故滚动轴承的摩擦系数小，有利于减小发热。
◆ 润滑容易，可以用油脂，一次填装可用到修理时再换脂。 如用油润滑，单位时间用油量也比滑动轴承少。
◆ 由专业化的轴承厂生产，质量稳定，成本低，经济性好。
滚动轴承的不足： 滚动体数量有限，径向刚度是变化的，易引起振动，阻尼低， 振幅较大。滚动轴承的径向尺寸比滑动轴承大。
方向所施加的作用力大小来表示。 如图，当主轴外伸端受径向
作用力F，受力方向上的弹性位 移为δ 时，刚度K 的表达式为：
K
F

( N/m )
第一节 主轴组件设计
（1）静刚度 主轴组件在静载荷作用下抵抗变形的能力，表 示为 Kj =Fj /δj 。 （2）动刚度 主轴组件在额定载荷作用下抵抗变形的能力，表 示为 Kd =Fd /δd 。
5.主轴组件的刚度校核 1）静刚度 2）动刚度 3）切削稳定性 6.提高主轴组件性能的措施 1）提高旋转精度 a)保证主轴、轴承、轴承孔精度 b)定向误差装配法 2）提高静刚度 a)角接触轴承为前支承时，交点应位于轴承前端； b)传动力方向 c)预紧 d)主轴为带传动时采用卸载装置 3）提高动刚度 提高主轴组件的回转精度；增加阻尼。
存在缺陷以及切削过程中的颤振等引起。
主轴振动直接影响工件的表面加工质量和刀具的使 用寿命，并产生噪声。
第一节 主轴组件设计
4.温升和热变形
热变形 是主轴组件运动时，各相对运动处的摩擦，切削区的
切削热等使主轴组件的温度升高，造成形状、尺寸及位置变化。
热变形会引起轴承间隙变化，润滑油粘度降低，影响 主轴部件的工作性能，降低加工精度。
支承。a.前支承直径大，刚
度高，大齿轮靠前可减少主 轴的弯曲变形，b.而且转矩 传递长度短，扭转变形小， 使用最普遍。
第一节 主轴组件设计
3）传动力方向、位置 传动件在后支承外侧
传动件
放在主轴的后悬伸端， 使前后支承获得较好的 支承跨距。多用于主轴 的带传动。使更换传动 带方便，防止油液的侵 蚀。
主轴前端形式 取决于机床的类型和安装夹具或刀具的形式 。 通用机床已有标准化的形式。 主轴整体结构 是空心阶梯轴，外径从前端到尾部逐渐减小。
第一节 主轴组件设计
2.主轴的材料及热处理
主轴的选材依据：载荷类型、耐磨性、热处理方法。 （1）普通机床主轴 采用45# 或60#优质结构钢。在主轴支承轴颈
及装卡刀具的定位基面进行局部高频淬火，提高耐磨性，硬度为
亲合力很小，摩擦系数小，有自润滑性能，可在供油中断无润滑
时正常工作。适用于高速、超高速、精密机床的主轴组件。
②全陶瓷轴承 适用于耐高温、耐腐蚀、非磁性、电绝缘、要
求减轻重量和超高速场合。
第一节 主轴组件设计
5.磁浮轴承（磁力轴承）
磁浮轴承 是利用磁浮力来支承运动部件，使其与固定部件脱 离接触来实现轴承功能。 磁浮轴承的特点： ① 无机械磨损，运转无噪声，温度低，能耗小；不需要润滑， 不污染环境；能在超低温、高温、真空、蒸气腐蚀性环境中正常
结构 要 求
1、可靠定位。
2、轴端结构应保证刀具、夹具装卡定位可靠。
3、结构工艺性好。 小结：
在一定载荷与转速下，主轴应带动工件或刀具精确地、
稳定地、长期地绕其轴线旋转，且好装、好拆、好修。
第一节 主轴组件设计
二、主轴滚动轴承 1.滚动轴承的特点
◆ 能在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳定工作。 ◆ 能在无间隙，甚至在预紧（有一定过盈量）的条件下工作。
（1）满足主轴旋转精度要求
① 主轴前后轴承轴颈的同轴度，
② 锥孔相对于前后轴颈中心连接线的径向跳动， ③ 定心轴颈及其定位轴肩相对于前后轴颈中心连线的径向和 轴向跳动等。
（2）其它性能要求 表面粗糙度，表面硬度等。
第一节 主轴组件设计
四、主轴组件的传动方式及结构设计 1.传动方式
齿轮传动、带传动、同步齿形带传动、电动机直接驱动 （1）齿轮传动 靠轮齿啮合传动。结构简单、紧凑，能传递较 大的扭矩，适应变转速、变载荷工作。 不足点：线速度需<12~15m/s，比带传动的平稳性差。 （2）带传动 靠摩擦力传递动力。结构简单，皮带有弹性可吸 振，传动平稳，噪声小；过载时打滑，具有过载保护作用。适用
三个支承对三支承孔的同心度要求较高，制造装配较复杂。
“主”支承消应除间隙或预紧。“辅助”支承应保留一定的 径向间隙或选用较大游隙的轴承。以免发生干涉，恶化主轴的工
作性能，使空载功率大幅度上升和轴承温升过高。
第一节 主轴组件设计
（2）推力轴承位置配置形式
推力轴承在主轴前后的配置形式 直接影响主轴的热变形方 向和大小。影响主轴的轴向刚度和轴向位置精度。
于中心距较大的两轴间传动。
不足点：传动速比不够准确。
第一节 主轴组件设计
（3）同步齿形带传动 通过带上的齿与带轮上的轮齿传递传动。 齿形带传动 ①无相对滑动，传动比大且准确，传动精度高； ②可传递较大动力，不需特别张紧，对轴和轴承压力小，传动平 稳效率高；③不需润滑，耐腐蚀，耐高温。
不足：制造工艺复杂，安装条件高。
机械制造装备设计
第三章 机床主要部件设计
2014年11月26日
第三章 机床主要部件设计
本 章 讲 授 内 容
第一节 第二节 主轴组件设计 支承件设计
第三节
第四节
导轨设计
滚珠丝杠螺母副机构简介
第一节 主轴组件设计
组成 主轴、支承轴承、传动件、定位元件及密封件。 作用 支承并带动工件或刀具旋转进行切削；承受切削力和
第一节 主轴组件设计
五、主轴主要结构参数的确定
1.主轴前轴颈D1 一般按机床
类型、主轴传递的功率或最大加
工直径选择。主轴直径越大其刚 度越大，主轴组件尺寸也越大。 在保证主轴组件刚度的同时，尽量减小轴颈D1的尺寸。 2.主轴内孔直径d 内孔直径d 与主轴的用途有关。在保证主轴 刚度的同时，参考主轴直径和刀杆直径确定d 。 3.主轴前端悬伸量a 取决于主轴端部的结构、前支承轴承的 配置和密封装置的型式和尺寸。在满足结构要求的前提下，尽量 缩短悬伸量a 。
第一节 主轴组件设计
2.选择滚动轴承选择的基本原则
1）转速较高，负载不大，而旋转精度要求较高，采用球轴承。
2）转速较低，负载大或有冲击负载，采用滚子轴承。
3）径向载荷和轴向载荷都较大时，如果转速高，采用角接触 球轴承。如果转速不高，采用圆锥滚子轴承。 4）轴向载荷比径向载荷大得多，但转速较低时，采用两种不 同类型的轴承组合，分别承受轴向和径向负载。 5）径向载荷比轴向载荷大，且转速较高，采用深沟球轴承。
第一节 主轴组件设计
作业题3—1，3—2思考题（1）机床主轴为什么常采用滚动轴承？ （2）圆锥滚子轴承与角接触滚子轴承在应用上有哪些 异同点？
第三章 第一节 主轴主件设计
结束
驱动力，完成表面成形运动。
第一节 主轴组件设计
一、主轴组件应满足的基本要求
使用 要 求
旋 转 精 度
刚 度
抗 振 性
温 升 和 热 变 性
精 度 保 持 性
结构 要 求 与 轴 密 承 封 间 隙 的 调 整 、 润 滑
工 件 、 刀 具 的 定 位 装 夹
主 轴 及 轴 承 的 定 位
便 于 制 造 装 配 和 维 修
（4）电动机直接驱动 对于转速小于3000r/min的主轴，采用异步电动机和联轴器直 接驱动主轴。如 高速内圆磨床的磨头。
对于转速小于8000r/min的轴，采用变频调速电动机直接驱动。
1） 皮 带 传 动 装 置
第一节 主轴组件设计
2.结构设计 （1）主轴的支承数目
1）前、后两个支承 结构简单，制造方便，应用广泛。为提 高刚度，前后支承应消除间隙或预紧。 2）三个支承 ①前、后支承为主要支承，中间支承为辅助支 承；②前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。
第一节 主轴组件设计
使用 要 求
１.旋转精度
旋转精度 指主轴装配后，在空载、低速转动状态下，安装刀 具或工件的主轴部位的径向跳动和轴向跳动。
旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔的制造、装配和调整精度。
主轴组件的旋转精度直接影响工件的加工精度。
第一节 主轴组件设计
2.刚度
刚度 指主轴组件在外载荷作用下抵抗变形的能力。 刚度的大小 以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移
第一节 主轴组件设计
5.精度保持性
精度保持性 指主轴组件长期保持其原始制造精度的能力。
明确：
主轴组件丧失原始制造精度的原因——磨损。
如主轴轴承、轴颈表面、装夹工件或刀具的定位表面的磨损。
精度保持性决定于主轴组件的耐磨性能。影响耐磨性的因素
有主轴和轴承的材料、热处理方法、轴承类型及润滑防护措施等。 精度保持性影响机床使用寿命内的加工精度和工作稳定性。
（3）传动件的轴向布置
1) 布置原则：应使由传动力引起的主轴弯曲变形小。应使主
轴前端在影响加工精度的敏感方向上的位移小。 合理布置传动件的位置可以减小主轴的受力和变形，提高
主轴的刚度、改善传动件与轴承的工作条件，还可以增加主 轴的抗振性。
2）传动齿轮 传动件轴向布置尽量靠近前支承，有多个传动件时，最大传 动件应靠近前端。 齿轮在两支承中间靠近前
50~55HRC。 （2）精密、大载荷、有冲击的机床主轴 采用中碳或低碳合金
钢，如40Cr，20Cr。进行高频淬火或渗碳淬火，提高耐磨性，硬
度52~65HRC。
（3）主轴材料的攻关点 怎样减小高速、高效、高精密机床主
轴的热变形、振动。已研制的新型主轴材料有玻璃陶瓷材料。
第一节 主轴组件设计
3.主轴的技术要求
第一节 主轴组件设计
4.主轴支承间垮距L 垮距的大小影响主轴弯曲和前端位移量。
① 支承跨距L过小，主轴弯曲变形较小，但因支承变形引起