【正文】 多數(shù)主軸采用齒輪傳動(dòng)。齒輪在兩支承之間時(shí)，應(yīng)盡量靠近前支承，若主軸上有多個(gè)齒輪，則大齒輪靠近前支承。齒輪位于后支承外側(cè)，前后支承能獲得理想的支承跨距，支承剛度高；前后支承距離較小，加工方便，容易保證其同軸度；能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化生產(chǎn)。輔助支承為徑向游隙較大的軸承，且不能預(yù)緊，以避免輔助支承同軸度誤差造成的影響。 主軸組件設(shè)計(jì) 主軸傳動(dòng) 3．主軸軸向定位 a)b)c)圖3 9 推 力軸承配置型式a) 前 端配置 b) 后 端配置c) 兩 端配置 前端定位 推力軸承安裝在前軸承內(nèi)側(cè)，前支承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受力大，溫升高，主軸受熱膨脹向后伸長(zhǎng)，對(duì)主軸前端位置影響較小，故適用于軸向精度和剛度要求高的高精度機(jī)床和數(shù)控機(jī)床。適用于軸向精度要求不高的普通機(jī)床。這種定位適用于較短的主軸或軸向間隙變化不影響正常工作的機(jī)床，如鉆床、組合機(jī)床。 車床和銑床，主軸為階梯形， ，磨床主軸， 。 因此機(jī)床上規(guī)定 ω≤ 。 懸伸量 一般取決于主軸端部的結(jié)構(gòu)形式和尺寸、主軸軸承的布置形式及密封形式。初步確定時(shí)可取 。 推力軸承和主軸傳動(dòng)件產(chǎn)生位置矛盾時(shí)，由于懸伸量對(duì)主軸剛度的影響大，應(yīng)首先考慮懸伸量，使傳動(dòng)件距前支承略遠(yuǎn)一些。 主軸自身的剛度與支承跨距成反比，即在主軸軸頸、懸伸量等參數(shù)一定時(shí)，跨距越大，主軸端部變形越大； 主軸軸承彈性變形引起的主軸端部變形，則隨跨距的增大而減小，即跨距越大，軸承剛度對(duì)主軸端部的影響越小。即 Hl 0l0212213 302302202????????????????laKlalaKEIaHBA整理后得 0166030 ????????????BAAA KKKEIlaKEIl主軸組件設(shè)計(jì) 剛度校核 5．主軸組件的剛度校核 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，所有的結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)已經(jīng)確定，由于主軸組件是機(jī)床最關(guān)鍵的部件之一，因此必須校核計(jì)算主軸組件在計(jì)算轉(zhuǎn)速、額定載荷時(shí)的剛度或撓度。 主軸組件設(shè)計(jì) 主軸參數(shù) e e ea) b) c)圖311 軸 承的支承簡(jiǎn)化a) 背靠 背軸承的支承簡(jiǎn)化b) 同向 組配軸承的支承簡(jiǎn)化 c) 雙列 圓錐滾子軸承的支承簡(jiǎn)化主軸組件設(shè)計(jì) 靜剛度校核 （ 1）對(duì)主軸組件靜剛度校核 4141 ???niieie lDlD 4141 ???niieie ldld 當(dāng)量直徑 主軸的 當(dāng)量 慣性矩 ? ? ? ?4444 eeee dDdDI ?????主軸彈性變形 引起的軸端變形 ?123? ???????FaElIaI a主軸組件設(shè)計(jì) 靜剛度校核 由于 ， 相對(duì)較大，引起的軸端變形小，對(duì)主軸剛度的影響較輕，故初步校核計(jì)算時(shí)可忽略主軸懸伸部分變形而引起的端部變形。 031 la ? aI1?? ? ? ? ? ?KEIa l a a l aD ds e e?????3 30 282 4 4.將 替代 進(jìn)行計(jì)算。初步校核剛度時(shí)，可忽略后軸承造成的影響。振動(dòng)方程為 m d xdtc dxdtKx Fe i t22 ? ? ??主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核 d xdtdxdtx Fme i t22 0 022? ? ??? ? ?通解 為 1x? ?x Ae tt1 2 00 1? ? ?? ?? ? ? ?s inx Be i t2 ? ?2x微分方程的特解 為 主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核 ? ?B i e Fm ei t i t? ? ? ?? ?? ? ? ? ?2 0 022B Fm iFK i?? ??? ?1211 202 2 0 2? ? ?? ? ? ??x FK ie i t2 2 11 2?? ?? ???? ???0，稱為頻率比。即 ? ?? ?K K?? ? ? ?? ? ???? ? ?? ??21 21 402 22 2 2 2整理得 ? ?? ?1 2 2 主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核 主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核 通過(guò)動(dòng)剛度的二階導(dǎo)數(shù)判斷頻率比為該值時(shí)的性質(zhì) ? ? ? ?? ?? ?K K?? ? ?? ? ???? ? ?? ?21 2 1 31 4232 4222 23由于 ,將 代入上式得 ? ?? ?1 2 2 2 12 2? ?? ?? ? ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?0411122413111232222222322224232＞?????????????????????????? KKK主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核 所以， 時(shí)的動(dòng)剛度為最小值，最小動(dòng)剛度為 ? ?? ?1 2 2K K? ? ?m in ? ?2 1 2? ?GK??? ? ???? ?1 11 422 2 2 2動(dòng)柔度實(shí)部為 G? 為極值時(shí) ? ?? ?? ?GKuv?? ? ? ?? ? ???? ?? ?? ?1 2 1 81 40222222 22主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核 ? ? ? ?? ?? ?? ?? ?224222222222222121141818121011?????????????????????????????????????????????????KKvuvvuuvvuG所以， ， , 。 的二階導(dǎo)數(shù)為 G?? ? 0 0?u?G ?G主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核 0???G?? 21 ?? 時(shí)， G?max動(dòng)柔度的實(shí)部有最大值 0???G? ?? ?1 2 時(shí)， min?G動(dòng)柔度的實(shí)部有最小值 ? ?G K? ? ?m a x ? ?14 1? ?G K? ? ?m in ???14 1主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核 切削穩(wěn)定性計(jì)算 δ1δ0βFcosβF圖3 12 車 削穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖X? ?? F bK cb? ?? ?0 1? ?1 ? ? FH? ?? ? ??10 1H F bK cb? ? ??主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核 ??????????iIGbKiIGHbKHbKHbKH cbcbcbcb????????11110切削穩(wěn)定的條件為 10 ?? ?≥0 多次切削后，波紋振幅逐漸減小。 xFKxβFF rx c o sc o s ??xK ? ? βbKrcb c osc os12l i m ??? ?≥ 主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核 機(jī)床的最大切削力一定，刀具的主偏角 越小，徑向切削力越大，需要的橫向剛度值 就越大，因而通常計(jì)算橫向切削（切槽或切斷）時(shí)的橫向剛度 。為簡(jiǎn)化計(jì)算，可認(rèn)為軸承產(chǎn)生的變形主要是由前支承引起的，后支承的影響可忽略，即軸承產(chǎn)生的變形而引起的主軸端部變形為 主軸組件設(shè)計(jì) 動(dòng)剛度校核 ? ? ?c sc zc? ? ? ?sc c? 0 6.? ?? ?? ?? ?????????????????????22222222cdcdcdccdzccdcdsczdsddalalalalaaalalalalaa?????? 對(duì)許多機(jī)床計(jì)算分析和測(cè)試可知，主軸自身變形引起的端部變形約占主軸組件總變形的 60%；支承引起的變形約占總變形的 40%。 主軸組件裝配后，插入主軸錐孔的測(cè)量 心 軸的徑向圓 跳動(dòng)值 δ 1，是主軸軸承的徑向 圓 跳動(dòng)量 、 引起的主軸端部的徑向 圓 跳動(dòng)值 和主軸錐孔相對(duì)于前后支承軸頸的徑向 圓 跳動(dòng)量 的綜合反映。 1Z?2Z?ZC?1Z? 2Z?ZC?主軸組件設(shè)計(jì) δ z1z2δzcδz1δδz2zcδδ1a)b)αβ圖314 誤差 矢量裝配法a) 矢 量封閉法 b) 矢 量定向法主軸組件設(shè)計(jì) ⑵ 提高剛度 除提高主軸自身剛度外 ,可采用以下措施：①角接觸軸承為前支承時(shí)，接觸線與主軸軸線的交點(diǎn)應(yīng)位于軸承前面。 主軸組件設(shè)計(jì) ③ 適當(dāng)增加一個(gè)支承內(nèi)的軸承數(shù)目，適度預(yù)緊，采用輔助支承以提高支承剛度。 ②采用三支承主軸。 ④設(shè)置消振裝置，增加阻尼。⑤采用動(dòng)力油潤(rùn)滑軸承，控制溫升，減少熱變形。因此，支承件決定了機(jī)床的動(dòng)態(tài)剛度，支承件設(shè)計(jì)是機(jī)床設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。支承件的靜剛度包括整體剛度、局部剛度和接觸剛度。 支承件的設(shè)計(jì) 支承件的整體剛度又稱為自身剛度，與支承件的材料以及截面形狀、尺寸等影響慣性矩的參數(shù)有關(guān)。 支承件的設(shè)計(jì) 接觸剛度是指支承件的結(jié)合面在外載作用下抵抗接觸變形的能力，接觸剛度用結(jié)合面的平均壓強(qiáng) p（ MPa）與變形量 δ （ μ m）之比表示。 支承件的設(shè)計(jì) 接觸剛度還與結(jié)合面的結(jié)合形式有關(guān)，活動(dòng)接觸面（結(jié)合面間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)）的接觸剛度小于等接觸面積固定接觸面（結(jié)合面間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)）的接觸剛度。 支承件的設(shè)計(jì) 支承件的固有頻率是剛度與質(zhì)量比值的平方根，即 ，固有頻率的單位為 ；當(dāng)激振力（斷續(xù)切削力、旋轉(zhuǎn)零件的離心力等）的頻率 ω接近固有頻率時(shí)，支承件將產(chǎn)生共振。由于激振力多為低頻，故支承件應(yīng)有較高的固有頻率。另外，支承件的質(zhì)量往往占機(jī)床總質(zhì)量的 80%以上，固有頻率在很大程度上反映了支承件的設(shè)計(jì)合理性。支承件應(yīng)有較高靜剛度、固有頻率，使整機(jī)的各階固有頻率遠(yuǎn)離激振頻率，在切削過(guò)程中不產(chǎn)生共振；支承件還必須有較大的阻尼，以抑制振動(dòng)的振幅；薄壁面積應(yīng)小于 400mm 400mm，避免薄壁振動(dòng)； 3）支承件應(yīng)結(jié)構(gòu)合理，成形后進(jìn)行時(shí)效處理，充分消除內(nèi)應(yīng)力，形狀穩(wěn)定，熱變形小，受熱變形后對(duì)加工精度的影響較小。 支承件的受力分析 支承件的靜力分析是支承件設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)。 支承件的功能是支承和承載。 按照各載荷對(duì)機(jī)床支承件的不同影響，將機(jī)床分為中小型機(jī)床、精密和高精度機(jī)床、大型機(jī)床。工件的 重量 、移動(dòng)部件（如中小型臥式車床的刀架）的重量等相對(duì)較小，支承件在受力分析時(shí) 可忽略不計(jì)。載荷以移動(dòng)部件的重量和熱應(yīng)力為主 。 支承件的受力分析 ⑶ 大型機(jī)床 該類機(jī)床加工的工件大而重， 切削力 大，移動(dòng)部件的質(zhì)量也較大，因而支承件受力分析時(shí)， 工件重量 、移動(dòng)部件重量和切削力都要考慮。 支承件的受力分析 靜力分析時(shí)，通常將 截面尺寸遠(yuǎn)小于長(zhǎng)度或高度的支承件簡(jiǎn)化為梁或柱 ； 將 截面尺寸遠(yuǎn)大于高度或長(zhǎng)度的支承件簡(jiǎn)化為板 ； 將 截面尺寸與長(zhǎng)度或高度為同一尺寸數(shù)量級(jí)的支承件視為箱體 。 使床身在方向 產(chǎn)生彎曲變形，變形量為 ； 使床身在方向上 產(chǎn)生彎曲變形，變形量為 . FyFx Fxx ?xFyy ?y 、 產(chǎn)生繞 z軸的扭轉(zhuǎn)力矩為 ： Fx Fy ThFdFT xy ??2使床身扭轉(zhuǎn)變形，扭轉(zhuǎn)角為 。 支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 表 39 截面形狀與慣性矩的關(guān)系 序 號(hào) 1