第8章 支承部件设计

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1、第8章支承部件设计8.1旋转支承部件设计8.2移动支承部件设计8.3固定支承部件设计在机电一体化产品或系统中，机械结构已部分被电子部件所代替，使系统的机械结构设计工作得到了很大的简化。但是，机电一体化系统的支承和运动仍然需要机械结构，这些机械结构属于传统的机械技术范畴，而为了适应高精度、高响应速度和稳定性好的总体要求，具体设计时又有不同的侧重。机电一体化系统的支承部件主要包括旋转支承部件、移动支承部件和固定支承部件。8.1旋转支承部件设计旋转支承部件由旋转轴(如主轴、丝杠等)、支承件(各种轴承、轴承座)和安装在旋转轴上的传动件、密封件等组成。它

2、的主要作用是带动其他部件进行精确的旋转运动或分度，并能承受一定的载荷。对于各种数控机床或数控仪器，旋转支承部件是关键部件之一，其所传递的功率占整台设备功率的80%左右，其旋转速度在很大程度上影响着系统的效率，旋转的精度决定了系统的精度。因此，旋转支承部件的工作性能直接影响到机电一体化系统的质量和效率。从使用与设计的角度出发，各种旋转支承部件都有共同的特点，即在使用上都要求有与该系统工作性能相适应的旋转精度、刚度、抗振性、耐磨性等，还要求温升低、热变形小;在结构上都要求能很好地解决与其他部件的连接、旋转轴及轴承的定位、轴承间隙的调整、润滑、密封，

3、以及便于制造、装配和维修等共性问题。本章将着重讨论这些共性问题和解决问题的途径。8.1.1旋转支承部件设计的基本要求(1)旋转精度旋转轴线是旋转轴旋转时其上速度为零的一条直线。旋转轴线在理想状态下是不变的，但由于轴颈和轴承加工误差，装配不良、磨损、弹性变形等因素的影响，旋转轴的旋转轴线会发生偏移。旋转精度一般可分为静精度和动精度。静精度是轴在空载低速旋转(手动或机动)时所测得的误差。动精度是轴在工作转速时所测得的误差。旋转轴的旋转精度取决于旋转部件中各主要部件如轴、轴承等的制造精度和装配、调整精度。动精度则还取决于轴的转速、轴承的性能以及旋转支

4、承部件的平衡等。(2)静刚度旋转支承部件的静刚度是指其在外载荷的作用下抵抗变形的能力。大多数系统都用弯曲刚度作为衡量旋转支承部件的刚度指标，但对于承受扭矩较大的旋转支承部件也可用扭转刚度作为刚度指标。影响旋转支承部件刚度的因素较多，如旋转轴的尺寸和形状，滚动轴承的型号、数量和配置形式及预紧，滑动轴承的形式和油膜刚度，前后支承的距离和旋转轴前端的悬伸量，传动件的布置方式，制造和装配质量等。(3)抗振性旋转支承部件的抗振性是指其抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳地运转的能力。旋转支承部件的振动，影响系统的性能。在数控机床上，旋转支承部件的振动，影响被

5、加工表面的质量，限制机床的生产率，降低刀具耐用度和机床零件的寿命，发出噪声影响工作环境等。旋转支承部件的振动有强迫振动和自激振动两种。强迫振动是由设备外部的振源或者由设备的其他部分的振动所引起的。主要原因有:皮带传动时的单向受力，电动机轴与主轴联结方式不好，旋转轴上的零件不平衡所产生的离心力，传动件运动不均匀等。自激振动是由工作过程(一般是切削加工过程)本身所引起并维持。对于高旋转精度的主轴，一般采用弹性元件并以力偶的方式传递，以避免主轴受驱动系统振动的影响。(4)热变形旋转支承部件的热变形使旋转轴伸长一，使轴承的间隙发生变化。如果轴承是滑动轴

6、承，则温升使润滑油的粘度下降，从而降低轴承的承载能力。温升使支承座发生热膨胀，使轴偏离正确的位置。如果前、后轴承温升不同，还将使轴倾斜。由于受热变形膨胀是材料固有的性质，因此高精度系统如数控加工中心、坐标镗床等要进一步提高加工精度，往往受到热变形的限制。如何减少旋转支承部件的发热，如何控温，是高精度系统旋转支承部件研究的重要课题之一。(5)耐磨性旋转支承部件必须有足够的耐磨性，以便能长期地保持精度。旋转支承部件中的各滑动表面，包括旋转轴轴颈和滑动轴承的配合面，轴向移动部件的导向表面及轴前端面和内锥孔等都必须具有一定的硬度和耐磨性。其影响因素主要

7、是轴、轴承的材料与热处理，轴承(或衬套)的类型及润滑方式等。8.1.2旋转支承部件结构方案设计旋转支承部件的设计，必须保证满足部件的工作性能要求。首先从全局出发考虑合理的支承配置、支承跨距等结构方案。8.1.2.1旋转支承部件的支承配置旋转支承部件的支承配置形式(包括旋转轴轴承的选型、组合及布置)，主要根据对所设计旋转支承部件在转速、承载能力、刚度及精度等方面的要求，并考虑轴承的供应、经济性等具体情况，加以确定。旋转支承部件的支承数目可根据具体情况的需要而定，一般有单支承、两支承和三支承结构，其中使用较多的是两支承结构。(1)两支承主轴的支承配

8、置常用的两支承主轴的支承配置形式见表8-l。两支承主轴的轴承配置一般原则如下:1)适应刚度和承载能力的要求。主轴轴承配置形式的选择首先应满足所要求的刚