典型部件设计(主轴、支承件、导轨).ppt

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1、3.1 3.1 主轴部件设计主轴部件设计功用功用：支承并带动工件或刀具选择进行切削，承受：支承并带动工件或刀具选择进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面成形运动。切削力和驱动力等载荷，完成表面成形运动。主轴部件主轴部件由主轴及其支承轴承、传动件、密封环及由主轴及其支承轴承、传动件、密封环及定位元件等组成。定位元件等组成。3.1.1主轴部件应满足的基本要求主轴部件应满足的基本要求(1)旋转精度旋转精度主轴的旋转精度是指主轴在主轴的旋转精度是指主轴在低速、空载时低速、空载时，主轴，主轴前前端定位面的端定位面的径向跳动径向跳动、端面跳动端面跳动和和倾角摆动倾角摆动。主轴以主轴以工作转速工作转速

2、旋转时，主轴回转轴线在空间的漂旋转时，主轴回转轴线在空间的漂移量即为运动精度。移量即为运动精度。(2)刚度刚度主轴组件的刚度主轴组件的刚度K是指其在承受是指其在承受外载荷外载荷时抵抗变形的时抵抗变形的能力，如图所示，即能力，如图所示，即K=F/y(单位为单位为N/im)，刚度的倒数，刚度的倒数y/F称为柔度。称为柔度。动刚度指机床在额定载荷下切削时，主轴组件抵抗变形的能力。动刚度与静刚度成正比，在共振区，与阻尼（振动的阻力）近似成正比，故可通过增加静刚度、增加阻尼比来提高动刚度。主轴组件的刚度是主轴组件的刚度是综合刚度综合刚度，它与主轴结构尺寸、，它与主轴结构尺寸、所选用的轴承类型和配置及其预

3、紧、支承跨距和主轴前所选用的轴承类型和配置及其预紧、支承跨距和主轴前端悬伸量、传动件的布置方式、主轴部件的制造和装配端悬伸量、传动件的布置方式、主轴部件的制造和装配质量等有关。质量等有关。(3)抗振性抗振性主轴部件的主轴部件的抗振性抗振性是指其抵抗受迫振动和自激振动是指其抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳运转的能力。而保持平稳运转的能力。主轴部件不仅受静载荷的作用，同时也受冲击载荷主轴部件不仅受静载荷的作用，同时也受冲击载荷和交变载荷的作用，使主轴产生和交变载荷的作用，使主轴产生振动振动。随着机床向高精度、高效率方向发展，对抗振性要随着机床向高精度、高效率方向发展，对抗振性要求越来越高。求越来越

4、高。影响抗振性的主要因素有：影响抗振性的主要因素有：主轴部件的刚度、固有主轴部件的刚度、固有频率、阻尼特性频率、阻尼特性等。等。(4)温升和热变形温升和热变形主轴部件工作时由于主轴部件工作时由于摩擦摩擦形成热源以及形成热源以及切削热切削热和齿和齿轮轮啮合热啮合热的传递使主轴组件出现温度升高的情况。温升的传递使主轴组件出现温度升高的情况。温升使主轴部件的形状和位置发生变化，称之为热变形。使主轴部件的形状和位置发生变化，称之为热变形。主轴热变形会引起轴承间隙变化，轴心位置偏移，主轴热变形会引起轴承间隙变化，轴心位置偏移，严重影响加工精度。严重影响加工精度。各类机床对温升都有一定限制，在室温为各类机

5、床对温升都有一定限制，在室温为20，连，连续运转时：续运转时：高精度机床允许温升为高精度机床允许温升为810；精密机床为；精密机床为1520；普通机床为；普通机床为3040。在室温不是在室温不是20时，温升的计算公式为：时，温升的计算公式为：Tt=T20+Kt(t-20)影响主轴部件温升、热变形的主要因素有：影响主轴部件温升、热变形的主要因素有：轴承的轴承的类型和布置方式，轴承间隙及预紧力的大小，润滑方式类型和布置方式，轴承间隙及预紧力的大小，润滑方式和散热条件和散热条件等。等。(5)耐磨性（精度保持性）耐磨性（精度保持性）主主轴轴部部件件的的耐耐磨磨性性是是指指长长期期保保持持其其原原始始精

6、精度度的的能能力力，即精度的保持性。即精度的保持性。主主要要磨磨损损有有：主主轴轴轴轴承承的的疲疲劳劳磨磨损损，主主轴轴轴轴颈颈表表面面、装卡刀具的定位基面的磨损装卡刀具的定位基面的磨损等。等。磨磨损损的的速速度度与与摩摩擦擦性性质质、摩摩擦擦副副的的结结构构特特点点、摩摩擦擦副副材材料料的的硬硬度度、摩摩擦擦面面积积、摩摩擦擦面面表表面面精精度度以以及及润润滑滑方方式式等有关。等有关。3.1.23.1.2主轴部件的传动方式主轴部件的传动方式1 1 1 1齿轮传动齿轮传动齿轮传动齿轮传动齿轮传动的特点是结构简单、紧凑，能传递较大的扭矩，能齿轮传动的特点是结构简单、紧凑，能传递较大的扭矩，能适应

7、变转速、变载荷工作，应用最广。它的缺点是线速度适应变转速、变载荷工作，应用最广。它的缺点是线速度不能过高，通常小于不能过高，通常小于121215m15ms s，不如带传动平稳。，不如带传动平稳。2 2 2 2带传动带传动带传动带传动由于各种新材料及新型传动带的出现，带传动的应用日益广由于各种新材料及新型传动带的出现，带传动的应用日益广泛。常用有平带、三角带、多楔带和同步齿形带等。泛。常用有平带、三角带、多楔带和同步齿形带等。特点是靠摩擦力传动特点是靠摩擦力传动(除同步齿形带外除同步齿形带外)、结构简单、制造容、结构简单、制造容易、成本低，特别适用于中心距较大的两轴间传动。皮带易、成本低，特别适

8、用于中心距较大的两轴间传动。皮带有弹性可吸振，传动平稳，噪声小，适宜高速传动。带传有弹性可吸振，传动平稳，噪声小，适宜高速传动。带传动在过载中会打滑，能起到过载保护作用。动在过载中会打滑，能起到过载保护作用。缺点是有滑动，不能用在速比要求准确的场合。缺点是有滑动，不能用在速比要求准确的场合。3.1.2主轴部件的传动方式同步齿形带的齿形有两种：梯形齿和圆弧齿。圆弧齿形受力合理，较同步齿形带的齿形有两种：梯形齿和圆弧齿。圆弧齿形受力合理，较梯形齿同步带能够传递更大的扭矩。梯形齿同步带能够传递更大的扭矩。同步齿形带无相对滑动，传动比准确，传动精度高；同步齿形带无相对滑动，传动比准确，传动精度高；厚度

9、小、重量轻、传动平稳、噪声小厚度小、重量轻、传动平稳、噪声小,适于高速传动，传动效率高；适于高速传动，传动效率高；q不需要润滑，不需要润滑，耐水耐腐蚀，耐水耐腐蚀，能在高温下工能在高温下工作，维护保养作，维护保养方便；传动比方便；传动比大，可达大，可达1 1：1010以上。以上。q缺点是制造工缺点是制造工艺复杂，安装艺复杂，安装条件要求高。条件要求高。3.1.23.1.2主轴部件的传动方式主轴部件的传动方式3.3.3.3.电动机直接驱动方式电动机直接驱动方式电动机直接驱动方式电动机直接驱动方式电动机转子轴就是主轴，电动机座就是机床主轴单元的壳电动机转子轴就是主轴，电动机座就是机床主轴单元的壳体

10、。主轴单元大大简化了结构，有较宽的调速范围；有体。主轴单元大大简化了结构，有较宽的调速范围；有较大的驱动功率和扭矩；便于组织专业化生产较大的驱动功率和扭矩；便于组织专业化生产。广泛地用广泛地用广泛地用广泛地用于精密机于精密机于精密机于精密机床、高速床、高速床、高速床、高速加工中心加工中心加工中心加工中心和数控车和数控车和数控车和数控车床中。床中。床中。床中。3.1.3 主轴部件结构设计主轴部件结构设计3.1.3.1 主轴部件的支承数目主轴部件的支承数目(1)前后两个支承前后两个支承优点优点：构造简单，制造装配方便，容易保证：构造简单，制造装配方便，容易保证精度。精度。缺点缺点：主轴刚度和抗振性

11、不高。：主轴刚度和抗振性不高。3.1.3 主轴部件结构设计主轴部件结构设计3.1.3.1 主轴部件的支承数目主轴部件的支承数目(2)三个支承三个支承缺点缺点：对三个支承孔的同心度要求较高，制：对三个支承孔的同心度要求较高，制造装配复杂。辅助支承一般不预紧。造装配复杂。辅助支承一般不预紧。前后支承为主，中间支承为辅。前后支承为主，中间支承为辅。前中支承为主，后支承为辅。前中支承为主，后支承为辅。(使用较多使用较多)3.1.3.2 推力轴承位置配置形式（重点）推力轴承位置配置形式（重点）切削力切削力轴向受力轴向受力推力轴承推力轴承(1)前端配置前端配置缺点缺点：前支承结构复杂，发热大，温升高：前支

12、承结构复杂，发热大，温升高优点优点：主轴受热后向后延伸，不影响轴向精：主轴受热后向后延伸，不影响轴向精度，精度高，可提高主轴部件刚度度，精度高，可提高主轴部件刚度应用应用：高精度机床和数控机床：高精度机床和数控机床(2)后端配置后端配置优点优点：前支承结构简单，发热小，温升低：前支承结构简单，发热小，温升低缺点缺点：主轴受热后向前延伸，影响轴向精度：主轴受热后向前延伸，影响轴向精度应用应用：普通立式铣床、多刀车床：普通立式铣床、多刀车床3.1.3.2 推力轴承位置配置形式推力轴承位置配置形式(3)两端配置两端配置缺点缺点：主轴受热伸长后，影响主轴轴承的轴：主轴受热伸长后，影响主轴轴承的轴向间隙

13、，必须有消隙机构和热膨胀补偿机构向间隙，必须有消隙机构和热膨胀补偿机构应用应用：常用于短主轴，如组合机床主轴：常用于短主轴，如组合机床主轴(4)中间配置中间配置优点优点：可减少主轴的悬伸量，并使主轴的热：可减少主轴的悬伸量，并使主轴的热膨胀向后膨胀向后缺点缺点：前支承复杂，温升大：前支承复杂，温升大3.1.3.3主轴传动件位置的合理布置主轴传动件位置的合理布置(1)传动件在主轴上轴向位置的合理布置传动件在主轴上轴向位置的合理布置在力在力Q作用下，主轴上必然存在一个挠度为作用下，主轴上必然存在一个挠度为零的点零的点A，称为，称为节点节点。根据位移互等定理，若将传动件布置在节点根据位移互等定理，若

14、将传动件布置在节点处，则传动力引起的轴端受处，则传动力引起的轴端受Q力处的挠度也为零。力处的挠度也为零。节点是传动件在主轴上布置的最佳位置节点是传动件在主轴上布置的最佳位置。主轴节点通常很靠近前支承，因此前后支承之主轴节点通常很靠近前支承，因此前后支承之间的齿轮尽量靠近前支承间的齿轮尽量靠近前支承Q3.1.3.3 主轴传动件位置的合理布置主轴传动件位置的合理布置(1)传动件在主轴上轴向位置的合理布置传动件在主轴上轴向位置的合理布置出发点出发点：改善主轴受力情况，减小主轴变形，：改善主轴受力情况，减小主轴变形，提高主轴抗振性提高主轴抗振性原则原则：传动力：传动力Q引起的主轴弯曲变形要小；引起的主

15、轴弯曲变形要小；引起主轴前端在误差敏感方向上的位移要小引起主轴前端在误差敏感方向上的位移要小结论结论：传动件：传动件(最大传动件最大传动件)尽量靠近前支承尽量靠近前支承传动件放在传动件放在两个支承中间两个支承中间靠近前支承，受力靠近前支承，受力情况好，使用广泛。情况好，使用广泛。3.1.3.3主轴传动件位置的合理布置主轴传动件位置的合理布置(1)传动件在主轴上轴向位置的合理布置传动件在主轴上轴向位置的合理布置传动件放在传动件放在主轴前的悬伸端主轴前的悬伸端，主轴刚性好，主轴刚性好，主要用于具有大转盘的机床，如立式车床、镗床。主要用于具有大转盘的机床，如立式车床、镗床。传动件放在传动件放在主轴的

16、后悬伸端主轴的后悬伸端，较多用于带传，较多用于带传动，可便于传动带的更换，如磨床。动，可便于传动带的更换，如磨床。3.1.3.3 主轴传动件位置的合理布置主轴传动件位置的合理布置(2)驱动主轴的传动轴位置的合理布置驱动主轴的传动轴位置的合理布置在布置传动轴的位置时，应尽量使传动力在布置传动轴的位置时，应尽量使传动力Q与切削力与切削力P两者引起的主轴轴端位移和轴承受力两者引起的主轴轴端位移和轴承受力的影响能的影响能互相抵消互相抵消一部分。一部分。3.1.3.4 主轴主要结构参数的确定主轴主要结构参数的确定主轴的主要结构参数有：主轴的主要结构参数有：主轴前、后轴颈直径主轴前、后轴颈直径D1和和D2

17、，主轴内孔直径主轴内孔直径d，主轴前端悬伸量主轴前端悬伸量a，主轴主要支承间的跨距主轴主要支承间的跨距L。(共共5个个)这些参数直接影响主轴旋转精度和主轴刚度。这些参数直接影响主轴旋转精度和主轴刚度。3.1.3.4 主轴主要结构参数的确定主轴主要结构参数的确定(1)主轴前轴颈直径主轴前轴颈直径D1的选取的选取主轴主轴前轴颈前轴颈D1一般可根据机床类型、主电动一般可根据机床类型、主电动机功率以及主参数来选取，见表机功率以及主参数来选取，见表3-13。车床和铣床主轴车床和铣床主轴后轴颈后轴颈直径直径D2(0.70.9)D1，磨床主轴常为前后轴颈相等，中段较粗。，磨床主轴常为前后轴颈相等，中段较粗。

18、3.1.3.4 主轴主要结构参数的确定主轴主要结构参数的确定(2)主轴内孔直径主轴内孔直径d的确定的确定 许多机床都是空心主轴，空心主轴能减轻主许多机床都是空心主轴，空心主轴能减轻主轴重量。内孔直径的大小，应在满足主轴刚度的轴重量。内孔直径的大小，应在满足主轴刚度的前提下尽量取大值。卧式前提下尽量取大值。卧式车床的车床的d通常不小于主轴平通常不小于主轴平均直径的均直径的55%60%；铣床；铣床主轴的主轴的d可比刀具拉杆直径可比刀具拉杆直径大大510mm。但一般情况下，。但一般情况下，要保证要保证d/D0.73.1.3.4 主轴主要结构参数的确定主轴主要结构参数的确定(3)主轴前端悬伸量主轴前端

19、悬伸量a的确定的确定 主轴前端悬伸量主轴前端悬伸量是指主轴前支承径向反力作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。用点到前端受力作用点之间的距离。在满足结构要求的前提下尽可能取小值，以在满足结构要求的前提下尽可能取小值，以提高主轴部件的刚性和抗振性。提高主轴部件的刚性和抗振性。初步取初步取a=D1。为。为了缩短了缩短a，主轴前端，主轴前端部可采用短锥结构。部可采用短锥结构。3.1.3.4 主轴主要结构参数的确定主轴主要结构参数的确定(4)主轴合理跨距主轴合理跨距L的确定的确定主轴的跨距是指两支承反力作用点之间的距主轴的跨距是指两支承反力作用点之间的距离，是影响主轴组件刚度的重要

20、尺寸参数。离，是影响主轴组件刚度的重要尺寸参数。合理确定主轴两主要支承间的跨距，可提高合理确定主轴两主要支承间的跨距，可提高主轴部件的主轴部件的静刚度静刚度。支承跨距小，主轴自身的刚度较大，弯曲变支承跨距小，主轴自身的刚度较大，弯曲变形较小，但支承变形引起的主轴前端的位移量将形较小，但支承变形引起的主轴前端的位移量将增大；增大；支承跨距大，支承变形引起的主轴前端的位支承跨距大，支承变形引起的主轴前端的位移量较小，但主轴的弯曲变形将增大。移量较小，但主轴的弯曲变形将增大。3.1.3.4 主轴主要结构参数的确定主轴主要结构参数的确定(4)主轴合理跨距主轴合理跨距L的确定的确定可见，支承跨距过大或过

21、小都会降低主轴部可见，支承跨距过大或过小都会降低主轴部件的刚度。件的刚度。有关资料对合理跨距选择的推荐值可作参考：有关资料对合理跨距选择的推荐值可作参考：1)L合理合理=(45)D1。2)L合合理理=(35)a，用用于于悬悬伸伸长长度度较较小小时时，如如车车床、铣床、外圆磨床等。床、铣床、外圆磨床等。3)L合合理理=(12)a，用用于于悬悬伸伸长长度度较较大大时时，如如镗镗床、内圆磨床等。床、内圆磨床等。实际使用中，跨距实际使用中，跨距L往往大于往往大于L合理合理。6.3.5 主轴主轴(1)主轴的结构主轴的结构主轴本身主轴本身的结构和形状主要的结构和形状主要取决于取决于主轴上所主轴上所安装的传

22、动件、轴承等零件的类型、数量、位置安装的传动件、轴承等零件的类型、数量、位置和安装定位方法等因素。和安装定位方法等因素。主轴轴端主轴轴端结构形状结构形状取决于取决于机床的类型、安装机床的类型、安装夹具或刀具的方式。要保证夹刀或刀具装卸方便，夹具或刀具的方式。要保证夹刀或刀具装卸方便，具有较高的定位精度，并能传递一定的转矩。具有较高的定位精度，并能传递一定的转矩。主轴轴端结构应尽量使主轴轴端结构应尽量使悬伸长度短一些悬伸长度短一些。通用机床的主轴轴端形状的尺寸已经标准化。通用机床的主轴轴端形状的尺寸已经标准化。3.1.3.5 主轴主轴(2)主轴的材料和热处理主轴的材料和热处理主轴材料主要根据耐磨

23、性、载荷特点和热处主轴材料主要根据耐磨性、载荷特点和热处理后的变形大小来选择。机床主轴常用的材料及理后的变形大小来选择。机床主轴常用的材料及热处理要求可参见表热处理要求可参见表3-14。3.1.3.5 主轴主轴(3)主轴的技术要求主轴的技术要求主轴选择精度主轴选择精度技术要求技术要求主轴前后轴颈的主轴前后轴颈的同轴度同轴度(A-B)；锥孔相对于前；锥孔相对于前后轴颈中心连线的后轴颈中心连线的径向圆跳动径向圆跳动；定心轴颈定心轴颈及其定及其定位位轴肩轴肩相对于前后轴颈中心连线的相对于前后轴颈中心连线的径向圆跳动径向圆跳动和和端面圆跳动端面圆跳动。设计基准设计基准检测基准检测基准工艺基准工艺基准径

24、向圆跳动径向圆跳动端面圆跳动端面圆跳动3.1.4 主轴滚动轴承主轴滚动轴承主轴轴承的类型、配置方式、精度、安装、主轴轴承的类型、配置方式、精度、安装、调整、润滑和冷却等都直接影响主轴部件的工作调整、润滑和冷却等都直接影响主轴部件的工作性能。性能。常用主轴轴承有滚动轴承、液体动压轴承，常用主轴轴承有滚动轴承、液体动压轴承，液体静压轴承、空气静压轴承等。液体静压轴承、空气静压轴承等。轴承的轴承的轴向承载能力轴向承载能力和刚度，和刚度，由强到弱由强到弱依次依次为：推力球轴承、推力角轴承、圆锥滚子轴承、为：推力球轴承、推力角轴承、圆锥滚子轴承、角接触球轴承；角接触球轴承；承受轴向载荷轴承的承受轴向载荷

25、轴承的极限转速由高到低极限转速由高到低依次依次为：角接触球轴承、推力角接触球轴承、圆锥滚为：角接触球轴承、推力角接触球轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承。子轴承、推力球轴承。3.1.4 主轴滚动轴承主轴滚动轴承主轴轴承的要求：选择精度高、刚度高、承主轴轴承的要求：选择精度高、刚度高、承载能力强、极限转速高、适应变速范围大、摩擦载能力强、极限转速高、适应变速范围大、摩擦小、噪声低、抗振性好、使用寿命长、制造简单、小、噪声低、抗振性好、使用寿命长、制造简单、使用维护方便等。使用维护方便等。3.1.4.1 主轴部件主支承常用滚动轴承主轴部件主支承常用滚动轴承(1)角接触球轴承角接触球轴承接触角接触角a是

26、球轴承的一个主要设计参数。是球轴承的一个主要设计参数。接触角接触角a是滚动体与滚道接触点处的公法线与是滚动体与滚道接触点处的公法线与主轴轴线垂直平面间的夹角。主轴轴线垂直平面间的夹角。3.1.4.1 主轴部件主支承常用滚动轴承主轴部件主支承常用滚动轴承(1)角接触球轴承角接触球轴承(向心推力球轴承向心推力球轴承)角接触球轴承极限转速较高；可以同时承受角接触球轴承极限转速较高；可以同时承受径向和一个轴向的载荷，径向和一个轴向的载荷，a越大，可承受的进给力越大，可承受的进给力越大。主轴用的越大。主轴用的a一般取一般取15o或或25o。3.1.4.1 主轴部件主支承常用滚动轴承主轴部件主支承常用滚动

27、轴承(1)角接触球轴承角接触球轴承球轴承为点接触，球轴承为点接触，刚度不高刚度不高，为提高刚度，为提高刚度，同一支承处可多联组配。同一支承处可多联组配。组配方式有三种：组配方式有三种：背靠背组合；面对面组合；同向组合。背靠背组合；面对面组合；同向组合。3.1.4.1 主轴部件主支承常用滚动轴承主轴部件主支承常用滚动轴承(2)双列短圆柱滚子轴承双列短圆柱滚子轴承特点：内圈有特点：内圈有1:12的锥孔，轴向移动内圈可的锥孔，轴向移动内圈可以调整轴承的径向间隙和预紧；以调整轴承的径向间隙和预紧；轴承的滚子能承受较大的轴承的滚子能承受较大的径向载荷和转速；径向载荷和转速；轴承由两列滚子交叉排列，轴承由

28、两列滚子交叉排列，数量较多，因此刚度很高；数量较多，因此刚度很高；不能承受轴向载荷。不能承受轴向载荷。3.1.4.1 主轴部件主支承常用滚动轴承主轴部件主支承常用滚动轴承(3)圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承特点：刚度和承载能力大，既可承受径向力，特点：刚度和承载能力大，既可承受径向力，又可承受双向轴向力。适用于中低速、中等以上又可承受双向轴向力。适用于中低速、中等以上载荷机床的主轴前支承，但发热较大，极限转速载荷机床的主轴前支承，但发热较大，极限转速受限制。受限制。Gamet(加梅加梅)轴承轴承:空心滚子，两列滚子数量空心滚子，两列滚子数量相差一个，改善了轴承的动态刚度。相差一个，改善了轴承的动态刚

29、度。3.1.4.1 主轴部件主支承常用滚动轴承主轴部件主支承常用滚动轴承(4)推力轴承推力轴承特点：只能承受轴向载荷，且承载能力和刚特点：只能承受轴向载荷，且承载能力和刚度较大。由于离心力的作用以及滚道深度较小，度较大。由于离心力的作用以及滚道深度较小，其极限转速一般较低。其极限转速一般较低。3.1.4.1 主轴部件主支承常用滚动轴承主轴部件主支承常用滚动轴承(5)双向推力角接触球轴承双向推力角接触球轴承常用的有常用的有234400(接触角接触角=60o)。常与双列圆柱滚子轴承。常与双列圆柱滚子轴承(NN3000K)组配用于主轴前支承，组配用于主轴前支承，专作推力轴承使用。专作推力轴承使用。该

30、轴承的轴向该轴承的轴向刚度、允许转速均刚度、允许转速均较高。较高。234400型轴承型轴承3.1.4.1 主轴部件主支承常用滚动轴承主轴部件主支承常用滚动轴承(6)陶瓷滚动轴承陶瓷滚动轴承特点：与钢制轴承相比，重量轻，离心力小；温升特点：与钢制轴承相比，重量轻，离心力小；温升较低，刚度较大。较低，刚度较大。(7)磁悬浮轴承磁悬浮轴承 利用磁力来支承运动部件使其与固定部件脱离接触利用磁力来支承运动部件使其与固定部件脱离接触来实现轴承功能。来实现轴承功能。特点：无机械磨损，无速度限制，不需要润滑，工特点：无机械磨损，无速度限制，不需要润滑，工作温度范围宽，噪声小，温升低，能耗小。作温度范围宽，噪声

31、小，温升低，能耗小。3.1.4.2 几种典型的主轴轴承配置形式几种典型的主轴轴承配置形式主轴轴承，应根据主轴轴承，应根据刚度、旋转精度和极限转速刚度、旋转精度和极限转速来选择配置型式。来选择配置型式。大多数机床主轴部件采用两支承结构，其配置大多数机床主轴部件采用两支承结构，其配置和选用的一般原则如下：和选用的一般原则如下：(1)速度型速度型 主轴前后轴承都采用角接触球轴承主轴前后轴承都采用角接触球轴承(两联或三联两联或三联)。轴向切削力越大，角度应越大，且大角度的刚度。轴向切削力越大，角度应越大，且大角度的刚度也大。也大。优点优点：具有良好的高速性能：具有良好的高速性能缺点缺点：承载能力小：承

32、载能力小应用应用：高速轻载或精密机床，如高速镗削单元、：高速轻载或精密机床，如高速镗削单元、高速高速CNC车床等。车床等。3.1.4.2 几种典型的主轴轴承配置形式几种典型的主轴轴承配置形式(1)速度型速度型 角接触球轴承角接触球轴承3.1.4.2 几种典型的主轴轴承配置形式几种典型的主轴轴承配置形式(2)刚度型刚度型 前支承前支承采用双列短圆柱滚子轴承承受径向载荷和采用双列短圆柱滚子轴承承受径向载荷和60度角接触双列向心推力轴承承受轴向载荷；度角接触双列向心推力轴承承受轴向载荷；后支承后支承采用采用双列短圆柱滚子轴承，双列短圆柱滚子轴承，应用：中等转速和切削力较大，刚求要求高的机床，应用：中

33、等转速和切削力较大，刚求要求高的机床，如数控车床主轴、镗削主轴单元等。如数控车床主轴、镗削主轴单元等。双列短圆柱滚子轴承双列短圆柱滚子轴承 角接触双列向心推力轴承角接触双列向心推力轴承双列短圆柱滚子轴承双列短圆柱滚子轴承3.1.4.2 几种典型的主轴轴承配置形式几种典型的主轴轴承配置形式(3)速度刚度型速度刚度型 前轴承前轴承采用三联角接触球轴承，后支承采用采用三联角接触球轴承，后支承采用双列短圆柱滚子轴承。前轴承的配置特点是外侧双列短圆柱滚子轴承。前轴承的配置特点是外侧的两个角接触球轴承大口朝向主轴工作端，承受的两个角接触球轴承大口朝向主轴工作端，承受主要方向的轴向力；第三个角接触球轴承则通

34、过主要方向的轴向力；第三个角接触球轴承则通过轴套与外侧的两个轴承背靠背配置，使三联角接轴套与外侧的两个轴承背靠背配置，使三联角接触球轴承有一个较大支承跨，以提高承受颠覆力触球轴承有一个较大支承跨，以提高承受颠覆力矩的刚度。矩的刚度。优点：径向刚度好，可承受较大转速优点：径向刚度好，可承受较大转速应用：卧式铣床等。应用：卧式铣床等。3.1.4.2 几种典型的主轴轴承配置形式几种典型的主轴轴承配置形式(3)速度刚度型速度刚度型 承受轴向力承受轴向力三联角接触球轴承三联角接触球轴承双列短圆柱滚子轴承双列短圆柱滚子轴承承受径向力承受径向力起支承作用起支承作用3.1.4.2 几种典型的主轴轴承配置形式几

35、种典型的主轴轴承配置形式(4)配置圆锥滚子轴承的机床主轴配置圆锥滚子轴承的机床主轴 优点：结构比采用双列圆柱滚子轴承简单，优点：结构比采用双列圆柱滚子轴承简单，承载能力和刚度比角接触球轴承高。承载能力和刚度比角接触球轴承高。缺点：发热大，温升高，极限转速低缺点：发热大，温升高，极限转速低应用：载荷较大，转速不太高，精度一般。应用：载荷较大，转速不太高，精度一般。3.1.4.2 几种典型的主轴轴承配置形式几种典型的主轴轴承配置形式(5)卧式镗铣床主轴部件卧式镗铣床主轴部件 优点：前端采用双列圆锥滚子轴承，可以承优点：前端采用双列圆锥滚子轴承，可以承受双向轴向力和径向力，承载能力大，刚性好，受双向

36、轴向力和径向力，承载能力大，刚性好，结构简单。结构简单。镗主轴镗主轴 铣主轴铣主轴3.1.4.2 几种典型的主轴轴承配置形式几种典型的主轴轴承配置形式(6)摇臂钻床主轴部件摇臂钻床主轴部件 优点：采用推力球轴承，优点：采用推力球轴承，可以承受两个方向的轴向力，可以承受两个方向的轴向力，主轴刚度高。主轴刚度高。应用：承受轴向载荷大应用：承受轴向载荷大的机床主轴，如钻床。的机床主轴，如钻床。3.1.4.3 几种典型的主轴轴承配置形式几种典型的主轴轴承配置形式大多数机床主轴部件采用两支承结构，其配大多数机床主轴部件采用两支承结构，其配置和选用的一般原则如下：置和选用的一般原则如下：(1)适应适应承载

37、能力承载能力和和刚度刚度的要求的要求 v圆柱或圆锥滚子轴承，其径向承载能力和刚度圆柱或圆锥滚子轴承，其径向承载能力和刚度要比点接触的球轴承好；要比点接触的球轴承好；v在轴向承载能力和刚度方面，以推力球轴承最在轴向承载能力和刚度方面，以推力球轴承最高，圆锥滚子轴承次之，角接触球轴承为最低高，圆锥滚子轴承次之，角接触球轴承为最低;v有冲击载荷时，宜选用滚子轴承；有冲击载荷时，宜选用滚子轴承；v前支承所受载荷通常大于后支承，且前支承变前支承所受载荷通常大于后支承，且前支承变形对主轴轴端位移形对主轴轴端位移(即刚度即刚度)影响较大，故前支承处影响较大，故前支承处轴承的承载能力和刚度应比后支承处大。轴承

38、的承载能力和刚度应比后支承处大。3.1.4.2几种典型的主轴轴承配置形式几种典型的主轴轴承配置形式(2)适应适应转速转速的要求的要求 v相同类型的轴承，其规格越小、精度等级越高，相同类型的轴承，其规格越小、精度等级越高，允许的最高转速也越高；允许的最高转速也越高；v相同规格的轴承，点接触的球轴承比线接触的相同规格的轴承，点接触的球轴承比线接触的滚子轴承允许的转速高，滚子轴承比滚锥轴承允滚子轴承允许的转速高，滚子轴承比滚锥轴承允许的转速高。许的转速高。(3)适应适应结构结构要求要求 v为了使主轴部件具有高的刚度，且结构紧凑，为了使主轴部件具有高的刚度，且结构紧凑，主轴直径应选大一些较好，这时轴承

39、选用轻型或主轴直径应选大一些较好，这时轴承选用轻型或特特(超超)轻型，或者可在同一支承处轻型，或者可在同一支承处(尤其是前支承尤其是前支承)配置两联或多联轴承。配置两联或多联轴承。3.1.4.3 滚动轴承精度等级的选择滚动轴承精度等级的选择(1)前后轴承的精度前后轴承的精度对主轴旋转精度是影响对主轴旋转精度是影响是不同的；是不同的；(2)前支承对主轴的前支承对主轴的旋转精度影响较大，因旋转精度影响较大，因此前轴承的精度比后轴此前轴承的精度比后轴承高一级；承高一级；(3)偏移量是有方向偏移量是有方向的，前后轴承的偏移方的，前后轴承的偏移方向应该放在同一侧，以向应该放在同一侧，以抵消主轴端部的偏移

40、。抵消主轴端部的偏移。a1=(L+a)a/Lb1=ab/L3.1.4.3 滚动轴承精度等级的选择滚动轴承精度等级的选择机床主轴轴承精度有机床主轴轴承精度有P2、P4、P5、P6以及以及SP和和UP等等6级。级。目前精度都在目前精度都在P4(SP)以上，以上，P6级轴承处于淘级轴承处于淘汰的状态。汰的状态。3.1.4.4 主轴滚动轴承的预紧主轴滚动轴承的预紧（重点）（重点）预紧就是采用预加载荷的方法消除轴承间隙，预紧就是采用预加载荷的方法消除轴承间隙，而且有一定的过盈量，使滚动体和内外圈接触部而且有一定的过盈量，使滚动体和内外圈接触部分产生预变形，增加接触面积，提高支承刚度和分产生预变形，增加接

41、触面积，提高支承刚度和抗振性。抗振性。预紧是提高主轴部件的旋转精度、刚度预紧是提高主轴部件的旋转精度、刚度和抗振性的重要手段，但和抗振性的重要手段，但预紧量不能太大预紧量不能太大，过紧，过紧则会使内外圈变形，同样会影响主轴部件的旋转则会使内外圈变形，同样会影响主轴部件的旋转精度、加速轴承的磨损、增加温升和热变形，降精度、加速轴承的磨损、增加温升和热变形，降低轴承寿命。低轴承寿命。预紧力通常分为预紧力通常分为三级三级：轻预紧：轻预紧(高速主轴高速主轴)、中、中预紧预紧(中、低速主轴中、低速主轴)和重预紧和重预紧(分度主轴分度主轴)，代号为，代号为A、B、C。3.1.4.4 主轴滚动轴承的预紧主轴

42、滚动轴承的预紧调整环调整环过盈套过盈套双列短圆柱滚子轴承双列短圆柱滚子轴承双向推力角接触球轴承双向推力角接触球轴承1）螺母轴向移动内圈2）调整环长度实现预紧3.1.4.4 主轴滚动轴承的预紧主轴滚动轴承的预紧轴承预紧后对主轴系统的影响：1、预紧后主轴的旋转精度提高；2、预紧后主轴的刚度提高；3、预紧后主轴的磨损加剧；4、预紧后主轴的发热量增加。3.1.4.5 滚动轴承的润滑和密封滚动轴承的润滑和密封滚动轴承所用的润滑剂主要有润滑脂和润滑滚动轴承所用的润滑剂主要有润滑脂和润滑油。油。密封的方式主要有非接触式和接触式密封的方式主要有非接触式和接触式。选择密封形式考虑因素:轴的转速轴承的润滑方式轴端

43、结构轴承工作温度轴承工作外界环境3.1.5 主轴滑动轴承主轴滑动轴承滑动轴承应有良好的抗振性，旋转精度高，滑动轴承应有良好的抗振性，旋转精度高，运动平稳等特点，应用于高速或低速的精密、高运动平稳等特点，应用于高速或低速的精密、高精密机床和数控机床中。精密机床和数控机床中。l按按产生油膜产生油膜的方式，可分为：的方式，可分为：动压轴承动压轴承静压轴承静压轴承液体滑动轴承液体滑动轴承气体滑动轴承气体滑动轴承l按照按照流体介质流体介质不同可分为：不同可分为：注意对比二者特点3.1.5.1 动压轴承动压轴承原理原理：当主轴旋转时，带动润滑油从间隙大：当主轴旋转时，带动润滑油从间隙大处向间隙小处流动，形

44、成压力油楔而产生油膜压处向间隙小处流动，形成压力油楔而产生油膜压力力p将主轴浮起。将主轴浮起。特点特点：转速越高，间隙转速越高，间隙越小，油膜承载能力越大。越小，油膜承载能力越大。动压轴承按油楔数分为动压轴承按油楔数分为单油楔和多油楔单油楔和多油楔。多油楔轴承形成的油膜多油楔轴承形成的油膜压力在几个方向上支承轴径，压力在几个方向上支承轴径，轴心位置稳定性好，抗振动轴心位置稳定性好，抗振动和冲击性能好。故多采用多油楔轴承。和冲击性能好。故多采用多油楔轴承。3.1.5.1 动压轴承动压轴承(1)固定多油楔滑动轴承固定多油楔滑动轴承偏心圆弧或阿基米德螺旋线偏心圆弧或阿基米德螺旋线a)主轴组件，b)轴

45、瓦主轴旋转方向恒定，不须换向，转速变化小时转速变化，且换向3.1.5.1 动压轴承动压轴承(2)活动多油楔滑动轴承活动多油楔滑动轴承浮动轴瓦浮动轴瓦b00.4Bh1/h2=2.2缺点：单向、刚度低缺点：单向、刚度低3.1.5.2 液体静压轴承液体静压轴承原理原理：由专门的供油系统提供压力油，输进轴和轴：由专门的供油系统提供压力油，输进轴和轴承间隙中，利用油的静压力支承载荷，轴颈始终浮在压承间隙中，利用油的静压力支承载荷，轴颈始终浮在压力油中。力油中。特点特点：承载能力高；旋转精度高；油膜有均化误差：承载能力高；旋转精度高；油膜有均化误差的作用，可提高加工精度；抗振性好；运转平稳；的作用，可提高

46、加工精度；抗振性好；运转平稳；既能既能在低速下工作，也能在高速下工作（速度特性好）在低速下工作，也能在高速下工作（速度特性好）；摩；摩擦小，轴承寿命长。擦小，轴承寿命长。v固定节流器固定节流器v可变节流器可变节流器3.1.5.3 气体静压轴承气体静压轴承用空气作为介质的静压轴承称为气体静压轴承，也用空气作为介质的静压轴承称为气体静压轴承，也称为气浮轴承或空气轴承，其工作原理与液体静压轴承称为气浮轴承或空气轴承，其工作原理与液体静压轴承相同。相同。特点特点：摩擦小，功耗小，能在极高转速或极低温度：摩擦小，功耗小，能在极高转速或极低温度下工作，震动、噪声特别小，旋转精度高，寿命长，基下工作，震动、

47、噪声特别小，旋转精度高，寿命长，基本不需要维护，常用于高速、超高速、高精度机床中。本不需要维护，常用于高速、超高速、高精度机床中。3.1.5.3 气体静压轴承气体静压轴承具有气体静压轴承的主轴结构形式主要有三种：具有气体静压轴承的主轴结构形式主要有三种：(1)具有径向圆柱与平面止推型轴承的主轴部件具有径向圆柱与平面止推型轴承的主轴部件(2)采用双半球形气体静压轴承采用双半球形气体静压轴承 (3)前端为球形，后端为圆柱形或半球形前端为球形，后端为圆柱形或半球形 3.2 支承件设计支承件设计3.2.1 支承件的功能和应满足的基本要求支承件的功能和应满足的基本要求支承件是指床身、立柱、横梁、摇臂、底

48、座、支承件是指床身、立柱、横梁、摇臂、底座、箱体和升降台等大件，它们相互连接构成机床基箱体和升降台等大件，它们相互连接构成机床基础，保证机床零部件的相对位置和相对运动精度。础，保证机床零部件的相对位置和相对运动精度。3.2.1.1 支承件的功用支承件的功用:(1)支承机床部件支承机床部件的作用，承受重力、切削力、的作用，承受重力、切削力、惯性力、摩擦力等；惯性力、摩擦力等；(2)保证各部件之间的保证各部件之间的相对位置相对位置精度和运动部精度和运动部件的运动精度。件的运动精度。(3)支承件支承件内部空间内部空间常作为变速箱、液压油箱，常作为变速箱、液压油箱，或安置电气箱、冷却和润滑装置及电动机

49、。或安置电气箱、冷却和润滑装置及电动机。3.2.1.2 支承件应满足的基本要求支承件应满足的基本要求(1)应具有足够的刚度和较高的应具有足够的刚度和较高的刚度刚度质量比质量比(a)自身刚度自身刚度。支承件抵抗自身变形的能力，。支承件抵抗自身变形的能力，称为自身刚度。支承件的自身刚度主要为弯曲刚称为自身刚度。支承件的自身刚度主要为弯曲刚度和扭转刚度。度和扭转刚度。(b)局部刚度局部刚度。支承件抵抗局部变形的能力，。支承件抵抗局部变形的能力，称为局部刚度。局部变形主要发生在支承件上称为局部刚度。局部变形主要发生在支承件上载载荷较集中荷较集中的局部结构处。的局部结构处。(c)接触刚度接触刚度。支承件

50、的结合面在外载荷作用。支承件的结合面在外载荷作用下抵抗接触变形的能力，称为接触刚度。下抵抗接触变形的能力，称为接触刚度。(2)良好的动态特性。在规定的切削条件下工良好的动态特性。在规定的切削条件下工作时，不产生受迫振动和自激振动，保证切削的作时，不产生受迫振动和自激振动，保证切削的稳定性。稳定性。3.2.1.2 支承件应满足的基本要求支承件应满足的基本要求(3)热稳定性好热稳定性好机床热变形无法消除，只能采取一定措施予机床热变形无法消除，只能采取一定措施予以改善。以改善。(a)散热和隔热散热和隔热 隔离热源，如将主要热源与隔离热源，如将主要热源与机床分离。适当加大散热面积。机床分离。适当加大散