机电装备设计第三章(6学时之三)
42页1、1本次课讲授内容 3.5 轴系 3.5.1 概述 3.5.2 主轴轴系的基本要求 3.5.3 主轴轴承选择 3.5.4 主轴滑动轴承 3.5.5 主轴组件布局 3.5.6 轴系组件初步计算 3.5.7 主轴滚动轴承的预紧 3.5.8 主轴组件的润滑和密封 3.5.9 提高主轴组件性能的措施第三章 机电装备传动部件设计 Transmission Part Design for Electro- mechanical Equipment23.5.1 轴系概述定义:轴系由轴、轴承和安装于轴上的传动体、密封件及定位件组成。功能:支承旋转零件、传递转矩和运动。组成:轴系按其在传动链中所处的地位不同可分为传动轴轴系和主轴轴系,一般对传动轴的要求不高,对主轴有较高的要求。 33.5.2 对主轴(spindle)轴系的要求整体要求:保证在一定的载荷与转速下,主轴组件精 确而稳定地绕其轴心旋转,并长期地保持这种性能。 从以下五方面分析:1 回转精度 2 静刚度 3 动态特性4 热特性与热变形 5 精度保持性41 回转精度 定义:指主轴装配后,在无载荷、低转速条件下,主轴前端的 径向和轴向跳动量。 回转中
2、心线:轴件作回转运动时线速度为零的点的连线。 影响因素:轴承误差、轴颈圆度误差、轴件的挠曲和振动原因 、箱体孔制造和装配误差、主轴转速、支承的设计及润滑等。 2 静刚度(Static Stiffness)定义:主轴前端产生单位位移时,在某一方向测量出施加的力 。反映了组件抵抗静态外载荷变形的能力。 影响因素:主轴的形状和尺寸,滚动轴承的型号和数量,轴承配 置形式和预紧、滑动轴承的油膜刚度、支承距离,主轴前端悬伸 量,组件的装配等。53 动态特性(Dynamic Characteristic)定义:指主轴抵抗冲击、振动、噪声的特性 。是机床主轴组件等非常重要的一个特性。评价指标有动刚 度、振型、噪声三方面。 1)动刚度 定义:在交变动载荷作用下抵抗动态位移的能力。 影响因素:静刚度K 、组件质量m、阻尼比和激振频率等。6(1)准静态区 ,主要取决于系统的静刚度K ;(2)共振区,主要取决于系统的静刚度K和阻尼比; (3)惯性区,主要取决于系统的惯性。准 静 态 区共 振 区 惯 性 区7在判定机床系统的抗振能力时,首先应确定系统的动刚度处于那段频率范围。 准静态区:可用提高静刚度K的办法
3、或加大固有频率的办法以提高动刚度。 惯性区:采取增加等效质量的办法提高动刚度。 共振区:可改变固有频率,以避免共振,若提高阻尼率也均有效果,以提高阻尼串效果最为显著。82)振型 方法:对于多自由度系统,可分解为若干个当量 单自由度系统(模态),每个模态有自身的动刚度 特性。 模态分析理论:一个多自由度系统的各个主要振 动模态各有自己的振动频率和振动型式(振型),一 般按振动频率的高低由低向高排列为第1阶、第2 阶第M阶的不同振型。 3)噪声噪声来源于振动。主轴振动主要由轴承引 起,轴承的滚动表面缺陷、滚道波纹、滚动体的 直径误差,轴承结构及弹性变形等。94 热特性与热变形(heat characteristic and deformation) 1)温升和热变形轴系组件热产生的原因:运动件摩擦、搅油热量、加工区 热量和环境热辐射等。 后果: 主轴组件温升和热变形,使系统各部件间相对位置精度遭到破坏,影响系统的工作精度; 热变形造成主轴弯曲; 使传动齿轮和轴承的工作状态变坏; 使轴件和轴承、主轴与支承座之间已调整好的间隙和配合发生变化,影响轴承的正常工作,加速齿轮和轴承等零件的磨损。 主
4、轴的温升梯度不要大,要温度场对称.102)热位移定义:使主轴工作端截面形心相对固定坐标产生的位移。热线位移可在笛卡尔坐标中产生三个坐标轴方向的分量。3)轴系主要热特性参数主要特性参数:热源强度、温升和工作部分的热位移。热源强度: 轴系的热源有轴承、传动件、密封件等单位时间内发热量的总和。 原因: 滚动体和滚道产生弹性变形而产生摩擦热,为轴系主要热源之一,轴承的摩擦热与轴承类型、预紧力、转速、轴承的润滑等情况有关,预紧力越大,发热量越多,随着预紧力增加,温升的增加越来越快。 115 精度保持性(Precision Preserve) 定义:指长期地保持其原始制造精度的能力。要保证这些表面的耐磨性和有调整间隙的可能。 影响耐磨性因素:轴件、轴承的材料与热处理,轴承(或衬套) 的类型及润滑方式等。 3.5.3 主轴轴承的选择重要性:主轴的旋转精度在很大程度上由其轴承决定,轴承 的变形量约占主轴组件总变形量的30 50 ,轴承的发热 量占的比重。 对主轴轴承要求:旋转精度高、刚度大、承载能力强、抗振 性好、速度性能高、摩擦功耗小、噪声低和寿命长等 。121 主轴滚动轴承类型2-外圈1、4-内圈
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