机械制造装备设计 第三章 主轴组件设计

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《机械制造装备设计》2版 习题思考题解答 第3章 主轴组件设计

《机械制造装备设计》2版 习题思考题解答 第3章  主轴组件设计

第3章主轴组件设计3.1 主轴组件的基本要求是什么?它们对加工精度有何影响?答:1) 旋转精度: 瞬时旋转中心线相对于理想旋转中心线在空间位置上的偏差,,其范围就为主轴的旋转精度,主轴组件的旋转精度是指专机在空载低速转动时,在主轴前端定位面上的测得的径向圆跳动、端面圆跳动和轴向窜动值的大小。

2) 静刚度: 是指在外加载荷作用下抵抗变形的能力。

3) 抗振性: 是指机器工作时主轴组件抵抗振动、保持主轴平稳运转的能力。

4) 热变形: 是指机器工作时,因各相对运动处的摩擦和搅油等耗损而发热造成的温差,使主轴组件在形状和位置上产生的畸变。

5) 耐磨性: 是指长期地保持其原始制造精度的能力,即精度的保持性。

由于各类机械装备的工艺特点的不同,主轴组件所传递的转速、承受的工作载荷等工作条件各异,故对主轴组件的要求也各有侧重,决不能强求一律。

3.2 主轴的轴向定位有几种?各有什么特点,适用何种场合?答:主轴的轴向定位,主要由推力轴承来实现。

推力轴承的配置型式有三种:1) 前端定位推力轴承安排在前支承处。

主轴发热后向后伸长,轴前端的轴向精度较高,但前支承结构复杂(表序号1、2和5)。

2) 后端定位推力轴承安排在后支承处。

主轴受热后向前伸长,影响轴前端的轴向位置精度和刚度,但这种结构便于轴承间隙调整(表序号3).3) 两端定位推力轴承分别安排在前后支承处。

支承结构简单,发热量小,但主轴受热,产生变形,会改变轴承间隙,影响主轴的旋转精度(表序号4、7和8)。

3.3 选择主轴材料的依据是什么?答:主轴材料的选择应根据耐磨性和热处理后变形的大小等来考虑。

因此,无需从强度、刚度角度来考虑主轴材料的选择。

3.4 为什么数控车床的前轴承常采用三联轴承组合,如何布置?为什么?答:如图所示。

数控车床主轴的前支承常采用三联轴承组合安装,即前两轴承为同向组合,接触线朝前(大口朝外),后轴承与之背靠背(反装),则支承点应在前面第一个轴承的接触线与轴线交点处,这样可以增加主轴的前支承支承宽度,缩短主轴前端悬伸量a。

机械制造装备设计第3章习题答案

机械制造装备设计第3章习题答案

《机械制造装备设计》第4版第三章习题参考答案3-1 为什么对机床主轴要提出旋转精度、刚度、抗振性、温升及耐磨性要求?主轴组件的功用是缩小主运动的传动误差并将运动传递给工件或刀具进行切削,形成表面成形运动;承受切削力和传动力等载荷。

主轴组件直接参与切削,其性能影响加工精度和生产率。

末端传动组件(包括轴承)要有较高的制造精度、支承刚度,必要时采用校正机构,这样可缩小前面传动件的传动误差,且末端组件不产生或少产生传动误差。

旋转精度是主轴组件装配后,静止或低速空载状态下,刀具或工件安装基面上的全跳动值。

它取决于主轴、主轴的支承轴承、箱体孔等的制造精度,装配和调整精度。

动态刚度包括抗振性、热变形、噪声。

耐磨性是精度保持性的体现。

故机床主轴要提出旋转精度、刚度、抗振性、温升及耐磨性要求。

3-2 主轴部件采用的滚动轴承有那些类型,其特点和选用原则是什么?双列圆柱滚子轴承、双向推力角接触球轴承、角接触球轴承、双列圆锥滚子轴承。

双列圆柱滚子轴承,滚子直径小,数量多(50~60个),具有较高的刚度;两列滚子交错:1,轴向布置,减少了刚度的变化量;外圈无挡边,加工方便;主轴内孔为锥孔,锥度12移动内圈使之径向变形,调整径向间隙和预紧;黄铜实体保持架,利于轴承散热。

NN3000K 超轻系列轴承。

轴承型号为234400,接触角60ο,滚动体直径小,极限转速高;外圈和箱体孔为间隙配合,安装方便,且不承受径向载荷;与双列圆柱滚子轴承配套使用。

角接触球轴承常用的型号有7000C系列和7000AC系列,前者接触角为15ο,后者为25ο。

7000C系列多用于极限转速高,轴向负载小的机床,如内圆磨床主轴等;7000AC系列多用于极限转速高于双列滚子轴承,轴向载荷较大的机床,如车床主轴和加工中心主轴。

为提高支承刚度,可采用两个角接触球轴承组合安装。

圆锥滚子轴承,与圆锥齿轮相似,内圈滚道锥面、外圈滚道锥面及圆锥滚子轴线形成的锥面相交于一点,以保证圆锥滚子的纯滚动。

机械装备制造三章

机械装备制造三章

1.主轴组件:由主轴及其支承轴承和安装在主轴上的传动件、密封件及定位元件等组成。

主轴组件是机床实现旋转运动的执行件,是机床重要的组成部分。

其功用是传递运动和动力,并带动工件或刀具完成表面成形运动;主轴还要承受切削力和传动力等载荷,并保证工件或刀具与机床其他有关部分保持精确的相对位置。

2.主轴组件应满足的基本要求:1)旋转精度:指主轴装配后,在空载、低速转动状态下,安装刀具或工件的主轴部位的径向跳动和轴向跳动。

旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔的制造、装配和调整精度。

主轴组件的旋转精度直接影响工件的加工精度2)刚度:指主轴组件在外载荷作用下抵抗变形的能力。

刚度的量化:以主轴前端产生单位位移的弹性变形时,在位移方向所施加的作用力大小来表示(静刚度:主轴组件在静载荷作用下抵抗变形的能力;动刚度:主轴组件在交变载荷作用下抵抗变形的能力)主轴主件的刚度不足直接影响零件的加工精度和机床的性能3)温升及热变形:主轴组件运转时,因各相对运动处的摩擦生热,切削区的切削热等使主轴组件的温度升高,其尺寸、形状及位置发生变化,造成主轴组件的热变形。

热变形会引起轴承间隙变化,润滑油粘度降低,影响主轴组件的工作性能,降低加工精度5)精度保持性:主轴组件的精度保持性是指长期地保持其原始制造精度的能力。

又称为耐磨性。

磨损速度与摩擦的种类有关,与主轴及轴承的结构特点、表面粗糙度、材料的热处理方式、润滑、防护及使用条件等许多因素有关,精度保持性影响机床使用寿命内的加工精度和工作稳定性。

3.。

机床上最常用的主轴轴承有滚动轴承和滑动轴承两大类。

4.。

轴承的选择:滚动轴承的优点:①预紧后的滚动轴承有足够的刚度和较高的旋转精度,能在转速和载荷变化范围很大的条件下稳定工作。

②滚动轴承为标准件,质量稳定,成本低。

③滚动轴承容易润滑。

滚动轴承与滑动轴承相比的缺点:①滚动轴承工作时的径向刚度是变化的。

②滚动轴承的阻尼较低。

③滚动轴承的径向尺寸较大。

机械制造装备设计之3——典型部件设计-哈工大(威海)黄博

机械制造装备设计之3——典型部件设计-哈工大(威海)黄博

第六页,共95页。
4.1典型部件设计——主轴部件设计
主轴的传动形式(1)齿轮传动 轮齿的啮合传动,结构简单、紧凑;能传递较大的扭矩,适应变转速、变载荷工作。不足:线速度需<12~15m/s,且不如带传动平稳。(2)带传动 靠摩擦力传递动力。结构简单,皮带有弹性可吸振,传动平稳,噪声小;过载时打滑,具有过载保护作用。适用于中心距较大的两轴间传动。不足:传动速比不够准确。
第四页,共95页。
4.1典型部件设计——主轴部件设计
主轴的结构 取决于主轴上安装的刀具、夹具、工件、传动件、轴承的类型、数量、位置和安装定位方法。主轴前端形式 取决于机床的类型和安装夹具或刀具的形式 。通用机床已有标准化的形式。主轴整体结构 空心阶梯轴,外径从前端到尾部逐渐减小。
第五页,共95页。
4.1典型部件设计——主轴部件设计
主轴的选材依据:载荷类型、耐磨性、热处理方法。(1)普通机床主轴 采用45# 或60#优质结构钢。在主轴支承轴颈及装卡刀具的定位基面进行局部高频淬火,提高耐磨性,硬度为50~55HRC。(2)精密、大载荷、有冲击的机床主轴 采用中碳或低碳合金钢,如40Cr,20Cr。进行高频淬火或渗碳淬火,提高耐磨性,硬度52~65HRC。(3)主轴材料的攻关点 怎样减小高速、高效、高精密机床主轴的热变形、振动。 已诞生的新型材料有玻璃陶瓷材料。主轴的技术要求:① 主轴前后轴承轴颈的同轴度,② 锥孔相对于前后轴颈中心连接线的径向跳动,③ 定心轴颈及其定位轴肩相对于前后轴颈中心线径向和轴向跳动等。
两摩擦面完全由液体隔开的摩擦→理想→f≈0.001~0.01
干、边界、液体摩擦并存→实际
→非液体摩擦
第二十三页,共95页。
4.1典型部件设计——主轴部件设计

《机械制造装备设计第2版》课件习题思考题解答

《机械制造装备设计第2版》课件习题思考题解答

思考题与习题解答第1章专机总体设计1.1 专机应满足哪些基本要求?答:专机应满足下列基本要求:1) 工艺范围; 2) 加工精度; 3) 生产率和自动化程度; 4) 可靠性; 5) 操作方便、工作完全;6) 造型美观、减少污染。

1.2 专机设计的步骤是什么?答:大体上可分为以下四个阶段:1) 调查研究; 2) 总体方案设计; 3) 工作图设计; 4) 试制鉴定。

1.3 专机的总体方案设计包括哪些内容?答:具体内容如下:1) 调查研究; 2) 专机的总体布局; 3) 工艺分析; 4) 确定专机的主要技术参数。

1.4 总体布局的内容是什么?答:内容是按工艺要求决定机床所需的运动,确定机床的组成部件,以及确定各个部件的相对运动和相对位置关系,同时也要确定操纵、控制机构在机床中的配置,并作出机床的总联系尺寸图。

1.5 为何在总体方案设计中工艺分析是十分重要的?答:工艺分析首先确定该专机所采用哪一种的工艺方法,工艺方法又是多种多样的,它对机床的结构和性能的影响很大。

工艺方法的改变将导致机床的运动、传动、部件配置以及结构等产生一系列变化。

不同的工艺方法,必然会使机床的结构、运动、传动等有所不同。

因此,在总体方案设计中工艺分析就显得十分重要的。

1.6 专机的运动有哪几种类型?运动分配的原则是什么?答:按其运动的功用可分为表面成形运动和辅助运动两大类。

表面成形运动又可分为主运动和进给运动两类。

运动分配的原则应考虑下列几项:1) 简化机床的传动和结构; 2) 提高加工精度; 3) 缩小机床占地面积。

1.7 主轴转速数列有哪几种类型?分别适用于什么场合?答:主轴转速数列采用等比级数、等差级数、对数级数等类型排列。

一般情况下,在主运动系统中主轴转速采用等比级数排列; 在进给运动系统中采用按等差级数排列的数列。

1.8专机的功率确定方法有哪几种?目前常用的方法是什么?答:有3种方法:1) 类比法; 2) 实侧法; 3) 计算法。

机械制造装备设计 第三章 典型部件设计(3.1)

机械制造装备设计 第三章 典型部件设计(3.1)

二.典型的主轴轴承配置型式
•1.速度型 •3.刚度速度型 •主轴前后轴承都采用角接触球 •前轴承采用三联角接触球轴承, 轴承 (两联或三联)。 •2.刚度型 后支承采用双列短圆柱滚子轴承。 当轴向切削分力较大时,可 · 选 •前支承采用双列短圆柱滚子 •主轴的动力从后端传人后轴,承 用接触角为 25°的球轴承;轴 轴承承受径向载荷和 60°角 要承受较大的传动力,所以采用 向切削分力较小时,可选用接 接触双列向心推力球轴承承 双列短圆柱滚子轴承。 触角为 15 °的球轴承。在相 受轴向载荷,后支承采用双 •前轴承的配置特点是:外侧的两 同的工作条件下,前者的轴向 列短圆柱滚子轴承。 个角接触球轴承大口朝向主轴工 刚度比后者大一倍。 •这种轴承配置的主轴部件, 作端,承受主要方向的轴向力; • 角接触球轴承具有良好的高速 适用于中等转速和切削负载 第三个角接触球轴承则通过轴 较大,要求刚度高的机床。 套性能,因而适用于高速轻载或 · 与外侧的两个轴承背靠背配置, 精密机床, 使三联角接触球轴承有一个较大 支承跨,以提高承受颠覆力矩的 刚度。
3.1.3主轴部件结构设计
(二)推力轴承位置配置型式
•两个方向的推力轴承都布置 •在前支承外。 两个方向的推力轴承配置 在前支承的后侧。 •在前支承处轴承较多,发热 • 两个方向的推力轴承都布置 大,温升高;但主轴受热后 • 这类配置方案可减少主轴 • 两个方向的推力轴承分别 在后支承处。 向后伸长,不影响轴向精度, 的悬伸量,并使主轴的热膨 布置在前后两个支承处。 精度高,对提高主轴部件刚 • 前支承处轴承较少,发热小, 胀向后;但前支承结构较复 •主轴受热伸长后,影响主 度有利。 温升低;但是主轴受热后向 杂,温升也可能较高。 轴轴承的轴向间隙。为避免 前伸长,影响轴向精度。 • 用于轴向精度和刚度要求较 松动,可用弹簧消除间隙和 高的高精度机床或数控机床。 •用于轴向精度要求不高的普 补偿热膨胀。 通精度机床,如立铣、多刀 •常用于短主轴,如组合机 车床等。 床主轴。

数控装备设计第3章 主轴组件

数控装备设计第3章  主轴组件
第3章 主轴组件
3.1 主轴组件的基本要求 凡是成型运动有回转运动的机床,都具有主 轴组件。有的机床只有一个主轴组件,而有的机 床则有多个主轴组件。主轴组件是数控机床重要 的组成部件,包括主轴、主轴的支承、安装在主 轴上的传动件和密封件等。
1
( 1 ) 精度 主轴组件的精度包括旋转精度和运动精度 。 旋转精度是指装配后 , 在无载 、 低速转动条件 下 , 主轴前端工作部位的径向 跳动 、 端面跳动 和轴向窜动 。 ( 2 ) 静刚度 主轴组件的静刚度是指受外力作用时 , 主轴 组件抵抗变形的能力 , 又分为抗弯和扭转两种刚 度。
17
图3Hale Waihona Puke 5数控机床主轴轴承的配置形式
18
3.3.3 主轴滚动轴承的精度 滚动轴承的精度分为 P2 、 P4 、 P5 、 P6 和 P0 级 ( 旧 标准为 B , C , D , E , G 级 )。 其中 P2 级最高 , P0 级为普通 精度级 。 主轴轴承以 P4 级为主 。 高精度主轴 可用 P2 级 。 要求较低的主轴或三支承主轴的辅 助轴承可用 P5 级 。 P6 和 P0 一般不用 。
12
图3.2
主轴主要精度指标计算图
13
3.3
主轴轴承
机床主轴带着刀具或夹具在支承中作回转运动 , 应能传递切削 扭矩 , 承受切削 抗力 , 并保证 必要的旋转精度 。 数控机床主轴支承根据主轴部 件的转速 、 承载能力 及回转精度等要求的不同而 采用不同种类的轴承 。
14
3.3.1 主轴常用 的几种滚动轴承类型 图 3 . 3 ( a ) 所示为角 接触球轴承 。 这种轴承既能承受径向载荷 , 又能承受轴向载荷 。
11
④ 短锥 C 对轴承轴颈 A , B 的径向 圆跳 动

机械制造装备设计3 机床主要部件设计

机械制造装备设计3  机床主要部件设计
主轴组件的旋转精度直接影响工件的加工精度。
2.刚度
刚度 指主轴组件在外载荷作用下抵抗变形的能力。 刚度的量化 以主轴前端产生单位位移的弹性变形时,在位移 方向所施加的作用力大小来表示。
当主轴外伸端受径向作用力 F,主轴受力方向上的弹性位移
为δ时,其刚度K 的表达式为
K F (N/m)
(1)静刚度 主轴组件在静载荷作用下抵抗变形的能力,表 示为 Kj =Fj /δj 。
机械制造装备设计
模块三 机床主要部件的结构设计
2020年9月18日
模块三 机床主要部件设计
知识目标 技能目标
掌握主轴部件的设计及支承件、导轨的结构 设计。
知道主部件的组成形式,主轴组件设计原理 及支承件、导轨件的结构性分析
教学重点 教学难点
主部件的组成形式,主轴组件设计原理 , 导轨的结构设计。
主轴组件设计原理
不足:传动速比不够准确。
(3)同步齿形带传动 通过带上的齿与带轮上的轮齿传递传动 此传动无相对滑动,传动比大且准确,传动精度高;可传递较
大动力,传动平稳;不需特别张紧,对轴和轴承压力小,传动效率 高;不需润滑,耐腐蚀,耐高温。
不足:制造工艺复杂,安装条件高。
(4)电动机直接驱动 对于转速小于3000r/min的主轴,采用异步电动机和联轴器直 接驱动主轴。如 高速内圆磨床的磨头。 对于转速小于8000r/min的轴,采用变频调速电动机直接驱动。
精度保持性影响机床使用寿命内的加工精度和工作 稳定性。
二、主轴组件的传动方式及结构设计 1. 传动方式
齿轮传动、带传动、同步齿形带传动、电动机直接驱动
(1)齿轮传动 轮齿的啮合传动,结构简单、紧凑;能传递较 大的扭矩,适应变转速、变载荷工作。
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倾斜度t2 跳动t3 同轴度t4 Ra D、d≤80 D、d≤250
主轴组件设计 主轴精度
定位基面的精度按机床精度标准选择。
普通机床主轴,安装齿轮等传动件的部位与两
支承轴颈轴心线的同轴度允差可取尺寸公差的一半。
转速大于600r/min的主轴,非配合表面的表面
粗糙度值Ra≤1.6;
线速度≥的主轴,主轴组件应做一级动平衡。
机床精度等级 普通精度级 精密级机床 前轴承 P5或P4 (SP) P4(SP)或P2 (UP) 后轴承 P5或P4 (SP) P4(SP)
高精度机床
P2(UP)
P2(UP)
主轴组件设计 滚动轴承
切削力方向随主轴旋转而同步变化的主轴, 轴承按外圈径向圆跳动选择。 由于外径尺寸较大,相同精度时误差大, 若保持径向圆跳动值不变,可按内圈高一级的 轴承精度选择。
轴组件的热变形,将严重影响加工精度。
室温不是20ο C时,温升Tt的许可值按下式计 算
Tt T20 Kt t 20
主轴组件设计
5.精度保持性
主轴组件的精度保持性是指长期保持其原始制造
精度的能力,主轴组件主要的失效形式是磨损,所以
精度保持性又称为耐磨性。主要磨损有:主轴轴承的 疲劳磨损,主轴轴颈表面、装卡刀具的定位基面的磨 损等。磨损的速度与摩擦性质,摩擦副的结构特点, 摩擦副材料的硬度、摩擦面积、摩擦面表面精度,以
P2 P5 (UP) Js5① Js3 H5② IT2/2 IT0 IT3 0.1 0.2 — IT1 IT5 0.4 0.8
P4 (SP) Js5① H5② — IT1 IT4 0.4 0.8
P2 (UP) Js4① H4② — IT0 IT3 0.2 0.4
IT3/2 IT2/2 IT1/2 IT3/2 IT2/2 IT1/2
承受轴向载荷时,各滚动体承受的轴向力相等。滚
动体受力方向在接触线上。
主轴组件设计滚动轴承
轴承所承受的径向力、轴向力分别为 F 、 F
r
个滚动体所承受的最大载荷 Qr 、 Q 分别为 a
a
,单
5Fr Qr iz cos
球轴承的钢球直径为 为
Fa Qa z sin
d b,在外载作用下轴承的变形
内圈滚道表面相对于轴承内径轴线的同轴度。
主轴组件设计 滚动轴承
切削力方向随主轴的旋转同步变化的主轴,主 轴支承轴颈的某一条线或点间接地跟半径方向上的 外圈滚道表面对应的线或点接触,影响主轴旋转精
度的因素为轴承内圈的径向圆跳动、滚动体的圆度
误差、外圈的径向圆跳动。由于轴承内圈滚道直径
小,且滚道外表面磨削精度高,因而误差较小,主
0.9 a 0.8 a
dFr 0.9 0.1 0.8 iz (cos )1.9 Kr 3.39Fr la d r dFa 0.1 0.8 0.9 1.9 Ka 14.43Fa l a z (sin ) d a
主轴组件设计滚动轴承
零间隙时球轴承的刚度为
dFr 2 5 3 Kr 1.18 Fr d b iz (cos ) d r dFa 3 F d z 2 (sin ) 5 Ka 3.44 a b d a
不是主轴选材的依据。
主轴组件设计 主轴
主轴的材料,只能根据耐磨性、热处理方法及热
处理后的变形大小来选择。耐性取决于硬度,故机
床主轴材料为淬火钢或渗碳淬火钢,高频淬硬。 普通机床主轴,一般采用45或60号优质结构钢, 主轴支承轴颈及装卡刀具的定位基面,高频淬火,硬 度为50~55HRC;
精密机床主轴,可采用40Cr高频淬硬或低碳合金
主轴组件设计 主轴传动
1.传动方式 主轴上的传动方式, 主要有带和齿轮传动。 带传动是靠摩擦力传递动力,结构简单,中心距 调整方便;能抑制振动,噪声低,工作平稳,特别 适用于高速主轴。线速度小于30m/s时,可采用V带 传动;
主轴组件设计 主轴传动
多楔带的线速度可大于30m/s,由于多楔带是在 绳芯结构平带的基础下增加若干纵向V形楔的环形带, 具有平带的柔软,V带摩擦力大的特点,承载机理仍 是平带,带体薄,强度高,效率高,曲挠性能好, 虽然线速度不甚高,但带轮尺寸小,转速可达 6000r/min,是近年来发展较快的一种应用广泛的传
主轴组件设计滚动轴承
4.轴承刚度
轴承存在间隙时,只有切削力方向上的少数几
个滚动体承载,径向承载能力和刚度极低;轴承零
间隙时,在外载作用下,轴线沿方向移动一距离, 对应的半圈滚动体承载,处于外载作用线上的滚动 体受力最大,其载荷是滚动体平均载荷的5倍,滚动 体的载荷随着与外载作用线距离的增大而减小;轴
性矩、主轴端部的悬伸量和支承 跨距;支承轴承刚度由轴承的类 型、精度、安装形式、预紧程度 等因素决定。
主轴组件设计
3.动刚度
机床在额定载荷下切削时,主轴组件抵抗变形的
能力,称为动态刚度。 主轴组件的动刚度直接影响加工精度和刀具的耐 用度,是机床重要的性能指标。但目前,抗振性的指 标尚无统一标准,设计时可在统计分析的基础上,结
主轴组件设计
1-1主轴组件应满足的基本要求 1.旋转精度 主轴的旋转精度,是机床几何精度的组成部分。 旋转精度是主轴组件装配后,静止或低速空载状态 下,刀具或工件安装基面上的全跳动值。它取决于 主轴、主轴的支承轴承、箱体孔等的制造精度,装
配和调整精度。
主轴组件设计
静刚度(简称为刚度),是主轴组件在静载荷 作用下抵抗变形的能力,通常以主轴端部产生单位 位移弹性变形时,位移方向上所施加的力表示。
主轴组件设计
主轴组件由主轴及其支承轴承、传动件、定位
元件等组成。
主轴组件是主运动的执行件,是机床重要的组
成部分。它的功用是缩小主运动的传动误差并将运
动传递给工件或刀具进行切削,形成表面成形运动;
承受切削力和传动力等载荷。 主轴组件直接参与切削,其性能影响加工精度 和生产率。因而是决定机床性能和经济性指标的重 要因素。
动带,有取代普通V带的趋势;
轴旋转精度主要取决于外圈的径向圆跳动,即外圈 滚道表面相对于轴承外径轴线的同轴度;
主轴组件设计 滚动轴承
2
a b l
a 1 1 a l
前轴承的精度对主轴的影响较大。故前轴承的精
度应比后轴承高一级。
主轴组件设计 滚动轴承
切削力方向固定不变的机床,主轴轴承精度选择
主轴组件设计滚动轴承
2.主轴滚动轴承的类型选择
机床主轴较粗,主轴轴承的直径较大,轴承所承
受的载荷远小于其额定动载荷,约为1/10。
因此,一般情况下,承载能力和疲劳寿命不
是选择主轴轴承的主要依据。
主轴轴承,应根据刚度、旋转精度和极限转
速来选择。
主轴组件设计 滚动轴承
轴承的刚度与轴承的类型有关,线接触的滚子
当外伸端受径向作用力(N),受力方向上的弹
性位移为δ (μ m)时,主轴的刚度为
K
F

主轴组件设计
弹性位移δ 是位移方向上的力、主轴组件结构参
数(如尺寸、支承跨矩、支承刚度等)的函数。为简
化刚度计算,引入柔度(μ m/N),即刚度的倒数。 主轴组件刚度与主轴自身
的刚度和支承轴承的刚度相关。
主轴自身的刚度取决于主轴的惯
轴承比点接触的球轴承刚度高,双列轴承比单列的
刚度高,且刚度是载荷的函数,适当预紧不仅能提
高旋转精度,也能提高刚度。
轴承的极限转速与轴承滚动体的形状有关,同 等尺寸的轴承,球轴承的极限转速高于滚子轴承, 圆柱滚子轴承的极限转速高于圆锥滚子轴承;同一 类型的轴承,滚动体的分布圆越小,滚动体越小,
极限转速越高。
Fr Fre Fa0 cot
Fa Fae Fa 0
主轴组件设计 滚动轴承
l
轴承承载后 不受力一侧的滚
动体仍能保持与
滚道接触。滚子
包络圆直径与外
圈滚道孔径之差 5~10 m
图3-7 NN3000K轴承预紧示意图
主轴组件设计 主轴
1.主轴的结构及材质选择 主轴的端部安装夹具和刀具,随夹具和刀具的标 准化,主轴端部已有统一标准。 主轴为外伸梁,承受的载荷从前往后依次降低, 故主轴常为阶梯形。车床、铣床、加工中心等机床, 为通过棒料或拉紧刀具,主轴为阶梯形空心轴。
当降低轴承内外圈的尺寸精度可降低成本。
主轴组件设计 滚动轴承
切削力方向固定不变的主轴,如:车床、铣床、
磨床等,通过滚动体,始终间接地与切削力方向上
的外圈滚道表面的一条线(线接触轴承)或一点
(球轴承)接触,由于滚动体是大批量生产,且直
径小,圆柱度误差小,其圆度误差可忽略,因此,
决定主轴旋转精度的是轴承的内圈径向圆跳动,即
2 r
0.436 r cos
3
Q db
a
0.436 Q 3 sin db
2 a
主轴组件设计 滚动轴承
滚子轴承线接触的长度(滚子不包括两端倒角宽度
的长度)为
l a ,在外载作用下的变形为
0.9 r 0.8 a
0.077 Q r cos l
滚子轴承的刚度为
0.077 Q a sin l
主轴组件设计滚动轴承
计算轴承刚度时,若载荷无法确定,可取该轴承
额定动载荷的1/10代替外载。
线接触轴承,载荷的0.1次幂与刚度成正比,对 刚度的影响较小。计算刚度时,可忽略预紧载荷。点 接触轴承,载荷的1/3次幂与刚度成正比,预紧力对 轴承刚度影响较大,计算刚度时应考虑预紧力。有预
紧力 Fa 0 时,径向和轴向载荷分别是
及润滑方式等有关。如普通机床主轴,一般采用45或
60号优质结构钢,主轴支承轴颈及装卡刀具的定位基 面,G50~55HRC。
主轴组件设计 主轴滚动轴承
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