第三章 主轴组件设计

第三节 主轴的滑动轴承

主轴的滑动轴承 特点：阻尼性能好，刚度高，抗振性好， 运动平稳，径向尺寸小 按流体介质不同分为液体滑动轴承和气体 滑动轴承 按其产生油膜压强的方式，可分为动压轴 承和静压轴承





一、液体动压滑动轴承
动压轴承是靠轴的转动形成油膜而具有承载 能力的 速度的高低决定承载能力的大小 主轴组件的滑动轴承应是多油楔的，且间隙 可调 多油楔轴承有固定多油楔和活动多油楔两类 间隙调整方式： 锥形轴径轴向调整 柱形轴径径向调整


五、耐磨性

主轴组件必须有足够的耐磨性，以便长期 保持精度 易磨损部位采用热处理方法淬硬
六、主轴的结构



主轴前端部已经标准化了，直径尽量大些， 悬伸尽量小些，做成阶梯轴 中空：主轴孔径不超外径的70%





七、材料和热处理 主轴的材料一般不根据强度或刚度来选择 主要根据耐磨性、热处理方法和热处理后的 变形选择： 普通机床的主轴，可用45号或60号优质中碳钢， 调质到220～250HBS左右。 锥孔、定心轴颈、定心锥面，高频淬硬至 50～55HRC 精密机床的主轴，可用40Cr或低碳合金钢20Cr、 16MnCr5、12CrNi2A等渗碳HRC≥60 更高的耐磨性可用渗氮钢38CrMoAlA,进行渗 氮处理，表面硬度可达1100～1200HV（维氏）

八、主轴的技术要求


主轴和壳体孔的直径公 差和形状公差可参考 表10-5制定 主轴的其余的技术条件， 应根据机床精度标准制 定 例：车床主轴的技术要 求 前轴径A 105 后轴径B 75 带有 1:12 的锥度







主要的技术要求： ⑴ 轴径A和B的圆度 A=0.003 B=0.0025 ⑵ 莫氏锥孔和A、B面用涂色法检查接触率 ≥70% ⑶ 莫氏锥孔对轴径A、B的径向跳动 近轴端 0.005 300mm处 0.010 ⑷ 短锥C对轴径A、B的径向圆跳动 0.005 ⑸ 端面D对轴径A、B的端面圆跳动 0.010





4、短锥C对轴径A、B的径向圆跳动 短锥C是卡盘的定心轴颈。精度检验标准规 定公差是0.01mm 技术要求定径向圆跳动为：0.005mm 5、端面D对轴径A、B的端面圆跳动 精度检验标准规定了主轴轴肩支承面的跳 动为0.02mm 它包括主轴的轴向窜动和端面D对A、B的 端面圆跳动 技术要求定为0.01。考虑到装配误差和精度 储备
第十章

主轴组件
主轴组件是机床的一个重要组成部分 组成：主轴、轴承以及安装在主轴上的传 动件和固定件 特点：夹卡工件或刀具直接参加零件表面 的成形
Hale Waihona Puke 第一节 对主轴组件的基本要求

一、旋转精度
主轴的旋转精度：指的是装配后，在无载 荷、低速转动的条件下，主轴安装工件或 刀具部位的径向和轴向跳动 旋转精度取决于：主轴、轴承、壳体孔等 的制造、装配和调整精度；




三、抗振性

主轴组件的振动会影响工件表面质量，刀 具的耐用度和主轴轴承的寿命，产生噪音
影响因素：主轴组件的静刚度、质量分布、 和阻尼（特别是前轴承的阻尼）



四、温升和热变形
温升产生热变形，使主轴伸长，轴承间隙 发生变化，主轴箱的热变形使主轴偏离正 确位置，前后轴承温度不同，使主轴倾斜 温升还可使润滑油粘度下降



节流器分类： ⑴固定节流器 固定节流器是一个固定的液阻，在一定流 量下产生一定的压降，相当于一个固定的 节流阀。常用的有小孔节流器和毛细管节 流器两种 ⑵可变节流器
可变节流器的液阻可以随油腔的压强变化 而变化，常见的有薄膜节流器和滑阀节流 器


间隙的调整：
静压轴承的间隙只影响润滑油的流量，对 承载能力影响很小，因此静压轴承可以不 必调整间隙 液体静压轴承已经系列化了，且已经有了 推力、球面、锥面、双锥面的静压轴承。
三、轴承的刚度


四、滚动轴承的预紧
预紧：使轴承滚动体与滚道之间产生一定 的过盈量（负间隙） 适当预紧可以提高轴承的精度和寿命，同 时也可提高轴承的刚度



主轴轴承预紧有径向预紧和轴向预紧两种 径向预紧用于双列圆柱滚子轴承
轴向预紧用于圆锥滚子轴承、角接触球轴 承、推力轴承等




c、推力轴承影响旋转精度（轴向跳动）的 是“轴承滚道对底面厚度的变化量” Si d、角接触球轴承和圆锥滚子轴承，既有 K ia和Kea外，还有影响轴向精度的“成套 轴承内圈端面对滚道的跳动” Sia 上述指标是选择轴承精度的依据 见表10-1、10-2




主轴前、后轴承的精度（误差）对主轴旋转精度 的影响是不同的 如下图所示：

2、活动多油楔轴承





这种轴承由三块或五块瓦组成，轴瓦包角 为60°，长径比 L/D=0.75 轴瓦由球头螺钉支承，可以稍稍摆动 瓦块的压力中心 O 距出口的距离 b0 约等于 瓦块宽度 B 的0.4倍 轴瓦除了径向摆动外，也可轴向摆动 轴瓦与球头螺钉接触面积要大于 80% 以保 证接触刚度 轴承间隙靠螺钉调整 缺点是综合刚度低于固定多油楔轴承


一般机床的主轴轴承以磨损降低精度为失 效的依据


七、两支承组件的轴承配置
主轴支承的选型、组合、布置，主要根据所 设计主轴组件对承载能力、转速、刚度以及 精度等方面的要求确定 起止推作用的轴承的布置有三种方式 a、前端定位： 主轴受热变形向后伸长，不影响加工精度， 但前支承结构复杂，发热量大，轴承间隙调 整不便 b、后端定位： 与前端定位的特点相反








c、两端定位： 支承处的结构都不是很复杂，但主轴受热 伸长后，轴承轴向间隙的改变较大，若止 推轴承布置在径向轴承内侧，主轴可能因 热膨胀而弯曲


八、三支承主轴组件 采用三支承的主轴，其中一个支承起辅助 支承作用 辅助支承的轴承具有较大的游隙（0.03-0.07） 通常采用向心球轴承或圆柱滚子轴承



1、轴颈A、B的圆度 轴颈A、B的圆心连线是主轴的中心线，是 测量基准 查公差表：A为0.003 B为0.0025
2、莫氏锥孔和A、B面的锥度 用标准锥度规靠涂色法检查接触率≥70% 3、莫氏锥孔对A、B面的径向跳动 主轴组件装配后，在锥孔内插入标准验棒



测量主轴端部，△1=0.01 △1/2=δ1=0.005 在300mm处， △2=0.02 故△2/2=δ2=0.01






安装齿轮等传动件部位，与前、后端轴颈 的同轴度公差，可取为略小于直径公差的 一半 超过600r/min的主轴，无配合的自由表面的 粗糙度不超过Ra=1.6μm 空心的高速主轴必须规定中空孔对前、后 轴颈的同轴度 当线速度超过 3m/s时，主轴组件应在装配 完毕状态下进行动平衡，平衡等级通常为 G1级



4、圆锥滚子轴承 特点： 既能承受径向载荷，又能承受轴向载荷 （双列的可承受双向的轴向载荷）






滚子数量大，刚度和承载能力均较大，但滚子大 端与内圈挡边之间是滑动摩擦，发热较多，故允 许的极限转速较低 法国Gamet公司研制的圆锥滚子轴承，滚动体是中 空的，易于冷却 间隙的调整： 单列的使内、外圈产生相对轴向位移 双列的修磨中间的隔套
位置可排在中间，也有设置在后端 三支承主轴的结构、工艺难度很大，三个 轴颈和三个支承座孔的同轴度要求很严







九、主轴的传动 1、主轴的传动方式 a、齿轮传动 b、皮带传动 c、内联原动机 2、传动件的布置 多数主轴组件的传动件直接装在主轴上的 布置方式： 轴向：尽量靠近支承处 径向：尽可能布置在第Ⅲ、Ⅳ象限



一、主轴滚动轴承的类型 主轴轴承应根据精度、刚度和转速选择 承载能力和疲劳寿命不是选择的主要指标



主轴常用的滚动轴承： 1、双列圆柱滚子轴承


型号：NN3000K(3182100) NNU4900K（4382900） 特点：内孔为 1:12 的锥 孔与主轴的锥形轴颈相配 合，只承受径向力 间隙的调整： 轴向移动内圈 适用场合： 载荷较大、刚度要求较高， 中等转速

5、深沟球轴承 特点：只能承受径向载荷，轴向载荷则由 配套的推力轴承承受 间隙的调整：一般不能调整间隙 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。






二、轴承精度 主轴轴承的精度主要采用 P2、P4、P5 级 （B、C、D）相当于ISO 2、4、5 级 此外，又规定了SP级和UP级作为补充 结构对精度的影响： a、向心轴承用于切削力方向固定的主轴， 对径向旋转精度影响最大的是“成套轴承 的内圈径向跳动” Kia b、如用于切削力方向随主轴旋转而变化的 主轴，对轴承径向旋转精度影响最大的是 “成套轴承的外圈径向跳动” Kea







2、双向推力角接触球轴承 型号：234400（2268100） 特点：可承受双向的轴向载荷 它与双列圆柱滚子轴承配套使用
间隙的调整： 修磨隔套 3 公称外径与同孔径的双列圆柱滚子轴承 相同，但外径公差带在零线的下方 接触角α =60° 瑞典SKF α =40° BTAB系列 日本NSK 单向推力角接触球轴承 α =30° 的BA10X系列； α =40° 的 BT10X系列