【正文】 (15) 帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 傳動選用的同步帶為 075450H 小帶輪： 301?Z ， mmd ? ， mmda 1 ? 大帶輪： 602 ?Z ， mmd ? ， mmda 2 ? 主軸組件的潤滑與密封 主軸組件的潤滑與密封是機(jī)床使用和維護(hù)過程中值得重視的兩個問題?；绢~定功率為： ? ? ? ? KWKWvvmTP a 220 ????????? 式中： aT —— 寬度為0sb的帶的許用工作拉力 m —— 寬度為 0sb 的帶單位長度的質(zhì)量 (13) 帶寬 sb 按同步帶的帶型為 H 型，由表 5212? [5]查得 mmbs 0 ?；按小帶輪嚙合齒數(shù) 12?mZ ，由表 4912? [5]查得嚙合齒數(shù)系數(shù) 1?ZK 。 (11) 小帶輪嚙合齒數(shù) ? ??????? ??? ??? 122 11 22i nt ZZaZpZZ bm ? ? ??????? ??? ??? nt 212? 式中： mZ —— 小帶輪嚙合齒數(shù)； bp —— 節(jié)距。 按帶長 mmL ? ，同步帶的帶型為 H 型，由表 4712? [5]查得應(yīng)選用帶長代號為 450 的 H型同步帶，節(jié)線 長 mmLP ? ，節(jié)線長上的齒數(shù)90?Z 。 故取 mma 2550 ? 。 (8) 初定軸間距 0a 經(jīng)驗公式 [5]： ? ? ? ?21021 ddadd ?????? ………………………… （ ） 式中： 1d —— 小帶輪節(jié)圓直徑； 2d —— 大帶輪節(jié)圓直徑。 大帶輪齒數(shù) 6030212 ????? ZiZ (6) 大帶輪節(jié)圓直徑 2d mmmmpZd b ????? ? 式中： bp —— 節(jié)距。 50 按照同步帶的帶型為 H型，由表 4612? [5]查得節(jié)距 mmpb ? (3) 小帶輪齒數(shù) 1Z 根據(jù)小帶輪轉(zhuǎn)速 min60001 rn ? ，同步帶的帶型為 H 型，由表 5112? [5]查得小帶輪的最小齒數(shù) 22min ?Z ，故取 301?Z (4) 小帶輪節(jié)圓直徑 1d mmmmpZd b ????? ? 式中： 1Z —— 小帶輪齒數(shù)； bp —— 節(jié)距。 同步帶 的 設(shè)計計算 (1) 設(shè)計功率 dP 根據(jù)工作機(jī)為加工中心，原動機(jī)為交流電動機(jī)，每天兩班制工作（按h16 計），由表 5012? [5]查得 ?AK 。將上述參數(shù)代入公式（ ），則以小時數(shù)表示的軸承壽命為 )( 10 3610 hL h ?????????? 由于 hLL hh 3360039。根據(jù)載荷性質(zhì)為中等沖擊，由表 136[23]查得載荷系數(shù)一般為 ~ ，取?Pf 。由表 135[23]查得分界判斷系數(shù) ?e 。 軸承 7015AC 壽命計算 軸承的工作年限為 7年（一年按 300 天計算），每天兩班工作制（按16h 計算），則軸承預(yù)期計算壽命為 )(3 3 6 0 0163 0 0739。將上述參數(shù)代入公式（ ），則以小時數(shù)表示的軸承壽命為 )( 10 3610 hL h ?????????? 由于 hLL hh 3360039。則軸承的當(dāng)量動載荷為 [23] ? ? )( 9 3 8 3 NFYFXfP arP ??????? 以小時數(shù)表示的軸承壽命 hL10 （單位為 h）為 ???????? PCnL h 6010610 …………………………………………………… （ ） 式中： hL10 —— 失效率 %10 （可靠度 %90 ）的基本額定壽命（ r610 ） n —— 軸承的轉(zhuǎn)速，單 位為 min/r ； C —— 基本額定動載荷，單位為 N ； P —— 當(dāng)量動載荷，單位為 N ； ? —— 壽命指數(shù)，對球軸承 3?? ，滾子軸承 310?? 。 ???? eFF ra 由表 135[23]查得徑向動載荷系數(shù) X=1，軸向動載荷系數(shù) Y=0。 hL h ???? 已知軸承 7017AC 所受的軸向負(fù)荷 NFa ? ，徑向負(fù)荷 48 NFr ? 。所以，校驗 C、 D 處 7017AC 軸承只需取受力最大處即可。 主軸軸承設(shè)計計算 軸承受力分析 軸承的受力簡圖參見圖 。而后支承的7015C角接觸球軸承與主軸選用過盈配合 , 配合目標(biāo)過盈量取 0～ 3μ m。 在本課題中，固定端前支承的 7017C角接觸球軸承與軸承座的配合采用間隙配合 ,配合目標(biāo)間隙值取 3～ 8μ m。另外 ,為了使軸承外圈溝道不只在某一局部受力 ,允許軸承外圈在軸承座內(nèi)出現(xiàn)蠕動現(xiàn)象 , 以盡可能地延長軸承的使用壽命。 軸承的配合 由于主軸軸承在工作時基本上都是內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)、外圈相對固定不動 ,且主軸承受載荷多為定向載荷。因此在本課題的軸承配置中選用如圖 。因此，這些軸承通常成對安裝并施加預(yù)負(fù)荷以保證正確的接觸角。 混合陶瓷球軸承最常見的形式是角接觸球軸承，它可以在既有徑向也有軸向負(fù)荷時有效地高速運轉(zhuǎn)。雖然只是把鋼球變成了氮化硅球，但是另一方面，溝道的幾何尺寸也作了改進(jìn)以優(yōu)化軸承性能。 (a) (b) 圖 隔套調(diào)整法 46 主軸支承方案 的 確定 主軸軸承的不同配置形式對主軸組件剛度損失有巨大的影響，從而確定當(dāng)支承跨距較大時，降低支承剛度，或適當(dāng)增大主軸軸頸直徑和內(nèi)孔直徑是減小主軸組件剛度損失的有效措施，并可提高其動態(tài)性能。在安裝時按圖示的相對關(guān)系裝配，并用螺母或法蘭蓋將兩個軸承軸向壓攏，使兩個修磨過的端面貼緊，這樣能夠使兩個軸承的滾道之間產(chǎn)生預(yù)緊 [10]。 45 (a) 修磨軸承內(nèi)圈的內(nèi)側(cè) (b) 修磨軸承外圈的內(nèi)側(cè) 圖 修磨軸承座圈 圖 為軸承外圍寬邊相對 (背對背 )安裝，這時修磨軸承內(nèi)圈的內(nèi)側(cè)，使間隙 a 增大。 (2) 修磨座圈 通過修磨軸承的內(nèi)外座圈，可以調(diào)整軸承的預(yù)緊力。易使墊圈歪斜。 圖 用螺母限制內(nèi)圈的移動量，易于控制預(yù)緊量。圖 所示為幾種軸承內(nèi)圈的預(yù)緊形式。 (1) 軸承內(nèi)圈移動 這種方法適用于錐孔雙列圓柱滾子軸承。 主軸軸承的預(yù)緊 對主軸滾動軸承進(jìn)行預(yù)緊和合理選擇預(yù)緊量，可以提高主軸部件的回轉(zhuǎn)精度、剛度和抗振性。 在圖 所示的配置形式中，前 后支承均采用成對角接觸球軸承，以承受徑向載荷和軸向載荷，角接觸球軸承具有較好的高速性能，主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá) min/4000r ，但這種軸承的承載能力小，因而這種配置適用于高速、輕載和精密的數(shù)控機(jī)床主軸。角接觸球軸承組合，承受徑向載荷和軸向載荷，后支承采用成對角接觸球軸承，該配置可滿足強(qiáng)力切削的要求，普遍應(yīng)用于各類數(shù)控機(jī)機(jī)床。采用滾動軸承支承，有許多不同的配置形式，目前數(shù)控機(jī)床主軸軸承的配置主要有如圖 。在數(shù)控機(jī)床上的潤滑一般采用高級油脂封入方式潤滑，每加一次油脂可使用10~7 年。 目前，一般中小規(guī)格的數(shù)控機(jī)床（如車床、銑床、鉆鏜床、加工中心、磨床等）的主軸部件多采用成組高精度滾動軸承重型數(shù)控機(jī)床采用液體靜壓軸承，高精度數(shù)控機(jī)床（如坐標(biāo)磨床）采用氣體靜壓軸承，轉(zhuǎn)速達(dá)m in/1010~2 4 r? 的主軸則可采用磁力軸承或氮化硅材料的陶瓷滾珠軸承。滾動軸承發(fā)展到陶瓷軸承，即鋼球改為陶瓷球， 滾道加 TiN或 CrNi 金屬。不同類型主軸軸承的優(yōu)缺點見表 。但由于成本較高，在數(shù)控機(jī)床上還未普及使用 [14]。 (a)雙列圓柱 (b)雙列推力向 (c)雙列圓錐滾 (d)帶凸緣雙列圓柱 (e)帶彈簧的單列圓 滾子軸承 心球軸承 子軸承 滾子軸承 錐滾子軸承 圖 主軸常用的幾種滾動軸承的類型 為了適應(yīng)主軸高速發(fā)展的要求，滾珠軸承的滾珠可采用陶瓷滾珠。這時滾動軸承可以用潤滑脂潤滑以避免漏油。但與滑動軸承相比，滾動軸承的噪聲大，滾動體數(shù)目有限，剛度是變化的，抗振性略差并且對轉(zhuǎn)速有很大的限制。 滾動軸承摩擦阻力小，可以預(yù)緊，潤滑維護(hù)簡單，能在一定的轉(zhuǎn)速范 40 圍和載荷變動范圍下穩(wěn)定地工作。主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào)整、潤滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。 主軸組件的支承 主軸軸承的類型 機(jī)床主軸帶著刀具或夾具在支承件中作回轉(zhuǎn)運動，需要傳遞切削扭矩，承受切削抗力，并保證必要的旋轉(zhuǎn)精度。由表 15142[24]查得軸的允許撓度為 )( mmLy p ???? 將上述參數(shù)代入公式（ ），則軸的計算剛度為 )( 41 344 221 mmy ?????? ?? 由于 pyy?1 ，所以軸能夠滿足剛度要求。軸計算剛度經(jīng)驗公式為 prt yLIE FFy ???? ?? 3221 48 …………………………………………… （ ） 式中： 1y —— 軸的計算撓度，單位為 mm ； 39 I —— 軸慣性量，單位為 4mm ； E —— 軸所用材料的彈性模量，單位為 2/N mm ； L —— 支承跨度，單位為 mm ； 1tF —— 軸所受圓周力，單位為 N ； 1rF —— 軸所受徑向力，單位為 N 。若變形量超過允許的限度，就會影響軸上零件的正常工作，甚至?xí)适C(jī)器應(yīng)有的工作性能。 將上述參數(shù)代入公式（ ），則軸的計算應(yīng)力為 ? ? )( 22 MP aca ????? 因為 ? ? M Paca 701 ?? ??? ，所以主軸的強(qiáng)度符合要求。 得 )(5 6 6 9 88542132 851 4 1 343 mmW ????????? ?????????? 根據(jù)主軸材料為 Cr40 ，由表 151[23]查得許用彎曲應(yīng)力 ? ? MPa701 ??? 。 軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為 [23] ? ? ? ?222214 2caMTMTW W W??????? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ………………………… （ ） 式中： ca? —— 軸的計算應(yīng)力， MPa ； W —— 軸的抗彎截面系數(shù)， 3mm ； 38 ? —— 折合系數(shù)； ? ?1?? —— 軸的許用彎曲應(yīng)力， MPa ； T —— 軸所受的扭矩，單位為 mmN? ； M —— 軸所受的彎矩，單位為 mmN? 。因此，這兩個截面是危險截面。所以，大帶輪的輸出功率為： )( kWPP ????? ?小大 則大帶輪的輸出轉(zhuǎn)矩為： )( 5095 50 2 mNnPT ?????? 大 軸的轉(zhuǎn)矩圖見圖 。 AB 段彎矩： 水平面： 0?ABXM 垂直面： 0?ABYM 合成： 022 ??? ABYABXAB MMM BC 段彎矩： 水平面： )( 3 mNFFM HrB C XB C X ??????? 垂直面： )( 0 03 5 3 3 mNFFM VrB C YB C Y ??????? 合成： )( 3 1 6 2222 mNMMM B C YB C XBC ?????? CD 段彎矩： 水平面： )( 4 51 0 03 5 34 3 6 32 mNFFFM HrHrC D XC D X ????????? 37 垂直面： )( 0 03 5 34 3 6 32 mNFFFM HrVrC D YC D Y ????????? 合成： )( 5 4 5 2222 mNMMM C DYC DXCD ?????? DE 段彎矩： 水平面： )(0 0 0 4 0 04 3 63 5 35 1 5 312 mNFFFFM HrHrHrDE XDE X ?????????? 垂直面： )(0 0 1 3 0 04 3 63 5 35 1 5 312 mNFFFFM VrVrVrDE YDE Y ?????????? 合成： )(0 0 1 0 1 3 0 0 4 2222 mNMMM DE YDE XDE ?????? 軸的水平面、垂直面及合成彎矩圖見圖 、 f、 g。 (h)轉(zhuǎn)矩圖 (e)垂直面受力 (f)垂直面彎矩圖 由公式（ ）得 4205cmI ? 。為了使其變形與原靜不定梁相同，必須滿足變形協(xié)調(diào)條件，即要求 0?B? 。 由公式（ ）得出切向銑削力 NF 2046?切 徑向負(fù)荷 [22] NNFF r 1 62 0 4 ????? 切 切向負(fù)荷 [22] NNFF t 8 4 12 0 4 ????? 切 軸向負(fù)荷 [22] NNFF a 0 7 42 0 4 ????? 切 圖 靜不定梁鉛垂面分解圖 由于此主軸的受力屬于簡單靜不定梁類型，所以要以靜不定梁的受力 34 方法來解決問題。 33 (a) (b) (c) 圖 軸承受力圖 主軸上的軸承采用一端固定，另一端游動的支承形式。計算時，常常將軸上的分