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轴承预紧对机床主轴刚度的影响

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２０１１年９月　第３９卷第１７期　机床与液压　

ＭＡＣＨＩＮＥ　Ｔ００Ｌ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ　Ｓｅｐ．２０１１　Ｖｏ１．３９　Ｎｏ．１７　

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１１．１７．００３　

轴承预紧对机床主轴刚度的影响　

罗平，穆杨，刘恒，景敏卿　

（西安交通大学机械电子及信息系统研究所，陕西西安７１００４９）　

摘要：阐明了用有限元法分析计算机床主轴组件刚度的步骤和方法，并对主轴刚度进行计算，讨论不同预紧条件下，　

轴承刚度对主轴性能的影响；并探讨轴承预紧后，增大预紧量对主轴刚度的影响。结果表明：支承轴承预紧的增大使主轴　

弯曲刚度增幅最大为２２％，而对固有频率的影响不明显。　

关键词：机床主轴；主轴刚度；预紧　中图分类号：ＴＧ５０２．１４；ＴＨ１３３．２；ＴＨ１３３．３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—３８８１（２０１１）１７—００９—３　

Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｂｅａｒｉｎｇ　Ｐｒｅｌｏａｄ　ｏｎ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｔｏｏｌ　Ｓｐｉｎｄｌｅ　Ｒｉｇｉｄｉｔｙ　

ＬＵＯ　Ｐｉｎｇ，ＭＵ　Ｙａｎｇ，ＬＩＵ　Ｈｅｎｇ，ＪＩＮＧ　Ｍｉｎｑｉｎｇ　

（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｘｉ’ａｎ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ　Ｓｈａａｎｘｉ　７１００４９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　ａｎｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｒｉｇｉｄｉｔｙ　ｏｎ　ｓｐｉｎｄｌｅ　ｕｎｉｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌ　ｗｅｒｅ　ｅｘｐｏｕｎ—　

ｄｅｄ，ａｎｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｉｎｄｌｅ　ｒｉｇｉｄｉｔｙ　ｗａｓ　ｍａｄｅ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ　ｔｏ　ｓｐｉｎｄｌｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｄｉｆ－　

ｆｅｒｅｎｔ　ｐｒｅｌｏａｄ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｐｒｅｌｏａｄ　ｏｎ　ｓｐｉｎｄｌｅ　ｒｉｇｉｄｉｔｙ　ｗａｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｐｉｎｄｌｅ　ｂｅｎ—　

ｄｉｎｇ　ｒｉｇｉｄｉｔｙ　ｉｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｂｙ　２２％ａｔ　ｍａｘｉｍｕｍ，ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｎａｔｕｒａｌ￣ｅｑｕｅｎｅｙ　ｉｓ　ｎｏｔ　ｏｂｖｉｏｕｓ，ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　

ｂｅａｒｉｎｇ　ｐｒｅｌｏａｄ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌ　ｓｐｉｎｄｌｅ；Ｓｐｉｎｄｌｅ　ｒｉｇｉｄｉｔｙ；Ｐｒｅｌｏａｄ　

主轴系统是机床重要组成部分。主轴系统的工作　

性能，对工件的加工质量和机床生产率均有重要影　

响。机床的主轴刚度是主轴重要性能之一，它反映了　

机床抵抗外载荷的能力。对于高精密机床而言，主轴　

刚度对机床的性能影响则更为重要。为了提高主轴刚　

度，以达到提高主轴旋转精度的目的，一般都在机床　

主轴装配过程中，对轴承进行预紧，而机床主轴轴承　

的预紧方法详见文献［３］，预紧力的大小一般根据　

使用经验和通过试验决定　。　

对于预紧后，主轴的刚度无法满足要求时，增加　

预紧量是提高主轴刚度的途径之一。在高速机床中角　

接触球轴承的预紧不宜过大　，因此在一定范围内，　

预紧量的提高在多大程度上可以提高主轴刚度，主轴　

刚度不够时，是否有必要通过增加预紧量来加大主轴　

的刚性。陈洁清等　一　从滚动轴承角度定性分析预紧　

对主轴动态性能的影响。而作者针对大连机床厂某型　

机床的电主轴，运用Ａｎｓｙｓ软件并结合实测研究了预　

紧与机床主轴刚度的关系。　１　轴承刚度　

如图１，为该机床电主轴的结构图，其支撑分别　

为双列圆柱滚子轴承、四列角接触球轴承（右边）。　图１电主轴结构图　

该机床前端的支撑为　

四列角接触球轴承的组配　

轴承ＱＢＣ形式，其预紧　

为在其两端施加预载荷　

后，预紧后总的轴向　

变形为２６，外在的表现　

是４套轴承承受预载荷前　ｌ　

ｌ—＋　ｌ　

图２　ＱＢＣ轴承的预紧　

的端面凸出量变为０。见图２。　

通过对单列角接触球轴承的受力分析，利用赫兹　

接触理论可求出组配轴承的径向刚度值的表达式如　

下：　

Ｋ　＝÷・ｉ・Ｋ　・ｃｏｓ。　（６　ｓｉｎａ　）　・÷　（１）　厶　厶　式中：　为等效刚度系数（Ｎ／ｒａｍ　），详见文献［８］；　

ｉ为轴承列数，这里ｉ＝４；　

为预紧后轴承的接触角；　

收稿日期：２０１０—０８—２７　基金项目：机床重大专项（２００９ＺＸ０４００１－０７１）；国家自然基金面上项目（５１０７５３１５）；国家９７３项目（２００７ＣＢ７０７７０５）　作者简介：罗平（１９８５一），男，硕士研究生，研究方向为轴承一转子动力学。Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｕｏｐｉｎｇ３２００４＠１６３．ｃｏｍ

。　・１０・　机床与液压　第３９卷　

６　为预紧后轴承轴向位移（ｍｍ），这里６　＝　

２ｂ；　

为单个轴承滚子数。　

对于双列圆柱滚子轴承，在径向上对其预紧，即　

利用过盈配合使内圈膨胀，消除径向游隙，使轴承处　

于预紧状态，增加负荷区内的滚动体数目，减少滚动　

体的最大负荷。双列圆柱滚子轴承预紧后，轴承内部　

有一定的过盈，过盈使滚动体与滚道间产生一弹性变　

形，即轴承的预变形，双列圆柱滚子轴承的变形与受　

力之间的关系如下　：　

６　：　７　ｏ　９　（２）　０　——　一　Ｌｚ　Ｌａ　刚度为：　

Ｋ　＝３．３９　（ｉｚ）　（３）　

式中：６　为径向变形（Ｉｘｍ）；　

，Ｊ　为滚子的有效长度（ｍｍ）；　

ｉ为滚子的列数；　

为单列滚子的滚子数；　

Ｋ　为径向刚度（Ｎ／Ｉｘｍ）。　

２轴承预紧对主轴弯曲刚度的影响　

如图３所示，两支承主轴的静刚度定义为：Ｋ＝　

Ｆ／６。这里，，Ｊ为跨距，Ｃｌ，为悬伸量，６为力Ｆ作用处　

的挠度　。　

————————————————～　

图３主轴弯曲刚度　

分析时，将轴承支承替换为具有与实际支承刚度　

等量刚度的弹簧。轴承的预紧情况按照ＮＳＫ轴承手　

册　选取轴承的预紧状态为微预紧，预紧力Ｆ＝２００　

Ｎ。经计算，前端球轴承组合刚度为７．６×１０　Ｎ／ｍ　

（预紧量为４　ｍ），后端滚子轴承刚度由式（３）知　

刚度与预紧力的０．１次幂成正比，其随预紧量的增大　

增幅并不明显，通常计算时可取为一定值，为２．６×　

图４电主轴的简化模型图　１０　Ｎ／ｍ。这里左边弹簧模拟的是双列圆柱滚子轴承，　

右边弹簧模拟的是刚度较小的四列角接触球轴承，即　

前端轴承。用ＰＩＰＥ１６单元建立电主轴的Ａｎｓｙｓ模型，　

用ＣＯＭＢＩＮ１４单元模拟轴承支承，如图４。　

施加于轴端的力Ｆ＝２　４００　Ｎ，得到的挠度结果如　

图４，故轴的刚度为Ｋ＝Ｆ／６：２２０　Ｎ／￣ｚｍ。　

通过式（１）和　

ＮＳＫ轴承手册　，计算ｚ　

了球轴承在微预紧到轻　度预紧　（２００～１　４６４璧　

Ｎ）的刚度值，如图５。　在轴承预紧范围　。　

内，不断加大轴承的预　

紧量，通过计算得到图　０．７５　０．９　１．０５　１．２０　１．３５　ｌ＿５０　轴承刚度，（×１０　Ｎ．ｍｍ’　）　

图５轴承的刚度　ｌ４　１２　１０呈　８面　

４　２　

６＿７的结果。可以看到：主轴的弯曲刚度随着前端　

轴承预紧量增加而增大，而随着后端轴承刚度在一定　

范围下增大明显，而后基本没有任何影响。考虑到滚　

子轴承在预紧后轴承的刚度已经达到１．９５×１０　Ｎ／ｍ　

以上，可以认为滚子轴承的刚度对主轴弯曲刚度没有　

影响。　

球轴预紧量，ｕｍ　宕　｝　邑　寇　爱　撂　＋Ｈ　２２１　２０．５　２２０　１９．５　２１９　Ｉ８．５　２ｌ８　６　１　２　３　４　５　６　７　８　滚子轴承刚度，（×１０’Ｎ．ｍ。）　

图６预紧范围内主轴刚度与　图７主轴刚度与滚子　

球轴承预紧量的关系　轴承刚度的关系　

图６为在轴承预紧的范围内，在加大前端轴承预　

紧量的情况下，该机床主轴刚度提升的幅度。可以看　

到，当预紧量由４　ｍ增加　０　

到１３　ｍ，轴刚度的最大釜：　

提升幅度达到２２％，刚度嚣１　

值从２２０　Ｎ／ｉｘｍ提升到２６８些１　

Ｎ／ｐ￣ｍ左右。而当预紧量蒋　

小幅增大（增幅为５０％）　时，轴的刚度值提升了　球轴预紧量增加幅度，％　

８％，达到了２３７．６　Ｎ／Ｉｘｍ，　图８预紧范围内轴　呵网８　刚度提升幅度　

３轴承预紧对主轴固有频率的影响　

模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特　

性，即机构的固有频率和振型，它们是动态载荷结构　

设计中的重要参数，在主轴设计中有必要对这些参数　

进行计算和分析。　在对该机床主轴进行动态分析中，安装在电主轴　２　２　２　２　２　２　２　一　．

目｝邑、　甚暴州　第１７期　罗平等：轴承预紧对机床主轴刚度的影响　・１１・　

上部件如卡盘等对电主轴动态性能有较大影响。分析　

电主轴和安装在电主轴上部件的动态性能，为了更加　接近电主轴真实工作情况，建模时，将这些功能部件　

一起考虑，建立如图９所示的机床主轴的有限元模型。　

图９电主轴的有限元模型　

分析时，将轴承支承替换为与实际支承刚度等量　刚度的弹簧。前端球轴承组合刚度为７．６父１０。Ｎ／ｍ，　

后端滚子轴承刚度为２．６×１０　Ｎ／ｍ。对主轴进行动　

态分析，结果如图１０。　

（ａ）一阶频率　

（ｈｉ二阶频率　

图１０电主轴固有频率　表１为理论计算值与实测值的对比，忽略误差，　说明由式（１）、（３）计算的刚度值是真实可信的。　

表１频率结果对比　

依照式（１）、（３）计算的刚度值，不断调整轴　

承的预紧量，’分别计算轴承刚度对主轴固有频率的影　响，得出如图１１、１２的结果。　

从计算结果看，电主轴的一阶和二阶固有频率均　随着前端球轴承支承预紧量的增加而增大。但一阶频　率随着预紧量的增加，增幅在２％以下；二阶频率升高　

的幅度，随预紧量增大而明显放缓。预紧从微预紧到　

轻度预紧，二阶频率的增大幅度比较大，达到９．７％。　

３２　篓　ｏ　忙２８　叵２４　撂　牛Ｈ　

２２　球轴承预紧量，　ｍ　滚子轴承刚度／（ｘ１０’Ｎ・ｍ　）　

图１１球轴承刚度对主轴　图１２滚子轴承对主轴　固有频率的影响　固有频率的影响　

而电主轴的一阶频率随着后端滚子轴承支承刚度　

的增加而增大，增大的幅度并不大；二阶频率随着刚　

度的增加并没有发生变化。由此可以认为主轴的固有　频率受后端支承刚度变化的影响并不大。　

４小结　作者在机床主轴轴承预负荷改变的条件下对主轴　

进行了理论的分析，从分析中得出如下的结论：　（１）主轴的弯曲刚度受前端轴承的刚度影响较　

大，而受后端轴承刚度的影响很小。通过改变前端轴　

承的刚度值可以很大幅度提高主轴的刚度。由于轴承　

预紧后可以提高轴承的抗振性，但过大的预紧一方面　

容易使角接触球轴承在高速运行时出现“咬死”现　象，另一方面会使轴承的温升升高，寿命下降。因此　

在一定范围内，在增大前端轴承预紧时该机床主轴的　

刚度最大可以提高２２％，小幅度增加轴承的预紧量　（增幅为５０％）时，主轴刚度增幅并不明显，为８％。　

（２）后端支承刚度对主轴固有频率的影响并不　

大，而前端支承刚度对主轴二阶频率影响明显。　

对于该型机床主轴来说，通过增加前端轴承预紧　

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影响电主轴轴承动刚度的原因浅析

影响电主轴轴承动刚度的原因浅析

影响电主轴轴承动刚度的原因浅析　口李彦　口杨洋　口王广辉　洛阳轴研科技股份有限公司　河南洛阳４７１０３９　摘要：高速电主轴轴承是高速电主轴的核心部件，对高速电主轴技术进展影响较大。分析了超高速时主轴轴承对转　子支承的动刚度等动力特性方面的参数，并对超高速时影响轴承动刚度的因素进行了综合分析。　关键词：超高速　电主轴轴承动刚度　中图分类号：ＴＨ１３３．３３＋４　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—４９９８ｆ２０１３）１０—００６１—０３　高速电主轴在数控机床领域已　经得到越来越广泛的应用，而高速电　主轴轴承是关键影响因素。高速轴承　在航天、汽车工业、军工等领域获得　表１　Ｂ７１９００Ｃ／Ｐ４轴承的基本参数（ｎ＝ｌ５０　０００　ｒ／ｍｉｎ）　轴承类型ｌ　Ｄ．，／ｍｍ　ｉ　ｄ，／ｍｍ　Ｊ　Ｗ　ｉ　ａ／（。）ｉ　ｌ工　Ｅ　／ＭＰａ　ｐＪ（ｋｇ・ｍｍ。）ｌ　Ｐ　ＧＣｒ１５球ｆ　１６　ｌ　３．１７５　Ｉ　１１　ｌ　１５　ｆ　０．５３　ｌ　０．５５　２００　０００　０．００７　８５　１　０．３　３５　Ｓｉ３Ｎ４球Ｉ　１６　ｌ　３．１７５｛ｌ１｝１５　ｌ　０．５３　１　０．５５　３２Ｏ　ｏｏ０　０．ｏ０３　２　ｌ　０．２５　３５　广泛应用…，对机床行业的发展也起到举足轻重的作　用　。所谓电主轴的超高速是指接近或达到设计所允　许的极限转速，笔者结合自身＿Ｔ作经验，从电主轴轴承　使用者的角度计算了超高速时主轴轴承对转子支承的　动刚度等动力特性方面的参数．并对超高速时影响轴　承动刚度的因素进行了综合分析。　１　超高速时主轴轴承动刚度的影晌因素　动刚度是主轴轴承在超高速情况下最重要的动力　特性参数之一Ｉ３］。与轴承内部的载荷分布、球滚动体在　套圈滚道上的接触刚度等因素有关。影响超高速主轴　轴承动刚度的主要因素有外部工况条件和内部几何结　构、材料物理性能等，外部工况条件包括主轴转速、轴　承轴向预载荷、外载荷等；内部几何结构、材料物理性　能与轴承的主要设计参数有关，如设计接触角、套圈滚　道的曲率半径以及球滚动体的直径、数量、材料的物理　性能等。　以表１所示Ｂ７１９００Ｃ／Ｐ４主轴轴承参数为例，通　过对超高速时轴承内的动力学状态进行仿真分析和动　刚度的计算，分析有关主要影响因素对轴承动刚度的　影响情况。　表中：Ｄ　为轴承中径；　为球滚动体直径；　为滚　动体数量；　为接触角ｉ　为内圈滚道曲率半径系数ｉ　为外圈滚道曲率半径系数；Ｅ　为球材料弹性模量；Ｐ　为球材料质量密度；　为球材料泊松比；　为轴承轴向　载荷。　在超高速电主轴中，主轴轴承的外载荷较小，径向　力　、　通常可以合成为一个方向上的径向力　，由于　轴承结构和支承性能的对称性，为讨论方便，将轴承对　收稿日期：２０１３年３月　机械制造５１卷第５９１）期　转子支承的径向刚度用　表示，轴向刚度用　。表示，　角向载荷和角向刚度分别用尬、Ｋ。表示。　１．１　轴向预载荷　的影响　在超高速电主轴中，一般通过弹簧加载系统对主　轴轴承施加一定大小的轴向预载荷　，即轴承的预载　荷为弹性的定压预载荷。图１所示为超高速时轴向预　载荷对主轴轴承动刚度的影响情况，可以看出，在超高　速时，增加轴向预载荷　的值，有利于增加主轴轴承　的动刚度，特别是径向动刚度增加较大。然而，随着轴　承预载荷的增加，轴承的寿命Ｌ　却大幅度降低（图２　所示），因此，对于速度接近于极限转速的超高速电主　轴轴承，采用增加预载荷来提高轴承动刚度的方法．实　际上增加的幅度和可调节的有效范围相当有限。　１．２　径向外载荷　的影响　径向外载荷数值增加不大时．在超高速情况下Ｘ－Ｊ＂　主轴轴承动刚度的影响并不大．但当径向力增加到一　定数值时，会使轴承内部的一个或部分球滚动体承受　较大的载荷，而另外一个或部分球滚动体与内圈滚道　之间的接触载荷很小甚至为零，从而脱离内圈滚道．导　致轴承的动刚度特别是径向支承刚度突然减小。此时，　由于轴承内部球滚动体的超高速运动，使球滚动体承　受的载荷在从小到大突然变化的过程中，球与套圈滚　道之间发生剧烈滑动，产生轴承突然“卡死”而失效的　现象。　１．３　设计接触角　的影响　超高速时，随着设计接触角　的增加，轴承的径向　动刚度大幅度减小，轴向和角向动刚度却有所增加，并　且转速越高，轴向和角向动刚度增加的幅度越大。但　是。当轴承设计接触角　较小时，轴承的轴向承载能　力相应也较小，而接触角增大时。轴承所能够达到的极　２０１３／１

impactTest机床主轴动刚度测试

impactTest机床主轴动刚度测试

LMS impactTesting在机床主轴上的应用

发表时间：2011/11/25 万力游 来源：LMS2011论文集 关键字：动刚性 impact Testing 边界模态 抗振性 动刚性是指主轴抵抗外界动态力的能力，单位N/mm。机床主轴动刚性分析是检验机床主轴动态性能好坏的一项重要指标，是机床的抗振和抗外力干扰能力的体现，特别是在高速精加工机床主轴上，这项指标尤为重要。LMS为此提供了强大的分析功能。 数控铣床主轴是铣床的核心部件，它直接承载着刀盘的切削力，传递电机的扭矩。因此，

其上的轴承预紧、安装配合状态以及支持方式都直接影响着主轴的刚性和机床的加工能力。

我们通过动刚性测试和分析可以获取“主轴-轴承系统”的低阶固有频率以及各阶固有频率下

对应的动刚度数值。通过“移频降幅”的措施，提高主轴的抗振性，改善产品的加工质量，避

免切削振纹的产生。

1 试验准备

本次试验采用LMS公司的Impact Testing测试分析软件，结构模态用ICP三向加速度计

（PCB），模态力锤（软橡胶头），抗干扰屏蔽电缆线。

2 试验方法

用橡胶垫和弹性绳来模拟主轴的自由边界条件，橡胶垫和弹性绳的自然频率应为“主轴-轴承

系统”固有频率的1/5。由于在铣削加工过程中，主轴前端是承受断续切削冲击的主要部位，

也是我检测主轴动态性能关键部位。将加速计用磁铁或蜂蜡粘于主轴前端，用模态力锤在加

速计附近敲击主轴前端，为保证测试的准确性，每次锤击的方向和力度要基本一致，数据取

10次平均，测试带宽取800HZ，分辨率1HZ。结合Impact Testing测试软件所得的频响函数，

相干性（coherence），动刚度(dynamic Stiffness)曲线分析“主轴-轴承系统”的动刚性。

3 试验内容

(1)让主轴部件放在垫有橡胶垫的地面上，其他个方向处于自由状态。如图1所示。

图1 测试示意图

LMS impact Testing动刚性测试结果如图2、图3所示。

角接触球轴承预紧力是怎样计算的

角接触球轴承预紧力是怎样计算的

角接触球轴承预紧力是怎样计算的

机床上用于金属切削的主轴是机床的关键部件,其运转的正常是衡量机床可靠性的重要因素。主轴组件的各项精度是用来保证被加工工

件质量的重要方面, 而主轴轴承是用来支承主轴组件、保证主轴的刚度、承载力及旋转精度的重要零件。众悦主轴轴承在运转过程中因为

一些因素产生磨损造成精度降低、滚道面损伤、发热量大、噪音增大

等状况,使轴承不能继续使用,这时需要拆卸主轴, 更换轴承备件。如果轴承使用不当就会造成主轴维修次数增加,造成停工时间 ,影响生

产率。所以要正确选用轴承来延长轴承的使用寿命。 主轴轴承装配时需要对轴承进行预紧,合适的预紧量可以获得合

适的预紧力, 能提高 轴承的寿命和精度。预紧使滚道和滚动体之间

在没有外载荷的情况下对轴承先施加载荷,当有外载荷存在, 使轴承的载荷叠加,从而提高轴承的刚度。但是过度预紧是轴承滚动体和滚

道的接触应力增大,摩擦力增大,使轴承温升提高寿命降低。所以要根据载荷和转速, 综合考虑预紧力。

角接触球轴承的预紧方式分为定压预紧和定位预紧两种。使用最

普遍的定位预紧方式,使用定位预紧时轴承的相对位置不会发生变化,即由于负荷而引起的轴的位移较小。角接触球轴承的预紧量和预紧力

都是由轴承公司组配,按照预紧力的大小分为轻(L),中(M),重(H)三个等级。一般的主轴轴承使用轻预紧和中预紧方式。预紧力大小根据切

削时的承受的最大轴向力大小选用。为保证主轴的抗振性能, 选择的

预紧力大小要不小于所承受负轴向负荷的20%～25%, 还要考虑滚动疲劳寿命、轴承的刚度等。预紧力和预紧量是根据以上综合考虑出的,

必要时通过预加载荷试验并测定, 因为主轴装配在运转过程中预紧力会发生变化, 所以预紧力是“测 ”出的而不是算出的。

数控车床主轴设计

数控车床主轴设计

数控车床主轴系统分析报告

学院：机械工程学院

班级：09创新 一 班

姓名：

学号：*******xxx

MJ-50数控车床主轴结构

下图为MJ-50数控车床主轴结构。交流主轴电动机通过带轮15把运动传给主轴7 。主轴前支承由一个双列圆柱滚子轴承1 1和一对角接触球轴承1 0组成，轴承11用来承受径向载荷，两个角接触球轴承分别承受两个方向的轴向载荷，另外还承受径向载荷。松开螺母8的锁紧螺钉，就可用螺母来调整前支承轴承的间隙。主轴的后支承为双列圆柱滚子轴承14，轴承间隙由螺母1和螺母6来调整。主轴的支承形式为前端定位，主轴受热膨胀向后伸长，前后支承所用双列圆柱滚子轴承的支承刚性好，允许的极限转速高。前支承中的角接触轴承能承受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。主轴所采用的支承结构适宜高速大载荷的需要。主轴的运动经过同步带轮16、同步带轮3以及同步带2带动脉冲编码器4，使其与主轴同速运转。脉冲编码器用螺钉5固定在主轴箱体9上。

1、主传动系统的传动方式：

机床主传动系统可分为无极变速传动和有级变速变速传动。与普通机床相比，数控车床的主传动采用交、直流主轴调速电动机，电动机调速范围大，并可无级调速，使主轴箱结构大为简化。为了适应不同的加工需要，数控车床的主传动系统有一下三种传动方式：

1.1由电机直接驱动：主轴电机与主轴通过联轴器直接连接，或采用内装式主轴电动机直接驱动，如下图a所示。采用直接驱动大大简化了主轴箱结构，能有效提高主轴刚度。这种传动的特点是主轴转速的变化、出去转矩与电机的特性完全一致。但由于主轴的输出功率和转矩特性直接决定于主轴电动机的性能，因而使这种变速传动的应用受到了一定的限制。

1.2采用定比传动：主轴电动机经定比传动传递给主轴，如下图b所示。定比传动可采用带传动或齿轮传动，带传动具有传动噪声小、振动小的有点，一般应用在中小型数控车床上。采用定比传动扩大了直接驱动的应用范围，即在一定程度上能满足主轴功率与转矩的要求，但其变速范围仍与电动机的调速范围相同。 1.3采用分档变速传动：采用分档变速传动主要是为了解决主轴电动机的功率特性与机床主轴功率特性的匹配，如下图c所示。变速机构仍然采用齿轮副来实现。目前，电动机本身的调速范围已达1:100~1:1000，所以多数机床的变速传动机构不超过2级。采用分档变速传动可适应更多的刀具材料和更广泛的工艺要求，并满足各种切削运动的转矩输出，特别是保证低速时的转矩和扩大恒功率的调速范围。