机械制造技术装备及设计-3-3主轴组件

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1、机械制造技术装备及设计4-3机电工程学院制造工程系第三章主轴组件主轴组件是机床的一个重要组成部分。它包括主轴、轴承以及安装在主轴上的传动件。机床工作时，主轴要夹持着工件或刀具共同完成表面成形运动，所以，主轴组件的工作性能将直接影响加工工件的质量和机床生产率。第一节对主轴组件的基本要求一、旋转精度二、静刚度三、抗振性四、温升和热变形五、耐磨性六、主轴的结构七、材料和热处理八、主轴的技术要求主轴组件一、旋转精度主轴组件的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动的条件下，主轴前端安装工件或刀具部位的径向跳动和轴向跳动。主轴组件的旋转精度主要取决于各主要件，如主轴、轴承、箱体孔等的制造、

2、装配和调整精度。旋转精度还决定于主轴转速、支承的设计和性能，润滑剂以及主轴组件的平衡。二、静刚度主轴组件的静刚度(简称刚度)反映组件抵抗静态外载荷变形的能力。K=F/δ(N/μm)影响主轴组件弯曲刚度的因素很多，如主轴的尺寸和形状，滚动轴承的型号、数量、配置形式和预紧，滑动轴承的类型和油膜刚度，前后支承间的距离和主轴前端的悬伸量，传动件的布置方式，主轴组件的制造和装配质量等。三、抗振性振动表现为强迫振动和自激振动两种形式。抵抗强迫振动则要提高动刚度。动刚度是指激振力幅值与振动幅值之比。影响抗振性的因素主要有主轴组件的静刚度、质量分布和阻尼(特别是主轴前轴承的阻尼)。主轴的固有频

3、率应远大于激振力的频率，以使它不易发生共振。负磨擦产生的自激振动力学模型强迫振动力学模型机械振动物体或质点在其平衡位置附近所作的往复运动。振动的强弱用振动量来衡量，振动量可以是振动体的位移、速度或加速度。振动量如果超过允许范围，机械设备将产生较大的动载荷和噪声，从而影响其工作性能和使用寿命，严重时会导致零、部件的早期失效阻尼在机械物理学中，系统的能量的减小——阻尼振动不都是因“阻力”引起的，就机械振动而言，一种是因摩擦阻力生热，使系统的机械能减小，转化为内能，这种阻尼叫摩擦阻尼；另一种是系统引起周围质点的震动，使系统的能量逐渐向四周辐射出去，变为波的能量，这种阻尼叫辐射阻尼。分

4、类　机械振动有不同的分类方法。按产生振动的原因可分为自由振动、受迫振动和自激振动；按振动的规律可分为简谐振动、非谐周期振动和随机振动;按振动系统结构参数的特性可分为线性振动和非线性振动；按振动位移的特征可分为扭转振动和直线振动。自由振动　去掉激励或约束之后，机械系统所出现的振动。振动只靠其弹性恢复力来维持，当有阻尼时振动便逐渐衰减。自由振动的频率只决定于系统本身的物理性质，称为系统的固有频率受迫振动　机械系统受外界持续激励所产生的振动。简谐激励是最简单的持续激励。受迫振动包含瞬态振动和稳态振动。在振动开始一段时间内所出现的随时间变化的振动，称为瞬态振动。经过短暂时间后，瞬态振动

5、即消失。系统从外界不断地获得能量来补偿阻尼所耗散的能量，因而能够作持续的等幅振动，这种振动的频率与激励频率相同，称为稳态振动。例如，在两端固定的横梁的中部装一个激振器，激振器开动短暂时间后横梁所作的持续等幅振动就是稳态振动，振动的频率与激振器的频率相同。系统受外力或其他输入作用时，其相应的输出量称为响应。当外部激励的频率接近系统的固有频率时，系统的振幅将急剧增加。激励频率等于系统的共振频率时则产生共振。在设计和使用机械时必须防止共振。自激振动　在非线性振动中，系统只受其本身产生的激励所维持的振动。自激振动系统本身除具有振动元件外,还具有非振荡性的能源、调节环节和反馈环节。因此，

6、不存在外界激励时它也能产生一种稳定的周期振动，维持自激振动的交变力是由运动本身产生的且由反馈和调节环节所控制。振动一停止,此交变力也随之消失。自激振动与初始条件无关，其频率等于或接近于系统的固有频率。例如飞机飞行过程中机翼的颤振、机床工作台在滑动导轨上低速移动时的爬行、钟表摆的摆动和琴弦的振动都属于自激振动。四、温升和热变形主轴组件工作时因各相对运动处的摩擦和搅油等发热产生温升，从而使主轴组件的形状和位置发生变化主轴组件受热伸长，使轴承间隙发生变化。温升使润滑油粘度下降，降低了滑动轴承的承载能力。主轴箱因温升而变形，使主轴偏离正确位置。前后轴承温度不同，还会导致主轴轴线倾斜。高

7、精度机床为8℃～10℃，精密机床和数控机床为15℃～20℃，普通机床为30℃～40℃。主轴部件的冷却主要是以减少轴承发热，有效控制热源为主良好的润滑效果，可以降低轴承的工作温度和延长使用寿命；为此，在操作使用中要注意到：低速时，采用油脂、油液循环润滑；高速时采用油雾、油气润滑方式。但是，在采用油脂润滑时，主轴轴承的封入量通常为轴承空间容积的10%，切忌随意填满，因为油脂过多，会加剧主轴发热。对于油液循环润滑，在操作使用中要做到每天检查主轴润滑恒温油箱，看油量是否充足，如果油量不够，则应及时添