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1） 軸的用途及其分類

軸是組成機(jī)器的主要零件之一。一切作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件（例如齒輪、蝸輪等），都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及其動(dòng)力的傳遞。因此軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。

按照承受載荷的不同，軸可以分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)軸三類。工作中既承受彎矩又承受扭矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸。這類軸在各種機(jī)器中最為常見。只承受彎矩不承受扭矩的軸稱為心軸。心軸又分為轉(zhuǎn)動(dòng)心軸和固定心軸兩種。只承受扭矩而不承受彎矩（或彎矩很?。┑妮S稱為傳動(dòng)軸。

軸還可按照軸線形狀的不同，分為曲軸和直軸兩大類。曲軸通過連桿可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改變?yōu)橥鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)或作向反的運(yùn)動(dòng)變換。直軸根據(jù)外型的不同，可分為光軸和階梯軸兩種。光軸形狀簡(jiǎn)單，加工容易，應(yīng)力集中源少，但軸上的零件不易裝配及其定位；階梯軸正好與光軸相反。因此光軸主要用于心軸和傳動(dòng)軸，階梯軸常用于轉(zhuǎn)軸。

二.軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

A. 主軸部件應(yīng)滿足的基本要求

（1） 旋轉(zhuǎn)精度 主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無載荷、低速轉(zhuǎn)動(dòng)條件下，在安裝工件或刀具的主軸部位的徑向和端面圓跳動(dòng)。

旋轉(zhuǎn)精度取決于主軸、軸承、箱體孔等的制造、裝配和調(diào)整精度。如主軸支承軸頸的圓度，軸承滾道及滾子的圓度，主軸及隨其回轉(zhuǎn)零件的動(dòng)平衡等因素，均可造成徑向圓跳動(dòng)；軸承支承端面，主軸軸肩及相關(guān)零件端面對(duì)主軸回轉(zhuǎn)中心線的垂直度誤差，止推軸承的滾道及滾動(dòng)體誤差等將造成主軸端面圓跳動(dòng)；主軸主要頂心面（如車床主軸端的定心短錐孔和前端內(nèi)錐孔）徑向圓跳動(dòng)和端面圓跳動(dòng)。

對(duì)于通用機(jī)床和數(shù)控機(jī)床的旋轉(zhuǎn)精度，國(guó)家已經(jīng)有統(tǒng)一的規(guī)定，詳見各類機(jī)床的精度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

（2） 剛度 主軸部件的剛度是指其在外加載荷的作用下抵抗變形的能力，通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移的彈性變形時(shí)，在位移方向上所施加的作用力來定義。

主軸部件的剛度是綜合剛度，它是主軸、軸承等剛度的綜合反映。因此，主軸的尺寸和形狀、軸承的類型和數(shù)量、預(yù)緊和配置形式、傳動(dòng)件的布置方式、主軸部件的制造和裝配質(zhì)量等都影響主軸部件的剛度。

主軸靜剛度不足對(duì)加工精度和機(jī)床性能有直接的影響，并會(huì)影響主軸部件中的齒輪、軸承的正常工作，降低工作性能和壽命，影響機(jī)床抗振性，容易引起切削顫振，降低加工質(zhì)量。目前，對(duì)主軸部件尚無統(tǒng)一的剛度標(biāo)準(zhǔn)。

（3） 抗振性 主軸部件的抗振性是指抗振受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)的能力。在切削過程中，主軸部件不僅受靜態(tài)力的作用，同時(shí)也受沖擊力和交變力的大小的干擾，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)。沖擊力和交變力是由材料硬度不均勻、加工余量的變化、主軸部件不平衡、軸承或齒輪存在缺陷以及切削過程中的顫振等引起的。主軸部件的振動(dòng)會(huì)直接影響工件的表面加工質(zhì)量，刀具的使用壽命，產(chǎn)生噪聲。

（4） 升溫和熱變形 主軸部件運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，因各相對(duì)運(yùn)動(dòng)處的摩擦生熱，切削區(qū)的切削熱等使主軸部件的溫度升高，形狀尺寸和位置發(fā)生變化，造成主軸部件的所謂熱變形。主軸的熱變形可引起軸承間隙的變化，潤(rùn)滑油溫度升高后會(huì)使黏度降低，這些變化都會(huì)影響主軸部件的工作性能，降低加工精度。因此，各種類型的機(jī)床對(duì)溫度的升高都有一定的限制。如高精度機(jī)床，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下的允許溫升為8-10℃，精密機(jī)床15-20℃，普通機(jī)床30-40℃。

（5） 精度保持性 主軸部件的精度保持性是指長(zhǎng)期的保持其原始的制造精度的能力。主軸部件喪失其原始精度的主要原因是磨損。如主軸軸承、主軸軸頸表面、裝夾工件或刀具的定位表面的磨損。磨損的速度與摩擦的種類有關(guān)，與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、表面光潔度、材料的熱處理方式、潤(rùn)滑、防護(hù)及使用條件等許多因素有關(guān)。所以要長(zhǎng)期保持主軸部件的精度，必須提高其耐磨性。

B.主軸部件的傳動(dòng)方式

主軸部件的傳動(dòng)方式主要有齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)等。主軸傳動(dòng)方式的選擇，主要取決于主軸的轉(zhuǎn)速、所傳遞的轉(zhuǎn)矩、對(duì)運(yùn)動(dòng)平衡性的要求以及結(jié)構(gòu)緊湊、裝卸維修方便等要求。

（1） 齒輪傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，能適應(yīng)變特速、變載荷工作，應(yīng)用最廣泛。它的缺點(diǎn)是線速度不能過高，通常小于12-15m/s，不如帶傳動(dòng)平穩(wěn)。

（2） 帶傳動(dòng) 由于各種新的材料以及新型帶傳動(dòng)的出現(xiàn)，帶傳動(dòng)日益廣泛。常用的有平帶、v帶、多楔帶和同步齒形帶等。帶傳動(dòng)的特點(diǎn)是靠摩擦力的傳動(dòng)（除同步齒形帶外）、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、成本低，特別適用于中心距較大的兩軸間傳動(dòng)。帶有彈性，可吸振，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，適宜高速傳動(dòng)。帶傳動(dòng)在過載中會(huì)打滑，能起到過載保護(hù)作用。缺點(diǎn)是有滑動(dòng)，不能用在速比要求準(zhǔn)確的場(chǎng)合。

（3） 電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式 如果主軸轉(zhuǎn)速不算太高，采用普通異步電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)主軸，如平面磨床的砂輪主軸。如果轉(zhuǎn)速很高，可將主軸與電動(dòng)機(jī)制成一體的，成為主軸單元，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸就是主軸，電動(dòng)機(jī)座就是機(jī)床主軸單元的殼體。主軸單元大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，降低了噪聲和振動(dòng)；有較寬的調(diào)速范圍；有較大的驅(qū)動(dòng)功率和轉(zhuǎn)矩；便于組織專業(yè)化生產(chǎn)。因此廣泛地用于精密機(jī)床、高速加工中心和數(shù)控車床中。

C.主軸部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）主軸部件的支承數(shù)目

多數(shù)機(jī)床的主軸采用前、后兩個(gè)支承。典型的兩支承方式，這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造裝配方便，容易保證精度。為提高主軸部件的剛度，前后支承應(yīng)消除間隙或預(yù)緊。

在三支承主軸部件中，采用前、中支承為主要支承的較多。

（2）推力軸承位置配置形式

推力軸承在主軸前后支承的配置形式，影響主軸軸向剛度和主軸熱變形的方向和大小。為使主軸具有足夠的軸向剛度和軸向位置精度，并盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，應(yīng)適當(dāng)?shù)呐渲猛屏S承的位置。

（3）主軸傳動(dòng)件位置的合理配合

傳動(dòng)件在主軸上軸向位置的合理布置 合理布置傳動(dòng)件在主軸的軸向位置，可以改善主軸的受力情況，提高主軸的抗振性。合理布置的原則是傳動(dòng)力q引起的主軸彎曲變形要??；引起主軸前軸端在影響加工精度敏感方向上的位移要小。因此主軸上的傳動(dòng)件軸向布置時(shí)，應(yīng)盡量靠近前支承，有多個(gè)傳動(dòng)件時(shí)，其中最的大傳動(dòng)件應(yīng)靠近前支承。

驅(qū)動(dòng)主軸的傳動(dòng)軸位置的合理布置 主軸受到驅(qū)動(dòng)力q相對(duì)于切削力p的方向，取決于驅(qū)動(dòng)主軸的傳動(dòng)軸的位置。應(yīng)盡可能將該驅(qū)動(dòng)軸布置在合適的位置，使驅(qū)動(dòng)力引起的主軸變形可抵消一部分因切削力引起的主軸軸端精度敏感方向上的位移。