机械制造装备设计第二章习题答
案（关慧贞）
第三章典型部件设计
1.主轴部件应满足那些基本要求？
答：主轴部件应满足的基本要求有旋转精度、刚度、抗振性、温升热变形和精度保持性等。主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向上所施加的作用力来定义，主轴部件的刚度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度的综合反映。主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。主轴部件的振动会直接影响工件的表面加工质量，刀具的使用寿命，产生噪声。主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造精度的能力，必须提高其耐磨性。
2.主轴轴向定位方式有那几种？各有什麽特点？适用场合
答：（1）前端配置两个方向的推力轴承都分布在前支撑处；特点：在前支撑处
轴承较多，发热大，升温高；但主轴承受热后向后伸，不影响轴向精度；适用场合：用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床。
（2）后端配置两个方向的推力轴承都布置在后支撑处；特点：发热小、温度低，主轴受热后向前伸长，影响轴向精度；适用范围：用于普通精度机床、立铣、多刀车床。（3）两端配置两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支撑处；特点：这类配置方案当主轴受热伸长后，影响轴承的轴向间隙，为避免松动，可用弹簧消除间隙和补偿热膨胀；适用范围：用于短主轴，如组合机床。
（4）中间配置两个方向的推力轴承配置在前支撑后侧；特点：此方案可减少主轴的悬伸量，使主轴热膨胀后向后伸长，但前支撑结构复杂，温升可能较高。
3.试述主轴静压轴承的工作原理
答：主轴静压轴承一般都是使用液体静压轴承，液体静压轴承系统由一套专用供油系统、节流器和轴承三部分组成。静压轴承由供油系统供给一定压力油，输进轴和轴承间隙中，利用油的静压压力支撑载荷、轴颈始终浮在压力油中。所以，轴承油膜压强与主轴转速无关，承载能力不随转速而变化。静压轴承与动压轴承相比有如下优点：承载能力高；旋转精度高；油膜有均化误差的作用，可提高加工精度；抗振性好；运转平稳；既能在极低转速下工作，也能在极高转速下工作；摩擦小，轴承寿命长。
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当有外载荷F向下作用时，轴颈失去平衡，沿载荷方向偏移一个微小位移e，油腔3间隙减小，即h3=h-e，间隙液阻增大，流量减小，分流器T3的压力降减小，因供油压力P是定值，故油腔压力P3随之增大。同理，上油腔1间隙增大，即h i=h+e,间隙液阻减小，流量增大。节流器T i的压力降增大，油腔压力P i随之减小。两者的压力差△ P=P3-P 1，压力差将主轴推回中心以平衡外载荷F。
4.试分析图3- 114中，所示三种主轴轴承的配置型式的特点和适用场合
46000
］心?
31K2100
口口
口口
3182100
II:
□ □
46000
31^2100 2268000 J1K2KW
皿----------------------
答：(1) 46000为圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承承受轴向负荷的能力取决于接触角，即外圈滚道角度，角度越大，轴向负荷能力也越大；3182100是双列向心
圆柱滚子轴承，这种轴承承载能力大，摩擦系数小，温升低，但不能承受轴向力。这种配置方式主要在后面的轴承承受轴向力，因此相当于后端配置，这种配置的特点是发热小、温度低，主轴受热后向前伸长，影响轴向精度；适用范
定压式静压轴承的工作原理如下图所示，在轴承的内圆柱孔上，开有四个对
称的油腔1?4。油腔之间由轴向回油槽隔开，油腔四周有封油面，封油面的轴向宽度为a,轴向宽度为b。液压泵输出的油压为定值P的油液，分别流经节流器「、T2、T3和T4进入各个油腔。节流器的作用是使各个油腔的压力随外载荷的变化自动调节，从而平衡外载荷。当无外载荷作用(不考虑自重)时，各油腔的油压相等，即P1 = P2=P3=P4，保持平衡，轴在正中央，各油腔封面与轴颈的间隙相等，即h=h i=h2=h3=h4,间隙液阻也相等。
围是用于普通精度机床、立铣、多刀车床。
3
(2)这种配置方式主要在前段的轴承承受轴向力，因此这种轴承配置相当于前端配置；这种配置的特点是在前支撑处轴承较多，发热大，升温高；但主轴承受热后向后伸，不影响轴向精度；适用场合是用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床。
(3)2268000是双向推力向心球轴承，因此这种配置相当于中间配置，这种配置的特点是两个方向的推力轴承配置在前支撑后侧，此方案可减少主轴的悬伸量，使主轴热膨胀后向后伸长，但前支撑结构复杂，温升可能较高。
5.按图3- 115中的主轴部件，分析轴向力如何传递？间隙如何调整?
答：轴向力传递如下图所示
调整主轴上的后螺母可消除后止推轴承的轴向间隙和角接触球轴承的径向和轴向间隙；调整主轴上的前螺母可消除前部双列向心圆柱滚子轴承的径向间隙，继续调整主轴上的后螺母，将主轴向后拉可消除前部止推轴承的轴向间隙。
6.试检查图3- 116所示主轴部件中有否错误；如有，请指出错在那里？应怎样改正？用另画的正确简图表示出来。
口
o
口口
答：有多处错误，主轴前端的双列向心圆柱滚子轴承间隙不能调整；大齿轮应 靠主轴前支承，主轴上有轴向力不能用弹性档圈定位，应改为螺母定位锁紧； 中间支承应用向心球轴承或圆柱滚子轴承；主轴后支承两个圆锥滚子轴承应大 口朝外；没有考虑密封和润滑。
7. 试设计一主轴部件，前支承用两个圆锥滚子轴承承受径向力和双向轴向力, 后支承用一个双列圆柱滚子轴承，画出前后支承部分的结构简图。
3182100
8. 在支承件设计中，支承件应满足那哪些基本要求？ 答：支撑件应满足的下列要求：
1） 应具有足够的刚度和较高的刚度-质量比。
2） 应具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗（动刚度）和阻尼；整机的低 阶频率较高，各阶频率不致引起结构共振；不会因薄壁振动而产生噪声。
3） 热稳定性好，热变形对机床加工精度的影响较小。
4） 排屑畅通、吊运安全，并具有良好的结构工艺性。
9. 支承件常用的材料有哪些？有什麽特点？ 答：支承件常用的材料有铸铁、钢板和型钢、大然花岗岩、预应力钢筋混凝土、 树脂混凝土等。
( 1)铸铁 铸铁铸造性能好、容易获得复杂结构的支承件，同时铸铁的内摩擦 力人，阻尼系数大，使振动衰减的件能好，成本低。但铸件需要木模芯盒，制 造周期长，有时产生缩孔、气泡等缺陷，成本高，适于成批生产。铸造支承件 要进行时效处理，以消除内应力。 46000
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