轴系部件的选择与设计.docx

目录
HYPERLINK\l"_Toc11672"轴系部件的选择与设计 1
HYPERLINK\l"_Toc14945"1.轴系设计的基本要求 1
HYPERLINK\l"_Toc11176"（1）旋转精度、刚度、抗振性、热变形 1
HYPERLINK\l"_Toc18523"（2）机床主轴传动齿轮空间布置比较 1
HYPERLINK\l"_Toc22558"2.轴系(主轴)用轴承的类型与选择 2
HYPERLINK\l"_Toc4340"（1）标准滚动轴承； 2
HYPERLINK\l"_Toc8449"（2）深沟球轴承； 2
HYPERLINK\l"_Toc10331"（3）双列向心短圆柱滚子轴承； 2
HYPERLINK\l"_Toc30270"（4）圆锥滚子轴承； 2
HYPERLINK\l"_Toc370"（5）推力轴承。 2
HYPERLINK\l"_Toc24364"3.提高轴系性能的措施 5
HYPERLINK\l"_Toc28210"（1）提高轴系的旋转精度 5
HYPERLINK\l"_Toc5616"（2）提高轴系组件的抗振性 5

轴系部件的选择与设计

轴系设计的基本要求
轴系由轴及安装在轴上的齿轮、带轮等传动部件组成，有主轴轴系和中间传动轴轴系。轴系的主要作用是传递转矩及精确的回转运动，它直接承受外力(力矩)。
对于中间传动轴系一般要求不高。而对于完成主要作用的主轴轴系的旋转精度、刚度、热变形及抗振性等的要求较高。
（1）旋转精度、刚度、抗振性、热变形
旋转精度是指在装配之后，在无负载、低速旋转的条件下轴前端的径向跳动和轴向窜动量。
轴系的刚度反映了轴系组件抵抗静、动载荷变形的能力。
轴系的振动表现为受迫振动和自激振动两种形式。其振动原因有轴系组件质量不匀引起的动不平衡、轴的刚度及单向受力等；它们直接影响旋转精度和轴承寿命。
轴系的受热会使轴伸长或使轴系零件间隙发生变化，影响整个传动系统的传动精度、旋转精度及位置精度。又由于温度的上升会使润滑油的粘度发生变化，使滑动或滚动轴承的承载能力降低。
（2）机床主轴传动齿轮空间布置比较

机床主轴传动齿轮空间布置比较

轴系(主轴)用轴承的类型与选择
（1）标准滚动轴承；
（2）深沟球轴承；
（3）双列向心短圆柱滚子轴承；
（4）圆锥滚子轴承；
（5）推力轴承。

双列向心短圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、双列推力球轴承图

1）配套应用例

上图为其配套应用实例，双列向心短圆柱滚子轴承的径向间隙调整，是先将螺母6松开、转动螺母1,拉主轴7向左推动轴承内圈，利用内圈胀大以消除间隙或预紧。这种轴承只能承受径向载荷。轴向载荷由双列推力球轴承2承受，用螺母1调整间隙。轴向力的传递见图中箭头所示，轴向刚度较高。这种推力轴承的制造精度已达B级，适用于各种精度的主轴轴系。其预紧力和间隙大小调整用隔套3来实现。外围开有油槽和油孔4，以利于润滑油进入轴承。

2）微型滚动轴承

3）精密分度头主轴系统

上图为一精密分度头主轴系统。它采用的是密珠轴承，主轴由止推密珠轴承2、4和径向密珠轴承1、3组成。这种轴承所用滚珠数量多且接近于多头螺旋排列。由于密集的钢珠有误差平均效应，减小了局部误差对主轴轴心位置的影响，故主轴回转精度有所提高；每个钢珠公转时沿着自己的滚道滚动而不相重复，减小了滚道的磨损，主轴回转精度可长期保持。实践证明，提高钢珠的密集度有利于主轴回转精度的提高，但过多地增加钢珠会增大摩擦力矩。因此，应在保证主轴运转灵活的前提下，尽量增多钢珠数量。图b为推力密珠轴承保持架孔分布情况，图c为径向密珠轴承保持架孔的分布情况。
4）液体静压轴承工作原理

液体静压轴承工作原理
1、2、3、4-油腔；5-金属薄膜；6-圆盒；7-回油槽；8-轴套

5）磁悬浮轴承工作原理注：摘自张建民《机电一体化系统设计》第四版

磁悬浮轴承是利用磁场力将轴无机械摩擦、无润滑地悬浮在空间的一种新型轴承。其工作原理如下图所示。径向磁悬浮轴承由转子(转动部件)6和定子(固定部件)5两部分组成。定子部分装上电磁体，保持转子悬浮在磁场中。转子转动时，由位移传感器4检测转子的偏心，并通过反馈与基准信号l(转子的理想位置)进行比较，调节器2根据偏差信号进行调节，并把调节信号送到功率放大器3以改变电磁体(定子)的电流，从而改变磁悬浮力的大小，使转子恢复到理想位置。
径向磁悬浮轴承的转轴(如主轴）一般要配备辅助轴承，工作时辅助轴承不与转轴接触，当断电或磁悬浮失控时能托住高速旋转的转轴，起到完全保护作用。辅助轴承与转子之间的间隙一般等于转子与电磁体气隙的一半。轴向悬浮轴承的工作原理与径向磁悬浮轴承相同。

磁悬浮