洛阳理工学院毕业设计（论文） 2.1.4 温升和热变形

主轴组件工作时因各种相对运动处的摩擦和搅油等而发热，产生了温升，温升使主轴组件的形状和位置发生畸变，称为热变形。热变形应以主轴组件运转一定时间后各部分位置的变化来度量。

主轴组件温升和热变形，使机床各部件间相对位置精度遭到破坏，影响工件加工精度，高精度机床尤为严重；热变形造成主轴弯曲，使传动齿轮和轴承的工作状态变坏；热变形还使主轴和轴承，轴承与支承座之间已调整好的间隙和配合发生变化，影响轴承正常工作，间隙过小将加速齿轮和轴承等零件的磨损，严重时甚至会发生轴承抱轴现象。

影响主轴组件温升、热变形的主要因素有：轴承的类型和布置方式，轴承间隙及预紧力的大小，润滑方式和散热条件等。

目前，对各种类型机床连续运转下的允许温升都有一定的规定。 2.1.5 耐磨性

主轴组件的耐磨性是指长期保持其原始精度的能力，即精度的保持性。因此，主轴组件各个滑动表面，包括主轴端部定位面、锥孔，与滑动轴承配合的轴颈表面，移动式主轴套筒外圆表面等，都必须具有很高的硬度，以保证其耐磨性。

为了提高主轴组件的耐磨性，应该正确地选用主轴和滑动轴承的材料及热处理方法、润滑方式，合理调整轴承间隙，良好的润滑和可靠的密封。

2.1.6 其他特性

主轴组件除应保证上述基本要求外，还应满足下列要求：

（1）主轴的定位可靠。主轴在切削力和传动力的作用下，应有可靠的径向和轴向定位，使主轴在工作时受到的切削力和传动力通过轴承可靠地传至箱体等基础零件上。

（2）主轴前端结构应保证工件或刀具装卡可靠，并有足够的定位精度。 （3）结构工艺好。在保证好用的基础上，尽可能地做到好造、好装、好拆及好修，并尽可能降低主轴组件的成本。

12

洛阳理工学院毕业设计（论文） 2.2 主轴组件的布局

主轴组件的设计，必须保证满足上述的基本要求，从而从全局出发，考虑主轴组件的布局。

机床主轴有前、后两个支承和前、中、后三个支承两种，以前者较多见。两支承主轴轴承的配置型式，包括主轴轴承的选型、组合以及布置，主要根据对所设计主轴组件在转速、承载能力、刚度以及精度等方面的要求，并考虑轴承的供应、经济性等具体况加以确定。在选择时，具体有以下要求:

2.2.1 适应刚度和承载能力的要求

主轴轴承选型应满足所要求的刚度和承载能力。径向载荷较大时，可选用滚子轴承；较小时，可选用球轴承。双列滚动轴承的径向刚度和承载能力，比单列的大。同一支承中采用多个轴承的支承刚度和承载能力，比采用单个轴承的大。一般来说，前支承的刚度，应比后支承的大。因为前支承刚度对主轴组件刚度的影响要比后支承的大。表2-1所示为滚动轴承和滑动轴承的比较：

13

洛阳理工学院毕业设计（论文） 表2-1 滚动轴承和滑动轴承的比较

基本要求 滚动轴承 动压轴承 旋转精度 精度一般或较差。可在无隙或预加载荷下工作。精度也可以很高，但制造困难 刚 度 仅与轴承型号有关，与转速、载荷无关，预紧后可提高一些 承载能力 一般为恒定值，高速时受材料疲劳强度限制 抗振性能 速度性能 不好，阻尼系数D=0.029 高速受疲劳强度和离心力限制，低中速性能较好 摩擦功耗 一般较小，润滑调整不当时则较大f=0.002～0.008 噪 声 较大 无噪声 较好，阻尼系数D=0.055 中高速性能较好。低速时形不成油漠，无承载能力 较小0.008 f=0.001～本身功耗小，但有相当大的泵功耗f=0.0005～0.001 本身无噪声，泵有噪声 随转速增加而增加，高速时受温升限制 与油腔相对压差有关，不计动压效应时与速度无关 很好，阻尼系数D=0.4 适应于各种转速 随转速和载荷升高而增大 与节流形式有关，与载荷转速无关 单油楔轴承一般，多油楔轴承较高 滑 动 轴 承 静压轴承 可以很高 寿 命 受疲劳强度限制 在不频繁启动时，寿命较长 本身寿命无限，但供油系统的寿命有限

2.2.2 适应转速要求

由于结构和制造方面的原因，不同型号和规格的轴承所允许的最高转速是不同的。轴承的规格越大，精度等级越低，允许的最高转速越低。在承受径向载荷

14

洛阳理工学院毕业设计（论文） 的轴承当中，圆柱滚子轴承的极限转速，比圆锥滚子轴承的高。在承受轴向载荷的轴承当中，向心推力轴承的极限转速最高；推力球轴承的次之；圆锥滚子轴承的最低，但承载能力与上述次序相反。因此，应综合考虑转速和承载能力两方面要求来选择轴承型式。

例如，当轴向载荷较大，而转速不高时，可采用推力球轴承；反之，当转速较高，而轴向载荷不大时，可采用角接触球轴承；如果转速较高，轴向载荷又较大，则可采用双列推力向心球轴承；如果径向和轴向载荷都较小，而转速较高，则可采用向心推力球轴承。

2.2.3 适应精度的要求

起止推作用的轴承的布置有三种方式：前端定位—止推轴承集中布置在前支承；后端定位—集中布置在后支承；两端定位—分别布置在前、后支承。

采用前端定位时，主轴受热变形向后延伸，不影响轴向定位精度，但前支承结构复杂，调整轴承间隙较不便，前支承处发热量较大；后端定位的特点与前述的相反；两端定位时，主轴受热伸长后，轴承轴向间隙的改变较大，若止推轴承布置在径向轴承内侧，主轴可能因热膨胀而弯曲。

2.2.4 适应结构的要求

当要求主轴组件在性能上有较高的刚度和一定的承载能力，而在结构上径向尺寸要紧凑时，则可在一个支承（尤其是前支承）中配置两个或两个以上的轴承。

对于轴间距很小的多主轴机床，由于结构限制，宜采用滚针轴承来承受径向载荷，用推力球轴承来承受轴向载荷，并使两轴承错开排列。

2.2.5 适应经济性要求

确定主轴轴承配置型式，除应考虑满足性能和结构方面要求外，还应作经济性分析，使经济效果好。例如，在能够满足要求的情况下，一般采用已经标准化、系列化，且大批量生产的滚动轴承较为经济，但对于一些大型、重型机床的主轴组件，当没有标准的大型号滚动轴承时，可采用动压轴承或静压轴承。

在中速和大载荷情况下，采用圆锥滚子轴承要比采用向心轴承和推力轴承组合的配置型式成本低，因为前者节省了两个轴承，而且箱体工艺性较好。

综合考虑以上因素，本设计的主轴采用前、后支承的两支承主轴，前支承采

15