典型部件设计教学课件.pptx

1、第三章第三章 典型部件设计典型部件设计223344556677889910功能功能101111121213 基基 本本 要要 求求 旋转精度旋转精度 刚度刚度 抗振性抗振性 温升和热变性温升和热变性 精度保持性精度保持性耐磨性耐磨性1314 当主轴以工作转速旋转时，与低速当主轴以工作转速旋转时，与低速相比，其旋转精度是不同的，对于精相比，其旋转精度是不同的，对于精密和高精密机床是不能忽略的。此时密和高精密机床是不能忽略的。此时，还应测定机床在工作转速时的旋转，还应测定机床在工作转速时的旋转精度，称为精度，称为运动精度。运动精度。旋转精度旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔的制取决于主轴、轴承、箱体

2、孔的制造、装配和调整精度。造、装配和调整精度。运动精度运动精度还取决于主轴还取决于主轴转速、轴承的设计和性能以及主轴部件的动态转速、轴承的设计和性能以及主轴部件的动态性能。性能。14151516刚度刚度 常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向施加的作用力表示。在位移方向施加的作用力表示。当主轴外伸端受径向当主轴外伸端受径向作用力作用力F,受力方向上弹受力方向上弹性位移为性位移为时，则刚度时，则刚度K为：为：/FKNm16172 2）动动刚度刚度 主轴部件在交变载荷作用下，抵抗变形的能力，主轴部件在交变载荷作用下，抵抗变形的能力，表示为：表示为：K

3、d=Fd/d。主轴部件的刚度受主轴部件的刚度受主轴主轴的尺寸和形状，的尺寸和形状，滚动轴承滚动轴承的类型、的类型、数量、预紧和配置方式、数量、预紧和配置方式、传动件传动件的布置方式、的布置方式、主轴部件主轴部件的制造的制造精度和装配质量等影响。精度和装配质量等影响。主轴部件的刚度不足，直接影响加工精度和机床性能。主轴部件的刚度不足，直接影响加工精度和机床性能。171818191920 理论分析和试验结果表明，影响主轴部件抗振性的主要因素是理论分析和试验结果表明，影响主轴部件抗振性的主要因素是主轴部件的静刚度主轴部件的静刚度、阻尼特性阻尼特性和和固有频率固有频率等。刚度和阻尼比越大等。刚度和阻尼

4、比越大越不容易产生振动。越不容易产生振动。振动直接影响工件的表面加工质量和刀具使用寿命，并产生噪声。振动直接影响工件的表面加工质量和刀具使用寿命，并产生噪声。2021影响主轴部件温升、热变形的主要因素是轴承的类型和影响主轴部件温升、热变形的主要因素是轴承的类型和布置方式；轴承预紧力大小；润滑方式和散热条件等。布置方式；轴承预紧力大小；润滑方式和散热条件等。2122222323242425齿轮传动、带传动、同步齿形带传动、电动机直驱传动齿轮传动、带传动、同步齿形带传动、电动机直驱传动2 2带传动带传动 靠摩擦力传动、结构简单、制造容易、成本低，特别适用于中心距靠摩擦力传动、结构简单、制造容易、成

5、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。过载中会打滑，能起到过载保护作用。速传动。过载中会打滑，能起到过载保护作用。缺点：传动比不够准确。缺点：传动比不够准确。2526q 不需要润滑，不需要润滑，耐水耐腐蚀，耐水耐腐蚀，能在高温下工能在高温下工作，维护保养作，维护保养方便；传动比方便；传动比大，可达大，可达1 1：1010以上。以上。q 缺点是制造工缺点是制造工艺复杂，安装艺复杂，安装条件要求高。条件要求高。3 3同步齿形带同步齿形带2627广泛地用广泛地用于精密机于精密机床、高速床、

6、高速加工中心加工中心和数控车和数控车床中。床中。2728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。28292930q 轴承是主轴部件中最重要的组件。轴承的轴承是主轴部件中最重要的组件。轴承的类型、配置、类型、配置、精度、安装、调整和润滑精度、安装、调整和润滑等都直接影响主轴部件的工作等都直接影响主轴部件的工作性能。性能。q 对主轴轴承的要求是旋转精度高、刚度高、承载能力强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

7、低、抗、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。振性好、使用寿命长、制造简单、使用维护方便等。q 主轴轴承分为主轴轴承分为滚动轴承和滑动轴承滚动轴承和滑动轴承，在使用中，应根据，在使用中，应根据主轴部件的工作性能要求、制造条件和经济效益中和考主轴部件的工作性能要求、制造条件和经济效益中和考虑，合理选用。虑，合理选用。3031一一.常用滚动轴承类型常用滚动轴承类型（1）角接触球轴承：接触角）角接触球轴承：接触角接触角接触角 =0，深沟球轴承，深沟球轴承接触角接触角 045，角接触球轴承，角接触球轴承接触角接触角 452.58182（4 4）主轴

8、跨距）主轴跨距 L 的确定的确定受力后，轴端弹性变形受力后，轴端弹性变形y=y1+y2支承为刚体，主轴支承为刚体，主轴 弹性变形弹性变形y1支承为弹性变形，支承为弹性变形，主轴刚体主轴刚体y2 各当主轴部件的各当主轴部件的D，a，前后，前后支承刚度一定时，必存在一个支承刚度一定时，必存在一个能使主轴轴端挠度能使主轴轴端挠度y=ymin的跨的跨距距L0最佳跨距最佳跨距。8283（3 3）主轴前端悬伸量）主轴前端悬伸量 L 的确定的确定1)L合理合理(45)D12)L合理合理(35)a，用于悬伸长度较小时，如车床、铣床等。用于悬伸长度较小时，如车床、铣床等。3)L合理合理(12)a，用于悬伸长度较

9、大时，如镗床、内圆磨床等。用于悬伸长度较大时，如镗床、内圆磨床等。8384 对于三支承：对于三支承：“主主”支承应消除间隙或预紧，支承应消除间隙或预紧，“辅辅”助支承应保助支承应保留一定的径向间隙或选用较大游隙的轴承。留一定的径向间隙或选用较大游隙的轴承。避免发生干涉，恶化主轴的工作性能，使空载功率大幅度上升。避免发生干涉，恶化主轴的工作性能，使空载功率大幅度上升。5 5 主轴部件结构设计主轴部件结构设计8485两个方向的推力轴承都布置两个方向的推力轴承都布置在前支承外。在前支承外。在前支承处轴承较多，发热在前支承处轴承较多，发热大，温升高；但主轴受热后大，温升高；但主轴受热后向后伸长，不影响

10、轴向精度向后伸长，不影响轴向精度，精度高，对提高主轴部件，精度高，对提高主轴部件刚度有利。刚度有利。用于轴向精度和刚度要求较用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床高的高精度机床或数控机床。两个方向的推力轴承配置在两个方向的推力轴承配置在前支承的后侧。前支承的后侧。这类配置方案可减少主轴的这类配置方案可减少主轴的悬伸量，并使主轴的热膨胀悬伸量，并使主轴的热膨胀向后；但前支承结构较复杂向后；但前支承结构较复杂，温升也可能较高。，温升也可能较高。两个方向的推力轴承都布置两个方向的推力轴承都布置在后支承处。在后支承处。前支承处轴承较少，发热小前支承处轴承较少，发热小，温升低；但是主轴受热后，

11、温升低；但是主轴受热后向前伸长，影响轴向精度。向前伸长，影响轴向精度。用于轴向精度要求不高的普用于轴向精度要求不高的普通精度机床，如立铣、多刀通精度机床，如立铣、多刀车床等。车床等。两个方向的推力轴承分别布两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支承处。置在前后两个支承处。主轴受热伸长后，影响主轴主轴受热伸长后，影响主轴轴承的轴向间隙。为避免松轴承的轴向间隙。为避免松动，可用弹簧消除间隙和补动，可用弹簧消除间隙和补偿热膨胀。偿热膨胀。常用于短主轴，如组合机床常用于短主轴，如组合机床主轴。主轴。5 5 主轴部件结构设计主轴部件结构设计后端配置后端配置前端配置前端配置中间配置中间配置 两端配置两端配置

12、8586传动件放在两个支承中间靠传动件放在两个支承中间靠近前支承处，受力情况较好近前支承处，受力情况较好，用得最为普遍；，用得最为普遍；传动件放在主轴前悬伸端，传动件放在主轴前悬伸端，主要用于具有大转盘的机床，主要用于具有大转盘的机床，如立式车床、镗床等，传动齿如立式车床、镗床等，传动齿轮直接安装在转盘上。轮直接安装在转盘上。传动件放在主轴的后悬伸端传动件放在主轴的后悬伸端，较多地用于带传动，为了，较多地用于带传动，为了更换传动带方便，如磨床。更换传动带方便，如磨床。驱动主轴的传动轴位置驱动主轴的传动轴位置的合理布置的合理布置应尽可能将该驱动轴布应尽可能将该驱动轴布置在合适的位置，使驱动置在合

13、适的位置，使驱动力引起的主轴变形可抵消力引起的主轴变形可抵消一部分因切削力引起的主一部分因切削力引起的主轴轴端精度敏感方向上的轴轴端精度敏感方向上的位移。位移。5 5 主轴部件结构设计主轴部件结构设计86871 1 提高主轴部件的旋转精度提高主轴部件的旋转精度（1 1）选配法）选配法 A和和B分别为主轴前后支承的径分别为主轴前后支承的径向跳动向跳动 显然，装配时，应使前后轴承的显然，装配时，应使前后轴承的最大径向跳动位于同一轴向平面内最大径向跳动位于同一轴向平面内，而且在轴线的同一侧，可以减，而且在轴线的同一侧，可以减小主轴前端的径向跳动小主轴前端的径向跳动（2 2）装配后精加工）装配后精加工87882 2 提高主轴部件的刚度提高主轴部件的刚度 在提高支承刚度时，除选用高在提高支承刚度时，除选用高刚度的轴承，减少轴承内孔与轴刚度的轴承，减少轴承内孔与轴颈以及轴承外圈与支承座孔的接颈以及轴承外圈与支承座孔的接触变形外，还应考虑支承座孔对触变形外，还应考虑支承座孔对主轴刚度的影响。主轴刚度的影响。88893 3 提高主轴部件的抗振性提高主轴部件的抗振性4 4 控制主轴部件的温升和热变形控制主轴部件的温升和热变形89