第九章主轴组件

1、主轴组件主轴组件 基本要求与重点：基本要求与重点： 1 1、掌握主轴组件的定义、组成、功用及其基本要求；、掌握主轴组件的定义、组成、功用及其基本要求； 2 2、了解主轴外形的特点、内孔的用途，以及主轴的热处理、了解主轴外形的特点、内孔的用途，以及主轴的热处理 方式；掌握主轴材料的选择原则；方式；掌握主轴材料的选择原则； 3 3、掌握两支承主轴轴承配置形式适应的三个要求，以及三、掌握两支承主轴轴承配置形式适应的三个要求，以及三 支承主轴的采用条件；支承主轴的采用条件； 4 4、掌握三种主轴轴向定位方式的优缺点及适用范围；、掌握三种主轴轴向定位方式的优缺点及适用范围； 5 5、了解电主轴的基本概念

2、及结构。、了解电主轴的基本概念及结构。 本节难点：本节难点：主轴的轴向定位及其轴向力的传递。主轴的轴向定位及其轴向力的传递。 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 基基 本本 要要 求求 耐磨性耐磨性 温升与温升与 热变形热变形 抗振性抗振性 静刚度静刚度 旋转旋转 精度精度 静止或低速空载状态下，工件或静止或低速空载状态下，工件或 刀具的安装基面上的全跳动值。刀具的安装基面上的全跳动值。 在外加静载荷作用下，抵抗变形在外加静载荷作用下，抵抗变形 的能力。的能力。 抵抗受迫振动和自激振动而保持抵抗受迫振动和自激振动而保持 平稳运转的能力。平稳运转的能力。 因各相对运动处的摩擦和搅油而因各相对运动

3、处的摩擦和搅油而 发热，产生温升。温升使其形状发热，产生温升。温升使其形状 和位置发生变化热变形。和位置发生变化热变形。 长期保持其原始制造精度的能力。长期保持其原始制造精度的能力。 主轴组件主轴组件 1 1旋转精度旋转精度 (1)(1)主轴旋转精度和敏感方向主轴旋转精度和敏感方向 瞬时旋转中心线对理想旋转中心线的位置偏离，瞬时旋转中心线对理想旋转中心线的位置偏离， 就是旋转主轴的瞬时误差，又叫就是旋转主轴的瞬时误差，又叫“旋转误差旋转误差”，其，其 范围就是主轴的范围就是主轴的“旋转精度旋转精度”。 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 (2)(2)刚度对主轴组件刚度对主轴组

4、件工作质量工作质量的影响的影响 a.a.加工精度方面加工精度方面 b.b.传动质量方面传动质量方面 c.c.工作平稳性方面工作平稳性方面 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 一、两支承主轴轴承的配置形式一、两支承主轴轴承的配置形式 适应刚度和承载能力要求适应刚度和承载能力要求 按刚度和承载能力按刚度和承载能力 适应转速要求适应转速要求 按允许最高转速按允许最高转速 圆柱、圆锥轴承球轴承圆柱、圆锥轴承球轴承 双列轴承单列轴承双列轴承单列轴承 多个轴承单个轴承多个轴承单个轴承 球轴承圆柱轴承球轴承圆柱轴承 圆柱轴承圆锥轴承圆柱轴承圆锥轴承 小轴承大轴承小轴承大轴承 精密轴承一般轴

5、承精密轴承一般轴承 适应精度要求适应精度要求：主轴轴向定位方式直接影响主轴组件主轴轴向定位方式直接影响主轴组件 的轴向位置精度。的轴向位置精度。 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 主主 轴轴 轴轴 向向 定定 位位 前端定位：前端定位：前支承结构复杂，前支承结构复杂， 受力大，温升高，热膨胀后受力大，温升高，热膨胀后 向后伸长，对主轴前端位置向后伸长，对主轴前端位置 影响较小。用于轴向精度和影响较小。用于轴向精度和 刚度要求较高的机床。刚度要求较高的机床。 后端定位：后端定位：结构简单，热膨结构简单，热膨 胀后向前伸长，影响主轴组胀后向前伸长，影响主轴组 件的轴向精度。多用于普通件的轴向精度

6、。多用于普通 精度级的机床。精度级的机床。 两端定位：两端定位：构造简单，但热构造简单，但热 膨胀后将产生轴向松动（弯膨胀后将产生轴向松动（弯 曲），常用于较短的主轴或曲），常用于较短的主轴或 轴向间隙不影响正常工作的轴向间隙不影响正常工作的 机床机床 。 主轴组件主轴组件 采用条件采用条件: 由于结构设计的原因，导致主轴箱长度较长，由于结构设计的原因，导致主轴箱长度较长， 应增加一个支承来提高主轴组件的刚度和抗振性。应增加一个支承来提高主轴组件的刚度和抗振性。 以前、中支承为主要支承的约占以前、中支承为主要支承的约占80%80%； 以前、后支承为主要支承的约占以前、后支承为主要支承的约占20

7、%20%。 主轴组件主轴组件 1 1双列圆柱滚子轴承主轴组件双列圆柱滚子轴承主轴组件 优点优点: :结构简单结构简单, ,刚度较高刚度较高, ,转速较高。转速较高。 缺点：缺点：轴承数量多，发热量大，支承温度高，轴承数量多，发热量大，支承温度高， 使主轴轴线上抬。使主轴轴线上抬。 主轴组件主轴组件 主支承主支承 辅助支承辅助支承 主轴组件主轴组件 特点：特点：径向刚度和轴向刚度高，极限转速较高。径向刚度和轴向刚度高，极限转速较高。 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 摇摇 臂臂 钻钻 床床 的的 主主 轴轴 组组 件件 特点特点：承受轴向：承受轴向 载荷较大，径向载荷较大，径向 载荷不大，旋转

8、载荷不大，旋转 精度不高。精度不高。 主轴组件主轴组件 特点：特点：径向刚度较高，径向尺寸小。径向刚度较高，径向尺寸小。 主轴组件主轴组件 2 2传动件的轴向位置传动件的轴向位置 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 主轴的结构和形状主要取决于主轴所安装的主轴的结构和形状主要取决于主轴所安装的刀具刀具、夹具夹具、 传动件传动件、轴承及密封装置轴承及密封装置等的类型、数目、位置和安装方法，等的类型、数目、位置和安装方法， 同时还要考虑主轴的加工和装配工艺性。同时还要考虑主轴的加工和装配工艺性。 主轴的外形为阶梯轴主轴的外形为阶梯轴 内孔：用于通过棒料、拉杆和取出顶尖。内孔：用于通过棒料、拉杆和取出

9、顶尖。 保证足够的刚度和强度保证足够的刚度和强度 便于轴上零件的装卸便于轴上零件的装卸 得到足够多的止推面得到足够多的止推面 主轴组件主轴组件 几种常见的主轴端部的结构形式：几种常见的主轴端部的结构形式： 主轴组件主轴组件 主轴材料主要根据刚度、载荷特点、耐磨性和热处理主轴材料主要根据刚度、载荷特点、耐磨性和热处理 变形大小等因素选择。变形大小等因素选择。 原因：原因：当几何形状与尺寸已定，刚度主要决定于材料的弹性模量；当几何形状与尺寸已定，刚度主要决定于材料的弹性模量； v钢的弹性模量与钢的种类、热处理方式无关钢的弹性模量与钢的种类、热处理方式无关 。 选用合金钢的条件选用合金钢的条件 载荷

10、特别大或有冲击载荷时；载荷特别大或有冲击载荷时； 精密机床主轴要求热处理变形小时；精密机床主轴要求热处理变形小时； 轴向移动的主轴要求保证其耐磨性时。轴向移动的主轴要求保证其耐磨性时。 常用的热处理方式常用的热处理方式 高频淬火；高频淬火； 火焰淬火（火焰淬火（350400）；）； 渗碳淬火回火（低碳钢）。渗碳淬火回火（低碳钢）。 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 1 1设计要求设计要求 首先满足主轴旋转精度所必须的技术要求，首先满足主轴旋转精度所必须的技术要求， 在此基础上，再考虑制订为其他性能所需的要求。在此基础上，再考虑制订为其他性能所需的要求。 2 2工艺要求工艺要求 即考虑到制造的

11、可能性和经济性，并尽量做即考虑到制造的可能性和经济性，并尽量做 到工艺基准与设计基准统一。到工艺基准与设计基准统一。 3 3检测要求检测要求 应考虑采用简便、准确而又可靠的测量手应考虑采用简便、准确而又可靠的测量手 段和计算方法对工件进行检测。段和计算方法对工件进行检测。 4 4图面质量的要求图面质量的要求 主轴组件主轴组件 基本要求：基本要求： 旋转精度、刚度高，承载能力大；旋转精度、刚度高，承载能力大； 温升小、噪声低；温升小、噪声低； 速度性能好，抗振性好，寿命长；速度性能好，抗振性好，寿命长； 结构紧凑，调整和维修方便。结构紧凑，调整和维修方便。 主轴组件主轴组件 滚动轴承的优点：滚动

12、轴承的优点： F 能适应很大的变速范围，并能满足主轴组件旋转精能适应很大的变速范围，并能满足主轴组件旋转精 度、刚度和工作温度的要求；度、刚度和工作温度的要求； F 滚动轴承由专业工厂生产，质量稳定，成本低，经滚动轴承由专业工厂生产，质量稳定，成本低，经 济性好；济性好； F 容易润滑。容易润滑。 缺点：缺点： F 滚动体数目有限，工作时刚度发生变化，易产生振滚动体数目有限，工作时刚度发生变化，易产生振 动和噪声；动和噪声； F 滚动轴承摩擦力大，阻尼比小；滚动轴承摩擦力大，阻尼比小； F 径向尺寸较大。径向尺寸较大。 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 特点：特点： 既能承受径向载既能承受径

13、向载 荷，又能承受轴荷，又能承受轴 向载荷，转速较向载荷，转速较 高，内外圈轴向高，内外圈轴向 移动可调整间隙，移动可调整间隙， 实现预紧。实现预紧。 主轴组件主轴组件 2 2双列圆柱滚子轴承双列圆柱滚子轴承 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 特点特点: : 主轴组件主轴组件 1.1.滚动轴承的预紧滚动轴承的预紧 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 第五节第五节 主轴滑动轴承主轴滑动轴承 一、液体动压轴承一、液体动压轴承 1 1短三瓦滑动轴承短三瓦滑动轴承 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 主轴组件主

14、轴组件 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 (1) (1) 固定节流器固定节流器 有有毛细管节流器毛细管节流器和和小孔节流器小孔节流器两种。两种。 主轴组件主轴组件 Grs PPP 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 DD)15. 11 . 1 ( 1 DD)9 . 085. 0( 2 12 )8 . 07 . 0(DD 主轴组件主轴组件 44 4 44 00 1)(1 64/ 64/ )( D d D dD I I K K 6 . 055. 0 D d 65. 06 . 0 D d 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 21 yyy 主轴组

15、件主轴组件 sb yyy 1 主轴组件主轴组件 )1 ( 333 323 a L EI Fa EI LFa EI Fa yb )1 ( 2 L a EA Fa EAL Fa EA Fa ys 64 )( 44 dD I 64 4 D I 4 )( 22 dD A 4 2 D A aL D y y b s 2 54. 0 主轴组件主轴组件 (3)y(3)y2 2的计算的计算 2 2 2 1 2 )()1 ( L a k F L a k F y )1 ( L a FRA 1 k RA a )()1 ( 2 L a L a y BA 2 k RB B )( L a FRB 主轴组件主轴组件 2 2

16、2 1 3 )( 1 )1 ( 1 )1 ( 3L a kL a ka L EI a F y 2 2 2 1 3 )( 1 )1 ( 1 )1 ()1 ( 3L a kL a kL a EA a a L EI a F y )1 ( 66 2 1 1 0 1 3 0 k k k EI L ak EI L 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 2 21 )1)(1 ( 6 )( L ab k Q L a L b k Q EIL acLQbc yQ 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 主轴组件主轴组件 1.1.应根据机床的精度等级来选择相应精度等应根据机床的精度等级来选择相应精度等 级的轴承。级的轴承。 2.2.与轴承相配的主轴轴颈和支承座孔应具有与轴承相配的主轴轴颈和支承座孔应具有 必要的制造精度和表面质量。必要的制造精度和表面质量。 3.3.如果能合理地选配安装，就可提高主轴的如果能合理地选配