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1、本章主要教学内容：本章主要教学内容：一、主轴组件应满足的基本要求一、主轴组件应满足的基本要求二、主轴滚动轴承二、主轴滚动轴承三、主轴三、主轴四、主轴组件的传动方式及结构设计四、主轴组件的传动方式及结构设计五、主轴主要尺寸参数的确定五、主轴主要尺寸参数的确定第八章第八章 机床主轴部件设计机床主轴部件设计2021/6/71第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 主轴组件主轴组件主轴组件主轴组件包括包括包括包括 主轴、支承轴承、传动件、定位元件、密封件。主轴、支承轴承、传动件、定位元件、密封件。主轴、支承轴承、传动件、定位元件、密封件。主轴、支承轴承、传动件、定位元件、密封件。 功用功用功用功用 支
2、承并带动工件或刀具旋转进行切削；承受切削力和驱支承并带动工件或刀具旋转进行切削；承受切削力和驱支承并带动工件或刀具旋转进行切削；承受切削力和驱支承并带动工件或刀具旋转进行切削；承受切削力和驱动力，完成表面成形运动。动力，完成表面成形运动。动力，完成表面成形运动。动力，完成表面成形运动。 一、主轴组件应满足的基本要求一、主轴组件应满足的基本要求一、主轴组件应满足的基本要求一、主轴组件应满足的基本要求 基基 本本 要要 求求 旋旋转转精精度度 刚刚度度 抗抗振振性性 温温升升和和热热变变性性 精精度度保保持持性性2021/6/72. . . .旋转精度旋转精度旋转精度旋转精度 旋转精度旋转精度旋转
3、精度旋转精度 指主轴装配后，在空载、低速转动状态下，安装刀具指主轴装配后，在空载、低速转动状态下，安装刀具指主轴装配后，在空载、低速转动状态下，安装刀具指主轴装配后，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。或工件的主轴部位的径向跳动和轴向跳动。或工件的主轴部位的径向跳动和轴向跳动。或工件的主轴部位的径向跳动和轴向跳动。第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 主轴组件的旋转精度直接影响工件的加工精度。主轴组件的旋转精度直接影响工件的加工精度。主轴组件的旋转精度直接影响工件的加工精度。主轴组件的旋转精度直接影响工件的加工精度。 旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔的制造、
4、装配和调整精度。旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔的制造、装配和调整精度。旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔的制造、装配和调整精度。旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔的制造、装配和调整精度。2021/6/73第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 刚度刚度刚度刚度 指主轴组件在外载荷作用下抵抗变形的能力。指主轴组件在外载荷作用下抵抗变形的能力。指主轴组件在外载荷作用下抵抗变形的能力。指主轴组件在外载荷作用下抵抗变形的能力。 2. 2. 2. 2.刚度刚度刚度刚度 刚度的量化刚度的量化刚度的量化刚度的量化 以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移以主轴前端产
5、生单位位移的弹性变形时，在位移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。方向所施加的作用力大小来表示。方向所施加的作用力大小来表示。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当主轴外伸端受径向作用力当主轴外伸端受径向作用力当主轴外伸端受径向作用力F F，主轴，主轴，主轴，主轴受力方向上的弹性位移受力方向上的弹性位移受力方向上的弹性位移受力方向上的弹性位移为为为为时，其刚度时，其刚度时，其刚度时，其刚度K K 的表达式的表达式的表达式的表达式为为为为2021/6/74 主轴主件的刚度不足直接影响零件的加工精度和机主轴主件的刚度不足直接影响零件的加工精度
6、和机主轴主件的刚度不足直接影响零件的加工精度和机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床的性能床的性能床的性能第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 （2 2 2 2）动刚度）动刚度）动刚度）动刚度 主轴组件在交变载荷作用下抵抗变形的能力，表主轴组件在交变载荷作用下抵抗变形的能力，表主轴组件在交变载荷作用下抵抗变形的能力，表主轴组件在交变载荷作用下抵抗变形的能力，表示为示为示为示为 K Kd d = =F Fd d / / / / d d 。 （1 1 1 1）静刚度）静刚度）静刚度）静刚度 主轴组件在静载荷作用下抵抗变形的能力，表示主轴组件在静载荷作用下抵抗变形的能力，表示主轴
7、组件在静载荷作用下抵抗变形的能力，表示主轴组件在静载荷作用下抵抗变形的能力，表示为为为为 K Kj j = =F Fj j / / / / j j 。 主轴组件的刚度受主轴的尺寸和形状，滚动轴承的类型、数量、主轴组件的刚度受主轴的尺寸和形状，滚动轴承的类型、数量、主轴组件的刚度受主轴的尺寸和形状，滚动轴承的类型、数量、主轴组件的刚度受主轴的尺寸和形状，滚动轴承的类型、数量、预紧和配置形式，传动件的布置方式，主轴组件的制造精度和装配预紧和配置形式，传动件的布置方式，主轴组件的制造精度和装配预紧和配置形式，传动件的布置方式，主轴组件的制造精度和装配预紧和配置形式，传动件的布置方式，主轴组件的制造精
8、度和装配质量等因素影响。质量等因素影响。质量等因素影响。质量等因素影响。 2021/6/75第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 在切削过程中，主轴部件受到静态力的作用，也受到冲击力和在切削过程中，主轴部件受到静态力的作用，也受到冲击力和在切削过程中，主轴部件受到静态力的作用，也受到冲击力和在切削过程中，主轴部件受到静态力的作用，也受到冲击力和交变力的作用而产生振动。冲击力和交变力是由材料硬度不均匀、交变力的作用而产生振动。冲击力和交变力是由材料硬度不均匀、交变力的作用而产生振动。冲击力和交变力是由材料硬度不均匀、交变力的作用而产生振动。冲击力和交变力是由材料硬度不均匀、加工余量的变化、断续
9、切削、主轴部件不平衡、轴承或齿轮存在缺加工余量的变化、断续切削、主轴部件不平衡、轴承或齿轮存在缺加工余量的变化、断续切削、主轴部件不平衡、轴承或齿轮存在缺加工余量的变化、断续切削、主轴部件不平衡、轴承或齿轮存在缺陷以及切削过程中的颤振等引起。陷以及切削过程中的颤振等引起。陷以及切削过程中的颤振等引起。陷以及切削过程中的颤振等引起。 抗振性抗振性抗振性抗振性 是指机床在额定载荷切削时，主轴组件抵抗受迫振动是指机床在额定载荷切削时，主轴组件抵抗受迫振动是指机床在额定载荷切削时，主轴组件抵抗受迫振动是指机床在额定载荷切削时，主轴组件抵抗受迫振动和自激振动的能力。和自激振动的能力。和自激振动的能力。和
10、自激振动的能力。 3. 3. 3. 3.抗振性抗振性抗振性抗振性 主轴振动直接影响工件的表面加工质量和刀具的使主轴振动直接影响工件的表面加工质量和刀具的使主轴振动直接影响工件的表面加工质量和刀具的使主轴振动直接影响工件的表面加工质量和刀具的使用寿命，并产生噪声。用寿命，并产生噪声。用寿命，并产生噪声。用寿命，并产生噪声。2021/6/76第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 热变形热变形热变形热变形 是主轴组件运动时，各相对运动处的摩擦，切削区的是主轴组件运动时，各相对运动处的摩擦，切削区的是主轴组件运动时，各相对运动处的摩擦，切削区的是主轴组件运动时，各相对运动处的摩擦，切削区的切削热等使
11、主轴组件的温度升高，造成形状、尺寸及位置变化。切削热等使主轴组件的温度升高，造成形状、尺寸及位置变化。切削热等使主轴组件的温度升高，造成形状、尺寸及位置变化。切削热等使主轴组件的温度升高，造成形状、尺寸及位置变化。 4. 4. 4. 4.温升和热变形温升和热变形温升和热变形温升和热变形 热变形会引起轴承间隙变化，润滑油粘度降低，影热变形会引起轴承间隙变化，润滑油粘度降低，影热变形会引起轴承间隙变化，润滑油粘度降低，影热变形会引起轴承间隙变化，润滑油粘度降低，影响主轴部件的工作性能，降低加工精度。响主轴部件的工作性能，降低加工精度。响主轴部件的工作性能，降低加工精度。响主轴部件的工作性能，降低加
12、工精度。 2021/6/77 精度保持性影响机床使用寿命内的加工精度和工作精度保持性影响机床使用寿命内的加工精度和工作精度保持性影响机床使用寿命内的加工精度和工作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。稳定性。稳定性。稳定性。第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 精度保持性精度保持性精度保持性精度保持性 指主轴组件长期保持其原始制造精度的能力。指主轴组件长期保持其原始制造精度的能力。指主轴组件长期保持其原始制造精度的能力。指主轴组件长期保持其原始制造精度的能力。 5. 5. 5. 5.精度保持性精度保持性精度保持性精度保持性 精度保持性决定于主轴组件的耐磨性能。影响耐磨性的因素有
13、精度保持性决定于主轴组件的耐磨性能。影响耐磨性的因素有精度保持性决定于主轴组件的耐磨性能。影响耐磨性的因素有精度保持性决定于主轴组件的耐磨性能。影响耐磨性的因素有主轴、主轴、主轴、主轴、轴承的材料、热处理方法、轴承类型及润滑防护措施等。轴承的材料、热处理方法、轴承类型及润滑防护措施等。轴承的材料、热处理方法、轴承类型及润滑防护措施等。轴承的材料、热处理方法、轴承类型及润滑防护措施等。 明确：明确：明确：明确： 主轴组件丧失原始制造精度的原因主轴组件丧失原始制造精度的原因主轴组件丧失原始制造精度的原因主轴组件丧失原始制造精度的原因磨损。磨损。磨损。磨损。如主轴轴承、主轴轴颈表面、装夹工件或刀具的
14、定位表面的磨损。如主轴轴承、主轴轴颈表面、装夹工件或刀具的定位表面的磨损。如主轴轴承、主轴轴颈表面、装夹工件或刀具的定位表面的磨损。如主轴轴承、主轴轴颈表面、装夹工件或刀具的定位表面的磨损。2021/6/78第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 二、主轴滚动轴承二、主轴滚动轴承二、主轴滚动轴承二、主轴滚动轴承 滚动轴承能在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳定工作。滚动轴承能在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳定工作。滚动轴承能在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳定工作。滚动轴承能在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳定工作。 滚动轴承能在无间隙，甚至在预紧（有一定过盈量）的条件滚动轴承能在无间隙，甚至
15、在预紧（有一定过盈量）的条件滚动轴承能在无间隙，甚至在预紧（有一定过盈量）的条件滚动轴承能在无间隙，甚至在预紧（有一定过盈量）的条件下工作。故滚动轴承的摩擦系数小，有利于减小发热。下工作。故滚动轴承的摩擦系数小，有利于减小发热。下工作。故滚动轴承的摩擦系数小，有利于减小发热。下工作。故滚动轴承的摩擦系数小，有利于减小发热。 1. 1. 1. 1.滚动轴承的特点滚动轴承的特点滚动轴承的特点滚动轴承的特点 滚动轴承润滑容易，可以用油脂，一次填装可用到修理时再滚动轴承润滑容易，可以用油脂，一次填装可用到修理时再滚动轴承润滑容易，可以用油脂，一次填装可用到修理时再滚动轴承润滑容易，可以用油脂，一次填装
16、可用到修理时再换脂。如用油润滑，单位时间用油量也比滑动轴承少。换脂。如用油润滑，单位时间用油量也比滑动轴承少。换脂。如用油润滑，单位时间用油量也比滑动轴承少。换脂。如用油润滑，单位时间用油量也比滑动轴承少。 滚动轴承由轴承厂生产，质量稳定，成本低，经济性好。滚动轴承由轴承厂生产，质量稳定，成本低，经济性好。滚动轴承由轴承厂生产，质量稳定，成本低，经济性好。滚动轴承由轴承厂生产，质量稳定，成本低，经济性好。 滚动轴承的缺点：滚动轴承的缺点：滚动轴承的缺点：滚动轴承的缺点： 滚动轴承的滚动体数量有限，其径向刚度是变化的，易引起振滚动轴承的滚动体数量有限，其径向刚度是变化的，易引起振滚动轴承的滚动体
17、数量有限，其径向刚度是变化的，易引起振滚动轴承的滚动体数量有限，其径向刚度是变化的，易引起振动，阻尼低，振幅较大。滚动轴承的径向尺寸比滑动轴承大。动，阻尼低，振幅较大。滚动轴承的径向尺寸比滑动轴承大。动，阻尼低，振幅较大。滚动轴承的径向尺寸比滑动轴承大。动，阻尼低，振幅较大。滚动轴承的径向尺寸比滑动轴承大。2021/6/79第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 1 1 1 1）转速较高，负载不大，而旋转精度要求较高，采用球轴承。转速较高，负载不大，而旋转精度要求较高，采用球轴承。转速较高，负载不大，而旋转精度要求较高，采用球轴承。转速较高，负载不大，而旋转精度要求较高，采用球轴承。 2 2
18、2 2）转速较低，负载大或有冲击负载，采用滚子轴承。转速较低，负载大或有冲击负载，采用滚子轴承。转速较低，负载大或有冲击负载，采用滚子轴承。转速较低，负载大或有冲击负载，采用滚子轴承。 3 3 3 3）径向载荷和轴向载荷都较大时，如果转速高，采用角接触球径向载荷和轴向载荷都较大时，如果转速高，采用角接触球径向载荷和轴向载荷都较大时，如果转速高，采用角接触球径向载荷和轴向载荷都较大时，如果转速高，采用角接触球轴承。如果转速不高，采用圆锥滚子轴承。轴承。如果转速不高，采用圆锥滚子轴承。轴承。如果转速不高，采用圆锥滚子轴承。轴承。如果转速不高，采用圆锥滚子轴承。 2. 2. 2. 2.选择滚动轴承选
19、择的基本原则选择滚动轴承选择的基本原则选择滚动轴承选择的基本原则选择滚动轴承选择的基本原则 4 4 4 4）轴向载荷比径向载荷大得多，但转速较低时，采用两种不同轴向载荷比径向载荷大得多，但转速较低时，采用两种不同轴向载荷比径向载荷大得多，但转速较低时，采用两种不同轴向载荷比径向载荷大得多，但转速较低时，采用两种不同类型的轴承组合，分别承受轴向和径向负载。类型的轴承组合，分别承受轴向和径向负载。类型的轴承组合，分别承受轴向和径向负载。类型的轴承组合，分别承受轴向和径向负载。 5 5 5 5）径向载荷比轴向载荷大得多，且转速较高，采用深沟球轴承。径向载荷比轴向载荷大得多，且转速较高，采用深沟球轴承
20、。径向载荷比轴向载荷大得多，且转速较高，采用深沟球轴承。径向载荷比轴向载荷大得多，且转速较高，采用深沟球轴承。 6 6 6 6）支承刚度要求较高时，可采用成对角接触型轴承。支承刚度要求较高时，可采用成对角接触型轴承。支承刚度要求较高时，可采用成对角接触型轴承。支承刚度要求较高时，可采用成对角接触型轴承。2021/6/710 “ “背靠背组合背靠背组合背靠背组合背靠背组合” ”，使轴承的接触线与轴线的交点间距大，抵抗弯，使轴承的接触线与轴线的交点间距大，抵抗弯，使轴承的接触线与轴线的交点间距大，抵抗弯，使轴承的接触线与轴线的交点间距大，抵抗弯曲变形的支反力矩大，支承刚度比曲变形的支反力矩大，支承
21、刚度比曲变形的支反力矩大，支承刚度比曲变形的支反力矩大，支承刚度比“ “面对面组合面对面组合面对面组合面对面组合” ”高，应用广泛。高，应用广泛。高，应用广泛。高，应用广泛。第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 3.3.3.3.角接触球滚动轴承组合安装角接触球滚动轴承组合安装角接触球滚动轴承组合安装角接触球滚动轴承组合安装 机床主轴常选用机床主轴常选用机床主轴常选用机床主轴常选用“ “背靠背组合背靠背组合背靠背组合背靠背组合” ”，为什么？，为什么？，为什么？，为什么？2021/6/711第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 与钢轴承相比具有：与钢轴承相比具有：与钢轴承相比具有：与钢轴承相
22、比具有：高速下重量轻，作用在滚动体上的离心高速下重量轻，作用在滚动体上的离心高速下重量轻，作用在滚动体上的离心高速下重量轻，作用在滚动体上的离心力较小，压力和滑动摩擦小；力较小，压力和滑动摩擦小；力较小，压力和滑动摩擦小；力较小，压力和滑动摩擦小；滚动体热膨胀系数小，温升较低，滚动体热膨胀系数小，温升较低，滚动体热膨胀系数小，温升较低，滚动体热膨胀系数小，温升较低，轴承在运转中预紧力变化缓慢，运动平稳；轴承在运转中预紧力变化缓慢，运动平稳；轴承在运转中预紧力变化缓慢，运动平稳；轴承在运转中预紧力变化缓慢，运动平稳；弹性模量大，轴承的弹性模量大，轴承的弹性模量大，轴承的弹性模量大，轴承的刚度增大
23、。刚度增大。刚度增大。刚度增大。 4.4.4.4.陶瓷滚动轴承陶瓷滚动轴承陶瓷滚动轴承陶瓷滚动轴承 1 1 1 1）特点）特点）特点）特点 2 2 2 2）陶瓷轴承的应用）陶瓷轴承的应用）陶瓷轴承的应用）陶瓷轴承的应用 陶瓷钢混制轴承陶瓷钢混制轴承陶瓷钢混制轴承陶瓷钢混制轴承 其滚动体和外圈采用不同材料，运转时分子其滚动体和外圈采用不同材料，运转时分子其滚动体和外圈采用不同材料，运转时分子其滚动体和外圈采用不同材料，运转时分子亲合力很小，摩擦系数小，有一定的自润滑性能，可在供油中断的亲合力很小，摩擦系数小，有一定的自润滑性能，可在供油中断的亲合力很小，摩擦系数小，有一定的自润滑性能，可在供油中
24、断的亲合力很小，摩擦系数小，有一定的自润滑性能，可在供油中断的无润滑时正常工作。适用于高速、超高速、精密机床的主轴组件。无润滑时正常工作。适用于高速、超高速、精密机床的主轴组件。无润滑时正常工作。适用于高速、超高速、精密机床的主轴组件。无润滑时正常工作。适用于高速、超高速、精密机床的主轴组件。 全陶瓷轴承全陶瓷轴承全陶瓷轴承全陶瓷轴承 适用于耐高温、耐腐蚀、非磁性、电绝缘、要求适用于耐高温、耐腐蚀、非磁性、电绝缘、要求适用于耐高温、耐腐蚀、非磁性、电绝缘、要求适用于耐高温、耐腐蚀、非磁性、电绝缘、要求减轻重量和超高速场合。减轻重量和超高速场合。减轻重量和超高速场合。减轻重量和超高速场合。202
25、1/6/712第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 磁浮轴承磁浮轴承磁浮轴承磁浮轴承 是是是是利用磁力来支承运动部件，使其与固定部件脱离利用磁力来支承运动部件，使其与固定部件脱离利用磁力来支承运动部件，使其与固定部件脱离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。接触来实现轴承功能。接触来实现轴承功能。接触来实现轴承功能。 无机械磨损，运转无噪声，温度低，能耗小；不需要润滑，无机械磨损，运转无噪声，温度低，能耗小；不需要润滑，无机械磨损，运转无噪声，温度低，能耗小；不需要润滑，无机械磨损，运转无噪声，温度低，能耗小；不需要润滑，不污染环境；能在超低温、高温、真空、蒸气腐蚀性
26、环境中正常工不污染环境；能在超低温、高温、真空、蒸气腐蚀性环境中正常工不污染环境；能在超低温、高温、真空、蒸气腐蚀性环境中正常工不污染环境；能在超低温、高温、真空、蒸气腐蚀性环境中正常工作。作。作。作。 磁力轴承主轴可以自适应控制，通过监测定子线圈电流，灵磁力轴承主轴可以自适应控制，通过监测定子线圈电流，灵磁力轴承主轴可以自适应控制，通过监测定子线圈电流，灵磁力轴承主轴可以自适应控制，通过监测定子线圈电流，灵敏地控制切削力，并可通过检测切削力微小变化来控制机械运动，敏地控制切削力，并可通过检测切削力微小变化来控制机械运动，敏地控制切削力，并可通过检测切削力微小变化来控制机械运动，敏地控制切削力
27、，并可通过检测切削力微小变化来控制机械运动，加工精度高。特别适用于高速、超高速加工。加工精度高。特别适用于高速、超高速加工。加工精度高。特别适用于高速、超高速加工。加工精度高。特别适用于高速、超高速加工。 5.5.5.5.磁浮轴承（磁力轴承）磁浮轴承（磁力轴承）磁浮轴承（磁力轴承）磁浮轴承（磁力轴承）磁浮轴承的特点：磁浮轴承的特点：磁浮轴承的特点：磁浮轴承的特点：2021/6/713第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 主轴的结构主轴的结构主轴的结构主轴的结构 取决于主轴上安装的刀具、夹具、工件、传动件、取决于主轴上安装的刀具、夹具、工件、传动件、取决于主轴上安装的刀具、夹具、工件、传动件、
28、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。轴承的类型、数量、位置和安装定位方法。轴承的类型、数量、位置和安装定位方法。轴承的类型、数量、位置和安装定位方法。 三、主轴三、主轴三、主轴三、主轴 1 1 1 1. . . . 主轴的结构主轴的结构主轴的结构主轴的结构 主轴前端形式主轴前端形式主轴前端形式主轴前端形式 取决于机床的类型和安装夹具或刀具的形式取决于机床的类型和安装夹具或刀具的形式取决于机床的类型和安装夹具或刀具的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。通用机床已有标准化的形式。通用机床已有标准化的形式。通用机床已有
29、标准化的形式。 主轴整体结构主轴整体结构主轴整体结构主轴整体结构 是空心阶梯轴，外径从前端到尾部逐渐减小。是空心阶梯轴，外径从前端到尾部逐渐减小。是空心阶梯轴，外径从前端到尾部逐渐减小。是空心阶梯轴，外径从前端到尾部逐渐减小。 2021/6/714第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 （2 2 2 2）精密、大载荷、有冲击的机床主轴）精密、大载荷、有冲击的机床主轴）精密、大载荷、有冲击的机床主轴）精密、大载荷、有冲击的机床主轴 采用采用采用采用中碳或低碳中碳或低碳中碳或低碳中碳或低碳合金钢，合金钢，合金钢，合金钢，如如如如40Cr40Cr，20Cr20Cr。进行高频淬火或渗碳淬火，提高耐磨性
30、，硬度。进行高频淬火或渗碳淬火，提高耐磨性，硬度。进行高频淬火或渗碳淬火，提高耐磨性，硬度。进行高频淬火或渗碳淬火，提高耐磨性，硬度5265HRC5265HRC。2.2.2.2.主轴的材料及热处理主轴的材料及热处理主轴的材料及热处理主轴的材料及热处理 主轴的选材依据：载荷类型、耐磨性、热处理方法。主轴的选材依据：载荷类型、耐磨性、热处理方法。主轴的选材依据：载荷类型、耐磨性、热处理方法。主轴的选材依据：载荷类型、耐磨性、热处理方法。（3 3 3 3）主轴材料的攻关点）主轴材料的攻关点）主轴材料的攻关点）主轴材料的攻关点 怎样减小高速、高效、高精密机床主轴怎样减小高速、高效、高精密机床主轴怎样减
31、小高速、高效、高精密机床主轴怎样减小高速、高效、高精密机床主轴的热变形、振动。的热变形、振动。的热变形、振动。的热变形、振动。 已诞生的新型材料有玻璃陶瓷材料。已诞生的新型材料有玻璃陶瓷材料。已诞生的新型材料有玻璃陶瓷材料。已诞生的新型材料有玻璃陶瓷材料。 （1 1 1 1）普通机床主轴）普通机床主轴）普通机床主轴）普通机床主轴 采用采用采用采用4545# # 或或或或6060# #优质结构钢。在主轴支承轴颈优质结构钢。在主轴支承轴颈优质结构钢。在主轴支承轴颈优质结构钢。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
32、为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5055HRC5055HRC。2021/6/715第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 （1 1 1 1）满足主轴旋转精度要求）满足主轴旋转精度要求）满足主轴旋转精度要求）满足主轴旋转精度要求 主轴前后轴承轴颈的同轴度，主轴前后轴承轴颈的同轴度，主轴前后轴承轴颈的同轴度，主轴前后轴承轴颈的同轴度， 锥孔相对于前后轴颈中心连接线锥孔相对于前后轴颈中心连接线锥孔相对于前后轴颈中心连接线锥孔相对于前后轴颈中心连接线的径向跳动，的径向跳动，的径向跳动，的径向跳动， 定心轴颈及其定位轴肩相
33、对于前定心轴颈及其定位轴肩相对于前定心轴颈及其定位轴肩相对于前定心轴颈及其定位轴肩相对于前后轴颈中心连线的径向和轴向跳动等。后轴颈中心连线的径向和轴向跳动等。后轴颈中心连线的径向和轴向跳动等。后轴颈中心连线的径向和轴向跳动等。 3.3.3.3.主轴的技术要求主轴的技术要求主轴的技术要求主轴的技术要求 （2 2 2 2）其它性能要求）其它性能要求）其它性能要求）其它性能要求 表面粗糙度，表面硬度等。表面粗糙度，表面硬度等。表面粗糙度，表面硬度等。表面粗糙度，表面硬度等。2021/6/716第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 1. 1. 1. 1. 传动方式传动方式传动方式传动方式 （1 1
34、1 1）齿轮传动齿轮传动齿轮传动齿轮传动 轮齿的啮合传动，结构简单、紧凑；能传递较轮齿的啮合传动，结构简单、紧凑；能传递较轮齿的啮合传动，结构简单、紧凑；能传递较轮齿的啮合传动，结构简单、紧凑；能传递较大的扭矩，适应变转速、变载荷工作。大的扭矩，适应变转速、变载荷工作。大的扭矩，适应变转速、变载荷工作。大的扭矩，适应变转速、变载荷工作。 不足：不足：不足：不足：线速度需线速度需线速度需线速度需1215m/s1215m/s，且不如带传动平稳。，且不如带传动平稳。，且不如带传动平稳。，且不如带传动平稳。 （2 2 2 2）带传动）带传动）带传动）带传动 靠摩擦力传递动力。结构简单，皮带有弹性可吸靠
35、摩擦力传递动力。结构简单，皮带有弹性可吸靠摩擦力传递动力。结构简单，皮带有弹性可吸靠摩擦力传递动力。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。适用于振，传动平稳，噪声小；过载时打滑，具有过载保护作用。适用于振，传动平稳，噪声小；过载时打滑，具有过载保护作用。适用于振，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。中心距较大的两轴间传动。中心距较大的两轴间传动。中心距较大的两轴间传动。 不足：不足：不足：不足：传动速比不够准确。传动速比不够准确。传动速比不够准确。传动速比不够准确。 四、主轴组件的传动方式及结构设计四、主轴组件的传
36、动方式及结构设计四、主轴组件的传动方式及结构设计四、主轴组件的传动方式及结构设计齿轮传动、带传动、同步齿形带传动、电动机直接驱动齿轮传动、带传动、同步齿形带传动、电动机直接驱动齿轮传动、带传动、同步齿形带传动、电动机直接驱动齿轮传动、带传动、同步齿形带传动、电动机直接驱动2021/6/717第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 （4 4 4 4）电动机直接驱动）电动机直接驱动）电动机直接驱动）电动机直接驱动 对于转速小于对于转速小于对于转速小于对于转速小于3000r/min3000r/min的主轴，采用异步电动机和联轴器直的主轴，采用异步电动机和联轴器直的主轴，采用异步电动机和联轴器直的主轴
37、，采用异步电动机和联轴器直接驱动主轴。接驱动主轴。接驱动主轴。接驱动主轴。如如如如 高速内圆磨床的磨头。高速内圆磨床的磨头。高速内圆磨床的磨头。高速内圆磨床的磨头。 对于对于对于对于转速小于转速小于转速小于转速小于8000r/min8000r/min的轴，采用变频调速电动机直接驱动。的轴，采用变频调速电动机直接驱动。的轴，采用变频调速电动机直接驱动。的轴，采用变频调速电动机直接驱动。 此传动无相对滑动，传动比大且准确，传动精度高；可传递较此传动无相对滑动，传动比大且准确，传动精度高；可传递较此传动无相对滑动，传动比大且准确，传动精度高；可传递较此传动无相对滑动，传动比大且准确，传动精度高；可传
38、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。高；不需润滑，耐腐蚀，耐高温。高；不需润滑，耐腐蚀，耐高温。高；不需润滑，耐腐蚀，耐高温。 不足：不足：不足：不足：制造工艺复杂，安装条件高。制造工艺复杂，安装条件高。制造工艺复杂，安装条件高。制造工艺复杂，安装条件高。 （3 3 3 3）同步齿形带传动）同步齿形带传动）同步齿形带传动）同步齿形带传动 通过带上的齿与带轮上的轮齿传递
39、传动通过带上的齿与带轮上的轮齿传递传动通过带上的齿与带轮上的轮齿传递传动通过带上的齿与带轮上的轮齿传递传动2021/6/718 三支承方式对三支承孔的同心度要求较高，制造装配较复杂。三支承方式对三支承孔的同心度要求较高，制造装配较复杂。三支承方式对三支承孔的同心度要求较高，制造装配较复杂。三支承方式对三支承孔的同心度要求较高，制造装配较复杂。要求要求要求要求“ “主主主主” ”支承应该消除间隙或预紧，支承应该消除间隙或预紧，支承应该消除间隙或预紧，支承应该消除间隙或预紧，“ “辅助辅助辅助辅助” ”支承应保留一定的径向支承应保留一定的径向支承应保留一定的径向支承应保留一定的径向间隙或选用较大游
40、隙的轴承。以免发生干涉，恶化主轴的工作性能，间隙或选用较大游隙的轴承。以免发生干涉，恶化主轴的工作性能，间隙或选用较大游隙的轴承。以免发生干涉，恶化主轴的工作性能，间隙或选用较大游隙的轴承。以免发生干涉，恶化主轴的工作性能，使空载功率大幅度上升和轴承温升过高。使空载功率大幅度上升和轴承温升过高。使空载功率大幅度上升和轴承温升过高。使空载功率大幅度上升和轴承温升过高。第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 （1 1 1 1）主轴的支承数目）主轴的支承数目）主轴的支承数目）主轴的支承数目 2 2 2 2）三个支承三个支承三个支承三个支承 前、后支承为主要支承，中间支承为辅助支承；前、后支承为主要支
41、承，中间支承为辅助支承；前、后支承为主要支承，中间支承为辅助支承；前、后支承为主要支承，中间支承为辅助支承；前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。 1 1 1 1）前、后两个支承前、后两个支承前、后两个支承前、后两个支承 结构简单，制造方便，应用广泛。为提高结构简单，制造方便，应用广泛。为提高结构简单，制造方便，应用广泛。为提高结构简单，制造方便，应用广泛。为提高刚度，前后支承应消除间隙或预紧。刚度，前后支承应消除间隙或预紧。刚度，前后支承应消除间隙或预紧。刚度，前后支承应
42、消除间隙或预紧。 2.2.2.2.结构设计结构设计结构设计结构设计2021/6/719第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 前端配置（前端定位）前端配置（前端定位）前端配置（前端定位）前端配置（前端定位）指推力轴承布置在前支承处。指推力轴承布置在前支承处。指推力轴承布置在前支承处。指推力轴承布置在前支承处。 该配置在前支承处轴承较多，发热大，温升高，但主轴受热后该配置在前支承处轴承较多，发热大，温升高，但主轴受热后该配置在前支承处轴承较多，发热大，温升高，但主轴受热后该配置在前支承处轴承较多，发热大，温升高，但主轴受热后向后伸长，不影响轴向精度，精度高。向后伸长，不影响轴向精度，精度高。向后
43、伸长，不影响轴向精度，精度高。向后伸长，不影响轴向精度，精度高。用于轴向精度和刚度要求较用于轴向精度和刚度要求较用于轴向精度和刚度要求较用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床。高的高精度机床或数控机床。高的高精度机床或数控机床。高的高精度机床或数控机床。 主轴轴向定位主轴轴向定位主轴轴向定位主轴轴向定位 指为使主轴具有足够的轴向刚度和轴向位置精度，指为使主轴具有足够的轴向刚度和轴向位置精度，指为使主轴具有足够的轴向刚度和轴向位置精度，指为使主轴具有足够的轴向刚度和轴向位置精度，推力轴承在主轴前后支承的配置形式。推力轴承在主轴前后支承的配置形式。推力轴承在主轴前后支承的配置形式。推力轴
44、承在主轴前后支承的配置形式。它影响主轴的刚度、热变形它影响主轴的刚度、热变形它影响主轴的刚度、热变形它影响主轴的刚度、热变形方向和大小。方向和大小。方向和大小。方向和大小。 （2 2 2 2）主轴轴向定位）主轴轴向定位）主轴轴向定位）主轴轴向定位2021/6/720第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 后端配置（后端定位）后端配置（后端定位）后端配置（后端定位）后端配置（后端定位）推力轴承布置在后支承处。推力轴承布置在后支承处。推力轴承布置在后支承处。推力轴承布置在后支承处。 主轴前支承处轴承较少，发主轴前支承处轴承较少，发主轴前支承处轴承较少，发主轴前支承处轴承较少，发热少，温升低；但主轴
45、受热后向热少，温升低；但主轴受热后向热少，温升低；但主轴受热后向热少，温升低；但主轴受热后向前伸长，影响轴向精度。前伸长，影响轴向精度。前伸长，影响轴向精度。前伸长，影响轴向精度。 常用于轴向精度要求不高的普通机床，如立铣、多刀车床。常用于轴向精度要求不高的普通机床，如立铣、多刀车床。常用于轴向精度要求不高的普通机床，如立铣、多刀车床。常用于轴向精度要求不高的普通机床，如立铣、多刀车床。 两端配置（两端定位）两端配置（两端定位）两端配置（两端定位）两端配置（两端定位）推力轴承布置在前后两个支承处。推力轴承布置在前后两个支承处。推力轴承布置在前后两个支承处。推力轴承布置在前后两个支承处。 主轴受
46、热伸长后，影响主轴主轴受热伸长后，影响主轴主轴受热伸长后，影响主轴主轴受热伸长后，影响主轴轴承的轴向间隙。故需采用弹簧轴承的轴向间隙。故需采用弹簧轴承的轴向间隙。故需采用弹簧轴承的轴向间隙。故需采用弹簧消除间隙和补偿热变形。消除间隙和补偿热变形。消除间隙和补偿热变形。消除间隙和补偿热变形。 常用于较短主轴或轴向间隙变化不影响正常工作的机床。如组常用于较短主轴或轴向间隙变化不影响正常工作的机床。如组常用于较短主轴或轴向间隙变化不影响正常工作的机床。如组常用于较短主轴或轴向间隙变化不影响正常工作的机床。如组合机床主轴。合机床主轴。合机床主轴。合机床主轴。2021/6/721第八章第八章 主轴组件设
47、计主轴组件设计 布置原则布置原则布置原则布置原则 应使由传动力引起的主轴弯曲变形小，引起主轴前端应使由传动力引起的主轴弯曲变形小，引起主轴前端应使由传动力引起的主轴弯曲变形小，引起主轴前端应使由传动力引起的主轴弯曲变形小，引起主轴前端在影响加工精度的敏感方向上的位移小。在影响加工精度的敏感方向上的位移小。在影响加工精度的敏感方向上的位移小。在影响加工精度的敏感方向上的位移小。 方法方法方法方法 传动件轴向布置尽量靠近前支承，有多个传动件时，最大传动件轴向布置尽量靠近前支承，有多个传动件时，最大传动件轴向布置尽量靠近前支承，有多个传动件时，最大传动件轴向布置尽量靠近前支承，有多个传动件时，最大传
48、动件应靠近前端。传动件应靠近前端。传动件应靠近前端。传动件应靠近前端。 传动件在前支承内侧传动件在前支承内侧传动件在前支承内侧传动件在前支承内侧 齿轮在两支承齿轮在两支承齿轮在两支承齿轮在两支承中间靠近前支承。前支承直径大，刚度中间靠近前支承。前支承直径大，刚度中间靠近前支承。前支承直径大，刚度中间靠近前支承。前支承直径大，刚度高，大齿轮靠前可减少主轴的弯曲变形，高，大齿轮靠前可减少主轴的弯曲变形，高，大齿轮靠前可减少主轴的弯曲变形，高，大齿轮靠前可减少主轴的弯曲变形，而且转矩传递长度短，扭转变形小，使而且转矩传递长度短，扭转变形小，使而且转矩传递长度短，扭转变形小，使而且转矩传递长度短，扭转
49、变形小，使用最普遍。用最普遍。用最普遍。用最普遍。 （3 3 3 3）传动件的轴向布置）传动件的轴向布置）传动件的轴向布置）传动件的轴向布置2021/6/722第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 传动件在传动件在传动件在传动件在前支承外侧前支承外侧前支承外侧前支承外侧 齿轮在主齿轮在主齿轮在主齿轮在主轴的前悬伸端，轴的前悬伸端，轴的前悬伸端，轴的前悬伸端，用于具有大转盘的用于具有大转盘的用于具有大转盘的用于具有大转盘的机床，如机床，如机床，如机床，如: : : : 立式车床、镗床。立式车床、镗床。立式车床、镗床。立式车床、镗床。 传动件在传动件在传动件在传动件在后支承外侧后支承外侧后支承外
50、侧后支承外侧 传动件传动件传动件传动件放在主轴的后悬伸端，使前后支放在主轴的后悬伸端，使前后支放在主轴的后悬伸端，使前后支放在主轴的后悬伸端，使前后支承获得较好的支承跨距。承获得较好的支承跨距。承获得较好的支承跨距。承获得较好的支承跨距。多用于多用于多用于多用于主轴的带传动。使更换传动带方主轴的带传动。使更换传动带方主轴的带传动。使更换传动带方主轴的带传动。使更换传动带方便，防止油液的侵蚀。便，防止油液的侵蚀。便，防止油液的侵蚀。便，防止油液的侵蚀。2021/6/723 3.3.3.3.主轴前端悬伸量主轴前端悬伸量主轴前端悬伸量主轴前端悬伸量a a 取决于主轴端部的结构、前支承轴承的配取决于主
51、轴端部的结构、前支承轴承的配取决于主轴端部的结构、前支承轴承的配取决于主轴端部的结构、前支承轴承的配置和密封装置的型式和尺寸。置和密封装置的型式和尺寸。置和密封装置的型式和尺寸。置和密封装置的型式和尺寸。在满足结构要求的前提下，尽量缩短在满足结构要求的前提下，尽量缩短在满足结构要求的前提下，尽量缩短在满足结构要求的前提下，尽量缩短悬伸量悬伸量悬伸量悬伸量a a 。第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 1. 1. 1. 1.前支承轴颈前支承轴颈前支承轴颈前支承轴颈D D1 1 主轴直径越主轴直径越主轴直径越主轴直径越大其刚度越大，主轴组件尺寸越大其刚度越大，主轴组件尺寸越大其刚度越大，主轴组件
52、尺寸越大其刚度越大，主轴组件尺寸越大。大。大。大。在保证主轴组件刚度的同时，在保证主轴组件刚度的同时，在保证主轴组件刚度的同时，在保证主轴组件刚度的同时，尽量减小轴颈尽量减小轴颈尽量减小轴颈尽量减小轴颈D D1 1的的的的尺寸。尺寸。尺寸。尺寸。 五、主轴主要尺寸参数的确定五、主轴主要尺寸参数的确定五、主轴主要尺寸参数的确定五、主轴主要尺寸参数的确定 2. 2. 2. 2.主轴内孔直径主轴内孔直径主轴内孔直径主轴内孔直径d d 内孔直径内孔直径内孔直径内孔直径d d与主轴的用途有关。与主轴的用途有关。与主轴的用途有关。与主轴的用途有关。在保证主轴刚在保证主轴刚在保证主轴刚在保证主轴刚度的同时，
53、参考主轴直径和刀杆直径确定度的同时，参考主轴直径和刀杆直径确定度的同时，参考主轴直径和刀杆直径确定度的同时，参考主轴直径和刀杆直径确定d d。2021/6/724第八章第八章 主轴组件设计主轴组件设计 跨距跨距跨距跨距L L减减减减小时，主轴弯曲变形较小，但支承变形又引起主轴前端小时，主轴弯曲变形较小，但支承变形又引起主轴前端小时，主轴弯曲变形较小，但支承变形又引起主轴前端小时，主轴弯曲变形较小，但支承变形又引起主轴前端的位移量增大；的位移量增大；的位移量增大；的位移量增大； 跨距跨距跨距跨距L L增增增增大时，主轴弯曲变形也增大，也会引起主轴前端较大的大时，主轴弯曲变形也增大，也会引起主轴前
54、端较大的大时，主轴弯曲变形也增大，也会引起主轴前端较大的大时，主轴弯曲变形也增大，也会引起主轴前端较大的位移。位移。位移。位移。通常参考值为通常参考值为通常参考值为通常参考值为 L L( ( ( ( 2 3.5 ) 2 3.5 ) a a 设计时，要确定一个最佳支承垮距设计时，要确定一个最佳支承垮距设计时，要确定一个最佳支承垮距设计时，要确定一个最佳支承垮距L L，使主轴弯曲变形和支承变，使主轴弯曲变形和支承变，使主轴弯曲变形和支承变，使主轴弯曲变形和支承变形引起的主轴前端总位移量最小。形引起的主轴前端总位移量最小。形引起的主轴前端总位移量最小。形引起的主轴前端总位移量最小。4.4.4.4.主
55、轴支承间垮距主轴支承间垮距主轴支承间垮距主轴支承间垮距L L 垮距的大小垮距的大小垮距的大小垮距的大小影响主轴弯曲和前端位移量。影响主轴弯曲和前端位移量。影响主轴弯曲和前端位移量。影响主轴弯曲和前端位移量。2021/6/725本章小结本章主要掌握以下内容：本章主要掌握以下内容：1.1.主轴组件的基本要求主轴组件的基本要求2.2.主轴的结构主轴的结构3.3.主轴轴承的选择主轴轴承的选择4.4.主轴组件的计算步骤主轴组件的计算步骤2021/6/7261.1.设计机床主轴时应该选择什么轴承？滚设计机床主轴时应该选择什么轴承？滚动轴承和滑动轴承的优缺点？动轴承和滑动轴承的优缺点？2.2.设计机床主轴组件时，选择滚动轴承选设计机床主轴组件时，选择滚动轴承选择的基本原则是什么？择的基本原则是什么？3.3.主轴组件设计和计算步骤？主轴组件设计和计算步骤？作业2021/6/727结束结束2021/6/728部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！
