第三章主轴组件的设计第一节主轴组件的功用与基本要求一、主轴组件的组成、功用、特点：二、主轴组件的基本要求：1.旋转精度～在主轴空载手动或机动低速旋转情况下，在主轴前端安装工件或刀具的基面上所测得的径向跳动、端面跳动和轴向窜动的大小。安装基面：例如普通车床主轴的内锥孔、短锥法兰面。通用机床主轴组件的旋转精度，我国有统一的标准，专用机床则应根据工件精度要求确定。影响旋转精度的因素（1）轴承精度和间隙的影响。（2）主轴、支承座等零件中精度的影响。2.刚度主轴组件的刚度～在外载荷作用下抵抗变形的能力。主轴组件的刚度直接影响加工精度。设计中应尽可能提高刚度，从布局、结构尺寸等方面综合考虑。主轴组件抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳运转的能力。主轴振动将降低工件的表面质量。受迫振动的干扰力：主轴上旋转零件的偏心质量产生的离心力；周期性变化的切削力。自激振动：金属切削加工时，由于机床＝工件－刀具弹性系统振动对切削过程的反馈作用，刀具与工件之间发生的强烈的相对振动。粗加工机床～主要防止自激振动；精加工机床～主要防止受迫振动；高速机床～两种振动都要防止。热源～主轴轴承、润滑油等。改进～减轻摩擦、改善散热、改进润滑。采用强制润滑，动压轴承等。5.精度保持性综上所述旋转精度～无载、低速下的工作精度。刚度～静态工作精度。抗振性、热变形～动态工作精度。第二节主轴组件的布局设计一台机器或一个组件包括三方面的工作布局———强度计算———结构设计。一、两支承主轴轴承的配置形式轴承的选型、组合、布置。配置轴承的一般原则1.适应刚度和承载能力的要求承受径向载荷、刚度（大小）滚柱轴承、多个球轴承、单个球轴承承受轴向载荷、刚度（大小）推力球轴承、滚锥轴承、向心推力球轴承。2.适应转速的要求极限转速（高低）径向：球轴承、滚柱轴承、滚锥轴承。轴向：向心推力球轴承、推力球轴承、滚锥轴承。同一类型的轴承规格精度极限转速综上，选择轴承，应综合考虑承载能力和极限转速。3.适应加工精度的要求4.适应结构的要求多个球轴承刚度承载径向尺寸两轴的中心距很小。又如，设计静压轴承时，考虑与滚动轴承可互换。5.适应经济性要求优先采用大批量生产的滚动轴承；中速、大载荷情况下，用滚锥轴承代替向心球轴承和推力轴承；有时滚动、滑动轴承结合使用。二、三支承主轴组件三个支承中有一个是浮动（辅助）支承；浮动支承：轴承的刚度最低，轴承的外圈与支承座孔的配合比主要支承应尽量少用三支承当主轴两支承跨距超过合理跨距时，则应加大主轴直径，提高前支承刚度，不得已再用三支承。第三节主轴的设计包括：结构的确定；材料的选择；热处理方法的确定。一、主轴的结构空心轴，阶梯轴，形状决定于其上安装的刀具、夹具、轴承、齿轮、密封等。主轴的前端部：安装夹具或刀具已标准化，故通用机床主轴端部的形状和尺寸也已标准化二、主轴的材料与热处理材料选择主要考虑刚度考虑弹性模量E刚性普通碳钢与合金钢的弹性模量E值基本一样，故优先选择价格便宜的中碳钢。特殊情况下采用合金钢有冲击Mn钢轴向移动磨损较大合金钢精密机床为了减少热处理变形合金钢热处理第四节主轴的滚动轴承主轴的旋转精度主要取决于轴承，其可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。一、常用的主轴滚动轴承的类型除一般的滚柱、滚锥、滚针轴承、向心推力球、推力球轴承外，还有几种主轴滚动轴承。二、滚动轴承的间隙调整和预紧作用：提高主轴组件工作性能，提高轴承的使用寿命预紧力：20～30%工作载荷间隙调整的原理使轴承内、外圈产生相对位移，并保持在调整好的位置上。调整的具体结构举例。1.螺纹调整法调整螺母的防松3.油压套筒式调隙结构三、滚动轴承的精度与配合常用于机床主轴组件。主轴前轴承的精度通常比后轴承精度高一级。第五节主轴滑动轴承滑动轴承的优点：存在油膜阻尼，故抗振性好，而且运转平稳性好。滑动轴承的分类：液体滑动轴承a)动压轴承b)静压轴承气体滑动轴承多数为静压轴承。一、液体动压滑动轴承产生压力油膜的条件：主轴旋转带动润滑油从间隙大处向小处流动，且vv临界单油锲滑动轴承只产生一个压力油锲，轴心位置稳定性差，主轴组件中不予采用。多油锲滑动轴承（三油锲、五油锲）1.短三瓦滑动轴承间隙0.005～0.015mm主轴轴心飘移量0.001mm左右v临界＝4m/s只能单向旋转用于磨床主轴。阿基米德曲线多油锲轴承整体式外锥内圆结构；用双偏心圆弧代替阿基米德曲线，形成锲形空间；用于高精度磨床。动压轴承的最大缺点：低速时油膜形成不了，启动、停止过程中要发生干摩擦，而且转速改变时，油膜厚度改变致使轴心的位置改变。二、液体静压轴承优点：1.油膜由压力油建立，与主轴的转向、转速无关，故具有良好的正反转与速度变化的适应性。2.承载能力强。只要提高油压，增大承载面积，就能提高轴承的承载能力。3.轴承的寿命长。纯液体摩擦。4.旋转精度高，油膜的刚度，可以是动压轴承油膜缺点：1.需要一套专门的供油系统，油液的清洁度要求高。2.油液需要冷却，以免温升过高。3.对启动、停车及断电需要有专门的保护装置。静压轴承的工作原理pr=ps-ΔpG容积式节流器ΔpG=Q~流量情况1：RG1=……………=RG4pr4主轴浮于轴承的中心。情况2：受载荷W时，轴颈向下偏移。h3ΔpG3由式pr=ps-ΔpG可知pr3同理可知pr1pr3-pr1=W，主轴处于新的平衡位置。静压轴承的应用：重型机床的主轴常采用静压轴承。精密机床多数采用动压轴承和滚动轴承。第六节主轴组件的计算一、主轴组件结构参数的确定1.主轴前、后轴颈D1、D2的选择2.主轴内孔的直径d要求d/D平0.73.主轴前端悬伸量a设计中a尽量取小。4.主轴支承跨距Ly=y1+y2Ly1（主轴）Ly2（轴承）因此，L具有最佳取值范围。y具有最小值，对应有L合理当LL合理，主要必须提高主轴刚性。当LL合理，主要必须提高支承的刚性。