发布时间 : 星期六 文章机床主轴传动系统结构设计更新完毕开始阅读5d90dcd476eeaeaad1f33071
桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 27 页 共 47 页
主轴组件应保证上述基本要求外，还应满足一下要求
a.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，使主轴在工作时所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去。 b.主轴前端结构应保证工件或大局装卡可靠，并有足够的定位精度
c.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。
7.2 主轴基本尺寸的确定
7.2.1 主轴外径尺寸的确定
主轴的外径尺寸，关键是主轴前轴颈的（前支撑处）的直径D1。D1选定后，其他部位的外径可随之而定。D1一般是通过筒规格的机床类比分析加以确定。320mm车床，P=7.5KW查《金属切削机床设计》表5-12，前轴颈应D1?110~145,初选D1?110mm,后轴颈D2?(0.7~0.85)D1取D2?80mm, 7.2.2主轴孔径的确定
中型卧式车床的主轴孔径，已由d=48mm,增大到d=60-80mm,当主轴外径一定时，增大孔径受到一下条件的限制，1、结构限制；对于轴径尺寸由前向后递减的主轴，应特别注意主轴后轴颈处的壁厚不允许过薄，对于中型机床的主轴，后轴颈的直径与孔径之差不要小于20~50mm，主轴尾端最薄处的直径不要小于10~15mm。2、刚度限制；孔径增大会削弱主轴的刚度，由材料力学知，主轴轴端部的刚度与截面惯性矩成正比， 即：
KdK?IdI??(D?d)64?D44464?1?(dD0)4
式中：
Kd、K?空心、实心截面主轴刚Id、I?空心、实心截面惯性矩D0?主轴平均外径：d?主轴孔径：度；：
据上式可得出主轴孔径对偶刚度影响的 ，如图7.1可见，
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图7.1主轴内孔直径对刚度的影响
当dD0?0.5时，KdK?0.94，说明空心主轴的刚度降低较小。当dD0?0.7时，
KdK?0.76dD0?0.7，空心主轴刚度降低了24%，因此为了避免过多削弱主轴的刚度，一般取
。主轴孔径d确定后，可根据主轴的使用及加工要求选择锥孔的锥度。锥孔
仅用于定心时，则锥孔应大些，若锥孔除用于定心，还要求自锁，借以传递转矩时，锥度应小些，我这里选用莫氏六号锥孔。初步设定主轴孔径d=60mm，主轴孔径与外径比为0.6。
7.2.3主轴悬伸量确定
主轴悬伸量a是指主轴前支撑反力的作用点到主轴前端受力作用点之间的距离，其决于主轴前端的结构形状及尺寸；另外，其还与前支撑中轴承的类型及组合形式、工件或工夹具方式以及前支撑的润滑及密封装置的结构尺寸等相关。
初选a值，通用车床按《金属切削机床设计》查a/D1=0.6~1.5，故初选a=120mm。 7.2.4主轴支承跨距
主轴支承跨距L是指主轴前后或前一中支承反力作用点只之间的距离，它是决定主轴组件刚度的主要因素之一。支撑跨距L，当前，多数机床的主轴采用前后两个支撑，结构简单，制造、装配方便，容易保证精度，但是，由于两支撑主轴的最佳支距L0一般较短，结构设计难于实现，故采用三支撑结构。由于三支撑的前后支距L对主轴组件的性能影响较小，可根据结构情况适当确定。如果为了提高主轴的工作平稳性，前后支距
L可适当加大。采用三支撑结构时，一般不应该把三个支撑处的轴承同时预紧，否则因
箱孔及有关零件的制造误差，会造成无法装配或影响正常运作。因此为了保证主轴组件的刚度和旋转精度，在三支撑中，其中两个支撑需要预紧，称为紧支撑；另外一个支撑必须具有较大的间隙，即处于“浮动”状态，称为松支撑，显然，其中一个紧支撑必须是前支撑，否则前支撑即使存有微小间隙，也会使主轴组件的动态特性大为降低。试验表明，前中支撑为紧支撑、后支撑位松支撑，要比前后支撑位紧支撑、中支撑为松支撑的结构静态特性显著提高。
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查《机械设计简明手册》前轴承刚度C1?298kN C2?188kN
则
C1C2?298188?1.59
初算时可取平均值作为惯性距的计算直径，即
D?D1?D22?110?802?95mm
22故惯性转矩T=
ETC1a3?64?(95?60)?266mm
7???2.1?10?266298?10?12033?0.19 La查《金属切削机床设计》得：?1.8
故初算L?1.8a?1.8?120?216mm
7.2.5主轴最佳跨距的的确定
1、考虑机械效率，主轴最大输出转距T?9550P?0.85118?516N?m.
床身上最大加工直径约为最大回转直径的50到60%,即加工工件直径取为160mm,则半径为0.08m.
2、计算切削力
F?516N?m0.08m?6450N
前后支撑力分别设为FA,FB.
FA?F?a?ll?6450?120?216216?10033.33N
3、主轴当量直径de?de?
D?d2
110?802?95mm；
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4、主轴惯性矩I?0.05(de4?d4)
I?0.05??95?6044??3.4?106mm4；
5、计算最佳跨距
??ETC1a3?2.1?10?340298?10?120337?0.14
查《金属切削机床设计》
L0a?1.5
L0?1.5a?1.5?120?180mm
7E?弹性模量，钢的弹性模量E?2.1?10,MPa;I?主轴的截面惯性矩，mm;I?0.05(D?d);d,di?主轴的外径和孔径，mm;a?前悬伸量，mm;444
7.3 主轴刚度的验算
机床在切削加工过程中，主轴的负荷较重，而允许的变形由很小，因此决定主轴结构尺寸的主要因素是它的变形大小。对于普通机床的主轴，一般只进行刚度验算。通常能满足刚度要求的主轴，也能满足强度要求。只有重载荷的机床的主轴才进行强度验算。对于高速主轴，还要进行临界转速的验算，以免发生共振。
一弯曲变形为主的机床主轴(如车床、铣床)，需要进行弯曲刚度验算，以扭转变形为主的机床（如钻床），需要进行扭转刚度验算。当前主轴组件刚度验算方法较多，没能统一，还属近似计算，刚度的允许值也未做规定。考虑动态因素的计算方法，如根据部产生切削颤动条件来确定主轴组件刚度，计算较为复杂。现在仍多用静态计算法，计算简单，也较适用。
主轴弯曲刚度的验算；验算内容有两项：其一，验算主轴前支撑处的变形转角?，是否满足轴承正常工作的要求；其二，验算主轴悬伸端处的变形位移y，是否满足加工精度的要求。对于粗加工机床需要验算?、y值；对于精加工或半精加工机床值需验算y值；对于可进行粗加工由能进行半精的机床（如卧式车床），需要验算?值，同时还需要按不同加工条件验算y值。
支撑主轴组件的刚度验算，可按两支撑结构近似计算。如前后支撑为紧支撑、中间支撑位松支撑，可舍弃中间支撑不计（因轴承间隙较大，主要起阻尼作用，对刚度影响较小）；若前中支撑位紧支撑、后支撑为松支撑时，可将前中支距L1当做两支撑的之距计算，中后支撑段主轴不计。
主轴组件如7.2所示
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