专题2-精密机械轴系.

专题2精密机械轴系精密机械轴系在许多精密机械中，例如光学分度头、经纬仪、测角仪、圆度仪、圆刻线机等精密机械仪器设备中，对其主轴旋转精度额要求越来越高，已经达到±0.1~±0.5μm，甚至±0.1μm一下，这类精密设备中所采用的主轴常称为精密轴系。1.1精密轴系的基本要求对精密轴系主要有以下5个方面的基本要求：（1）旋转精度（2）刚度（3）转动灵活性（4）寿命（精度保持性）（5）结构工艺性好1精密机械轴系的基本要求和类型轴系的旋转误差径向跳动轴向串动角度摆动理论轴线精密机械轴系1.1精密轴系的基本要求（1）旋转精度1精密机械轴系的基本要求和类型旋转精度是指主轴在回转时，实际的回转轴线与理想回转轴线的偏差。旋转转精度是衡量精密轴系性能最主要的指标，包含径向跳动、轴向跳动和倾角回转误差。不同类型的机械系统，对轴系旋转精度要求是不同的。径向跳动轴向串动理论轴线精密机械轴系1.1精密轴系的基本要求（1）旋转精度1精密机械轴系的基本要求和类型径向跳动、轴向串动如何测量？测量方法：打表检测百分表、千分表、扭簧比较仪轴类零件可以用V形块、千分表测跳动精密机械轴系1.1精密轴系的基本要求（1）旋转精度1精密机械轴系的基本要求和类型径向跳动理论轴线电感测微仪径向跳动理论轴线精密机械轴系1.1精密轴系的基本要求（1）旋转精度1精密机械轴系的基本要求和类型角度摆动精密机械轴系1.1精密轴系的基本要求（1）旋转精度1精密机械轴系的基本要求和类型GJB1801-93平行光管精密机械轴系1.1精密轴系的基本要求（2）刚度1精密机械轴系的基本要求和类型刚度指主轴在外加载荷的作用下抵抗变形的能力。主轴刚度的测量方法是：在规定的测量点处施加一定的外载荷，并测出主轴相应的变形量的大小，常用N/μm表示刚度。刚度越大，则表明主轴抵抗变形的能力越强；刚度不足，则主轴在外加载荷作用下将产生较大的变形，从而降低整个机械系统的精度。刚度对于水平轴的中、大型仪器尤为重要。保证主轴轴系具有足够的刚度是设计者必须认真考虑的问题。μmN//FK弯曲刚度精密机械轴系1.1精密轴系的基本要求（2）刚度1精密机械轴系的基本要求和类型影响执行轴弯曲刚度的因素轴的尺寸、形状、材料(轴本身刚度)轴承型号、数量、预紧、配置形式、前后支承的距离（支承刚度）执行轴前端悬伸量（设计时要注意）传动件的布置方式（外力）执行轴组件的制造和装配质量轴本身轴承支承刚度悬伸量外载荷精密机械轴系1.1精密轴系的基本要求（2）刚度1精密机械轴系的基本要求和类型主轴的抗振性（动刚度）主轴组件的抗振性是指机床抵抗振动(包括受迫振动和自激振动)的能力。振动会造成工件表面质量和刀具耐用度降低，机床的生产率下降，加剧机床零件的损坏，恶化工作环境等不良后果。抗振性主要取决于主轴组件的刚度、阻尼和固有频率轴承类型及配置主轴传动方式主轴组件质量分布状况齿轮和轴承等主要零件的制造精度和装配质量动平衡夹具轴承预紧精密机械轴系1.1精密轴系的基本要求（3）转动灵活性1精密机械轴系的基本要求和类型主轴应转动灵活、平稳，没有阻滞现象。因此在设计轴系时必须使轴系的摩擦力矩为最小，并选择合适的润滑剂。（4）寿命（精度保持性）指主轴保持原始设计精度的时间。由于精密轴系的旋转精度很高，即使较小的磨损、轻微的振动以及由于温度变化而造成的微小热变形等，都会影响轴系的正常工作，甚至造成机械系统的损坏，所以设计者在设计时应该采取相应的措施，使轴系能在较长时间内保持原始的设计精度，即寿命尽量长。精密机械轴系1.1精密轴系的基本要求（5）结构工艺性好1精密机械轴系的基本要求和类型由于精密轴系的精度要求较高，所以在设计时应尽可能在结构、材料、加工、装配和调整等方面，采取各种措施，以保证轴系的精度，同时应使成本最低。精密机械轴系1.2精密轴系的类型1精密机械轴系的基本要求和类型组成精密轴系的主要零、部件是：主轴、高精度的滑动轴承和滚动轴承等精密轴承，为此按主轴与精密轴承之间的摩擦性质来分，精密轴系可分为以下几种类型：（1）滑动摩擦如圆柱形轴系、圆锥形轴系、锥柱混合轴系。（2）滚动摩擦如滚珠轴承轴系、密集滚珠轴系、锥柱滚珠轴系。（3）流体摩擦如气体静压、气体动压轴系，液体静压、液体动压轴系。（4）混合型精密机械轴系2.1高精度滚动轴承轴系2水平精密机械轴系精密滚动轴承轴系的主要优点：结构简单轴承摩擦力比滑动轴承小，转动灵活可在无间隙或预紧条件下工作，有利于提高旋转精度和刚度润滑比较容易缺点是：轴系径向尺寸较大精度受到滚动轴承精度的限制精密机械轴系2.1高精度滚动轴承轴系2水平精密机械轴系精密滚动轴承轴系在设计时应注意以下问题：（1）滚动轴承类型的选择和布置（2）滚动轴承的精度选择（3）前后轴承精度的合理配置（4）轴承径向跳动方向的选择（5）提高装配质量（轴承选配）精密机械轴系2.1高精度滚动轴承轴系2精密机械轴承轴系光学分度头用于精密加工和角度计量，其分度精度可达±1″。分度精度和轴系的旋转精度不是一个概念！精密机械轴系2.2高精度密珠轴承轴系密珠轴承密珠轴承2个径向密珠轴承2个轴向密珠轴承2精密机械轴承轴系精密机械轴系2.2高精度密珠轴承轴系密珠轴承普通轴承2精密机械轴承轴系组成：①轴承座圈（内、外圈）②滚珠③保持架精密机械轴系密珠轴承，有两种形式，即向心密珠轴承和推力密珠轴承。结构特点:向心密珠轴承内外圈为简单的圆柱形状推力密珠轴承两个座圈是两个圆形平面滚道不重合滚动体数量较普通轴承多2.2高精度密珠轴承轴系2精密机械轴承轴系精密机械轴系密珠轴承与一般滚动轴承相比，其主要特点如下：（1）依据平均效应原理，轴承内各元件的局部误差对轴系精度的影响比较小；（2）主轴的旋转精度和刚度较高，其主要原因是设计时需要在轴承内外圈之间留5~12μm的过盈量，这相当于预紧作用，故可达到无间隙配合。密珠轴承设计中的主要问题是：在严格控制轴套、滚珠及主轴的几何形状误差和滚珠间尺寸差的基础上，合理安排每个滚珠的位置，并根据轴系工作条件适当选择滚珠的密集程度和过盈量的大小。2.2高精度密珠轴承轴系2精密机械轴承轴系精密机械轴系2.2高精度密珠轴承轴系2精密机械轴承轴系滚道不重合精密机械轴系2.2高精度密珠轴承轴系2精密机械轴承轴系滚道不重合精密机械轴系2.1高精度滚动轴承轴系2精密机械轴承轴系精密机械轴系精密机械轴系精密机械轴系精密机械轴系