《机电装备设计》PPT课件

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1、本次课讲授内容3.5轴系3.5.1概述3.5.2主轴轴系的基本要求3.5.3主轴轴承选择3.5.4主轴滑动轴承3.5.5主轴组件布局3.5.6轴系组件初步计算3.5.7主轴滚动轴承的预紧3.5.8主轴组件的润滑和密封3.5.9提高主轴组件性能的措施第三章机电装备传动部件设计TransmissionPartDesignforElectro-mechanicalEquipment13.5.1轴系概述定义：轴系由轴、轴承和安装于轴上的传动体、密封件及定位件组成。功能：支承旋转零件、传递转矩和运动。组成：轴系按其在传动链中所处的地位不同可分为传动

2、轴轴系和主轴轴系，一般对传动轴的要求不高，对主轴有较高的要求。23.5.2对主轴（spindle)轴系的要求整体要求：保证在一定的载荷与转速下，主轴组件精确而稳定地绕其轴心旋转，并长期地保持这种性能。从以下五方面分析：1回转精度2静刚度3动态特性4热特性与热变形5精度保持性31回转精度定义：指主轴装配后，在无载荷、低转速条件下，主轴前端的径向和轴向跳动量。回转中心线：轴件作回转运动时线速度为零的点的连线。影响因素：轴承误差、轴颈圆度误差、轴件的挠曲和振动原因、箱体孔制造和装配误差、主轴转速、支承的设计及润滑等。2静刚度(StaticSti

3、ffness)定义：主轴前端产生单位位移时，在这一方向测量出施加的力。反映了组件抵抗静态外载荷变形的能力。影响因素：主轴的形状和尺寸，滚动轴承的型号和数量，轴承配置形式和预紧、滑动轴承的油膜刚度、支承距离，主轴前端悬伸量，组件的装配等。43动态特性(DynamicCharacteristic)定义：指主轴抵抗冲击、振动、噪声的特性。是机床主轴组件等非常重要的一个特性。评价指标有动刚度、振型、噪声三方面。1）动刚度定义：在交变动载荷作用下抵抗动态位移的能力。影响因素：静刚度K、组件质量m、阻尼比ξ和激振频率ω等。5（1）准静态区，主要取决于

4、系统的静刚度K；（2）共振区，主要取决于系统的静刚度K和阻尼比ξ；（3）惯性区，主要取决于系统的惯性。准静态区共振区惯性区62）振型方法：对于多自由度系统，可分解为若干个当量单自由度系统（模态)，每个模态有自身的动刚度特性。模态分析理论：一个多自由度系统的各个主要振动模态各有自己的振动频率和振动型式(振型)，一般按振动频率的高低由低向高排列为第1阶、第2阶…第M阶的不同振型。3）噪声噪声来源于振动。主轴振动主要由轴承引起，轴承的滚动表面缺陷、滚道波纹、滚动体的直径误差，轴承结构及弹性变形等。74热特性与热变形(heatcharacteri

5、sticanddeformation)1）温升和热变形轴系组件热产生的原因：运动件摩擦、搅油热量、加工区热量和环境热辐射等。后果：○主轴组件温升和热变形，使系统各部件间相对位置精度遭到破坏，影响系统的工作精度；○热变形造成主轴弯曲；○使传动齿轮和轴承的工作状态变坏；○使轴件和轴承、主轴与支承座之间已调整好的间隙和配合发生变化，影响轴承的正常工作，加速齿轮和轴承等零件的磨损。主轴的温升梯度不要大，要温度场对称.82）热位移定义：使主轴工作端截面形心相对固定坐标产生的位移。热线位移可在笛卡尔坐标中产生三个坐标轴方向的分量。3）轴系主要热特性参

6、数主要特性参数：热源强度、温升和工作部分的热位移。热源强度：轴系的热源有轴承、传动件、密封件等单位时间内发热量的总和。轴承的摩擦热：滚动体和滚道产生弹性变形而产生摩擦热，为轴系主要热源之一，轴承的摩擦热与轴承类型、预紧力、转速、轴承的润滑等情况有关，预紧力越大，发热量越多，随着预紧力增加，温升的增加越来越快。95精度保持性（PrecisionPreserve)定义：指长期地保持其原始制造精度的能力。要保证这些表面的耐磨性和有调整间隙的可能。影响耐磨性因素：轴件、轴承的材料与热处理，轴承(或衬套)的类型及润滑方式等。3.5.3主轴轴承的选择

7、重要性：主轴的旋转精度在很大程度上由其轴承决定，轴承的变形量约占主轴组件总变形量的30﹪～50﹪，轴承的发热量占的比重↑。对主轴轴承要求：旋转精度高、刚度大、承载能力强、抗振性好、速度性能高、摩擦功耗小、噪声低和寿命长等。101主轴滚动轴承类型112滚动轴承选用参考依据：转速、载荷及结构尺寸。整体原则：线接触轴承（滚柱、滚锥、滚针）：承载力↑，摩擦力↑，n↓；点接触球轴承：承载力↓，摩擦力↓，n↑；一般轴系要同时承受径向载荷与双轴向载荷，可按下列条件选用滚动轴承：(1)中高速重载双列圆柱滚子轴承配双向推力角接触球轴承(若配推力轴承，则极限

8、转速降低)。成对圆锥滚子轴承结构简单，但极限转速较低。空心圆锥滚子轴承的极限转速提高，但成本较高。(2)高速轻载成组角接触球轴承，根据轴向载荷的大小分别选用25°或15°接触角。(3)轴向载荷