《机械制造装备设计》讲义(5) 免费下载.doc

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1、第五章主轴组件设计§5・1概述主轴组件包括：主轴、轴承、传动件、紧固件、密封件及定位元件等元件。主轴组件是一个执行部件，肓接参与工件表面的成形，主轴性能优劣将直接影响加工质量和生产率，因此，对主轴部件要有较高的要求。一、主轴部件设计应满足的要求1.旋转精度指主轴装配后，在手动或低速空载条件下，在主轴端部的径向和轴向跳动。旋转精度取决于组成主轴部件的主要零件的加工精度（如主轴、轴承、轴承孔等）及它们的装配精度。2.刚度指其在外加载荷作用下抵抗变形的能力。通常以主轴前端产生单位位移时，在位移方向上所需施加的作用力来表示。单位：N/m它综合地反映了主轴和轴承抵抗变形的

2、能力（静刚度）。影响主轴部件刚度的主要因素：主轴的结构尺寸、轴承的类型和配置形式、预紧、传动件的布置方式、主轴部件的制造和装配精度等。通过CAE对主轴的结构尺寸进行优化设计。3.抗振性指主轴组件抵抗振动（受迫振动和白激振动）的能力。受迫振动：外界激振源（主轴木身的旋转不平衡、断续切削、齿轮啮合等引起的），交变力作用。自激振动：切削过程屮当外界激振力接近主轴系统的固有频率时，发生共振（颤振）。主轴部件的振动会严重影响工件的加工质量（粗糙度）和刀具的使用寿命，降低生产率，并产生噪声。影响抗振性的主要因素：%1主轴部件的静刚度；%1质量分布以及阻尼（阻尼器抑制振动）。

3、采用动态优化设计，提高主轴组件的固有频率，使Z远离激振源频率，主轴部件的低阶固有频率与振型是其抗振性的主要评价指标。低阶尚有频率应远高于激振频率，使其不容易发生共振。4.温升和热变形摩擦、搅油损耗、切削区的切削热等使主轴部件的温度升高。热变形对加工精度的影响：＞导致主轴原有的位置发生变化，肓接影响着加工精度。＞温升过高使得原有已调整好的轴承间隙发生变化，间隙小，影响轴承正常工作，使轴承过快磨损,严重时甚至烧伤。影响主轴组件温升的主要因素：轴承类型和布置、轴承间隙大小、润滑方式和散热条件等。5・耐磨性（精度保持性）精度保持性是指长期地保持其原始制造精度的能力。主轴

4、部件丧失其原始精度的主要原因是磨损。易磨损部位：轴承、装夹工件或刀具的定位表面（内锥孔）。提高内锥孔耐磨性方法：提高硬度。影响磨损的因素：（1）选材、热处理及使用条件；（2）轴承类世的选取及其润滑方式。%1.主轴组件的传动1、主轴组件传动方式的确定大齿轮靠近前支承；c图前支承力大，主主要根据主轴转速的高低、所需传递的扭矩大小和运动平稳性等要求来确定。2^主轴组件的传动方式（1）齿轮传动：传递扭矩大，线速度不能太高v<2-5m/s主轴上尽星避免滑移齿轮（有间隙，振动），齿轮与主轴最好是圆锥面配合，并且是磨齿处理。（2）带传动带传动具有弹性，可以吸振，运转平稳，

5、适用于高速传动，可以达到30〜50m/s以上。通常有平带、三角带、多楔带、同步齿形带，除了同步齿形带外，带传动依靠摩擦传动，因此有打滑现象，不适用于传动比准确的场合。同步齿形带无打滑，传动比准确，近年来在数控机床的传动中应用较多。（3）电机直接驱动（电主轴）电主轴是主传动系统屮“零传动"的典型结构。电机置于主轴箱内，其转子直接安装在机床主轴上，主轴的转速用电机的变频调速与矢量控制装置来实现。电主轴的优点：乩超高速加工需要很大的加减速，只能取消屮问环节（转动惯量小），将电机和主轴“合二为一雹b.取消屮间环节可以保证高速时振动、噪声小，可以大大提高加工精度和表面质量

6、。c.主电机置于前后支承Z间，可以大大提高主轴系统的刚度和固有频率，避免超高速下共振（安全性）。d.结构简单，独立部件，由专业化生产（定做）。电主轴是一种高科技机电一体化产品，著名的生产厂家有：瑞士：Fischer,Ibag,Step_up瑞典：SKF徳国：GMN,FAG美国:Precise日木：NSK,Koyo洛阳轴承研究所三、主轴上传动件的布置主要指传动件的轴向位置布置，1・传动件在主轴上的布置原则（1）齿轮布置在靠近主轴前轴承的位置上。这时主轴传递扭矩的部分较短，可以减少弯曲和扭转变形。（2）若是两个齿轮传动，应使较大的齿轮靠近主轴前端，因为大齿轮低速时作

7、用力大，靠近前支承，弯矩小，弯曲变形小。2•传动件轴向位置布置方式（图5-16）（1）卸荷式主轴：主轴不承受径向力。P99,图3-24o（2）后端布置：主轴前端承受切削力P,后端承受传动力Q,适合于皮带传动。更换皮带方便。如外圆磨床。（3）前端布置：主轴前端承受切削力P和传动力Q・引起的主轴前端变形部分地相互抵消，前支承支反力也较小。但导致主轴悬伸增加，影响主轴刚度，适用于大型、重型机床。（4）中间布置：靠近前支承减少弯曲和扭转变形；两个齿轮时,轴前端位移小，适川精密机床；d图支反力小，位移大，适川普通精度机床。§5-2主轴部件的结构设计一、主轴组件的支承方式1

8、.两支承形式：适用于短主