主轴跳动偏差互补偿法

1、主轴跳动矢量模为e3, e3因素为：假设前后轴承的跳动相同，在或者中要求e3相同也就是主轴端面跳动量相同 主轴锥孔轴心线对主轴颈轴心同轴度误差，其矢量模为es前轴承内环孔相对于与它的滚道同轴度误差，其e2矢量模为e2后轴承内环孔相对对于它的滚道同轴度误差，其e1矢量模为e1它们相对于主轴径向跳动的影响： 只存在矢量e2情况下，主轴中心线SS的位置产生变动，产生径跳e3，矢量e3其模为：e3 =( l1+l2 )/ l1·e2=A1·e2A1为误差传递比。只存在矢量e1情况下，矢量e3其模为：e3 = (l2 / l1)·e1=A2·e1A2> A1

2、,并由假设条件前轴承径跳的影响大于后轴承。 可以引申理解为一般情况下后轴承精度比前轴承底12级。es放大了几倍便于观看。矢量e1，e2 同时存在同一平面，但方向相反，此时造成径跳矢量e3。若矢量e3与es方向相同，则在300右侧的合成径跳矢量eoc= e3+es,若相反矢量eoc= e3-es 。矢量e1 ，e2 同时存在同一平面，但方向相同，此时造成径跳矢量e3。若矢量e3与es方向相同，则在300右侧的合成矢量eoc= e3+es,若相反矢量eoc= e3-es 。结论：前后轴承内环的最大径向圆跳动矢量e1和 e2，在主轴中心线的同一侧，且在主轴锥孔最大径向圆跳动的相反方向（与中矢量es方

3、向相反）。同理轴承外环应按上述方法定向装配。对于箱体部件，由于测量轴承孔花费时间较长，可将前后轴承外圈的径向跳动点在箱体内装成一条线即可。上述方法为偏差互补偿法，其前提条件：轴承应具备的条件是径向的跳动的最大偏差具有正弦曲线性质。正弦曲线性质：每转一圈的径向跳动偏差，须与前转发生的偏差处符合。周成配对方式：背对背DB：负荷作用中心在轴承中心线之外，支撑跨距大，悬臂长度小，刚性大，受热伸长游隙增加，不宜卡死。在有力矩负荷作用下刚性增加。面对面DF: 负荷作用中心在轴承中心线之内，支撑跨距小，结构简单，装拆方便，轴受拉伸易卡死。支撑短，注意间隙调整。设计I/D=23倍的比例为优I:最后段的轴承列于

4、最前端的轴承列之间的距离D:前轴承的孔径目录1 摘要12 绪论32.1 数控机床技术发展概况32.2 课题背景42.3 论文的主要内容53 数控机床主轴组件设计63.1 对主轴组件的基本要求6 旋转精度6 静刚度6 抗振性6 温升和热变形7 耐磨性73.2 国内外同类机床资料统计73.3 主轴材料的选用73.4 主轴的强度校核8 按扭转强度计算8 按弯扭合成强度计算103.5 主轴的结构设计11 承间的跨距L11 主轴传动件的布置13 主轴参数的确定143.6 主轴强度的精确校核15 疲劳强度安全系数校核15 静强度安全系数校核163.7 主轴刚度的校核17 对影响主轴刚度因素做定性分析18

5、主轴的扭转刚度校核18 主轴的弯曲刚度校核19 轴的临界转速校核214 轴承设计224.1 轴承类型的选择224.2 轴承刚度的定性分析244.3 轴承额定载荷的校核计算24 当量动载荷P的计算24 基本额定动载荷计算26 滚动轴承的摩擦计算27 润滑与密封28 主轴滚动轴承的润滑28 密封29数控铣床主轴组件设计1 摘要自八十年代以来，随着国内外铣床新产品不断涌现，传统机械、手动机床结构的普通铣床日趋减少，代之以机电一体化的数控铣床和加工中心。北京第三机床厂是以生产加工中心、数控珩磨机床、装配生产线为主的机床制造企业。数控铣床XK7640 是该厂以低成本、低价格打入市场的拳头产品，是为适应模

6、具加工行业的各种中小型复杂零件的加工而确立的项目。数控铣床XK7640既可以进行铣削加工，也可以钻削加工，适用于机械、汽车、轻工、电子、纺织、模具加工等行业的各种中小型复杂零件的加工。本课题的设计对象就是对其最关键的部件主轴部件的设计。数控铣床XK7640采用三菱生产的主轴电机，主传动系统采用同步齿形带与主轴相联的结构，主轴的前支承采用两对高精度的成对安装角接触球轴承，后支承采用一对高精度的成对安装角接触球轴承，主轴前端是7:24BT40锥孔，用以安装刀柄。刀具采用碟簧夹紧,气动松刀实现刀具的松夹。通过对国内外大量技术资料的统计和机床厂现有产品家族的类比，对其主轴结构进行了设计。在设计过程中，

7、从理论上分析并且校核主轴组件的参数，并且进行了讨论。本论文主要介绍了课题的背景，数控铣床的主轴组件的总体设计方案，主要部件的选型，布局和安装方式，以及相应的设计计算和校核。关键词：数控铣床，主轴结构，主轴轴承。ABSTRACTSince the 1980's, with the development of the new product in milling machine in domestic and international, the traditional and common milling machine has reduces gradually, it gives

8、or gets an electric shock with the machine that integral electromechanical controls with the process center.Peking the third machine factory with the production processes the center and assemble the production line for the main machine makes the business enterprise.The number controls milling machin

9、e XK7640 is small scaled and complicated spare parts in every kind of inside that that factory that item with low cost, the low price space beats into the market, adapting to the molding tool process the profession process and establishment.XK7640 can proceed the milling, drilling ,being applicable

10、to the machine, car, light work, electronics, spin and weave, the molding tool processes and the small scaled and complicated spare parts in every kind of inside that wait the profession processes.The resarch object of design object is as to it's most key- the design of the principal axis parts.

11、KEYWORDS: Numerical controlled machine,2 绪论2.1 数控机床技术发展概况数控机床（Numerical controlled machine），也称数字程序控制机床，是一种以数字量作为指令信息形式，提高电子计算机或者专用电子计算装置控制的机床。随着电子技术的发展，美国于1952年研制成第一台数字控制机床；1958年研制成能自动更换刀具，以进行多工序加工的加工中心。从此，随着电子技术和计算机技术的发展和应用，使机床在驱动方式、控制系统和结构功能等方面都发生显著的变革。目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应用，柔性制造系统的迅速发展

12、和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求。当今数控机床正在朝着以下几个方向发展。1. 高速度、高精度化 速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。目前，数控系统采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度。同时，采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力，即提高插补运算的速度和精度。并采用直线电动机直接驱动机床工作台的直线伺服进给方式，其高速度和动态响应特性相当优越。采用前馈控制技术，使追踪滞后误差大大减小，从而改善拐角切削的加工精度。为适应超高速加工的要求，数控机床采用主轴电动机与机床主轴合二为一的结构形式，实现了变频

13、电动机与机床主轴一体化，主轴电机的轴承采用磁浮轴承、液体动静压轴承或陶瓷滚动轴承等形式。目前，陶瓷刀具和金刚石涂层刀具已开始得到应用。2. 多功能化 配有自动换刀机构（刀库容量可达100把以上）的各类加工中心，能在同一台机床上同时实现铣削、镗削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻螺纹等多种工序加工，现代数控机床还采用了多主轴、多面体切削，即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。数控系统由于采用了多CPU结构和分级中断控制方式，即可在一台机床上同时进行零件加工和程序编制，实现所谓的“前台加工，后台编辑”。为了适应柔性制造系统和计算机集成系统的要求，数控系统具有远距离串行接口，甚至可以联网，实现

14、数控机床之间的数据通信，也可以直接对多台数控机床进行控制。3. 智能化 现代数控机床将引进自适应控制技术，根据切削条件的变化，自动调节工作参数，使加工过程中能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。具有自诊断、自修复功能，在整个工作状态中，系统随时对CNC系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查。一旦出现故障时，立即采用停机等措施，并进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等。还可以自动使故障模块脱机，而接通备用模块，以确保无人化工作环境的要求。为实现更高的故障诊断要求，其发展趋势是采用人工智能专家诊断系统。4. 数控编程自动

15、化 随着计算机应用技术的发展，目前CADCAM图形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。它是利用CAD绘制的零件加工图样，再经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成NC零件加工程序，以实现CAD与CAM的集成。随着CIMS技术的发展，当前又出现了CADCAPPCAM集成的全自动编程方式，它与CADCAM系统编程的最大区别是其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的CAPP数据库获得。5. 可靠性最大化 数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件的数量，来提

16、高可靠性。通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化和通用化及系列化，使得既提高硬件生产批量，又便于组织生产和质量把关。还通过自动运行启动诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。利用报警提示，及时排除故障；利用容错技术，对重要部件采用“冗余”设计，以实现故障自恢复；利用各种测试、监控技术，当生产超程、刀损、干扰、断电等各种意外时，自动进行相应的保护。6. 控制系统小型化 数控系统小型化便于将机、电装置结合为一体。目前主要采用超大规模集成元件、多层印刷电路板，采用三维安装方法，使电子元器件得以高密

17、度安装，较大规模缩小系统的占有空间。而利用新型的彩色液晶薄型显示器替代传统的阴极射线管，将使数控操作系统进一步小型化。这样可以方便地将它安装在机床设备上，更便于对数控机床的操作使用。2.2 课题背景自八十年代以来，随着国内外铣床新产品不断涌现，传统机械、手动机床结构的普通铣床日趋减少，代之以机电一体化的数控铣床和加工中心，成为市场上的主导产品。北京第三机床厂是以生产加工中心、数控珩磨机床、装配生产线为主的机床制造企业。数控铣床XK7640是该厂以低成本、低价格打入市场，适应模具加工行业的各种中小型复杂零件的加工而确立的项目。数控铣床XK7640既可以进行铣削加工，也可以钻削加工，适用于机械、汽

18、车、轻工、电子、纺织、模具加工等行业的各种中小型复杂零件的加工。2.3 论文的主要内容本论文主体设计和计算内容遵循以下的步骤：（1） 通过对国内外大量相同类型的机床产品的技术资料的统计分析和对北京第三机床厂现有产品家族的类比，初步确定主轴组件的各个参数。（2） 参考上述数据进行结构设计，根据构造的要求，对上述数据进行修正。（3） 根据技术手册，分别进行：主轴强度校核及其精确校核，支承跨距的讨论，主轴刚度的校核和临界转速的计算；轴承的定型分析，轴承额定载荷的计算，摩擦计算，确定润滑以及密封的方式。根据上述分析计算结果，对设计进行必要的修改。最终确定设计方案3 数控机床主轴组件设计3.1 对主轴组

19、件的基本要求对机床主轴的要求，有与一般传动轴共同之处：都要在一定的转速下传递一定的转矩，保证轴上的传动件和轴承正常的工作条件。但是，主轴又是直接带动工件或者刀具进行切削加工的。机床的加工质量，在很大程度上要靠主轴来保证。因此，对于主轴组件，有许多的特殊的要求。3.1.1 旋转精度主轴的旋转精度，指的是：在装配后，无载荷，低转速的条件下，主轴安装工件或者刀具部位的径向和轴向跳动。当主轴以工作转速旋转时，由于润滑油膜的产生和不平衡力的扰动，其旋转精度将有所变化。这个差异，对精密和高精密机床，是不可以忽略的。旋转精度取决于几个主要部件，如主轴，轴壳，壳体空的制造，装配和调整精度。工作转速下的旋转精度

20、还决定于主轴的转速，轴承的设计和性能，润滑剂和主轴件的动平衡。3.1.2 静刚度静刚度，反映了机床抵抗静态外载荷的能力。影响主轴弯曲刚度的因素很多，如：主轴的尺寸和形状，滚动轴承的型号，数量，预紧和配置形式，前后支承的距离和主轴前端的悬伸量，传动件的布置方式，主轴组件的制造和装配质量等。目前，对各类机床主轴组件的刚度还没有统一的标准。3.1.3 抗振性主轴组件的振动会影响工件的表面质量，刀具的耐用度，和主轴轴承的寿命，还会产生噪声，影响工作环境。影响抗振性的，是主轴组件的静刚度，质量分布和阻尼。主轴的固有频率应远大于激振力的频率，使它不容易发生共振。目前，还没有制定出抗振性的指标，只有一些实验

21、数据可供参考。3.1.4 温升和热变形温升使润滑油的黏度下降，如果用脂润滑，温度过高会使脂熔化流失。这些都将影响轴承的工作性能。温升产生热变形，使主轴伸长，轴承间隙变化，主轴箱的热膨胀使主轴偏离正确位置。如果前后轴承温度不同，还将使主轴倾斜。3.1.5 耐磨性主轴组件必须有足够的耐磨性，以便长期地保持精度。容易磨损的部位是轴承和安装夹具刀具或者工件的部位如锥孔，定心轴颈等。此外，还有移动式主轴的工作表面。主轴若装有滚动轴承，则支承处的耐磨性决定于滚动轴承。为了提高耐磨性，一般机床的上述部位应淬硬。3.2 国内外同类机床资料统计厂 家机床型号电机功率主轴内径平均主轴外经平均国 别公司名称(kw)

22、(mm)(mm)美国辛辛那提FTU 8407.5/114070美国HAASVF-1立式加工中心5.5/7.54575德国VISION立式加工中心3.7/5.54070西班牙ZAYER铣床加工中心5.5/7.55080中国台湾台中精机立式铣床加工中心5.5/7.54070中国大陆青海一机床铣床加工中心11/14.7540703.3 主轴材料的选用主轴的材料一般是经过轧制或者锻造的碳素钢或合金钢。对于数控机床的主轴来说，因为其结构复杂，是空心阶梯轴结构，为了保持尺寸稳定性和减少热处理变形，一般选用铬钢。根据需要，主轴一般需经过热处理或表面强化处理，以提高其力学性能及耐磨性等。虽然在一般温度下，合金

23、钢和碳素钢的弹性模量相差很小，采用合金钢并不能提高主轴的刚度。但是，根据工厂实际生产对数控机床主轴材料的要求：高耐磨性，高强度并且热处理（氮化）变形很小的轴，以及使用习惯，选定使用38CrMoAlA（调质）为主轴的材料。其力学性能查阅机械设计手册表6-1-1有=835(N/mm)材料的抗拉强度=685(N/mm)材料的屈服极限=410(N/mm)材料的弯曲屈服极限 =270(N/mm)材料的剪切屈服极限3.4 主轴的强度校核对数控机床主轴这样重要的轴，主要性能指标要求是在切削力作用下抵抗变形的能力。因此下面的强度校核计算只能作为初步计算，在此基础上进行结构设计，最后在结构设计的基础上，还要进行

24、精确计算。3.4.1 按扭转强度计算对于空心轴，查阅机械设计手册表6-1-2d=17.2.=A其中，d轴的外径直径(mm)T轴所传递的扭矩（N）P轴所传递的功率（KW）n轴的工作转速（r/min）许用扭转剪应力（N/mm）许用扭转角/mA系数a空心轴的内径的d与外径d之比。材料的A和值查阅机械设计手册表6-1-3，对于38CrMoAlA，A=112, =35N/mm参照国内外相同类型机床的统计资料，类比建议主轴电机选用SJ-PH7.5-01型交流伺服电机：功率为5.5/7.5KW的广域电机，n=1500/8000rpm根据广域电机的特性：在额定转速下，恒扭矩输出；额定转速以上，恒功率输出的特性

25、。SJ-PH7.5-01电机的n=20r/min,n=1500r/min,n=8000r/min主电机输出功率特性曲线参照前文所列国内外厂家的同类型机床产品中的主轴内外径尺寸，类比建议外径值取平均：d=70mm,内径值取平均d=40mm.（1）当n时，恒扭矩输出，T为定值，T=35 N代入公式d=17.2.=28.1mm（2）当n时，恒功率输出，P为定值，P=5.5KW 代入公式 d= A=112=28.2mm50-1500结论：计算结果和实际设计尺寸差异很大，由于主轴的载荷相对来讲不大，由于要求主轴在载荷的作用下，变形尽可能的小，因此产生的应力相对来讲不大，通常远小于钢的强度极限，因此强度计

26、算不作为主要校核。同时，作为初步计算，采用的公式并不精确。按照经验一般取强度计算结果的2-3倍进行主轴的结构设计；同时还主要依据机床类比结果进行主轴的结构设计。3.4.2 按弯扭合成强度计算查阅机械设计手册表6-1-5 ，数控机床主轴属于空心转轴d=21.68校正系数，双向旋转。d轴的直径（mm）M轴在计算截面所受弯距（N,T轴在计算截面所受扭矩（N主轴的许用弯曲应力（N/mm）a空心轴的内径的d与外径d之比.由于机床主轴结构设计尚未确定，因此对于计算轴在计算截面所受弯距无法进行。本公式假定轴的直径d已知，推导轴在计算截面所受弯距M。a= d/d=0.57；其中：d=70mm,内径值取平均d=

27、40mm.T=35NM,依据电机额定扭矩=410N/mm；查表。将d=70mm代入公式，得出M=2321.1 N结论：当d=70mm时，轴在计算截面所受弯距不应大于2321.1N3.5 主轴的结构设计最终的设计成果以图纸的形式附于论文后。3.5.1 承间的跨距L(1)假设轴承为刚支座，主轴看作为弹性体，则主轴在前端受力F后的挠度为=） 如图三所示。 图三柔度/F对跨距与悬伸之比l/a的图象见图六的曲线a(2) 假设支承为弹性体，主轴为刚性体,则情况应如图四。考虑到支承的变形不大，近似地可以认为支承受力后作线形变形。如：前后支承的支反力为R,刚度为K,则前后支承的变形分别为： =R/K,=R/K

28、 =(1+)+ R=F(1+), R=F图四所以 =/F与l/a的关系如图六的曲线b （3）主轴端部的总挠度, 则情况如图五 图 五=+=+/F与l/a的关系见图六的曲线c图 六显然存在一个最佳的l/a的值，这时，柔度/F最小，也就是主轴组件的综合刚度最大。如果a已经确定，则存在一个最佳跨距lo,通常，。从线图可以看到，在l/a最佳值附近，柔度变化不大。当l>lo时，柔度的增加比l<lo时慢。当L>L时，应加强主轴的刚度；当L< L时，应加强轴承的刚度。3.5.2 主轴传动件的布置传递扭矩的传动件的轴向位置因机床的不同而有差别。数控铣床的主轴一般较短，传递扭矩的传动件布

29、置在主轴的后部。这种布局有两个优点：1) 在结构上比较容易实现；2) 在主轴高速运转时，置于主轴后部的传动件相当于飞轮，可以起到平衡的作用。但也有缺点: 轴的总变形较大。XK7640就是采用这种布置方式，其主轴结构构成见图。1.主轴， 2.传动件，3.松夹刀机构，4.主电机，5.驱动件a：主轴轴端悬伸长度，L：主轴前后轴承跨距图七 主轴结构示意图3.5.3 主轴参数的确定d平均外径：70mm d平均内径：40mmL主轴支撑间的跨距：238mmC主轴前端悬伸长：106mm3.6 主轴强度的精确校核主轴强度的精确校核是在主轴的机构和尺寸确定之后进行的，通常采用安全系数校核方法，包括两种情况：疲劳强

30、度安全系数校核以及静安全系数校核。3.6.1 疲劳强度安全系数校核校核的目的是校验主轴对疲劳破坏的抵抗能力，即校核危险截面的疲劳强度安全系数S。主轴的疲劳强度是根据长期作用在主轴上的最大载荷，（其载荷循环次数不小于10）来计算的。并且在设计主轴结构时，应该主动改进轴的结构，从而降低应力集中，提高主轴的表面质量。也可以采用不同的热处理及表面强化处理等工艺措施，或者加大轴径，改用较好的材料来解决。查阅机械设计手册表6-1-22，有：S= 材料的弯曲疲劳极限，N/mm,M轴在计算截面上所受的弯距，N, T轴在计算截面上所受的扭矩，N， Z轴在计算截面的抗弯截面模数，cm.Z-轴在计算截面的抗扭截面模

31、数，cm。S-疲劳强度的许用安全系数，换算系数=410N/mm，M=FC=100000.106=10600 N，T=35 NZ=(1-a)=38.1cmZ=2Z=76.1 cm，查阅机械设计手册表6-1-27, =4.13, =2.88代入公式，S=410/=1.77S-疲劳强度的许用安全系数查阅机械设计手册表6-1-23选择“应力计算较近似”S=1.8结论：SS, 疲劳强度安全系数校核合格。3.6.2 静强度安全系数校核静强度安全系数校核的目的是校核主轴对塑性变形的抵抗能力，即校核危险截面的静强度安全系数。主轴的静强度是根据轴上作用的最大瞬时载荷（包括动载荷和冲击载荷）来计算的。Ss=SsM

32、max轴在计算截面上所受的最大弯距，NTmax轴在计算截面上所受的最大扭矩，NZ轴在计算截面的抗弯截面模数，cm.Z-轴在计算截面的抗扭截面模数，cm。-材料的屈服极限，N/mmSs静强度的许用安全系数，Z=(1-a)=38.1cmZ=2Z=76.1 cm=685(N/mm)代入数据，Ss=62.4而Ss查阅机械设计手册表为1.7-2.2,因为最大载荷只能近似值，应力也无法准确求出，上述Ss扩大20-50%处理，所以Ss为2.55-3.3结论：Ss>>S, 静强度安全系数校核,合格。3.7 主轴刚度的校核主轴受到载荷后，会产生弯曲和扭转变形。当变形超过允许限度时，会导致机器的零部件

33、工作状况恶化，甚至使机器无法正常工作，对于像数控机床主轴这类对刚度要求较高的轴，要进行刚度校核。3.7.1 对影响主轴刚度因素做定性分析根据主轴扭转角的经验公式： =（度） M作用在轴上的最大扭矩（公斤） G弹性剪切模量 J轴的极限扭矩，cm 圆截面J=0.1d依据该公式，可以得到以下的定性分析：(1) 加大主轴平均外径 d,可以提高主轴刚度。（2）缩短主轴前端悬伸量C，可以提高主轴刚度。（3）缩短主轴轴承间的跨距L, 可以提高主轴刚度。 3.7.2 主轴的扭转刚度校核 查阅机械设计手册表6-1-36，对于空心阶梯轴，其扭转角的计算式： Ti第i段轴所受的扭矩，N l轴受扭矩作用部分的长度，m

34、m a 空心轴的内，外径之比。 li-第i段轴的长度，mm di-第i 段轴的直径，mm 查阅机械设计手册表6-1-4，对于 “要求精密，稳定的传动，重型机床走刀轴”，选取=5/m . =0.0354=27”<结论：主轴的扭转刚度校核，合格。3.7.3 主轴的弯曲刚度校核轴的弯曲刚度用挠度y和偏转角来度量。对于阶梯轴，可近似按照当量直径为dv的光轴来计算。阶梯轴的当量直径dv的计算公式，查阅机械设计手册表6-1-38支点间d 外伸端dl支点间的距离，mmC-外伸端长度，mmli,di -轴上第i段的长度和直径，mm=0.0002=0.001=查阅机械设计手册表6-1-37, =0.05r

35、ad<查阅机械设计手册表6-1-39，挠度y的计算公式： y= =0.016mmy查阅机械设计手册表6-1-37,y=0.0002l=0.0476y<y结论：轴的弯曲刚度校核，合格。3.7.4 轴的临界转速校核轴系（轴和轴上的零件）可以看作是一个弹性体，当其回转时，一方面由于本身的质量和弹性产生自然震动，另一方面，由于轴系个零件的材料组织不均匀，制造误差以及安装误差等原因造成轴系重心偏移，导致回转时产生离心力。从而产生以离心力为周期性干扰外力所引起的强迫震动。当强迫震动的频率与轴的自然频率相接近时，就会产生共振，严重时会造成轴系或者机器的破坏。轴的临界转速就是产生共振时轴的转速。轴

36、的临界转速校核的任务就是计算出临界转速的值，以便工作时避开临界转速。查阅机械设计手册表6-1-40 ，临界转速的计算公式为： nn临界转速，r/minWi支撑间第i个圆盘质量，kgG-外伸端第j个圆盘质量，kgW轴的质量，kgl-轴的全长，mml-支撑间的距离，mma-支撑间第 i圆盘到左支撑间的距离，mmb-支撑间第 i圆盘到右支撑间的距离，mma-空心轴的内，外径之比d-轴的直径，mmC-外伸端第 j圆盘到支撑间的距离，mm系数查阅机械设计手册表6-1-42，=19.56d=75mma=40/75=0.53l=540mml=106mmWo=6.17=14.97kg=1.5,=15n=214

37、38r/min对于刚性轴，应该使n<0.75 n=16075r/min而实际上XK7640的主轴转速远远小于16075r/min4 轴承设计4.1 轴承类型的选择 机床主轴使用的轴承，有滚动和滑动两大类。从旋转精度来看，两大类轴承都能满足要求。 （1）滚动轴承的优点：尺寸小，转速高，寿命长，装配简单，密封，润滑简单。并且可以直接外购。（2）滑动轴承的优点：抗震性好，工作平稳，径向尺寸小滚动轴承比滑动轴承的优点是：（1） 滚动轴承可以在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳定地工作。（2） 滚动轴承可以在无间隙，甚至在预紧的条件下工作。（3） 滚动轴承的摩擦系数小，有利于减少发热。（4） 滚动轴

38、承的润滑容易，可以用脂，一次装填一直用到修理时才换脂。如果用油润滑，单位时间所需要的油量，也远比滑动轴承小。（5） 滚动轴承是由轴承厂生产的，可以外购。根据上述分析可知：在一般情况下，尽量采用滚动轴承。特别是我所设计的XK7640数控铣床，是立式主轴，采用滚动轴承可以采用脂润滑以避免漏油。在滚动轴承中，选定角接触球轴承。这种轴承既可以承受径向载荷，又可以承受轴向载荷，接触角=25度的46100系列多用于轴向载荷较大的地方，如车床和加工中心主轴。把内，外圈相对位移，可以调整间隙，实现预紧。并且多用于高速主轴。 图 八 角接触球轴承最终选定：前轴承：C446114，后轴承：C246112 4.2

39、轴承刚度的定性分析由轴承刚度的经验公式： （ Z,Z轴承滚动体的数目 d,d滚珠的直径 j,j轴承的刚度影响轴承刚度的内部结构是滚动体的数目和尺寸，以及轴向和径向间隙。增加滚动体的数目，减小间隙，可以提高轴承的刚度。4.3 轴承额定载荷的校核计算4.3.1 当量动载荷P的计算 轴承的基本额定动载荷是在假定的运转条件下确定的。其中动载荷的条件是：向心轴承仅承受纯径向载荷，推力轴承仅承受纯轴向载荷。实际的情况是，轴承在大多数应用场合，常常同时承受径向载荷与轴向载荷。因此，在进行计算时，必须把实际载荷转换为与确定额定动载荷条件相一致的当量动载荷。查阅机械设计手册，当量动载荷的一般计算式为： P=XF

40、+YFP当量动载荷，N;F-径向载荷，N;F-轴向载荷，N;X径向系数Y轴向系数轴向载荷F=9800N =4900N径向载荷F=4589N , =2300N查阅机械设计手册表7-2-52，基本额定载荷C=31.3KN,C=44.6KN查阅机械设计手册表7-2-49,单列角接触球轴承当量载荷计算公式： 当F/ F0.68时，P= F+0.92 F 当F/ F>0.68 时，P=0.67 F+0.93 F当2套或者2套以上的单列角接触轴承安装在一起作为一个支撑体时，其基本额定动载荷为i C（i为支撑整体中单个轴承数）F/ C=0.0735,查e=0.45< F/ F=2.13P=0.6

41、7 F+1.41 F=0.67=8450<i C=4=117700 4.3.2 基本额定动载荷计算 基本额定动载荷的计算公式，查阅机械设计手册，得： C= C基本额定动载荷的计算，NP当量动载荷， N f寿命系数 f速度系数 f力矩载荷系数，力矩载荷较小时1.5, 力矩载荷较大时2 f冲击载荷系数 f温度系数 C轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定动载荷，N C轴承尺寸及性能表中所列轴向基本额定动载荷,N f寿命系数，按照设计要求，h=20000小时，查阅机械设计手册表7-2-4， f=3.42f速度系数,根据经验，选取n=1500r/min组数据查阅机械设计手册表7-2-5，分别对应的f=0.281f冲击载荷系数, 查阅机械设计手册表7-2-6,取值1.5f温度系数, 查阅机械设计手册表7-2-7, 取值1.0代入公式： C=8450=63282<iC(117700)结论：基本额定动载荷校核，合格。 4.3.3 滚动轴承的摩擦计算滚动轴承的摩擦主要有：滚动体与滚道之间的滚动和滑动摩擦；保持架与滚动体以及套圈引导面之间的滑动摩擦。滚子端面与套圈挡板面之间的滑动摩擦；润滑剂的粘性阻力；密封装置的滑动摩擦等。其大小取决于轴承的类型，尺寸，负荷，转速，润滑，密封等因素。轴承的摩擦力矩为： M=M轴承摩擦力矩，N.mm轴承的摩擦系数F轴承负荷（F=）,Nd