯角接觸球軸承，承受徑向和軸向載荷，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承，具有較高的剛度，適用于要求高速、高精度和較大負載的數控機床。41幾種典型的主軸軸承配置型式 速度型 角接觸球軸承具有良好的高速性能，但它的承載能力較小，因而適用于高速輕載或精密機床，如高速鏜削單元、高速CNC機床等。42速度型高速CNC車床主軸部件 43剛度型 前支承采用雙列短圓柱滾子軸承承受徑向載荷，60角接觸雙列向心推力球軸承承受軸向載荷，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承。這種軸承配置

21、的主軸部件，適用于中等轉速和切削負載較大，要求剛度高的機床。如數控車床主軸、鏜削主軸單元等。44剛度型CNC型車床主軸 45剛度速度型 前軸承的配置特點是：外側的兩個角接觸球軸承大口朝向主軸工作端，承受主要方向的軸向力；第三個角接觸球軸承則通過軸套與外側的兩個軸承背靠背配置，使三聯角接觸球軸承有一個較大支承跨，以提高承受顛覆力矩的剛度。 46剛度速度型47配置圓錐滾子軸承的機床主軸 結構比采用雙列短圓柱滾子軸承簡化，承載能力和剛度比角接觸球軸承高。但是，因為圓錐滾子軸承發熱大、溫升高，允許的極限轉速要低些。適用于載荷較大、轉速不太高的普通精度的機床主軸。48臥式鏜銑床主軸部件 1一齒輪 2-鏜

22、主軸 3-銑主軸 4一雙鍵 5, 6-鏜主軸套 7-前軸承 銑主軸3的前軸承采用雙列圓錐滾子軸承，可以承受雙向軸向力和徑向力，承載能力大，剛性好，結構簡單。主運動傳動齒輪1裝在銑主軸3上。銑主軸軸端可裝銑刀盤或平鏇盤，進行銑削加工或車削加工。鏜主軸可在銑主軸內軸向移動，通過雙鍵4傳動，用于孔加工。49搖臂鉆床主軸部件 1一主軸 2 一主軸套筒 3-鍵4-擋油蓋 5-螺母 6一進給齒輪 采用推力球軸承承受兩個方向軸向力的主軸部件，其軸向剛度很高，適用于承受軸向載荷大的機床主軸。 50滾動軸承精度等級的選滾動軸承精度等級的選擇擇 bbaaLaLaL11a）前軸承偏移量的影響b）后軸承偏移量的影響c

23、)前、后軸承的綜合影響 前支承的精度比后支承對主軸部件的旋轉精度影響大。因此軸承精度選取時，前軸承的精度要選得高一點，一般比后軸承精度高一級。 51思考題左圖中：左圖中：1、a)、b)所示情形下，前后軸所示情形下，前后軸承偏移引起主軸端部的偏移總量承偏移引起主軸端部的偏移總量是多少？是多少？2、c)中的中的2是多少是多少？52滾動軸承精度等級的選擇 機床主軸軸承的精度除P2, P4, P5, P6（相當于舊標準的B, C, D, E）四級外，新標準中又補充了SP和UP級。SP和UP級的旋轉精度，分別相當于P4和P2級，而內、外圈尺寸精度則分別相當于P5級和P4級。隨著機床向高速、高精度發展，目

24、前普通機床主軸軸承都趨向于取P4 (SP）級，P6（舊E級）級軸承在新設計的機床主軸部件中已很少采用。 主軸軸承精度 53主軸滾動軸承的預緊適當預緊可提高軸承的剛度和壽命。但是，過度預緊會使滾動體和滾道的變形太大，將導致軸承溫升的提高，并降低軸承壽命。角接觸球軸承的預緊 :角接觸球軸承一般必須在軸向有預加載荷條件下才能正常工作。預載荷分為輕、中、重三種，代號為A,B,C。輕預緊適用于高速主軸，中預緊適用于中、低速主軸；重預緊用于分度主軸。 54雙列短圓柱滾子軸承 用螺母軸向移動軸承內圈，因內圈孔1:12的錐孔，使內圈徑向漲大，而實現預緊； 采用過盈套替代螺母實現預緊。 過盈套的結構 55角接觸

25、球軸承的預緊a)修磨軸承內圈側面 b）修磨調整環 c)由彈簧自動預緊56主軸滑動軸承 滑動軸承因具有良好的抗振性，旋轉精度高，運動平穩等特點，應用于高速或低速的精密、高精密機床和數控機床中。 滑動軸承按產生油膜的方式，可以分為動壓軸承和靜壓軸承兩類。 滑動軸承按流體介質不同可分為液體滑動軸承和氣體滑動軸承。57動壓軸承 工作原理：當主軸旋轉時，帶動潤滑油從間隙大處向間隙小處流動，形成壓力油楔而產生油膜壓力將主軸浮起。 動壓軸承按油楔數分為單油楔和多油楔。 多油楔軸承有固定多油楔和活動多油楔兩類。 58固定多油楔滑動軸承 a)主軸組件b)軸瓦c)軸承工作原理1一軸瓦2, 5一止推環3一轉動螺母4

26、-螺母6一軸承59活動多油楔滑動軸承 a), b)軸承結構示意圖 c)軸承工作原理60液體靜壓軸承液體靜壓軸承系統由一套專用供油系統、節流器和軸承三部分組成。靜壓軸承由供油系統供給一定壓力油，輸進軸和軸承間隙中，利用油的靜壓力支承載荷，軸頸始終浮在壓力油中。軸承油膜壓強與主軸轉速無關，承載能力不隨轉速而變化。靜壓軸承與動壓軸承相比有如下優點：承載能力高；旋轉精度高；油膜有均化誤差的作用，可提高加工精度；抗振性好；運轉平穩；既能在極低轉速下工作，也能在極高轉速下工作；摩擦小，軸承壽命長。主要的缺點是需要一套專用供油設備，軸承制造工藝復雜、成本較高。61液體靜壓軸承定壓式靜壓軸承 62空氣靜壓軸承

27、 用空氣作為介質的靜壓軸承稱為氣體靜壓軸承，也稱為氣浮軸承或空氣軸承，其工作原理與液體靜壓軸承相同。由于空氣的粘度比液體小得多，摩擦小，功率損耗小，能在極高轉速或極低溫度下工作，振動、噪聲特別小，旋轉精度高，（一般0.1m以下），壽命長，基本上不需要維護，用于高速、超高速、高精度機床主軸部件中。63空氣靜壓軸承具有徑向圓柱與平面止推型軸承的主軸部件 CUPE高精度數控金剛石車床1一低膨脹材料 2-聯軸節3、5、9、10徑向軸承4驅動電動機 11、6一止推軸承7一冷卻裝置 8一熱屏蔽裝置 12一金剛石砂輪64空氣靜壓軸承采用雙半球形氣體靜壓軸承 大型超精加工車床的主軸部件。此種軸承的特點是氣體軸

28、承的兩球心連線就是機床主軸的旋轉中心線，它可以自動調心，前后軸承的同心性好，采用多孔石墨，可以保證剛性達300N /m以上，回轉誤差在0. 1m以下。 CUPE的PG1505空氣靜壓軸承 65空氣靜壓軸承前端為球形，后端為圓柱形或半球形 1一徑向軸承 2一壓縮空氣 3一軸 4-球體 5-壓縮空氣 6一球面軸承 7一球面座66l磁浮軸承主要由以下三部分組成：電磁驅動機構，傳感器，控制器及算法。磁浮軸承的結構與馬達類似，電磁鐵除了產生力矩以外，還產生使轉子懸浮的吸引力。轉子與定子的間隙一般為0.5mm2mm。主軸位置傳感器用于給控制系統提供反饋，一般情況下設置四個徑向傳感器一個軸向傳感器。控制器通

29、過對電流大小的調節而控制主軸的位置。磁浮軸承磁浮軸承6768磁浮軸承的特點 無機械磨損，理論上無速度限制；運轉時無噪聲，溫升低、能耗小；不需要潤滑，不污染環境，省掉一套潤滑系統和設備；能在超低溫和高溫下正常工作，也可用于真空、蒸汽腐蝕性環境中。裝有磁浮軸承的主軸可以適應控制，通過監測定子線圈的電流，靈敏地控制切削力，通過檢測切削力微小變化控制機械運動，以提高加工質量。因此磁浮軸承特別適用于高速、超高速加工。國外已有高速銑削磁力軸承主軸頭和超高速磨削主軸頭，并已標準化。69磁浮軸承高速主軸 主軸組件設計主軸組件設計 3.1主軸組件的基本要求主軸組件的基本要求 3.2主軸軸承的選擇與配置主軸軸承的

30、選擇與配置 3.3主軸主軸 3.4主軸組件的計算主軸組件的計算 3.5提高主軸組件性能的措施提高主軸組件性能的措施 3.1主軸組件的基本要求主軸組件的基本要求 旋轉精度旋轉精度 靜剛度靜剛度 抗振性抗振性 熱變形熱變形 耐磨性耐磨性 1旋轉精度旋轉精度 主軸作旋轉運動時線速度為零的點的連線稱為主軸的旋轉中心線。 在理想狀態下，該線即為主軸的幾何中心線，其位置是不隨時間而變化的。 由于制造和裝配等誤差的影響，主軸旋轉時，該線的空間位置每時每刻都在發生著變化。瞬時旋轉中心線相對于理想旋轉中心線在空間位置上的偏差，即主軸旋轉時的瞬時誤差（旋轉誤差），其范圍就為主軸的旋轉精度， 1旋轉精度旋轉精度 主

31、軸組件的旋轉精度是指專機在空載低速轉動時，在主軸前端定位面上測得的徑向圓跳動、端面圓跳動和軸向竄動值的大小。 主軸組件的旋轉精度是在靜態無載條件下測出的。如果在工作條件下，則旋轉精度就會有所不同，這種精度稱為運動精度，是動態的旋轉精度。 主軸組件的旋轉精度主軸組件的旋轉精度 軸承精度和間隙 與軸承相配合零件（箱體、主軸本身）的精度 軸承安裝、調整 主軸轉速 軸承組合設計 軸承的性能 2.靜剛度靜剛度 靜剛度簡稱為剛度。 主軸組件的剛度是指在外加載荷作用下抵抗變形的能力。 指在主軸工作端部作用一個靜態力F（或扭矩M）時，F與主軸在F作用方向上所產生的變形y之比 徑向剛度 、軸向剛度 、扭轉剛度

32、對于大多數專機來說，主軸的徑向剛度是主要的。 影響主軸組件剛度的主要因影響主軸組件剛度的主要因素素 主軸的結構型式及尺寸 軸承的類型、配置及預緊 傳動件的布置方式 主軸組件的制造與裝配質量 3 3抗振性抗振性 主軸組件的抗振性是指機器工作時主軸組件抵抗振動、保持主軸平穩運轉的能力。 主軸組件的振動會影響工件的表面質量、刀具的耐用度和主軸軸承的壽命，還會產生噪聲而影響工作環境。 4 4熱變形熱變形 主軸組件的熱變形是指機器工作時，因各相對運動處的摩擦和攪油等耗損而發熱造成的溫差，使主軸組件在形狀和位置上產生的畸變。 熱變形可在主軸組件運轉一段時間后因發熱而造成的各部分位置變化來度量，也可以用溫升

33、近似地表示。 主軸組件的熱變形會使主軸伸長，使軸承的間隙發生變化，軸心位置偏移等；潤滑油溫度升高后，使黏度下降，從而降低軸承的承載能力。 影響主軸組件溫升和熱變形的主要因影響主軸組件溫升和熱變形的主要因素素 軸承的類型、配置方式和預緊力的大小 潤滑方式 散熱條件 一般規定，使用滑動軸承時，主軸軸承溫度不得超過60，對于高精度機床不得超過室溫10。滾動軸承的允許溫度可參閱表31(在室溫為20的條件下）。 5耐磨性耐磨性 主軸組件的耐磨性是指長期地保持其原始制造精度的能力，即精度的保持性。 主軸組件的各滑動表面（包括主軸端部定位面、錐孔與滑動軸承配合的軸頸表面，軸向移動的主軸組件的導向表面等）都必

34、須具有很高的硬度，以保持其耐磨性。 滑動和滾動軸承的磨損不僅使主軸組件喪失了原有的運轉精度，而且將降低剛度和抗振性，因此必須保證這些部分的耐磨性和具有調整的可能性。 影響耐磨性的主要因素影響耐磨性的主要因素 主軸、軸承的材料與熱處理 軸承（或襯套）類型 潤滑方式 3.2主軸軸承的選擇與配主軸軸承的選擇與配置置 3.2.13.2.1主軸滾動軸承的類型主軸滾動軸承的類型 3.2.23.2.2主軸滾動軸承的配置型式主軸滾動軸承的配置型式 3.2.33.2.3滾動軸承的剛度確定滾動軸承的剛度確定 3.2.43.2.4滾動軸承間隙的調整和預緊滾動軸承間隙的調整和預緊 3.2.13.2.1主軸滾動軸承的類

35、型主軸滾動軸承的類型 1雙列圓柱滾子軸承雙列圓柱滾子軸承 2.雙向推力角接觸球軸承雙向推力角接觸球軸承 3.雙列圓錐滾子軸承雙列圓錐滾子軸承 4.加梅（加梅（Gamet）軸承）軸承 3.2.23.2.2主軸滾動軸承的配置型式主軸滾動軸承的配置型式 3.2.23.2.2主軸滾動軸承的配置型主軸滾動軸承的配置型式式v載荷較大3.2.23.2.2主軸滾動軸承的配置型主軸滾動軸承的配置型式式v載荷中等 3.2.23.2.2主軸滾動軸承的配置型主軸滾動軸承的配置型式式v載荷較小 3.2.33.2.3滾動軸承的剛度確定滾動軸承的剛度確定 3.2.43.2.4滾動軸承間隙的調整和滾動軸承間隙的調整和預緊預緊

36、 滾動軸承具有合適的間隙或過盈量，不僅能提高主軸組件的工作性能，而且還可以保證軸承有較長的壽命。因此，主軸組件中應設有間隙調整機構，以保證主軸軸承保持合理的間隙或過盈量。 主軸軸承在裝配時要進行預緊、調整間隙，在使用時會出現間隙或過盈量的變化，還應該進行重新調整。因此，采用間隙調整的方法來保持各類軸承合理的間隙或過盈是十分必要的，并必須力求調整方便、可靠。 常見的滾動軸承間隙調整的結常見的滾動軸承間隙調整的結構：構： 1.對于帶錐孔的雙列圓柱滾子軸承（NN3000K ) 它是移動軸承內圈使其錐孔與軸頸外錐面作相對移動，從而使內圈產生徑向彈性變形來調整軸承的間隙或過盈量。 2.對于角接觸軸承 它

37、是通過使其內、外圈產生相對位移來實現間隙調整的。 3.33.3主軸主軸 3.3.1主軸的結構主軸的結構 3.3.2主軸的材料和熱處理主軸的材料和熱處理 3.3.3主軸的技術要求主軸的技術要求 3.3.13.3.1主軸的結構主軸的結構 在一般情況下，軸的設計取決于剛度，而不是其機械強度。因此，主軸的構造和形狀主要取決于軸上所安裝的傳動件和軸承等零件的類型、數量、位置和安裝方法等。同時，還應考慮主軸的加工和裝配的工藝性。為了便于裝配，常把主軸做成階梯形。 主軸端部的形狀與尺寸，必須相配于工作機構。對于通用機床主軸端部的形狀和尺寸已標準化，可參見“金屬切削機床設計手冊”得出。 3.3.23.3.2主

38、軸的材料和熱處理主軸的材料和熱處理 沒有特殊要求時應優先選用價格便宜的優質結構鋼，如45鋼或60鋼，調質到220一250 HB。在端部錐孔、定心軸頸或定心錐面等部位，采用高頻淬火至5055 HRC。裝滾動軸承處的軸頸可不淬硬。裝滑動軸承的軸頸處需高頻淬硬，以保證其耐磨性。 中等精度、轉速 40Cr等合金結構鋼，調質、淬火 高精度軸 軸承鋼GCr15、彈簧鋼65Mn，調質、淬火 高轉速、重載 20CrMnTi、20Cr，38CrMoAlA 滲碳淬火或氮化 3.3.33.3.3主軸的技術要求主軸的技術要求 主軸的精度直接影響到主軸組件的旋轉精度。主軸和軸承、齒輪等零件相連接處的表面幾何形狀誤差和表

39、面粗糙度關系到接觸精度。因此，主軸的技術要求，應根據專機精度標準有關的項目制定。 具體的技術要求可參閱有關的主軸組件而確定。 3.43.4主軸組件的計算主軸組件的計算 3.4.1主軸組件計算時支承的簡化主軸組件計算時支承的簡化 3.4.2主軸結構參數的確定主軸結構參數的確定 3.4.3傳動件的布置傳動件的布置 3.4.4主軸組件的兩支承的最佳跨距的計主軸組件的兩支承的最佳跨距的計算算 3.4.5主軸組件采用三支承的跨距的確定主軸組件采用三支承的跨距的確定 3.4.6主軸組件的剛度校核主軸組件的剛度校核 3.4.13.4.1主軸組件計算時支承的簡化主軸組件計算時支承的簡化 深溝球軸承、單列或雙列

40、圓柱滾子軸承，簡化后的支承點在軸承中部。 圓錐滾子軸承或角接觸球軸承，則支承點在接觸線與軸線交點處，如圖3.9b,c。因此，這類軸承應使大口朝外，以使主軸前端的懸伸量減少。 3.4.13.4.1主軸組件計算時支承的簡化主軸組件計算時支承的簡化 如一支承上安裝兩個軸承時，對于角接觸軸承采用反裝法可以提高其支承剛度，而支承點應在前端軸承的接觸線與軸線交點處，如圖3.9d所示。 對于接觸角為0的向心軸承，則支承點在前端一個軸承中部，如圖3.9e所示。其理由為預緊發生在前面一列滾子（或滾珠）與后軸承之間。 3.4.13.4.1主軸組件計算時支承的簡化主軸組件計算時支承的簡化 如三聯角接觸球軸承，前兩軸

41、承為同向組合，接觸線朝前（大口朝外），后軸承與之背靠背（反裝），則支承點應在前面第一個軸承的接觸線與軸線交點處，如圖3.9f所示。數控車床主軸的前支承常采用三聯軸承組合安裝。3.4.23.4.2主軸結構參數的確定主軸結構參數的確定 主軸結構參數主要包括 主軸前后支承軸頸D1 , D2 、 主軸內孔直徑d(指空心主軸）、 前端的懸伸量a 主軸的支承跨距L 1主軸直徑的確定主軸直徑的確定 根據材料力學可知，主軸的剛度與其慣性矩成正比，而慣性矩與軸的直徑的4次方成正比。主軸直徑越大，剛度值越大，但直徑越大后，會使材料增加，重量增大，使主軸上的傳動件和軸承以及主軸箱尺寸增大；而且由于軸承線速度提高，增

42、加了軸承的發熱量。因此，主軸直徑D1或D2應在合理范圍內盡量選大些，以滿足剛度的要求，并兼顧結構緊湊。 為便于安裝傳動件及支承件，主軸通常為階梯形，各段直徑向尾端逐漸減小。各段直徑中最重要的，并對主軸結構尺寸有決定性影響的是同主軸前軸承相配合的軸頸直徑D1。 2.主軸內孔直徑主軸內孔直徑d的確定的確定 對于空心主軸，內孔直徑d的大小，應在滿足主軸的剛度前提下盡量取大值。 3.主軸前端部懸伸量的確定主軸前端部懸伸量的確定 主軸前端懸伸量a是指主軸前支承徑向支反力作用點到前端受力作用點之間的距離。 懸伸量a一般取決于主軸端部的結構型式和尺寸、主軸軸承的布置形式及密封形式。經分析可得，縮短懸伸量a可

43、以明顯地提高主軸組件的剛度和抗振性。 設計時，在滿足結構要求的前提下應盡可能取小值，以提高主軸的剛度。 3.4.33.4.3傳動件的布置傳動件的布置 主軸組件一般都由帶或齒輪來傳動。通常，主軸前端受到工作載荷（力或扭矩）的作用，而主軸中間或后端受到齒輪或帶傳動的力的作用。在這些力（或扭矩）作用下，主軸產生彎曲和扭轉變形，各支承受到壓力。在結構允許的條件下，合理地布置這些傳動件的位置和傳動力的方向，可以減少主軸的受力和變形，提高主軸組件的剛度和抗振性。同時，主軸組件的剛度還與支承跨距L有關。 1傳動件的位置傳動件的位置 帶傳動裝置多半裝在后軸承的外側，以防止膠帶沾油和便于膠帶更換。為了改善主軸的

44、受力變形情況，有時可采用卸荷式帶輪結構，這樣，傳動力對主軸只產生扭矩而不產生彎矩，消除了傳動力所引起的主軸彎曲變形。 主軸上的傳動齒輪一般安裝在各主軸支承之間。為了減少主軸的彎曲變形和扭轉變形，應盡可能縮短主軸受扭部分的長度，即將齒輪安置在靠近主軸前支承處。當主軸上的傳動齒輪有兩個時，應使傳遞扭矩大的那個齒輪更靠近前支承。 2.傳動力的位置和方向傳動力的位置和方向 先假定工作載荷F與傳動力FQ作用在同一平面內，這樣主軸端部上引起的撓度為最大，是一種最差的狀態。 主軸受力變形時，其端部的撓度和支承上受力的大小與作用在主軸上的傳動力的位置和方向有關 1）如圖3.10a所示，帶輪安裝在主軸后軸承外側

45、，FQ與F同向，不能使作用力F和傳動力FQ所引起的主軸前端變形部分地相互抵消。所以，這種布局可用于膠帶拉力較小的場合。若膠帶拉力很大，則可考慮采用卸荷式帶輪結構。 2）如圖3. 10b所示，當作用力F和傳動力FQ均作用在主軸前端，二者方向相反時，能使引起的主軸前端變形部分地抵消。此外，前支承支反力也較小，主軸受扭長度也較短，但是傳動件需要安裝在前支承外側，增加了主軸的懸伸長度，結構上也較復雜。 3）如圖3.10c,d所示，大多數機床或專用機床均采用這種布局。圖3. 10c所示的F與FQ的方向相同，能使引起的主軸前端變形抵消一部分，但前軸承的受力較大，要求前軸承有較高的承載能力和剛度。在一般設計

46、中，前軸承直徑通常大于后軸承，因而前、后軸承的壽命反而比較接近。圖310d所示的F與FQ的方向相反，則主軸前端的變形較大，而前軸承受力卻較小。3.4.43.4.4主軸組件的兩支承的最佳跨主軸組件的兩支承的最佳跨距的計算距的計算 主軸組件所承受的外力通常是作用在主軸前端的徑向力F和力偶矩M以及作用在主軸某處的傳動力FQ。這些作用力將使主軸端部發生撓度，它直接影響主軸組件的工作性能。它是由主軸本身的剛度及其主軸支承的剛度所決定。 根據力的獨立性原理，分別考慮在F, M、凡的單獨作用下求出主軸前端的撓度，然后進行向量合成，得出前端的撓度。當L=L。（主軸組件的最佳跨距）時，主軸端部的總撓度為最小（Y

47、=Ymin），即主軸組件具有最大的剛度。 3.4.53.4.5主軸組件采用三支承的跨距主軸組件采用三支承的跨距的確定的確定 大多數的主軸組件采用前后兩支承。如果前后軸承間距太大（L遠大于L。），可以加第三支承以提高剛度而成為三支承主軸組件。 三支承主軸有兩種情況：v前、后支承為主，中間支承為輔；v前、中支承為主，后支承為輔。3.4.53.4.5主軸組件采用三支承的跨距主軸組件采用三支承的跨距的確定的確定 在三支承中，“主”支承應消除間隙或預緊，“輔”支承則應保留游隙以至選用較大的游隙，且不能預緊，決不能三個軸承都預緊，否則會發生干涉。 在一般情況下，前支承必須為主支承，否則會影響到主軸前端的旋

48、轉精度。 “主”支承既可用圓柱滾子軸承，也可用圓錐滾子軸承。“輔”支承通常用深溝球軸承或圓柱滾子軸承。 3.4.53.4.5主軸組件采用三支承的跨距主軸組件采用三支承的跨距的確定的確定 當傳動力對主軸的作用點較靠近中支承時，以前、中支承為主要支承可以提高主軸組件的剛度的抗振性； 當傳動力對主軸的作用點靠近后支承時，宜以前、后支承為主要支承； 當傳動力對主軸的作用點靠近前支承時，可以前、中支承為主要支承，也可以前、后支承為主要支承 有資料推薦：當L12L0p時，可取L12=0.42L13。L12為前、中支承的跨距；L13為前、后支承的跨距；L0p為兩支承的最佳跨距。 3.4.63.4.6主軸組件

49、的剛度校核主軸組件的剛度校核 對一般設備中的主軸，主要進行剛度驗算。 通常，如果能滿足剛度要求，也就能滿足強度要求。只有對重載荷（如粗加工）的主軸才需進行強度驗算； 對于高速主軸，有時需要進行臨界轉速的驗算，以防發生共振。 3.53.5提高主軸組件性能的措施提高主軸組件性能的措施 3.5.1 3.5.1徑向圓跳動量的測定徑向圓跳動量的測定 3.5.23.5.2滾動軸承的定向誤差裝配滾動軸承的定向誤差裝配 3.5.1 3.5.1徑向圓跳動量的測定徑向圓跳動量的測定 對于深溝球軸承等：被測定軸承放在V型鐵上，如圖3.15所示。測量表頭指向軸承內孔最低點，然后轉動內圈，測出最高點并在內圈端面上用硫酸

50、銅溶液標記。 對于NN3000等軸承：測量時，應將軸承平放在平臺上，并將外圈固定，測量方法同上，找出內 圈的最高點，并在內圈端面上用硫酸銅溶液標記 對主軸內錐孔：以主軸軸頸為定位面，將主軸固定在V型鐵上，插入主軸錐孔的測量心棒，就可測出錐孔相對于軸頸的最低點，其值為中心線的偏移量。 3.5.23.5.2滾動軸承的定向誤差裝配滾動軸承的定向誤差裝配 主軸的前端必須要有定位表面（外圓柱表面或前錐孔表面）。在安裝軸承前，必須首先測出軸承內圈及定位表面的徑向圓跳動量，然后再按定向裝配法來裝配軸承，便可達到提高主軸的旋轉精度的目的。 謝謝！軸向竄動 徑向圓跳動 角度擺角 主軸旋轉誤差綜合一、數控車床主軸

51、部件的結構與調整一、數控車床主軸部件的結構與調整 （1)1)主軸部件結構主軸部件結構 CK7815型數控車床主軸部件結構如圖所示，該主軸工作轉速范圍為15-5 000 r/min。主軸9前端采用三個角接觸軸承12，通過前支承套14支套，由螺母11預緊。后端采用圓柱滾子軸承15支承徑向間隙由螺母3和螺母7調整。螺母8和螺母10分別用來鎖緊螺母7和螺母11，防止螺母7和11的回松。帶輪2直接安裝在主軸9上（不卸荷）。同步帶輪1安裝在主軸9后端支承與帶輪之間，通過同步帶和安裝在主軸脈沖發生器4軸上的另一同步帶輪相連，帶動主軸脈沖發生器4和主軸同步運動。在主軸前端，安裝有液壓卡盤或其他夾具。 CK7815型數控車床主軸部件結構圖知識拓展 角接觸球軸承角接觸球軸承可以同時承受徑向載荷徑向載荷和軸向載荷軸向載荷，也可以承受純軸向載荷純軸向載荷，其軸向載荷能力由接觸角僅（載荷作用線與軸承徑向平面之間的夾角）決定，接觸角越大接觸角越大，承受軸向載荷的能力也越大，承受軸向載荷的能力也越大。角接觸球軸承的裝球數量比深溝球軸承多，因而載荷容量在球軸承中最大，剛性也大，且可預剛性也大，且可預凋，工藝性好，公差等級是球軸承中最高凋，工藝性好，公差等級是球軸承中最高的類型之一的類型之一，尤其適用于高速、高精度高速、高精度的場合。 此類軸承適用于支承間距不大，雙支承軸上，如