补充3_主轴系统介绍和维修和调整

1、补充内容补充内容3 3 主轴系统介绍和维修调整主轴系统介绍和维修调整常见的卧式主轴布局常见的卧式主轴布局1)1)两支点两支点主轴由前后两个支点主轴由前后两个支点, ,布置布置有滑动或滚动轴承有滑动或滚动轴承, ,应用于应用于不长的主轴结构不长的主轴结构2)2)三支点三支点除前后两个支承点外除前后两个支承点外, ,在轴在轴中间增设一个支承中间增设一个支承, ,是一过是一过定位装置定位装置. .适用于长径比大的主轴系统适用于长径比大的主轴系统, ,中间是辅助支承中间是辅助支承, ,能限止主能限止主轴受载时产生的中间挠度轴受载时产生的中间挠度两支点两支点三支点三支点车床长主轴采用三支承车床长主轴采用

2、三支承,前后轴承为主支承前后轴承为主支承,中间中间轴成间隙配合轴成间隙配合;卧铣主轴卧铣主轴长径比小时长径比小时,前中轴承为主前中轴承为主,后轴承为辅助后轴承为辅助,间隙配合间隙配合.1.1.卧式布局的滑动轴承主轴结构卧式布局的滑动轴承主轴结构1.11.1采用滑动轴承的主轴结构采用滑动轴承的主轴结构使用滑动轴承的主轴结构一般都采用两支点布局使用滑动轴承的主轴结构一般都采用两支点布局转动轴颈面与支承间是滑动摩擦转动轴颈面与支承间是滑动摩擦,轴的转速高低、表面轴的转速高低、表面平整度是关键平整度是关键,决定油膜状态决定油膜状态(液体润滑或半干摩擦液体润滑或半干摩擦)很大程度由动压建立与否有关很大程

3、度由动压建立与否有关;本处讲的不是一般非液体支承和支架式液体滑动轴承本处讲的不是一般非液体支承和支架式液体滑动轴承,而是指有回转精度要求而是指有回转精度要求,转速在转速在6001000以上的主轴以上的主轴用滑动轴承用滑动轴承.支架式液体支架式液体滑动轴承滑动轴承曲柄轴承铜衬套曲柄轴承铜衬套,属非液体滑动轴承属非液体滑动轴承1.1.1滑动轴承的动压原理滑动轴承的动压原理几何条件几何条件 轴和轴承之间轴和轴承之间, ,因主轴自重引起的偏心因主轴自重引起的偏心, ,自然自然生成油隙生成油隙黏性油的剪切作用黏性油的剪切作用轴在较高速度旋转时轴在较高速度旋转时, ,因油的因油的一定黏度顺着油隙大口流入一

4、定黏度顺着油隙大口流入, ,在内摩擦力的作用下产在内摩擦力的作用下产生油膜压力生油膜压力, ,转速越高和接触面越平整油压产生的作转速越高和接触面越平整油压产生的作用力越大用力越大; ;偏心建压偏心建压 在建压过程中在建压过程中, ,主轴从上下偏心变两向偏心主轴从上下偏心变两向偏心, ,不断建压不断建压, ,逐渐自动减偏求中心逐渐自动减偏求中心, ,整个过程轴心飘移整个过程轴心飘移( (类类似正反馈似正反馈););磨损磨损在启动建压与停车惯性过程的一段时间里在启动建压与停车惯性过程的一段时间里, ,存在金属摩擦存在金属摩擦. .油楔效应产生的动压分布如图油楔效应产生的动压分布如图1.1.2两种典

5、型的主轴滑动轴承两种典型的主轴滑动轴承(1)(1)外锥内直径向滑动轴承外锥内直径向滑动轴承受力特点受力特点: :只能承受径向力只能承受径向力, ,布局特点布局特点: :除了前后两个同类型的除了前后两个同类型的这类轴承外这类轴承外, ,还要配有轴向定位轴还要配有轴向定位轴承承, ,支承轴向力支承轴向力. .轴承结构特点轴承结构特点:1)1)外廓成锥度外廓成锥度, ,常见为常见为110110、120120、130,130,承载大、转速承载大、转速极满的也有极满的也有15,15,该锥面与主该锥面与主轴箱体锥孔接触配合轴箱体锥孔接触配合; ;2)2)外钢外钢内面铜合金内面铜合金,整体剖缝整体剖缝式结构

6、式结构, , 缝间嵌磨配镶条缝间嵌磨配镶条3)3)锥体两端各设一段方牙螺纹锥体两端各设一段方牙螺纹, ,后螺纹用于收紧轴承内孔尺寸后螺纹用于收紧轴承内孔尺寸; ;前螺纹用于将锥体拉出之用前螺纹用于将锥体拉出之用. .整体结构整体结构双套式结构双套式结构4)4)内孔拉有两端不开穿的油槽内孔拉有两端不开穿的油槽, ,中心线下方开有毛毡圆通槽中心线下方开有毛毡圆通槽. .剖缝应避开承载区剖缝应避开承载区, ,不使破坏油膜的生成不使破坏油膜的生成. .更换制作工艺流程更换制作工艺流程: :1)毛坯毛坯 粗车外圆放毛坯车余量粗车外圆放毛坯车余量5mm,内孔按合金层厚度车至内孔按合金层厚度车至尺寸尺寸;外

7、送离心外送离心浇铸浇铸.(.(空内按量放轴承合金后空内按量放轴承合金后, ,两端加焊端盖两端加焊端盖) )离心离心浇注浇注加焊端盖加焊端盖车两顶尖车两顶尖车毛车毛坯坯2)2)成形成形去盖去盖检查检查准备准备 按主轴精修磨外圆尺寸按主轴精修磨外圆尺寸( (小小0.0500.050刮余量刮余量) )制做短心轴制做短心轴, ,两端车研中心孔两端车研中心孔, ,上磨床精磨至尺寸上磨床精磨至尺寸半精车轴承毛坯成形半精车轴承毛坯成形,螺纹螺纹外尺寸放磨余量外尺寸放磨余量0.25mm,锥面锥面按锥度比放配磨余量按锥度比放配磨余量;车时注意车时注意合金层尺寸均分合金层尺寸均分;两端车研中心孔两端车研中心孔按假

8、轴车配轴承内孔按假轴车配轴承内孔, ,配合间隙配合间隙0,010,010.015mm,0.015mm,装上假轴如左图装上假轴如左图与主轴箱内锥孔配磨与主轴箱内锥孔配磨,边磨边刮内孔边磨边刮内孔.主轴箱配孔朝上主轴箱配孔朝上主轴箱主轴箱(2)(2)外直内锥向心推力滑动轴承外直内锥向心推力滑动轴承受力特点受力特点: :多油楔滑动轴承介绍多油楔滑动轴承介绍三块瓦主轴结构三块瓦主轴结构AAa锥孔前平面3.3.主轴用滚动轴承主轴用滚动轴承圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承（N）3.1滚动轴承的类型和结构滚动轴承的类型和结构圆锥推力滚子轴承既能承受径向力圆锥推力滚子轴承既能承受径向力, ,又能又能承受轴向力。与向心

9、推力球轴承相比，它承受轴向力。与向心推力球轴承相比，它能承更大的径向力和轴向力。能承更大的径向力和轴向力。它与向心球轴承一样，摩擦小，额定转它与向心球轴承一样，摩擦小，额定转速高。速高。向心推力球轴承既能承受径向力向心推力球轴承既能承受径向力, ,又能又能承受轴向力。其接触角承受轴向力。其接触角有有2222、24242626三种三种, , 越大受轴向力能力越大。越大受轴向力能力越大。它与向心球轴承一样，摩擦小，额定转它与向心球轴承一样，摩擦小，额定转速高。速高。单个不能应用，必须成对使用，以消除单个不能应用，必须成对使用，以消除双向轴向力。双向轴向力。角接触双列向心推力球轴承；短圆柱滚子轴承；

10、视受载而定；普遍用于各种数控机床。背靠背安装；1）前支承用特点：2-3个向心推力球轴承2-3个向心推力球轴承，2）后支承用双列圆柱滚子轴承；3）适应较高速，较重切削要求，精度高，但轴向受载能力小。背靠背安装；1）前支承用特点：多个高精度向心推力球轴承，2）后支承用较高精度的向心球轴承；3）高速性能好，承载能力小。适合于高速轻载和精密数控机床的主轴结构。特点：1）前支承用双列圆锥滚子轴承，2）后支承用单列圆锥滚子轴承；3）径向和轴向刚性好，承载能力强，但转速提高受到了限制。适合于中等精度低速重载的数控机床。1）前支承用双列圆柱滚子轴承和603）综合刚性好咳满足于强力切削要求，2）后轴承用成组向心

11、推力球轴承或双列特点：数控机床主轴典型结构数控机床主轴典型结构角接触双列向心推力球轴承；短圆柱滚子轴承；视受载而定；普遍用于各种数控机床。背靠背安装；1）前支承用特点：2-3个向心推力球轴承2-3个向心推力球轴承，2）后支承用双列圆柱滚子轴承；3）适应较高速，较重切削要求，精度高，但轴向受载能力小。背靠背安装；1）前支承用特点：多个高精度向心推力球轴承，2）后支承用较高精度的向心球轴承；3）高速性能好，承载能力小。适合于高速轻载和精密数控机床的主轴结构。特点：1）前支承用双列圆锥滚子轴承，2）后支承用单列圆锥滚子轴承；3）径向和轴向刚性好，承载能力强，但转速提高受到了限制。适合于中等精度低速重

12、载的数控机床。1）前支承用双列圆柱滚子轴承和603）综合刚性好咳满足于强力切削要求，2）后轴承用成组向心推力球轴承或双列特点：滚动轴承基本上由四大件组成，即外环、内环、隔离圈和滚动体。滚动体由球和滚动轴承基本上由四大件组成，即外环、内环、隔离圈和滚动体。滚动体由球和柱子二种，柱子又分圆柱和圆锥滚子二种。通常球（滚珠）的摩擦小，轴承的转柱子二种，柱子又分圆柱和圆锥滚子二种。通常球（滚珠）的摩擦小，轴承的转速高；滚子的转速比球的转速低，但受力大。速高；滚子的转速比球的转速低，但受力大。轴承构造与典型主轴轴承2。2主轴滚动轴承及游隙从滚动体和内外环直或斜，组成的轴承的受力又分受向心力的，受轴向力的或

13、既从滚动体和内外环直或斜，组成的轴承的受力又分受向心力的，受轴向力的或既受轴向又能受径向力的轴承。从大类分成10个大类。限于篇幅，本节就主轴选用受轴向又能受径向力的轴承。从大类分成10个大类。限于篇幅，本节就主轴选用的常用的几种在此说明。的常用的几种在此说明。向心滚珠滚动轴承 只能受径向力，摩擦小，额定转速高。向心滚珠滚动轴承 只能受径向力，摩擦小，额定转速高。径向与轴向都存在游隙，无法完全消除。径向与轴向都存在游隙，无法完全消除。单或双列圆柱滚子轴承 只能受径向力，摩擦大于球轴承，额定单或双列圆柱滚子轴承 只能受径向力，摩擦大于球轴承，额定转速低，但受载大。转速低，但受载大。径向与轴向都存在

14、游隙，无法完全消除。径向与轴向都存在游隙，无法完全消除。双列圆锥滚子轴承 性能特点同上一种。只能受径向力，内孔带双列圆锥滚子轴承 性能特点同上一种。只能受径向力，内孔带1：12锥度。1：12锥度。主轴用滚动轴承主轴用滚动轴承单列圆锥滚子轴承 能受径向力，又能受单向轴向力。内锥角不同， 单列圆锥滚子轴承 能受径向力，又能受单向轴向力。内锥角不同， 轴向受力能力不同。受载特点同滚子轴承一样。极限转速低。轴向受力能力不同。受载特点同滚子轴承一样。极限转速低。双列圆锥滚子轴承 能受径向力，又能受双向轴向力。受载特点同滚 双列圆锥滚子轴承 能受径向力，又能受双向轴向力。受载特点同滚 子轴承一样。极限转速

15、低。子轴承一样。极限转速低。该轴承在二内环端可放入垫片，从而达到预紧。该轴承在二内环端可放入垫片，从而达到预紧。背对背组合面对面组合向心推力滚珠轴承成组装配，能受向心推力滚珠轴承成组装配，能受双向轴向力。双向轴向力。3.2轴承的游隙和消除轴承的游隙和消除 滚动轴承的滚动体和内外圈的滚道之间存在着间隙滚动轴承的滚动体和内外圈的滚道之间存在着间隙, ,它的它的方位方位随转动和受载不断改变着随转动和受载不断改变着, ,被称为游隙。被称为游隙。 游隙与制造精度有关，标准化规定，不同的精度等级有不同游隙与制造精度有关，标准化规定，不同的精度等级有不同的游隙。的游隙。它的大小对轴承的温升，噪声和寿命有很大

16、的它的大小对轴承的温升，噪声和寿命有很大的影响影响。 游隙有原始游隙，工作游隙和失效游隙三种游隙有原始游隙，工作游隙和失效游隙三种。 1 1）原始游隙原始游隙 滚动轴承装配制造出滚动轴承装配制造出厂时，滚动体和内外圈厂时，滚动体和内外圈滚道之间的游隙。即滚道之间的游隙。即内内外圈之间最大的位移量。外圈之间最大的位移量。测量：测量：固定外圈，轴向或径向推动内圈，固定外圈，轴向或径向推动内圈，其最大的位移量即原始游隙其最大的位移量即原始游隙2 2）工作游隙）工作游隙 即将轴承装上过盈尺寸的轴和孔时的实际游隙。即将轴承装上过盈尺寸的轴和孔时的实际游隙。 由于采用过盈配合，滚动轴承内部滚动体和内外滚道

17、发生由于采用过盈配合，滚动轴承内部滚动体和内外滚道发生了变形，间隙变小。采用的过盈量越大，变形越大，游隙变了变形，间隙变小。采用的过盈量越大，变形越大，游隙变小。小。工作游隙小于原始游隙。工作游隙小于原始游隙。过盈或过盈或过渡配过渡配合合过渡配合过渡配合3 3）实际游隙）实际游隙 从轴承装配到失效一段时段里轴承实际存在从轴承装配到失效一段时段里轴承实际存在的游隙。的游隙。 工作着的轴承由于长期使用，其滚动体和滚道都发生了磨损工作着的轴承由于长期使用，其滚动体和滚道都发生了磨损，三者之间位移量变大，直至大于原始游隙，轴承已经失效。，三者之间位移量变大，直至大于原始游隙，轴承已经失效。原始游隙原始

18、游隙装配（工作）游隙装配（工作）游隙磨后游隙磨后游隙使用使用过盈过盈装配装配3.2.轴承装配轴承装配1)外环转外环转,内环固定内环固定 两件过盈两件过盈,外配合紧于内配合外配合紧于内配合2)2)内环转内环转, ,外环固定外环固定 两件过盈两件过盈, ,内配合紧于外配合内配合紧于外配合内圈与轴基孔制内圈与轴基孔制,外圈与体壳孔基轴制外圈与体壳孔基轴制 轴承的装配轴承的装配以小于以小于100MM尺寸的轴承为例尺寸的轴承为例（1 1）冷装配）冷装配 适应于装配小尺寸滚动轴承。适应于装配小尺寸滚动轴承。（2 2）温度装配）温度装配对较大尺寸的或精密滚动轴承在一定温度下装配是较好的方法。对较大尺寸的或精

19、密滚动轴承在一定温度下装配是较好的方法。热油槽热油槽 介质：可溶性油加（介质：可溶性油加（1015%）水的混合液，）水的混合液，油温油温150将轴承放入槽中加热，使内孔涨大，在轴上涂以轻油，然后迅速将轴承放入槽中加热，使内孔涨大，在轴上涂以轻油，然后迅速从槽液中取出轴承装在轴上。从槽液中取出轴承装在轴上。加热平板加热平板 将轴承放于平板上升温到指定温度，使用高温温将轴承放于平板上升温到指定温度，使用高温温度计或试温笔测温来保证不过热，试验内孔涨大量。度计或试温笔测温来保证不过热，试验内孔涨大量。使用温控烤炉使用温控烤炉 通过轴承在炉内经足够长时间通过轴承在炉内经足够长时间,使其均匀加热使其均匀

20、加热,但不过热但不过热.冰冷处理冰冷处理 将轴承置于二氧化碳干冰中将轴承置于二氧化碳干冰中,使外圈缩小使外圈缩小,放入体壳孔放入体壳孔至常温至常温.注意用防冻手套注意用防冻手套,控制温度不能过大控制温度不能过大.(1)(1)相对于负荷方向旋转的套圈与轴或外壳孔相对于负荷方向旋转的套圈与轴或外壳孔, ,应选过渡配合或过盈配合应选过渡配合或过盈配合, ,过盈过盈量的大小量的大小, ,以带负载工作时以带负载工作时, ,套或壳体孔配陪合面不产生爬行为原则套或壳体孔配陪合面不产生爬行为原则; ;(2)2)相对于负载固定的套圈与轴或外壳孔应选择过渡或间隙配合相对于负载固定的套圈与轴或外壳孔应选择过渡或间隙

21、配合(3)(3)相对于轴或外壳孔需要轴向移动的套圈相对于轴或外壳孔需要轴向移动的套圈( (游动圈游动圈) )以及需要经常拆卸的以及需要经常拆卸的套圈与轴或外壳孔套圈与轴或外壳孔, ,应选择较松的过渡配合或间隙配合应选择较松的过渡配合或间隙配合; ;(4)(4)承受重载的轴承承受重载的轴承, ,通常应比承受轻载或正常负载的选择较紧的过盈配合通常应比承受轻载或正常负载的选择较紧的过盈配合, ,负荷大负荷大, ,过盈量应越大过盈量应越大. .选择原则选择原则3.4.配合尺寸精度配合尺寸精度内圈与轴内圈与轴, ,外圈与孔的配合合理直接影响工作游隙的大小外圈与孔的配合合理直接影响工作游隙的大小, ,从而

22、决定运转精度从而决定运转精度和使用寿命和使用寿命. .轴公差轴公差 j5,k5.m5,m6,n6 松松紧紧轴承内孔轴承内孔 精度为精度为P4/P5(P4/P5(原标准原标准C,D)C,D)轴承内孔与轴是基孔制配合轴承内孔与轴是基孔制配合正常负载正常负载,通用机械通用机械,变速箱变速箱,电机电机轴承外圈与体壳孔是基轴制轴承外圈与体壳孔是基轴制体壳孔公差体壳孔公差外圈相对负载静止外圈相对负载静止 G7,H7,J7松松紧紧轴承的预紧轴承的预紧1)装配中游隙的减少装配中游隙的减少轴承在装配中由于使用过渡或过盈配合轴承在装配中由于使用过渡或过盈配合, ,通常内圈向外涨大通常内圈向外涨大, ,外圈受体壳限

23、制外圈受体壳限制而向轴方向涨大而向轴方向涨大, ,使轴承游隙减小使轴承游隙减小, ,即使过盈再大也不能完全消除即使过盈再大也不能完全消除, ,特别在受载特别在受载方向不能完全消除方向不能完全消除. .据资料解绍据资料解绍, ,游隙游隙0.06,0.06,寿命将降低寿命将降低50%50%。通常装配时通常装配时. .其实滚子与滚道之间并未全部接触其实滚子与滚道之间并未全部接触, ,如能全部接触如能全部接触, ,动件完全动件完全参加受载参加受载, ,不仅回转精度高不仅回转精度高, ,抗振性得到改善抗振性得到改善. .3)3)两类轴承可以作不同的预紧两类轴承可以作不同的预紧双列圆柱滚子轴承双列圆柱滚子

24、轴承( (带圆锥内孔带圆锥内孔) )带推力的向心球或滚子滚动轴承带推力的向心球或滚子滚动轴承滚动轴承在较大的游隙下工作时滚动轴承在较大的游隙下工作时, ,负载力集中在处于受力方向上的一个或几个负载力集中在处于受力方向上的一个或几个滚动体与内外圈滚道接触处产生应力集中滚动体与内外圈滚道接触处产生应力集中, ,在循环下降低了刚度与寿命在循环下降低了刚度与寿命, ,主轴主轴回转中心发生飘移回转中心发生飘移, ,回转精度下降回转精度下降, ,还会产生振动还会产生振动. .2)2)预紧预紧 将滚动轴承的游隙消除将滚动轴承的游隙消除, ,还使其产生一定的过盈还使其产生一定的过盈( (负间隙负间隙),),使

25、三大件使三大件产生一定的弹性变形产生一定的弹性变形, ,相互间接触面积增大相互间接触面积增大, ,滚动体受力更均匀滚动体受力更均匀, ,刚度得以提刚度得以提高高. .上述使滚动体和滚道产生过盈力称预紧力上述使滚动体和滚道产生过盈力称预紧力. .预紧力要适当预紧力要适当, ,否则适得其反否则适得其反, ,不仅增大轴承的承载不仅增大轴承的承载, ,还使寿命下降还使寿命下降, ,许用极限许用极限转速降低转速降低. .向心推力球轴承向心推力球轴承单个使用：在受图示轴向力时，内外圈轴向相对位移，游单个使用：在受图示轴向力时，内外圈轴向相对位移，游隙减小。（内外圈变形外加轴向位移）隙减小。（内外圈变形外加

26、轴向位移）力不能过大，不能受轴反向力力不能过大，不能受轴反向力成组使用：背对背成组使用：背对背双向受轴向力双向受轴向力内外圈配加垫圈，使游隙消除。内外圈配加垫圈，使游隙消除。轴承的选配轴承的选配目的目的:消除或减少装配零件之间的跳动量消除或减少装配零件之间的跳动量,提高回转精度提高回转精度 主轴轴颈和滚动轴承的内外圈都有一定的制造误差主轴轴颈和滚动轴承的内外圈都有一定的制造误差, ,在装配时适当选择在装配时适当选择误差偏向误差偏向, ,可以降低误差的影响可以降低误差的影响, ,进一步提高主轴的回转精度进一步提高主轴的回转精度. .1）支承中心轴承的成组装配轴承的成组装配3.5轴承的失效轴承的失效当滚动轴承的滚动体与内外圈滚道磨损后当滚动轴承的滚动体与内外圈滚道磨损后, ,间隙变大间隙变大, ,实际工作游隙大于实际工作游隙大于安装初期的工作游隙安装初期的工作游隙, ,导致转动件的径向跳动和轴向窜动量增大导致转动件的径向跳动和轴向窜动量增大, ,当超出精当超出精度要求时度要求时, ,轴承已经失效轴承已经失效( (不一定超过极限寿命不一定超过极限寿命).).长期工作周期脉动循环载荷下的轴承长