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机电装备设计9
由NordriDesign提供

4 热特性与热变形 (heat characteristic and deformation)
1）温升和热变形
轴系组件热产生的原因：运动件用
于超高速、超高低温、放射性、防污染等场合。
应用：惯性导航陀螺仪、真空吸尘器的小型高速风机(18000 r／
min)、纺织机心轴(转速大于100000r／min)、波音747座舱内三
轮型空调制冷涡轮机(40000 r／min)、太阳能水冷凝器、飞机燃
气涡轮(35000 r／min)等机器中。
空气动压轴承不需气源、密封和冷却系统，耗能低，效率
达99％，结构简单，工作可靠，寿命长，适用于超高速轻载的
小型机械。
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特点：当轴颈受到脉冲载荷时，所产生的多余能量转换成薄片组的变形能，使气膜仍保持必要的厚度。薄片还吸收高速转轴的涡动能量，阻碍自激振动的形成。
空气动压轴承的形式
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4 动静压轴承
动静压轴承综合了动压轴承和静压轴承的优点，工作性能良好。
静压启动动压工作
也可混合工作
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5 磁浮轴承
磁浮轴承是利用磁力将轴无机械摩擦、无润滑地悬浮在空间的一种新型轴承。目前用于空间工业、机床工业、轻工业、重工业方面。
工作原理：
定子装有电磁体，使转子悬浮在磁场中。转子转动时，由位移传感器4随时检测转子的偏心，并通过反馈与基准信号(转子的理想位置)进行对比。调节器根据偏差信号进行调节，并把调节信号送到功率放大器，以改变定子电磁铁的电流，从而改变对转子的磁吸力，使转子向理想位置复位。径向磁力轴承的转轴一般要配备辅助轴承。
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◇ 无需润滑，无需密封介质；
◇ 无摩擦及摩擦力矩；运动无噪声，温升低；
◇ 保持转速消耗功率少；
◇ 圆周速度可达200m/s，；
◇ 用于真空、无菌、腐蚀剂放射性环境中。
特点：
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主轴组件的布局
主轴有前、后两支承和前、中、后三支承两种。其原则为:
1）适应刚度和承载能力的要求
2）适应转速要求
3）适应精度的要求
4）适应结构的要求
5）适应经济性要求
主轴轴承的配置，包括主轴轴承的选型、组合以及布置，
主要根据对所设计主轴组件在转速、承载能力、刚度以及精度
等方面的要求。
常见的有以下几种典形的配置形式：速度型、刚度型和刚
度速度型 。
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1）速度型
主轴前后轴承都采用具有良好高速性能的角接触
球轴承(双联或三联)。
○ 当轴向切削分力较大时，可选用接触角为25°的
球轴承；
○ 当轴向切削分力较小时，可选用接触角为15°的
球轴承。
○ 角接触球轴承的承载能力较小，因而适用于高速
轻载精密机床，如高速镗削单元、高速CNC车床。
1 典型主轴轴承配置形式
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2）刚度型
前支承采用双列短圆柱滚子轴承承受径向载荷和60°
角接触双列调心推力球轴承承受轴向载荷。后支承采用双列
短圆柱滚子轴承。这种轴承配置的主轴部件，适用于中等转
速和切削负载较大，要求刚度高的机床。
前支承
后支承
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3）速度刚度型
前支承采用三联角接触球轴承，后轴承采用双列短
圆柱滚子轴承。
卧式车床主轴
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4）三支承主轴
主轴箱长度较大，主轴支承跨距超过两支承合理跨距很
多，增加中间支承有利于提高刚度和抗振性。为保证主轴组
件的刚度和旋转精度，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(中间支承或后支承)起辅助作用，
即处于所渭“浮动”状态。辅助支承常采用刚度和承载能力较
小的轴承，并选用其外圈与支承座孔配合比主要支承松1～2
级。
统计结果表明，80％左右的机床采用前、中支承为主要
支承。
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轴系组件的初步计算
1 各传动轴的估算和验算
机床各传动轴在工作时必须保证具有足够的弯曲
刚度和扭转刚度。
2 主轴直径选择
在设计之初，由于确定的只是一个设计方案，尚未确定
具体构造，因此，只能根据统计资料（见表3-36），初步选择主轴的直径。
3 主轴合理跨距的选择
主轴的跨距(前、后轴承之间的距离)对于主轴组件的性能
有相当大的影响。合理选择跨距，是主轴组件设计中的一
个相当重要的问题。
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显然存在着一个最佳的L/a值。这时，柔度
y/Fc最小，也就是主轴组件的综合刚度最大。如果a
为已定，则存在着一个最佳跨距L0。通常，L／a=
2～。从线图上也可以看到，在L／a的最佳值附
近，柔度变化