毕业设计（论文） 汽车后桥壳镗孔车端面专用机床设计-花键轴的三维实体设计
3.6.3、主轴组件的组成和轴承选型
1、主轴组件
包括主轴、轴承、传动件和相应的紧固件。主轴组件的构造，主要是支撑部分的构造。主轴端部是标准的；传动件如齿轮、带轮等与一般机械零件相同。因此，研究主轴组件，主要是研究主轴的支撑部分。
2、主轴的传动件
可以位于前后支撑之间，也可位于后支撑之后的主轴后悬伸端。目前传动件位于后悬伸端的越来越多。这样做，可以实现分离传动和模块化设计。主轴组件（称为主轴单元）和 变速箱还可以作成独立的功能部件，又有专门的工厂集中生产，作为商品出售。变速箱和主轴可用齿轮副或带传动联结。
主轴支撑分径向和轴向。角接触球轴承兼起径向和推力支撑的作用。推力支撑应位于前支撑内，原因是数控机床的坐标原点，设定在主轴前端。为了减少热膨胀造成的坐标原点的位移，应尽量缩短坐标原点支推力支撑之间的距离。
3、主轴组件的动态特性
平移，主轴作为一个刚体（实际上略有弯曲），在弹性支撑上作平移振动，主轴各点的振动方向一致。2摇摆，主轴在弹性支座上摇摆，左右振动方向相反。3弯曲，主轴本身作弯曲振动，主轴中间与两端的振动方向相反，有两个节点。这两个节点位于支撑点附近。每个振型都有其固有频率。每个振型固有频率排列的次序，称为阶。上述三个振型的固有频率，以平移振型为最低，弯曲振型为最高，三个振型分别为第一、二、三振型，振型和固有频率合成为模态。可以看出，第一、二阶模态的弹性环节主要
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是轴承；第三阶则主要是轴承。当轴的刚度提高时，第一、二阶模态的固有频率也随之提高，但第三阶模态提高不多。主轴是一个连续体，又无穷个模态。例如还有主轴的扭矩振动、纵向振动等。但是，这些模态的固有频率较高，工作是不可能发生共振，所以，只需研究最低几阶模态，可用有限元法或传递矩阵法，借助计算机计算。
通常，主轴组件的固有频率很高，但是，高速主轴，特别是带内装式电动机高速主轴，电动机转子是一个集中质量，将使固有频率下降，有可能发生共振。改善动态特性，可采取下列措施。（1）使主轴组件的固有频率避开激振力频率。通常使固有频率高于激振频率的30%以上。如果发生共振的那阶模态属于主轴在弹性基础上（轴承）的刚体振动的第一阶（平移）和第二阶（摇摆）模态，则应提高轴承的刚度。如果属于主轴的弯曲振动，则应提高主轴的刚度，如加粗直径。（2）增大比尼。如前所述，降低模态，常是主轴的刚度振动。这时主轴轴承，特别是前轴承的阻尼对主轴组件的抗震性影响很大。如果要求得到很大。如果要求得到很光的加工表面，滚动轴承适当预紧可以增大阻尼，但过大的预紧反而使阻尼减小，故选择预紧时还因考虑阻尼因素。（3）采用消振装置
4、主轴轴承
选用角接触球轴承。这种轴承即可承受径向载荷，又可承受轴向载荷。这种球轴承为点接触，刚度较低。为了提高刚度和承载能力，常采用多联组配的办法。有三种基本组配方式，分别为背对背，面对面和同向组配，背靠背和面对面都能受双向轴向载荷；同向组配只能承受单向轴向载荷。背对背与面对面相比，支撑点（接触线的交点）间距离前者比后者大，因而能产生一个较大的抗弯力矩，即支撑刚度较大。运转时，轴承的外圈的散热条件比内圈好，因此，内圈的温度将高于外圈，径向膨胀的结果将使轴承的过盈加大。轴向膨胀对背靠背组配将使过盈减少，于是，可以补
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偿一部分径向膨胀；而对于面对面组配，将使过盈进一步加大，本车床是微型数控车床载荷不是很大，因此采用一个角接触球轴承即可。基于上述分析，本车床主轴前端轴颈部轴承选用1个角接触球轴承型号为7009C，后轴颈轴承采用1个角接触球轴承型号为7006C。
5、角接触球轴承的间隙调整和预紧
主轴轴承的内部间隙，必须能够调整，多数轴承还应在过盈状态下工作，使滚动体和导轨之间有一定的预变形，这就是轴承的预紧。 轴承预紧后，内部无间隙，滚动体从各个方向支撑主轴，有利于提高运动精度。滚动体的直径不可能绝对相等，滚道也不可能绝对正圆，因而预紧前只有部分滚导体与滚道接触。预紧后，滚导体和滚道都有一定的变形，参加工作的滚动体将增多，各滚动体的受力将更加均匀。这些都有利提高轴承的精度、刚度和寿命。如主轴产生振动，则由于各个方面都有滚动体支撑，可以提高抗震性。但是，预紧后发热较多，温升较高；且较大的预紧将使寿命下降，故预紧要适量。
角接触球轴承在轴向力的作用下，使内外圈产生轴向错位实现预紧，衡量预紧力大小的是轴向预紧力，简称预紧力F，单位为N。多联角接触球轴承是根据预紧力组配的。轴承厂规定了轻预紧、中预紧和重预紧三级预紧。定货时可指定预紧级别。轴承厂在内圈（背靠背组配）或外圈（面对面组配）的端面根据预紧力磨取?。装配时挤紧，便可得到预定的预紧。 6、承载能力和寿命
主轴轴承通常载荷相对较轻。除了这些特殊重载主轴外轴承的承载能力是没有问题的。主轴轴承的寿命，主要不是取决于疲劳点蚀，而是由于磨损而降低精度。通常，如轴承精度为P4级，经使用磨损后跳动精度降为P5级，这个轴承就认为应该更换了。虽然还未达到其疲劳寿命，但
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这种“精度寿命”目前还难以估计。
7、主轴轴承的润滑和密封
滚动轴承在接触区的压强很高，在这么高的压强下，接触区产生变形，是一块小面积的接触而不是一条线或一个点的接触：润滑剂在高压下被压缩，粘度升高了。因此，才能在滚动体与滚道的接触区，形成一个厚度的油膜，把两者隔开，滚道体与滚道的接触面积很小，所以，滚动轴承所需的润滑剂很少的。当然，也可用脂润滑，还有用油气润滑的。滚动轴承能用脂润滑是它的突出优点之一。脂润滑不需要供油管路和系统，没有漏油问题。如果脂的选择合适、清洁、密封良好，不是灰尘、油、切削液等进入，寿命是很长的。一次冲填可用到大修，不许补充，也不要加脂孔。脂润滑可选用锂基脂，如SKFLGLT2号（常用于球轴承）。 主轴的密封有接触式和非接触式两种。
(a)(b)(c)
图2-10非接触式密封
几种非接触密封的形式如图2-10所示。图2-10a)是利用轴承盖与轴的间隙密封，在轴承盖的孔内开槽是为了提高密封效果；这种密封用于工作环境比较清洁的油脂润滑处。图2-10b)是在螺母的外圆上开锯齿形环槽，当油向外流时，靠主轴转动的离心力把油沿斜面甩到端盖的空腔内，
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油液再流回箱内。图2-10c)是迷宫式密封的结构，在切屑多、灰尘大的工作环境下可获得可靠的密封效果；这种结构适用于油脂或油液润滑的密封。接触式密封主要有油毡圈和耐油橡胶密封圈密封两种。
主轴尺寸图
3.6.4、传动轴的设计计算
1、初选传动轴直径：
传动轴直径越粗，刚度越高，但同时与之相配的轴承等零件的尺寸也越大。根据齿轮内径及相配合轴承的内径大小，初选传动轴前轴颈
D1=10mm，后轴直径D2=15mm。
2、传动轴悬伸量的确定：
传动轴轴悬伸量是指传动轴前支撑径向支反力的作用点到传动轴前端面之间的距离，它对传动轴组件刚度影响较大，根据分析和试验，缩短悬伸量可以显著提高主轴组件的刚度和抗振性。因此在满足结构要求的条件下，尽量缩短悬伸量a。初选传动轴悬伸量a=28.5mm。
3、传动轴跨距及总长的确定：
合理布置各个零件的配合，确定传动轴的跨距为242mm，主轴总长
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