机床课程设计指导

1、设计题目：设计题目： 设计一台加工直径最大范围是320的普通车床的主传动系统。主要技术参数主要技术参数 1、转速范围： N402000rpm 2、转速级数： Z12 3、电动机功率： P4KW被加工零件的材料： 钢、 铸铁刀具材料： 高速钢、硬质合金机床课程设计指导1、准备工作、准备工作 研究设计要求，检索资料。2、传动方案设计、传动方案设计 运动参数（确定机床的工艺范围及工件的计算极限尺寸、选择经济合理的极限切削用量、确定主轴的极限转速） 运动设计（运动设计（确定公比确定公比、拟定转速图、绘制传动系统图、计算、拟定转速图、绘制传动系统图、计算皮带轮皮带轮直径及齿轮直径及齿轮齿数等）齿数等）

2、动力计算：动力计算：确定各传动件的计算转速、对主要零件进行计算（初算和确定各传动件的计算转速、对主要零件进行计算（初算和验算）验算） （传动轴直径估算、齿轮模数初步计算、主轴组件（传动轴直径估算、齿轮模数初步计算、主轴组件结构设计结构设计等）等）3、绘制图纸、绘制图纸4、编制说明书、编制说明书标准公比标准公比 v1.06、1.12、1.26 大、重型机床大、重型机床v1.26 、 1.41 中型机床中型机床v1.58、1.78、2 小型机床小型机床 运动设计之运动设计之标准公比标准公比公比的选用公比的选用 当确定了最高与最低转速以后，就应选取公比当确定了最高与最低转速以后，就应选取公比。从使用

3、性能方面考虑，公。从使用性能方面考虑，公比最好选得小一些，以便减少相对转速损失。但比最好选得小一些，以便减少相对转速损失。但公比越小，级数就越多，将使机公比越小，级数就越多，将使机床的结构复杂床的结构复杂。对于一般生产率要求较高的普通机床，。对于一般生产率要求较高的普通机床，减少相对转速损失是主要减少相对转速损失是主要的，所以公比取得较小，如的，所以公比取得较小，如=1.26 =1.26 或或1.411.41等。有些小型机床希望简化构造，等。有些小型机床希望简化构造，公比公比可取得大些，如可取得大些，如1.581.58或或=2=2等。对于自动机床，减少相对转速损失率等。对于自动机床，减少相对转

4、速损失率的要求更高，常取的要求更高，常取1.12 1.12 或或1.261.26。运动设计之运动设计之拟定转速图拟定转速图&传动系统图传动系统图在设计过程中是先有转速图，后有传动系统图在设计过程中是先有转速图，后有传动系统图齿轮传动有齿轮传动有a a、b b、c c三个传动组：三个传动组： 距离相等的一组水平线代表各级转速，与各竖线交点各轴距离相等的一组水平线代表各级转速，与各竖线交点各轴的转速，由于的转速，由于分级变速机构的转速是按等比数列排列的分级变速机构的转速是按等比数列排列的，故转，故转速采用了对数坐标。为方便起见，速采用了对数坐标。为方便起见，习惯上转速图不写习惯上转速图不写

5、lglg符号，符号，而直接写出转速值。而直接写出转速值。还应指出，还应指出，相邻两转速如果相差一格，表相邻两转速如果相差一格，表示它们之间相差示它们之间相差 倍。倍。 n n2 2= n= n1 1 lgn lgn2 2= lgn= lgn1 1 + lg + lg级比指数：主动轴上同一点传往被动轴相邻两连线代表级比指数：主动轴上同一点传往被动轴相邻两连线代表传动传动组内相邻两个传动比组内相邻两个传动比，它们与被动轴交点之间相距的格数，代，它们与被动轴交点之间相距的格数，代表相邻两传动比值的指数表相邻两传动比值的指数x x称传动组的级比指数。称传动组的级比指数。a传动组传动组 b传动组传动组

6、i = = 1 i = = 1 i = = = i = = = i = = = = c传动组传动组 i = = = i = = = 1a36361b42422a423041. 1113a482421212b62222182. 21311c306012122c72184141注意：既无空缺又无重复的常规传动系统, 必须遵守级比规律！结构式：结构式： 12= 312= 31 12 23 32 26 6转速图表示：u主轴各级转速的传递路线；u在主轴得到连续的等比数列条件下，所需的传动组数和每个传动组中的传动副数；u传动组的级比指数级比指数：主动轴上同一点，传往被动轴相邻两连线代表传动组内相邻两个传动

7、比。它们与被动轴交点之间相距的格数，代表相邻两传动比之比值的指数代表相邻两传动比之比值的指数。u基本组和扩大组：如果要使主轴转速为连续的等比数列，必须有一个传动组的级比指数为1，这个传动组称为基本组；轴至轴为第一扩大组，轴至轴为第二扩大组。主要技术参数主要技术参数 1、转速范围： N402000rpm 2、 3、电动机功率： P4KW被加工零件的材料： 钢、 铸铁刀具材料： 高速钢、硬质合金解决下列问题解决下列问题: : 传动链的组成及传动顺序传动链的组成及传动顺序 各传动组的级比指数各传动组的级比指数 扩大顺序扩大顺序 12= 412= 43 12= 33 12= 34 4 12= 312=

8、 32 22 12= 22 12= 23 32 12= 22 12= 22 23 3 第一行方案优点：可以省掉一根轴；缺点：传动组中优点：可以省掉一根轴；缺点：传动组中有一个四联传动副。有一个四联传动副。（如果用四联滑移齿轮会增加轴向尺寸，如果用两个双联滑移齿轮，则操纵机构必须互锁，所以一般比较少用。第二行三个方案比较： 当传动件传递的功率一定时，转速较高时传递的扭矩较小，轴、齿轮等传动件的尺寸相应可以小一些。在较多情况下，变速传动系统从电机到主轴之间的总趋势是降速传动，靠近电动机的最低转速较高，靠近主轴的传动件转速较低。按“前多后少”原则排列各变速组，可以使小尺寸齿轮多。 传动链的组成及传动

9、顺序传动链的组成及传动顺序在12=3X2X2中，又因基本组和扩大组排列的顺序不同而有不同的方案。各传动组的级比指数和扩大顺序各传动组的级比指数和扩大顺序 降速传动应避免被动齿轮过大而增加变速箱的径向尺降速传动应避免被动齿轮过大而增加变速箱的径向尺寸，一般限制降速传动比的最小值寸，一般限制降速传动比的最小值i iminmin1/4 1/4 ；升速传动；升速传动应避免扩大传动误差和减少振动，一般限制直齿升速传动应避免扩大传动误差和减少振动，一般限制直齿升速传动的最大值的最大值i imaxmax22，斜齿轮传动比较平稳可适当放宽，斜齿轮传动比较平稳可适当放宽i imaxmax 2.52.5，主传动组

10、的最大变速范围：，主传动组的最大变速范围： R组组= 2= 22.5/(1/4)=82.5/(1/4)=81010 因为最后一个扩大组变速范围大，所以只检验最后一个扩大组。因为最后一个扩大组变速范围大，所以只检验最后一个扩大组。 R R2 2扩扩 = (1.41)= (1.41)6 6= 8= 8(1)(1)传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围两个原则： 选择中间轴变速范围最小的方案 如果各方案同号传动轴的最高转速相同，则变如果各方案同号传动轴的最高转速相同，则变速范围小的，最低转速较高，转矩较小，传动件的尺速范围小的，最低转速较高，转矩较小，传动件

11、的尺寸也就可以小些。寸也就可以小些。 故故a a方案最佳。如果没有别的要求，则尽量使扩方案最佳。如果没有别的要求，则尽量使扩大顺序与传动顺序一致。大顺序与传动顺序一致。(2)(2)基本组和扩大组的排列顺序基本组和扩大组的排列顺序变速系统设计变速系统设计：一个规律：一个规律：级比规律级比规律两个限制：两个限制：齿轮极限传动比限制齿轮极限传动比限制imax 22.5， imin ，齿轮变速组的变速范围，齿轮变速组的变速范围 Ri= 810；三项原则：三项原则：传动副传动副 “前多后少前多后少”，传动线，传动线 “前前密后疏密后疏”，降速，降速 “前慢后快前慢后快”； 四项注意：四项注意：传动链短，

12、转速和小，齿轮线速小，传动链短，转速和小，齿轮线速小， 空转件少；空转件少；41拟定转速图 电机转速和主轴转速是已定的，当选定了结构网和结构式后，就可以分配各传动组的传动比并确定中间轴的转速。从而画出转速图。 本例所选定的结构式共有三个传动即先决定组，变速组需4轴，加电机共5轴。故画5根竖线。画12条横线。 中间各轴的转速可以从主轴开始往前推算。齿轮齿数的确定当传动比采用标准公比的整数次方时，齿数可以查表。 （各种常用传动比的适用齿数各种常用传动比的适用齿数）齿轮的精度的选择和齿轮强度计算，查 金属切削机床设计简明手册 有时，为了传动比的需要，可以使同一传动组内各传动副的齿数和不等，然后采用有

13、时，为了传动比的需要，可以使同一传动组内各传动副的齿数和不等，然后采用变位的方法使中心距相等。但各传动组的齿数和相差不能太多，以免变位系数太大，不变位的方法使中心距相等。但各传动组的齿数和相差不能太多，以免变位系数太大，不能保证啮合位置。能保证啮合位置。利用利用查表法查表法确定齿轮齿数的步骤如下确定齿轮齿数的步骤如下： 1）找出在同一变速组中各齿轮副出现最小齿数）找出在同一变速组中各齿轮副出现最小齿数的传动比；的传动比； 2）避免根切和结构需要，确定）避免根切和结构需要，确定 ； 3）根据）根据 ，查出，查出 ； 4）查找满足变速组中各传动比要求的所有）查找满足变速组中各传动比要求的所有 ；

14、5）确定合理的）确定合理的 , 并据此来决定各齿轮的齿数。并据此来决定各齿轮的齿数。minZSminZminZZSZS 利用计算利用计算法法确定齿轮齿数的步骤如下确定齿轮齿数的步骤如下在同在同一变速组内，一变速组内，各对齿轮的齿数之比必须满足各对齿轮的齿数之比必须满足转速图上已经确定的传动比转速图上已经确定的传动比。 当各对齿轮的模数相同且不采用变位齿轮当各对齿轮的模数相同且不采用变位齿轮时，则时，则各对齿轮的齿数和必须相等各对齿轮的齿数和必须相等。 依据上述条件，可列出依据上述条件，可列出 式中式中 ， 齿轮副的主动和被动齿轮齿数；齿轮副的主动和被动齿轮齿数； i 齿轮副的传动比；齿轮副的传

15、动比； 齿轮副的齿数和。齿轮副的齿数和。iiiuZZ=ZiiSZZ=+iZiZiuZS 由以上两式可得由以上两式可得 因此，因此，选定了齿数和，便可按上式计算各齿选定了齿数和，便可按上式计算各齿轮的齿数轮的齿数。ZiiiSuuZ+=1ZiiSuZ+=11变速组内变速组内齿轮模数不同齿轮模数不同时齿轮齿数的确定时齿轮齿数的确定 在在最后一个扩大组最后一个扩大组或或背轮机构背轮机构中，因各齿轮中，因各齿轮副的线速度差别很大，所应传递的转矩差别副的线速度差别很大，所应传递的转矩差别也较大。也较大。 为合理利用材料，在同一变速组内可采用不为合理利用材料，在同一变速组内可采用不同的模数。但同的模数。但在

16、同一变速组内通常只限于两在同一变速组内通常只限于两种模数种模数。 由于由于同一变速组内的各传动副的中心距必须相同一变速组内的各传动副的中心距必须相等等： 即即 所以所以 或或 上式中上式中 、 为无公因数的整数，为无公因数的整数，K 为整数。为整数。2211ZZSmSm121221eemmSSZZ1221KeSKeSZZ1e2e222111ZZ21ZZ21mma三联滑移齿轮齿数的确定三联滑移齿轮齿数的确定在采用三联滑移齿轮在采用三联滑移齿轮变速时，在确定其齿变速时，在确定其齿数之后，应检查其相数之后，应检查其相邻齿轮的齿数关系，邻齿轮的齿数关系，以确保其左右移动时以确保其左右移动时能顺利通过，

17、不致相能顺利通过，不致相碰。碰。 如图所示三联滑移齿轮能顺利滑移的条件是：如图所示三联滑移齿轮能顺利滑移的条件是：423ZZ*a*ah+Zm+h+ZmZ+Zm221221213233故故要求三联滑移齿轮的齿数为要求三联滑移齿轮的齿数为：注：三联滑移齿轮的齿数为注：三联滑移齿轮的齿数为 Z3 Z2 Z1。 三联滑移齿轮能顺利滑移变速的条件是：三联滑移齿轮能顺利滑移变速的条件是： 三联滑移齿轮的最大和次大齿轮之间齿数差应三联滑移齿轮的最大和次大齿轮之间齿数差应大于大于 4。 齿轮齿数的确定，往往需反复多次计算才能齿轮齿数的确定，往往需反复多次计算才能确定，合理与否还要在结构设计中进一步检确定，合理

18、与否还要在结构设计中进一步检验，必要时还须改变。验，必要时还须改变。 若按传动比要求，按上述方法确定的齿数和若按传动比要求，按上述方法确定的齿数和过大以及传动比误差过大时，过大以及传动比误差过大时，可采用变位齿可采用变位齿轮的方法来凑中心距轮的方法来凑中心距，以获得要求的传动比，以获得要求的传动比值。值。确定齿轮齿数时应注意以下问题：确定齿轮齿数时应注意以下问题： 齿轮的齿数和齿轮的齿数和S S不应过大，以免加大两轴之间的中心距，使不应过大，以免加大两轴之间的中心距，使机床结构庞大。一般推荐齿数和机床结构庞大。一般推荐齿数和S100-120S100-120。同时，增加齿数。同时，增加齿数和还会

19、提高齿轮线速度，而增大噪音。和还会提高齿轮线速度，而增大噪音。最小齿轮要尽可能小，但应该考虑到最小齿轮要尽可能小，但应该考虑到: : 最小齿轮不产生根切最小齿轮不产生根切现象，机床变速箱中，对标准直齿圆柱齿轮，一般取最小齿数现象，机床变速箱中，对标准直齿圆柱齿轮，一般取最小齿数Z18-20Z18-20。 受结构限制的最小齿数的各齿轮，应尽可能可靠地装到轴受结构限制的最小齿数的各齿轮，应尽可能可靠地装到轴上进行套装，齿轮的齿槽到孔壁或键槽的壁厚上进行套装，齿轮的齿槽到孔壁或键槽的壁厚a2m(ma2m(m为模数为模数) )，以保证有足够的强度避免出现变形和断裂现象，以保证有足够的强度避免出现变形和

20、断裂现象，Z Zminmin6. 5 +6. 5 +mT2T:T:齿轮键槽顶面到轴心线的距离。齿轮键槽顶面到轴心线的距离。 两轴间最小中心距应取得适当，若齿数和Sz太小，则中心距过小，将导致两轴轴承及其它结构的距离过近或相碰。 另外，确定齿数时，应符合转速图上传动比的要求，实际传动比与理论传动比之间允许误差，但不过大。n= 10 ( -1)理实理nnn动力计算之动力计算之齿轮模数初步计算齿轮模数初步计算 齿轮模数按弯曲疲劳强度设计，计算公式就是计算模数，只是要把计算值与标准模数表对照，取一个离计算值最近但又比它大的标准模数值。 模数表示齿轮牙的大小，模数标准系列（优先选用）1、1.25、1.5

21、、2、2.5、3、4、5、6、8、10、12、14、16、20、25、32、40、50。 注意：u公用齿轮双面受力，弯曲许用应力乘以系数0.7；u在一个传动组中，按工作负荷最重（通常是齿数最小）的齿轮确定模数 。u在齿轮模数确定后，计算齿轮的尺寸时要检查小齿轮必须能套在轴上。检查大齿轮是否与邻近轴发生干涉。FPSaFantFFVAFYYYYbmFKKKK 32121cos2 YYYYzTKKKKmSaFaFPdFFVAn a、按扭转刚度估算轴颈b、按弯曲刚度验算轴的直径动力计算之动力计算之传动轴直径估算传动轴直径估算各传动轴的估算和验算各传动轴的估算和验算 机床各传动轴在工作时必须保证具有足够

22、的弯曲刚度和扭转刚度。 轴在弯矩作用下，如产生过大的弯曲变形，则装在轴上的齿轮会因倾角过大而使齿面的压强分布不均，产生不均匀磨损和加大噪声；也会使滚动轴承内、外圈产生相对倾斜，影响轴承使用寿命。 如果轴的扭转刚度不够，则会引起传动轴的扭振。所以在设计开始时，要先按扭转刚度估算传动轴的直径，待结构确定之后，定出轴的跨距，再按弯曲刚度进行验算。（1）按扭转刚度估算轴的直径）按扭转刚度估算轴的直径式中：式中：K键槽系数（查表键槽系数（查表38）；）； A扭转角系数；扭转角系数； 从电动机到所计算轴的传动效率。从电动机到所计算轴的传动效率。jnPKAd4 m1/表表38 估算轴径时系数估算轴径时系数A

23、、K值值一般传动轴的每米长允许扭转角取一般传动轴的每米长允许扭转角取 ，要求高的轴取要求高的轴取 ，要求较低的轴取，要求较低的轴取 ()/m1.00.5=o ()/m0.50.25=o ()/m2.01.0=o 0.250.51.01.52.0A130110928377K无键无键单键单键双键双键花键花键1.01.041.051.071.11.051.09（2）按弯曲刚度验算轴的直径）按弯曲刚度验算轴的直径1）进行传动轴的受力分析）进行传动轴的受力分析，根据轴上滑移齿轮不，根据轴上滑移齿轮不同位置，选出受力变形最严重的位置进行验算同位置，选出受力变形最严重的位置进行验算。如较难准确判断滑移齿轮处

24、于哪个位置受力。如较难准确判断滑移齿轮处于哪个位置受力变形最严重，则需要多计算几种位置。变形最严重，则需要多计算几种位置。2）如情况严重时，如情况严重时，对轴中部的齿轮处应验算其挠对轴中部的齿轮处应验算其挠度，对轴两端的齿轮处应验算其倾角。还应验度，对轴两端的齿轮处应验算其倾角。还应验算轴承处的倾角算轴承处的倾角。3）按材力中的公式计算轴的挠度或倾角，并检查）按材力中的公式计算轴的挠度或倾角，并检查是否超出允许值。允许值可从表是否超出允许值。允许值可从表39查出。查出。挠挠 度度/mm倾倾 角角/rad一般传动轴一般传动轴（0.00030.0005）L装齿轮处装齿轮处0.001刚度要求较高轴刚

25、度要求较高轴 0.0002 L装滑动轴承处装滑动轴承处0.001安装齿轮的轴安装齿轮的轴（0.010.03）m装向心球轴承处装向心球轴承处0.0025安装蜗轮的轴安装蜗轮的轴（0.020.05）m装向心球面球轴承处装向心球面球轴承处0.005装单列短圆柱滚子轴承处装单列短圆柱滚子轴承处0.001装单列圆锥滚子轴承处装单列圆锥滚子轴承处0.0006注：注：L为轴的跨距，为轴的跨距，m为齿轮或蜗轮的模数为齿轮或蜗轮的模数表表39 轴的刚度允许值轴的刚度允许值 第五节 提高主轴组件性能的一些措施第六节 主轴的滑动轴承机床主轴部件动力计算之动力计算之主轴组件结构设计主轴组件结构设计第一节第一节 对轴组

26、件的基本要求对轴组件的基本要求一、旋转精度一、旋转精度 机床在空载低速时，主轴前端安装刀具，夹具部位的径向跳动、机床在空载低速时，主轴前端安装刀具，夹具部位的径向跳动、端面跳动和轴向窜动。端面跳动和轴向窜动。 主轴的旋转轴线产生的跳动如图主轴的旋转轴线产生的跳动如图端面跳动o轴向窜动or径向跳动r二、刚度二、刚度刚度：是指其在外界载荷的作用下抵抗变形的能力。通常以主轴前端产刚度：是指其在外界载荷的作用下抵抗变形的能力。通常以主轴前端产 生单位弹性变形时，在变形方向上所加的作用力的大小来表示，生单位弹性变形时，在变形方向上所加的作用力的大小来表示， 比值越大，说明刚度越好。如图所示比值越大，说明

27、刚度越好。如图所示 K= FK= F（牛（牛/ /微米）微米） 三、抗振性三、抗振性 抗振性：是指其抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳地运动的能力。用主抗振性：是指其抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳地运动的能力。用主 轴端部测得的最大振幅来衡量的。振幅越小，抗振性越好。轴端部测得的最大振幅来衡量的。振幅越小，抗振性越好。 受迫振动：是由机床外部的振源或机床其他部件振动及主轴部件本身所引受迫振动：是由机床外部的振源或机床其他部件振动及主轴部件本身所引 起的。起的。 自激振动：是由切削过程引起的。自激振动：是由切削过程引起的。四、温升和热变形四、温升和热变形 机床在工作时，各相对运动处的摩擦，搅油等

28、耗损而发热造成的温差，机床在工作时，各相对运动处的摩擦，搅油等耗损而发热造成的温差，使主轴部件在形状和位置上产生畸变，称为热变形。使主轴部件在形状和位置上产生畸变，称为热变形。 热变形是用主轴运转一定时间和因发热而造成的各部分的位置上的变化热变形是用主轴运转一定时间和因发热而造成的各部分的位置上的变化来度量，也可用温升近似的表达。来度量，也可用温升近似的表达。 一般滑动轴承的温升一般滑动轴承的温升 ，工作温度，工作温度 一般滚动轴承的温升一般滚动轴承的温升 ，工作温度，工作温度 五、耐磨性五、耐磨性 耐磨性耐磨性又叫精度保持性：是主轴组件长期的保持其原始制造精度的能力，又叫精度保持性：是主轴组

29、件长期的保持其原始制造精度的能力， 所以相对运动部件间都必须有一定的硬度，对所以相对运动部件间都必须有一定的硬度，对 摩擦表面要进行热处理和化学处理。摩擦表面要进行热处理和化学处理。 综合上述：综合上述： 机床的工作精度机床的工作精度 - - 旋转精度旋转精度 静态工作精度静态工作精度 - - 刚度刚度 动态工作精度动态工作精度 - - 抗振性抗振性 精度保持性精度保持性 - - 耐磨性耐磨性此外还有结构上的要求：此外还有结构上的要求： （1 1）主轴的定位可靠，轴向、径向（在切削力和传动力作用下）。）主轴的定位可靠，轴向、径向（在切削力和传动力作用下）。 （2 2）主轴端部的结构要保证工件或

30、刀具的装夹定位可靠及足够的）主轴端部的结构要保证工件或刀具的装夹定位可靠及足够的 定位精度。定位精度。 （3 3）保持长期可靠的运转，润滑与密封。）保持长期可靠的运转，润滑与密封。 （4 4）结构工艺性好，好造、好装、好拆、好修。并降低成本。）结构工艺性好，好造、好装、好拆、好修。并降低成本。第二节第二节 主轴轴承的选择和主轴的滚动轴承主轴轴承的选择和主轴的滚动轴承一、主轴轴承的选择一、主轴轴承的选择 轴承是主轴组件的重要组成部分，它的类型、配置、精度、安装、调整和润滑等都直接影响主轴组件的工作性能，主轴的旋转精度在很大程度上由其轴承决定，轴承的变形量约占主轴组件总变形量的30-50%，轴承的

31、发热量占的比重也较大，故主轴轴承应具有：旋转精度高、刚度大、承载能力强、抗振性高、速度性能好、磨擦功耗小、噪音低和寿命长。 主轴轴承可分主轴轴承可分滚动轴承滚动轴承与与滑动轴承滑动轴承两大类两大类滚动轴承的主要类型滚动轴承支承的结构形式两端单向固定滚动轴承支承的结构形式一端双向固定一端游动二、主轴滚动轴承的选择二、主轴滚动轴承的选择 主轴滚动轴承的型号，应根据承载能力和转主轴滚动轴承的型号，应根据承载能力和转速选择。同样尺寸的轴承，线接触的滚动轴承比速选择。同样尺寸的轴承，线接触的滚动轴承比之点接触的球轴承，承载能力和刚度都较高，但之点接触的球轴承，承载能力和刚度都较高，但极限转速低。极限转速

32、低。 掌握一点：掌握一点：凡是能调整间隙的，都可以使精凡是能调整间隙的，都可以使精度和刚度有所提高度和刚度有所提高. .主轴的滚动支承 主轴支承是指主轴轴承、支承座及其他相关零件的组合体，其中核心元件主轴支承是指主轴轴承、支承座及其他相关零件的组合体，其中核心元件是轴承。因此把采用滚动轴承的主轴支承称为主轴滚动支承；把采用滑动轴承是轴承。因此把采用滚动轴承的主轴支承称为主轴滚动支承；把采用滑动轴承的称为主轴滑动支承。的称为主轴滑动支承。 主轴滚动支承的主要设计内容是：滚动轴承类型的选择，轴承的配置，轴主轴滚动支承的主要设计内容是：滚动轴承类型的选择，轴承的配置，轴承的精度及其选配，轴承的间隙调

33、整，支承座的结构，轴承的配合及其配合零承的精度及其选配，轴承的间隙调整，支承座的结构，轴承的配合及其配合零件的精度，轴承的润滑与密封等。件的精度，轴承的润滑与密封等。主轴滚动轴承类型选择主轴滚动轴承类型选择 主轴较粗，主轴轴承的直径较大。相对地说，轴承的负载较轻。因此，一主轴较粗，主轴轴承的直径较大。相对地说，轴承的负载较轻。因此，一般情况下，般情况下，承载能力和疲劳寿命不是选择主轴轴承的主要指标。主轴轴承，应承载能力和疲劳寿命不是选择主轴轴承的主要指标。主轴轴承，应根据精度、刚度和转速选择。根据精度、刚度和转速选择。 1.圆锥孔双列圆柱滚子轴承 这种轴承具有径向尺寸较小、这种轴承具有径向尺寸

34、较小、制造精度较高、承载能力较大、制造精度较高、承载能力较大、静刚度好以及允许的转速高等优静刚度好以及允许的转速高等优点，并能够调整轴承的径向间隙，点，并能够调整轴承的径向间隙，因此在机床主轴组件上得到广泛应用。因此在机床主轴组件上得到广泛应用。 2 .60接触角双向推力向心球轴承 这种轴承的优点是制造精度高，这种轴承的优点是制造精度高，允许转速高，温升较低，抗振性高允许转速高，温升较低，抗振性高于推力球轴承于推力球轴承8000型，装配调整简型，装配调整简单，精度稳定可靠。与双列圆柱滚单，精度稳定可靠。与双列圆柱滚子轴承相配套，用于承受轴向载荷。子轴承相配套，用于承受轴向载荷。 3.单列圆锥滚

35、子轴承 普通单列圆锥滚子轴承（普通单列圆锥滚子轴承（70007000型），能同时承受径向和轴向载荷，承载能力型），能同时承受径向和轴向载荷，承载能力和刚度较高，价格便宜，支承简单，间隙调整方便。可用于中速、中载、一般精和刚度较高，价格便宜，支承简单，间隙调整方便。可用于中速、中载、一般精度的主轴组件。度的主轴组件。 4.双列圆锥滚子轴承 通双列圆锥滚子轴承（通双列圆锥滚子轴承（26971002697100型）能够同时承受径向载荷和双向轴向载荷，型）能够同时承受径向载荷和双向轴向载荷，承载能力、刚度及抗振能力较高，适用于中速、径向载荷大，轴向载荷中等、一承载能力、刚度及抗振能力较高，适用于中速、

36、径向载荷大，轴向载荷中等、一般精度的机床主轴组件。般精度的机床主轴组件。 此外，角接触球轴承、单向推力球轴承、滚针轴承及滚锥轴承等，可根据结此外，角接触球轴承、单向推力球轴承、滚针轴承及滚锥轴承等，可根据结构选取。构选取。 主轴滚动轴承可按下列原则选择：主轴滚动轴承可按下列原则选择：中等转速，较大载荷，要求刚度较高时，可中等转速，较大载荷，要求刚度较高时，可用线接触的轴承；用线接触的轴承；双列向心短圆柱滚子轴承允许的转速更高一双列向心短圆柱滚子轴承允许的转速更高一些，使用时最好配以些，使用时最好配以6060度角接触双向推动向心度角接触双向推动向心球轴承；球轴承； 高速时可用向心推力球轴承，载荷

37、加大时，高速时可用向心推力球轴承，载荷加大时，可用两个以上的轴承以轴向力为主。要求精度可用两个以上的轴承以轴向力为主。要求精度不太高的主轴，可用单列向心球轴承，配推力不太高的主轴，可用单列向心球轴承，配推力轴承。轴承。 径向尺寸受到限制时，可用滚针轴承；径向尺寸受到限制时，可用滚针轴承； 主轴轴承常用轻系列、特轻系列和超轻系列主轴轴承常用轻系列、特轻系列和超轻系列，以特轻系列为主，轴承越，以特轻系列为主，轴承越“轻轻”滚动体的直径滚动体的直径越小，但滚动体的数量越多，虽然基本额定动静越小，但滚动体的数量越多，虽然基本额定动静载荷递减，但刚度变化却不大，主轴轴承的实际载荷递减，但刚度变化却不大，

38、主轴轴承的实际载荷，相对于其基本额定载荷，是较低的。承载载荷，相对于其基本额定载荷，是较低的。承载能力通常都有富余。能力通常都有富余。 三、主轴滚动轴承的精度三、主轴滚动轴承的精度 主轴轴承精度应采用主轴轴承精度应采用P2 P2 、P4 P4 、P5P5级，级，前后轴承的精度对主轴旋转精度的影响是不前后轴承的精度对主轴旋转精度的影响是不同的。同的。 由于轴承的工作精度主要决定于旋转精由于轴承的工作精度主要决定于旋转精度，壳体孔和主轴径是根据一定的间隙和过度，壳体孔和主轴径是根据一定的间隙和过盈要求配作的，因此，内外圈的尺寸精度即盈要求配作的，因此，内外圈的尺寸精度即使较低，也不影响工作，但可以

39、降低成本。使较低，也不影响工作，但可以降低成本。 前轴承的精度对主轴精度影响大一些，前轴承的精度对主轴精度影响大一些，因此前轴承的精度应选高一些。因此前轴承的精度应选高一些。 轴承的精度不仅影响主轴组件的回转精轴承的精度不仅影响主轴组件的回转精度，而且精度越高，各滚动体受力越均匀，度，而且精度越高，各滚动体受力越均匀，有利于提高刚度，提高抗振性、减少磨损和有利于提高刚度，提高抗振性、减少磨损和提高寿命。提高寿命。四、主轴滚动轴承的寿命四、主轴滚动轴承的寿命（1 1）表层疲劳发生点蚀）表层疲劳发生点蚀 ：重载和高速主轴：重载和高速主轴（2 2）因磨损降低精度）因磨损降低精度 当轴承精度因磨损而降

40、低时，我们认为它当轴承精度因磨损而降低时，我们认为它失效。失效。 决定主轴滚动轴承寿命的是精度，失决定主轴滚动轴承寿命的是精度，失效原因是磨损。效原因是磨损。 什么是什么是极限转速极限转速？广义上讲，普通精度级轴？广义上讲，普通精度级轴承，在轻负荷下运转，达到规定稳定温度时的承，在轻负荷下运转，达到规定稳定温度时的转速。转速。五、滚动轴承的刚度五、滚动轴承的刚度 孔径增大会削弱主轴刚度，主轴端部的刚孔径增大会削弱主轴刚度，主轴端部的刚度与截面惯性矩成正比。度与截面惯性矩成正比。 当当d d/ /D D0 00.50.5时，时，K Kd d/K0.94/K0.94，空心主轴的，空心主轴的刚度降低

41、较小。刚度降低较小。 当当d d/ /D D0 0=0.7=0.7时，时，K Kd d/K =0.76/K =0.76，空心主轴的，空心主轴的刚度降低了刚度降低了2424。 一般应取一般应取d d/ /D D0 00.70.7。 由于夹具和刀具都已标准化，因此通用机由于夹具和刀具都已标准化，因此通用机床主轴端的形状和尺寸也已标准化。设计时具床主轴端的形状和尺寸也已标准化。设计时具体尺寸可参考机床制造标准，中孔对主轴刚度体尺寸可参考机床制造标准，中孔对主轴刚度是有影响的。是有影响的。J空空=1/64 (D4平平-d4)J实实=1/64 D4平平J空空/J实实=1-(d/D平平)4当当d/D0.5

42、时时 J空空/J实实0.9 对刚度影响不大对刚度影响不大;当当d/Dd/D0.70.7时，则影响大时，则影响大. . 为了不致使主轴的刚度受太大的影响，孔径为了不致使主轴的刚度受太大的影响，孔径不应超过外径不应超过外径70%70%。如超，惯性矩将下降。如超，惯性矩将下降24%24%。这。这里的里的刚度包括抗弯和抗扭刚度刚度包括抗弯和抗扭刚度，要说明的是加大，要说明的是加大孔径的车床主轴不受此限，因这时孔径的车床主轴不受此限，因这时D D也加大了。也加大了。第三节第三节 主轴主轴一、主轴结构一、主轴结构 主轴的结构主要决定于主轴上所安装的刀具主轴的结构主要决定于主轴上所安装的刀具、夹具、传动件、

43、轴承和密封装置等的类型、数、夹具、传动件、轴承和密封装置等的类型、数目、位置和安装定位方法。目、位置和安装定位方法。 为了满足刚度要求和能得到足够的止推面以为了满足刚度要求和能得到足够的止推面以及便于装配，常把主轴设计成阶梯轴，即轴径从及便于装配，常把主轴设计成阶梯轴，即轴径从前轴径起向后递减，主轴是实心还是空心的，主前轴径起向后递减，主轴是实心还是空心的，主要取决于机床类型。要取决于机床类型。 主轴端部系指主轴前端，它的形状决定于主轴端部系指主轴前端，它的形状决定于机床的类型、安装夹具或刀具的形式。机床的类型、安装夹具或刀具的形式。 保证：夹具或刀具安装可靠，定位准确，保证：夹具或刀具安装可

44、靠，定位准确，装卸方便和能传递一定的扭矩。装卸方便和能传递一定的扭矩。二、材料和热处理二、材料和热处理 主轴材料主要根据载荷特点、耐磨性和热主轴材料主要根据载荷特点、耐磨性和热处理、变形大小等因素决定。处理、变形大小等因素决定。 因为：因为：主轴的载荷相对来说不大，引起的应主轴的载荷相对来说不大，引起的应力通常小于钢的强度极限，因此强度不是选材的力通常小于钢的强度极限，因此强度不是选材的依据。依据。 主轴的刚度与材料的弹性模量E值有关，钢的E值较大，所以主轴材料首选钢。值的注意的是：钢的弹性模量E的数值与钢的种类和热处理方式无关，即无论是普通钢还是合金钢，其弹性模量E基本相同，因此在选择钢材时

45、首先选用价格便宜的中碳钢（45#），只有在载荷特别重和有较大冲击时，或者精密机床主轴需要减少热处理变形时，或者轴向移动的主轴需要保证其耐磨性时，才考虑用合金钢。 目前，由于球墨铸铁具有高强度、耐磨、吸振、目前，由于球墨铸铁具有高强度、耐磨、吸振、工艺性好，成本低以及简化主轴深孔加工等优点，工艺性好，成本低以及简化主轴深孔加工等优点，开始应用于主轴上，如有些国产铣床的主轴材料开始应用于主轴上，如有些国产铣床的主轴材料已改用球墨铸铁。已改用球墨铸铁。 当主轴轴承采用滚动轴承时，轴径可不淬硬，当主轴轴承采用滚动轴承时，轴径可不淬硬，但为了提高接触刚度，防止敲碰损伤轴径的配合但为了提高接触刚度，防止敲

46、碰损伤轴径的配合表面，不少表面，不少45#45#（C6150C6150，X62WX62W，C6140C6140）等轴径仍）等轴径仍用高频淬火（用高频淬火（HRC48-54HRC48-54）。）。 当采用滑动轴承时，为了减少磨损，轴当采用滑动轴承时，为了减少磨损，轴径必须有很高的硬度。径必须有很高的硬度。45#45#的主轴通常在滑的主轴通常在滑动轴径处进行高频淬火。对大直径（动轴径处进行高频淬火。对大直径（350-350-400400）可用火焰淬火来提高其表面硬度。）可用火焰淬火来提高其表面硬度。对受较大冲击的主轴可用对受较大冲击的主轴可用15#15#钢或钢或30#30#钢，并钢，并在滑动轴颈表

47、面渗碳，淬火及回火。在滑动轴颈表面渗碳，淬火及回火。三、主轴主要结构参数的确定三、主轴主要结构参数的确定(1) 主轴前轴颈直径D1的选取主轴前轴颈D1一般可根据机床类型、主电动机功率以及主参数来选取。主轴前轴颈的直径(单位：mm)(2) 主轴内孔直径d的确定很多机床主轴具有内孔，主要用来通过棒料、拉杆、冷却管等，并能减轻主轴重量。(3) 主轴前端悬伸量a的确定主轴前端悬伸量是指主轴前支承径向反力作用点到前端受力作用点之间的距离。(4) 主轴合理跨距L合理的确定合理确定主轴两个主要支承间的跨距，可提高主轴部件的静刚度。第四节第四节 主轴组件的典型结构主轴组件的典型结构双列圆柱滚子轴承主轴组件-1

48、CA6140型车床主轴组件改进后的结构，注意前后支承类型及结构。主轴组件的典型结构主轴组件的典型结构 一般采用滚动轴承1、要求刚度较高速度不是很高时，常选用三支承结构或者是采用线接触滚动轴承。2、要求速度较高刚度不是很高时，常选用两支承结构或者是采用点接触滚动轴承。3、应用三支承结构时要尤其注意壳体孔的加工工艺和轴承的预紧问题。（三个可行）第七节第七节 主轴组件的验算主轴组件的验算 设计和计算可按下列步骤进行设计和计算可按下列步骤进行: :（1 1）根据统计资料，初选主轴直径）根据统计资料，初选主轴直径 （2 2）选择主轴的跨距）选择主轴的跨距（3 3）根据构造要求，对数据进行修正）根据构造要

49、求，对数据进行修正（4 4）验算）验算（5 5）根据验算结果，对设计进行修改）根据验算结果，对设计进行修改一、主轴直径的初选一、主轴直径的初选 车床和铣床车床和铣床 : :d d2 2( (后轴承直径）后轴承直径）=(0.7-0.9)d=(0.7-0.9)d1 1( (前轴承直径）前轴承直径） 磨床磨床主轴常为前、后轴径相等，中段较粗。主轴常为前、后轴径相等，中段较粗。前轴径根据功率选取（表前轴径根据功率选取（表10-610-6）（）（P206P206）二、二、主轴悬伸量主轴悬伸量a a的确定：的确定： 缩短悬伸量，可以明显提高主轴组件的缩短悬伸量，可以明显提高主轴组件的刚度和抗振性。因此，设

50、计时应努力缩短悬刚度和抗振性。因此，设计时应努力缩短悬伸量。伸量。三、三、主轴最佳跨距的选择主轴最佳跨距的选择1. 1. 假设轴承为刚性支承，主轴为弹性体假设轴承为刚性支承，主轴为弹性体2. 2. 假设主轴为刚体，支承为弹性体假设主轴为刚体，支承为弹性体四、四、 主轴组件的验算主轴组件的验算 对一般机床主轴，主要进行刚度验算。对一般机床主轴，主要进行刚度验算。通常，如果能满足刚度要求，也就能够满通常，如果能满足刚度要求，也就能够满足强度要求。只有对粗加工、重载荷的主足强度要求。只有对粗加工、重载荷的主轴，才需进行强度验算。轴，才需进行强度验算。 主轴箱主轴箱齿轮在轴上的布置和排列齿轮在轴上的布

51、置和排列 在变速传动组内，应尽量使较小的在变速传动组内，应尽量使较小的齿轮成为滑移齿轮，使滑移省力。齿轮成为滑移齿轮，使滑移省力。 3. 齿轮在轴上的布置与排列齿轮在轴上的布置与排列 1）滑移齿轮的轴向布置）滑移齿轮的轴向布置 在变速组内，应尽量使较小的齿轮成为滑移在变速组内，应尽量使较小的齿轮成为滑移齿轮，使滑移省力。有时为了使变速操作方齿轮，使滑移省力。有时为了使变速操作方便，将两个变速传动组的滑移齿轮都安放在便，将两个变速传动组的滑移齿轮都安放在同一根轴上。同一根轴上。 滑移齿轮必须使原处于啮滑移齿轮必须使原处于啮合状态的齿轮完全脱离啮合状态的齿轮完全脱离啮合后，另一个齿轮才开始合后，另

52、一个齿轮才开始啮合。即要求两个固定齿啮合。即要求两个固定齿轮的间距应大于滑移齿轮轮的间距应大于滑移齿轮的总宽度，即留有一定的的总宽度，即留有一定的间隙（间隙（=12mm）。）。 2. 一个变速组内齿轮轴向位置的排列一个变速组内齿轮轴向位置的排列 如无特殊情况，应尽量缩小齿轮轴向排列尺寸。如无特殊情况，应尽量缩小齿轮轴向排列尺寸。 滑移齿轮的轴向位置排列通常有窄式和宽式两种滑移齿轮的轴向位置排列通常有窄式和宽式两种，一般窄式排列轴向长度较小。，一般窄式排列轴向长度较小。附图附图 滑移齿轮采用窄式排列滑移齿轮采用窄式排列 宽式排列占用轴向尺寸较大，以致在相同的载荷宽式排列占用轴向尺寸较大，以致在相同的载荷条件下，传动轴轴径需增