第三章 机床典型部件设计

同步齿形带是通过封闭环形带上的齿形与带轮上的轮 齿相啮合来传递运动和动力，其齿形有两种：梯形齿和 圆弧齿。
与其它传动相比，同步带有下列特点： 1）传动比准确，工作时无滑动； 2）传动效率高，一般可达98%，与V带相比较，可节能 10%以上； 3）传动平稳，能吸收振动，噪声小； 4）使用范围广，传动比可达1:10，高速达50m/s，传 递功率高达100～300kW，且带轮直径小，不须多大的张紧 力，故结构紧凑； 5）维护方便，能在高温、灰尘、水及腐蚀介质环境中 工作，而无需润滑； 6）安装要求高，两带轮轴线平行，中心距要求严格； 7）带与带轮的制造工艺较复杂。
二、主轴部件的传动方式
主轴部件的传动方式主要有齿轮传动、带传动、电 动机直接驱动等，可根据主轴的转速、所传递的扭矩， 对运动平稳性等要求来进行传动方式的选择。 1.齿轮传动 结构简单、紧凑，传递扭矩较大，能适应变转速、 变载荷下工作。其缺点是线速度不能过高，通常小于 （12～15m/s）,不如带传动平稳。 2.带传动 结构简单，制造容易，成本低廉，特别适合于大中 心距的两轴传动。皮带有弹性可吸振，故传动平稳，噪 声小，适宜高速传动。由于带传动（除同步带外）是靠 摩擦力传动，在过载中会打滑，能起过载保护作用，但 其不能用在速比要求准确的场合。源自（三）主轴传动件位置的合理布置
1.传动件在主轴上轴向位置的合理布置 合理布置传动件在主轴上的轴向位置， 可改善主轴的受力情况，减小主轴变形，提 高其抗振性。其主要原则是尽量使传动力引 起的主轴弯曲变形要小；引起主轴前端在影 响加工精度敏感方向上的位移要小。因此， 主轴上的传动件应尽量靠近前支承布置，有 多个传动件时，其中最大的传动件应靠近前 支承。 根据传动件在不同的轴向位置时及传动 力Q在不同方向作用时，分析其不同特点及 应用范围。
在切削力F 的作用下， 使主轴轴端产生位移，根据 位移叠加原理，轴端总位移 Y为
Y Y1 Y2
式中：Y1——刚性支承上弹 性主轴端部位移量； Y2——弹性支承上刚 性主轴端部位移量；
1）传动件布置在跨距之间 大多数机床都采用这种布局，例如卧式车床、六角 车床、卧式镗床和铣床主轴上齿轮的布置。 当切削力F 和传动力Q 的方向相同时，其所引起的 主轴前端变形可相互抵消一部分，则主轴前端总变形量 减小，但主轴前支承受力较大，要求前轴承有较高的承 载能力和较大的刚度。这种布局一般适用于精度较高或 前支承刚度较高的机床。 当切削力F 和传动力Q 的方向相反，则主轴前端总 变形量大，但前支承受力较小，故一般适用于精度较高 的卧式机床。
2.驱动主轴的传动轴位置的合理布置
主轴受到的驱动力Q 相对于切削力F 的方向取决于 驱动主轴的传动轴的空间位置。应尽可能将该驱动轴布
（二）推力轴承位置配置型式 主轴部件承受轴向力的推力轴承配置方式直接影响 主轴的轴向位置精度。
1.前端配置（前端定位）——主轴受热变形向后延 伸，不影响轴向精度，但前支承结构复杂，轴承调隙不 便，前支承处发热量大。适用于轴向精度和刚度要求较 高的精密机床（如精密车床、精密铣床、坐标镗床、落 地镗床等）或数控机床。
一、主轴部件应满足的基本要求
1.旋转精度 主轴的旋转精度是指机床主轴部件装配后，在空 载、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位 的径向跳动和轴向跳动（静态测量评定法）。
2.刚度 主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变 形的能力，通常以主轴前端部产生一个单位位移的弹 性变形时，在位移方向上所施加的作用力的大小来表 示。主轴部件的刚度是综合刚度，是主轴、轴承和轴 承座等刚度的综合反映，其静刚度不足则对加工精度 和机床性能有直接影响。
2）传动件布置在主轴尾部 这种情况在外圆磨床、内圆磨床的砂轮主轴中常 见。皮带轮安装在主轴尾部，则皮带拉力与切削力F 同向，不能使切削力F 和传动力Q 所引起的主轴前端 变形部分地相互抵消。 所以，这种布局可用于皮带拉力较小的场合。若 皮带拉力很大，则可考虑采用卸荷式结构。
3）传动件布置在主轴前悬伸端 当切削力F 和传动力Q 均作用在主轴前端时，可使 两者方向相反，从而使其引起的主轴前端变形部分地相 互抵消。此外，前支承反力也较小。切削力F 和传动力 Q 均作用在主轴前端，还可使主轴受扭长度较短，但传 动件需要安装在前支承外面，增加了主轴的悬伸长度， 结构上也较复杂。这种布局一般只适用于大型机床，如 大型卧式车床、立式车床等的主轴组件。
主轴部件应满足的基本要求
3.抗振性 主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动而 保持平稳运转的能力。主轴部件的振动会直接影响工件 的表面质量和刀具的使用寿命，并产生噪声。 4.温升及热变形 主轴部件运转时，因各相对运动处的摩擦生热，切 削区的切削热等使主轴部件的温度升高，其尺寸、形状 及位置发生变化，造成主轴部件的热变形。 5.精度保持性 主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造 精度的能力。主轴部件丧失其原始精度的主要原因是磨 损。
3.电动机直接驱动方式——将主轴与电动机制成一体。
三、主轴部件结构设计
（一）主轴部件的支承数目
多数机床的主轴采用前、后两个支承。该支承方式结 构简单，制造装配方便，易保证精度。为提高其刚度，前 后支承应消除间隙或预紧。 某些机床由于结构设计上的原因，导致主轴箱长度较 长，此时应增设中间支承来提高主轴部件的刚度和抗振性。 但对三支承主轴而言，通常只有两个支承（其中一个为前 支承）起主要作用，而另一个支承起辅助作用，即处于径 向“浮动”状态，以保证主轴部件的刚度和旋转精度。 统计结果表明，采用三支承的主轴，以前、中支承为 主要支承的约占80%；以前、后支承为主要支承的约占20%。
2.后端配置（后端定位） 其特点与上述相反。适用于 普通精度机床（如立式铣床、多 刀车床等）。 3.两端配置 主轴受热伸长后，影响主轴 轴承的轴向间隙。常用于短主轴 （如组合机床主轴）或轴向间隙 变化不影响主轴正常工作的机床 （如钻床）。 4.中间配置 其特点与前端配置相近，但 其主轴前端的悬伸量要比前端配 置结构短些。