文档介绍：本次课讲授内容
轴系
概述
主轴轴系的基本要求
主轴轴承选择
主轴滑动轴承
主轴组件布局
轴系组件初步计算
主轴滚动轴承的预紧
主轴组件的润滑和密封
提高主轴组件性能的措施
第三章机电装备传动部件设计 Transmission Part Design for Electro-mechanical Equipment
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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。
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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
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1 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(Static Stiffness)
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。
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3 动态特性(Dynamic Characteristic)
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。
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(1)准静态区,主要取决于系统的静刚度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
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2)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。
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4 热特性与热变形(heat characteristic and deformation)
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.
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2)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。
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5 精度保持性(Precision Preserve)
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。
主轴轴承的选择
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。
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