本手册是一部液体静压动静压技术专业工具书。全书共13章，结合静压、动静压技术及有关标准及规范，全面科学系统地总结了静压、动静压轴承设计、制造及使用。本书册可供从事静压、动静压技术使用及科研的工程技术人员使用，也可供大专院校相关专业师生参考。

书名：液体静压动静压轴承设计使用手册

作者：钟洪/张冠坤

ISBN：9787121037061

类别：工业技术

页数：312

定价：48.00元

出版社：电子工业出版社

出版时间：2007-9-1

装帧：精装

开本：16开

版次：1

印次：1

纸张：胶版纸

字数：390000

条形码：9787121037061

内容提要

前言

目录(第1章流体润滑基本理论 第2章液体润滑轴承的分类 第3章液体静压技术 第4章动静压轴承工作原理与理论计算)

书中摘录(液体动静压轴承结构特点与应用)

书中摘录机械部件的维修与调整(8.1 数控机床主传动系统的结构原理与维修 8.1.1 主传动系统 8.1.2 主轴部件)

内容提要

本手册是一部液体静压动静压技术专业工具书。全书共13章，内容包括：流体润滑基本理论，液体动压轴承，液体静压支撑技术，液体动静压轴承的工作原理和理论计算，考虑轴承动静压轴承的动态特性，动静压轴承的设计计算，静压、动静压轴承供油系统的设计，静压、动静压轴承设计举例，动静压轴承在工业生产中的应用，静压、动静压轴承的试验研究，静压、动静压轴承的制造和使用技术，静压、动静压轴承系列设计参数表，常用的液压元件的技术参数及外形尺寸，常用制冷元件的技术参数及外形尺寸。结合静压、动静压技术及有关标准及规范，全面科学系统地总结了静压、动静压轴承设计、制造及使用。

本书册可供从事静压、动静压技术使用及科研的工程技术人员使用，也可供大专院校相关专业师生参考。

前言

我国从50年代后期开始液体静压轴承的应用研究工作，60年代初开始在金属切削机床上推广应用。动静压轴承是在动压轴承和静压轴承的基础上发展起来的一种较新型的全液体摩擦轴承，我国从70年代初期开始研究液体动静压轴承技术，70年代中期开始在金属切削机床、冷连轧机、水泥磨机、水轮发电机等机械上推广使用。由于动静压轴承本身的特点，目前在磨床行业已基本取代了静压轴承，目前在磨床上应用的滑动轴承基本上就是三块瓦动压轴承和动静压轴承。仅在平面磨床上还能看见使用静压轴承。

随着人们对高精度、高效率、高表面粗糙度加工的要求的不断提高，希望掌握静压动静压技术的需求不断增加。为满足读者需求，作者在尽可能收集国内外的各种文献资料和原“液体动静压轴承”一书的基础上增加静压支承技术的内容，同时将静压动静压轴承的设计技术、制造技术、使用技术等内容加入新版中。

目录

第1章流体润滑基本理论

1.1润滑油的物理性质

1.1.1密度

1.1.2润滑油的黏度

1.2层流和紊流

1.3牛顿定律

1.4平行平板间隙内的黏性流体流动

1.5小孔内黏性流体的流动

1.6细长圆管内黏性流体的流动

1.7流体流动的连续方程

1.8雷诺方程

1.8.1纳维一斯托克斯方程(Navier—StocksEquations)

1.8.2雷诺方程(ReynoldsEquation)

第2章液体润滑轴承的分类

2.1全液体摩擦轴承

2.1.1液体动压轴承

2.1.2液体静压轴承

2.1.3液体动静压轴承

2.2干摩擦轴承

2.3半液体摩擦轴承

第3章液体静压技术

3.1液体静压技术的发展

3.2液体静压轴承的结构特点和工作原理

3.2.1液体静压轴承的结构特点

3.2.2液体静压轴承的工作原理

3.3液体静压轴承的分类

3.4液体静压轴承中常用的节流器

3.4.1小孔节流器

3.4.2毛细管节流器

3.4.3缝隙节流器

3.4.4反馈式节流器

3.5有周向回油槽的径向液体静压轴承的结构参数设计

3.5.1液体静压径向轴承的结构参数设计的内容

3.5.2液体静压径向轴承的结构参数设计

3.6液体静压止推轴承的结构参数设计

3.6.1小孔节流单油腔静压止推轴承的结构参数设计

3.6.2毛细管节流单油腔静压止推轴承的结构参数设计

3.6.3静压止推轴承的验算

3.7液体静压轴承的应用

3.7.1金刚镗床上应用的静压轴承

3.7.2C6140车床上应用的静压轴承主轴单元

3.7.3静压轴承在平面磨床上的应用

3.7.4静压轴承在内圆磨具上的应用

3.7.5静压轴承在立式平面磨床上的应用

3.8液体静压技术

3.8.1液体静压导轨

3.8.2液体静压丝杠

第4章动静压轴承工作原理与理论计算

4.1动静压轴承结构特点和工作原理

4.1.1动静压轴承

4.1.2动静压轴承分类

4.1.3动静压轴承的工作原理

4.2动静压轴承理论计算

4.2.1数值计算的差分方法

4.2.2轴承间隙计算公式

4.2.3雷诺方程及其无量纲差分形式

4.2.4雷诺方程的边界条件

4.2.5电子计算机辅助计算

4.2.6流量连续方程的差分形式

……

第5章考虑轴承弹性变形的理论计算

第6章动静压轴承的动态特性

第7章动静压轴承的设计计算

第8章静压、动静压轴承供油系统的设计

第9章静压、动静压技术设计举例

第10章静压、动静压轴承在工业生产中的应用

第11章静压、动静压轴承的试验研究

第12章静压、动静压轴承的制造和使用技术

第13章静压、动静压轴承典型设计

附录A常用液压元件的技术参数及外形尺寸

编后记

书中摘录

液体动静压轴承结构特点与应用

液体动静压轴承精度高、刚度大、寿命长、吸振抗震性能好，主要用于精密加工机械及高速、高精度设备的主轴。既可用于旧机床改造，也可用于新机床配套。采用动静压轴承可以完全恢复机床因主轴轴承问题而丧失的加工精度和表面粗糙度；提高机床主轴精度和切削效率；并可多年连续使用而不需维修。多年来我国一些企业采用动静压轴承为新机床配套和进行国产和进口旧机床设备改造，均获得了满意的使用效果和显著的经济效益。

液体动静压轴承综合了静压轴承的优点，消除了这两种轴承的不足。其特点是采用整体式轴承与表面深浅腔结构油腔轴承系统工作时主轴被一层压力油膜浮起，主轴为经电机驱动已悬浮在轴承之间发生机械摩擦与磨损，从而提高轴承寿命且有良好的精度保持性。当电机驱动主轴旋转时，轴承油腔内由于阶梯效应自然形成动静压承载油膜，轴承成为具有静压压力场的东压滑动轴承。与三块、五块瓦相比，动静压轴承为整体式使结构，轴承与箱体孔接触面积大，为刚性连接，是油膜刚度得到充分的发挥利用。主轴工作时，油膜刚度是轴承静态刚度与动态刚度的叠加，有很强的承载能力。压力油膜的“均化”作用可使主轴回转精度高于轴颈和轴承的加工精度。

一、 静压轴承的几种典型结构及特点

液体动静压轴承所采用油腔结构、节流器与静压轴承相比均不相同。静压轴承采用的固定节流器有“小孔”、“毛细管”等，可变节流器大多设置在轴承外部的静止部位，结构复杂，使用时常因节流器出面截流面太小，油液杂质易堆积而发生堵赛。

早期设计的动静压轴承为浅腔结构，分有节流器和无节流器两种。图1为节流器的动静压轴承，深腔与浅腔形成静压腔，浅腔兼备节流功能。压力油ps 进入中间环槽后，流入深腔和浅腔，经两端的轴向封油面排出，当主轴在轴承中高速旋转时，由于浅腔同轴向封油面台阶及主轴中心的轴承中微小偏心，自然形成楔形油膜而产生动压承载油膜。主轴只能按图1所示W方向旋转。

压力又通过环形槽进入两侧的若干浅腔。该轴承结构简单，但静压承载力较低，可双向旋转。上述两种动静压轴承适用于高速轻载的机床主轴。

图3是孔式环面节流深浅腔动静压轴承的结构简图。仅有空采用φ1~φ1.3小孔，小孔直径与主轴间隙组成的圆柱面和浅腔构成两次节流。同前两种动静压轴承相比，主轴的静态承载力增强。如需进一步提高轴承承载力可在轴承上开制轴向回油槽，轴承的供油量会有所增加。这类轴承适用于中速中载的机床主轴，如MG1432外圆磨、MM7150平磨、M1080无心磨扎辊磨等。

图4位柱销式内反馈动压轴承的结构简图，图5位其节流器结构简图。节流器由圆台和主轴间隙构成，具有薄膜反馈、滑阀反馈及内部反馈节流器的性能。由于节流器的阻尼是随外载荷变化的所以轴承既具有最佳静压承载能力，又可大大降低节流器的摩擦功耗，高速时还可最大限度地发挥动压效应。该轴承在低速及中高速时均有很强的承载能力，适用于载荷与速度变化范围大的机床主轴。主轴低速重载回转时，对轴承动压承载能力要求较低，此时可采取增加轴承深腔面积、减少浅腔面积和开设轴向回油槽的方法来满足对轴承钢度和载荷能力的要求。

由于动静压轴承是利用静压和动压的叠加作用为了适应各类机床主轴的性能要求，轴承的结构形式可按需要进行设计，有些接近于静压轴承，有些则更相似动压轴承。这进一步说明，动静压轴承不仅比纯静压轴承或纯动压轴承具有更好的性能，而且能适应不同类型机床主轴工作时对刚度及承载能力的亚要求。

现在使用的孔式环面节流器与圆柱销式内反馈式节流器都加工在轴承体上，不需要增设外部油路，而且是在轴颈与轴承孔的间隙进行自然节流，工作时轴颈与轴承的相互运动是润滑油杂质不易堆积。该类节流器使用既方便要安全，还免除了原静压轴承节流器容易堵塞带来的麻烦。

这类轴承可以同时承受径向力和一个方向的轴向力。它是在径向动静压轴承基础上一段增加平面止推动静压轴承组成的所谓联合轴承。动静压止推轴承得止推面上设有动压油腔和动静压又油腔，采用孔式环面节流器，油腔由深腔和浅腔组成。主轴轴肩舆止推棉被一层静压力油膜隔开，主轴旋转时即可自然形成动压承载油膜承受轴向载荷。根据主轴结构及工作性能要求，可在主轴端各用一个联合轴承，或在主轴一端用一联合轴承和一个平面动静压止推轴承来实现。如果旧机床主轴本身带有止推结构，改造时可保留原则结构省去动静压轴承。如MQ8260曲轴磨床改造就利用原主轴上得止推结构.

它可同时承受径向力和轴向力，只须将其放置在轴两端原径向轴承的位置就能起到径向止推轴承的作用，既可以省去一对止推轴承使主轴结构大为简化，还可减少总的摩擦面积，降低摩擦功耗及减小供油量。这种轴承可以根据主轴的工作的情况选配任何一种节流器，可制造成有轴向回油或无轴向回油槽结构。同时该轴承的装配，调整极为方便。由于动静压轴重要参数“轴承间隙”可在轴承结构设计、制造加工完成后，在装配时通过调整圆锥轴承在主轴上的轴向位置来改变，使得轴承的承载能力、刚度、流量处于理想状态。圆锥动静压轴承的轴向承载力不如平面止推动静压轴承，因此常用于轴向承载要求不高的场合。由于其功耗小，特别适用于高速内圆磨头主轴系统，如M2110内圆磨头。近年来已应用在电主轴和内沟道磨床中。

书中摘录机械部件的维修与调整

8.1 数控机床主传动系统的结构原理与维修

主传动系统是用来实现机床主运动的，它将主电动机的原动力变成可供主轴上刀具切削加工的切削力矩和切削速度。为适应各种不同的加工及各种不同的加工方法，数控机床的主传动系统应具有较大的调速范围，以保证加工时能选用合理的切削用量，同时主传动系统还需要有较高精度及刚度并尽可能降低噪声，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。

8.1.1 主传动系统

目前数控机床主传动系统大致可以分为以下几类：

1．电动机与主轴直联的主传动

其优点是结构紧凑，但主轴转速的变化及转矩的输出和电动机的输出特性致，因而使用上受到一定限制.

2．经过一级变速的主传动

一级变速目前多用 V带或同步带来完成，其优点是结构简单安装调试方便，且在一定程度上能够满足转速与转矩输出要求，但主轴调速范围比仍与电动机一样，受电动机调速范围比的约束。

3．带有变速齿轮的主传动

这种配置方式大、中型数控机床采用较多。它通过少数几对齿轮降速，使之成为分段无极变速，确保低速大转矩，以满足主轴输出转矩特性的要求。

4．电主轴

电主轴通常作为现代机电一体化的功能部件，装备在高速数控机床上(如图 8-4．所示)。其主轴部件结构紧凑，重量轻，惯量小，可提高起动、停止的响应特性，有利于控制振动和噪声；缺点是制造和维护困难且成本较高。电动机运转产生的热量直接影响主轴，主轴的热变形严重影响机床的加工精度，因此合理选生的热量直接影响主轴，主轴的热变形严重影响机床的加工精度，因此合理选用主轴轴承以及润滑、冷却装置十分重要

8.1.2 主轴部件

数控机床主轴部件是影响机床加工精度的主要部件，它的回转精度影响工件的加工精度，它的功率大小与回转速度影响加工效率，它的自动变速、准停和换刀等影响机床的自动化程度。因此，要求主轴部件具有与本机床工作性能相适应的高回转精度、刚度、抗振性、耐磨性和低的温升。在结构上，必须很好地解决刀具和工具的装夹、轴承的配置、轴承间隙调整和润滑密封等问题。

主轴的结构根据数控机床的规格、精度采用不同的主轴轴承。一般中小规格数控机床的主轴部件多采用成组高精度滚动轴承，重型数控机床则采用液体静压轴承，高速主轴常采用氮化硅材料的陶瓷滚动轴承。

1．主轴轴承的配置形式

加工中心的主轴轴承一般采用 2 个或 3 个角接触球轴承组成，或用角接触球轴承与圆柱滚子轴承组成，这种轴承经过预紧后可得到较高的刚度。当要求有很大刚性时，则采用圆柱滚子轴承和双向推力球轴承的组合。常用的加工中心主轴支承的典型结构有以下 3 种。

1)前后支承用双列圆柱滚子轴承来承受径向负荷，用安装在主轴前端的双向角接触球轴承来承受轴向负荷。这种结构刚性较好，能进行强力切削，适用于中等转速的机床。

加工中心主轴支承的结构 2)前支承用角接触球轴承，背靠背安装，以 2～3 个轴承为一套，用以承受轴向和径向负荷：后支承用圆柱滚子轴承。这种结构适应较高转速、较重切削负荷，主轴精度较高，但所承受轴向负载较前一种结构小。

3)前后支承都采用成组角接触球轴承，承受轴向和径向负荷，如图 8-5c 所示。这种结构适应高转速、中等切削负荷的数控机床。使用角接触球轴承，采用脂润滑，其极限 dn值达 80×104：如采用油气润滑或喷油润滑，则转速可进一步提高。目前高速主轴多数采用陶瓷滚动轴承，在脂润滑情况下 dn值可达 120×104(d 为轴承平均直径 mm，n 为轴承每分钟转数)。

2．主轴内刀具的自动夹紧和切屑的清除装置

在自动换刀机床的刀具自动夹紧装置中，刀杆常采用 7：24 的大锥度锥柄，既利于定心，也为松刀带来方便。用碟形弹簧通过拉杆及夹头拉住刀柄的尾部，使刀具锥柄和主轴锥孔紧密配合，夹紧力达 10000N以上。松刀时，通过液压缸活塞推动拉杆来压缩碟形弹簧，使夹头涨开，夹头与刀柄上的拉钉脱离，刀具即可拔出进行新旧刀具的交换；新刀装入后，液压缸活塞后移，新刀具又被碟形弹簧拉紧。在活塞推动拉杆松开刀柄的过程中，压缩空气由喷气头经过活塞中心孔和拉杆中的孔吹出，将锥孔清理干净，防止主轴锥孔中掉入切屑和灰尘，把主轴孔表面和刀杆的锥柄划伤，保证刀具的正确位置。

3．主轴准停装置

数控机床为了完成 ATC(刀具自动交换)的动作过程，必须设置主轴准停机构。由于刀具装在主轴上，切削时切削转矩不可能仅靠锥孔的摩擦力来传递，因此在主轴前端设置一个突键，当刀具装入主轴时，刀柄上的键槽必须与突键对准，才能顺利换刀：为此，主轴必须准确停在某固定的角度上。由此可知主轴准停是实现 ATC 过程的重要环节。

通常主轴准停机构有 2种方式，即机械式与电气式。

机械方式采用机械凸轮机构或光电盘方式进行粗定位，然后有一个液动或气动的定位销插入主轴上的销孔或销槽实现精确定位，完成换刀后定位销退出，主轴才开始旋转。采用这种传统方法定位，结构复杂，在早期数控机床上使用较多。

而现代数控机床采用电气方式定位较多。电气方式定位一般有以下两种方式。 一种是用磁性传感器检测定位，在主轴上安装一个发磁体与主轴一起旋转，在距离发磁体旋转外轨迹 1~2mm 处固定一个磁传感器，它经过放大器并与主轴控制单元相连接，当主轴需要定向时，便可停止在调整好的位置上。 另一种是用位置编码器检测定位，这种方法是通过主轴电动机内置安装的位置编码器或在机床主轴箱上安装一个与主轴 1:1 同步旋转的位置编码器来实现准停控制，准停角度可任意设定。

4．主轴润滑与密封

(1)主轴润滑 为了保证主轴有良好的润滑，减少摩擦发热，同时又能把主轴组件热量带走，通常采用循环式润滑系统。用液压泵供油强力润滑，在油箱中使用油温控制器控制油液温度。近年来一部分数控机床的主轴轴承采用高级油脂封放式润滑，每加一次油脂可以使用 7~10年，简化了结构，降低了成本且维护保养简单，但需防止润滑油和油脂混合，通常采用迷宫式密封方式。为了适应主轴转速向更高速化发展的需要，新的润滑冷却方式相继开发出来。这些新的润滑冷却方式不单要减少轴承温升，还要减少轴承内外圈的温差，以保证主轴的热变形小。

①油气润滑方式：这种润滑方式近似于油雾润滑方式，所不同的是，油气润滑是定时定量地把油雾送进轴承空隙中，这样既实现了油雾润滑，又不至于油雾太多而污染周围空气；而油雾润滑则是连续供给油雾。

②喷注润滑方式：它用较大流量的恒温油(每个轴承 3~4L/min)喷注到主轴轴承上，以达到润滑、冷却的目的。这里需特别指出的是，较大流量喷注的油，不是自然回流，而是用排油泵强制排油，同时，采用专用高精度大容量恒温油箱，油温变动控制在±0.5℃。

(2)密封 在密封件中，被密封的介质往往是以穿漏、渗透或扩散的形式越界泄漏到密封连接处的彼侧。造成泄漏的基本原因是流体从密封面上的间隙中溢出，或是由于密封部件内外两侧密封介质的压力差或浓度差，致使流体向压力或浓度低的一侧流动。

该卧式加工中心主轴前支承处采用的双层小间隙密封装置。主轴前端车出两组锯齿形护油槽，在法兰盘 4和 5 上开沟槽及泄漏孔，当喷入轴承 2 内的油液流出后被法兰盘 4 内壁挡住，并经其下部的泄油孔 9 和箱体 3 上的回油斜孔 8流回油箱，少量油液沿主轴 6 流出时，主轴护油槽在离心力的作用下被甩至法兰盘 4 的沟槽内，经回油斜孔 8 流回油箱，达到防止润滑介质泄漏的目的。当外部切削液、切屑及灰尘等沿主轴 6 与法兰盘 5 之间的间隙进入时，经法兰盘 5 的沟槽由泄漏孔 7 排出，达到了主轴端部密封的目

的。 要使间隙密封结构能在一定的压力和温度范围内具有良好的密封防漏性能，必须保证法兰盘 4 和5 与主轴及轴承端面的配合间隙。

8.1.4 主传动系统故障维修 5例

故障现象：加工中心主轴定位不良，引发换刀过程发生中断。

分析及处理过程：某加工中心主轴定位不良，引发换刀过程发生中断。开始时，出现的次数不很多，重新开机后又能工作，但故障反复出现。经在故障出现后，对机床进行了仔细观察，才发现故障的真正原因是主轴在定向后发生位置偏移，且主轴在定位后如用手碰一下(和工作中在换刀时当刀具插入主轴时的情况相近)，主轴则会产生相反方向的漂移。检查电气单元无任何报警，该机床的定位采用的是编码器，从故障的现象和可能发生的部位来看，电气部分的可能性比较小；机械部分又很简单，最主要的是联接，所以决定检查联接部分。在检查到编码器的联接时发现编码器上联接套的紧定螺钉松动，使联接套后退造成与主轴的联接部分间隙过大使旋转不同步。将紧定螺钉按要求固定好后故障消除。

注意：发生主轴定位方面的故障时，应根据机床的具体结构进行分析处理，先检查电气部分，如确认正常后再考虑机械部分。

例2:主轴出现噪声的故障维修

故障现象：主轴噪声较大，主轴无载情况下，负载表指示超过 40‰。

分析及处理过程：首先检查主轴参数设定，包括放大器型号，电动机型号以及伺服增益等，在确认无误后，则将检查重点放在机械侧。发现主轴轴承损坏，经更换轴承之后，在脱开机械侧的情况下检查主轴电动机远转情况。发现负载表指示已正常但仍有噪声。随后，将主轴参数 00 号设定为 1，也即让主轴驱动系统开环运行，结果噪声消失，说明速度检测器件 PLG 有问题。经检查，发现 PLG 的安装不正，调整位置之后再运行主轴电动机，噪声消失，机床能正常工作。

例3．变档滑移齿轮引起主轴停转的故障维修

故障现象：机床在工作过程中，主轴箱内机械变档滑移齿轮自动脱离啮合，主轴停转。

分析及处理过程：图8-3 为带有变速齿轮的主传动，采用液压缸推动滑移齿轮进行变速，液压缸同时也锁住滑移齿轮。变档滑移齿轮自动脱离啮合，原因主要是液压缸内压力变化引起的。控制液压缸的 O 形三位四通换向阀在中间位置时不能闭死，液压缸前后两腔油路相渗漏，这样势必造成液压缸上腔推力大于下腔，使活塞杆渐渐向下移动，逐渐使滑移齿轮脱离啮合，造成主轴停转。更换新的三位四通换向阀后即可解决问题；或改变控制方式，采用二位四通，使液压缸一腔始终保持压力油。

例3．变档不能啮合的故障维修

故障现象：发出主轴箱变档指令后，主轴处于慢速来回摇摆状态，一直挂不上档。

分析及处理过程：图8-3 为带有变速齿轮的主传动。为了保证滑移齿轮移动顺利啮合于正确位置，机床接到变档指令后，在电气设计上指令主电动机带动主轴作慢速来回摇摆运动。此时，如果电磁阀发生故障(阀芯卡孔或电磁铁失效)，油路不能切换，液压缸不动作，或者液压缸动作，发反馈信号的无触点开关失效，滑移齿轮变档到位后不能发出反馈信号，都会造成机床循环动作中断。更换新的液压阀或失效的无触点开关后，故障消除。

例5．变档后主轴箱噪声大的故障维修

故障现象：主轴箱经过数次变档后，主轴箱噪声变大。

分析及处理过程：图8-3 为带有变速齿轮的主传动。当机床接到变档指令后，液压缸通过拨叉带动滑移齿轮移动。此时，相啮合的齿轮相互间必然发生冲击和摩擦。如果齿面硬度不够，或齿端倒角、倒圆不好，变档速度太快冲击过大都将造成齿面破坏，主轴箱噪声变大。解决方法：使齿面硬度大于 55HRC，认真做好齿端倒角、倒圆工作，调节变档速度，减小冲击。

例 4．使用多年后主轴箱噪声大的故障维修

故障现象：XK7160 型数控铣床主传动系统，采用齿轮变速传动。工作中不可避免地要产生振动噪声、摩擦噪声和冲击噪声。数控机床的主传动系统的变速是在机床不停止工作的状态下，由计算机控制完成的。因此它比普通机床产生的噪声更为连续，更具有代表性。机床起初使用时，噪声就较大，并且噪声声源主要来自主传动系统。经使用了多年后，噪声越来越大。用声级计在主轴 4000r/min 的最高转速下，测得噪声为 85.2dB。

分析及处理过程：我们知道，机械系统受到任何激发力，该系统就会对此激发力产生响应而出现振动。

这个振动能量在整个系统中传播，当传播到辐射表面，这个能量就转换成压力波经空气再传播出去，即声辐射。因此，这个激发响应、系统内部传递及辐射三步骤就是振动噪声、摩擦噪声和冲击噪声的形成过程。

XK7160 数控机床的主传动系统在工作时正是由于齿轮、轴承等零部件经过激发响应，并在系统内部传递和辐射出现了噪声，而这些部件又由于出现了异常情况，使激发力加大，从而使噪声增大。

(1)齿轮的噪声分析 XK7160 数控铣床的主传动系统是由主电动机和齿轮来完成变速传动的。因此，齿轮

的啮合传动是主要噪声源之一。

首先看一对齿轮的啮合情况，根据齿轮的啮合原理，任意瞬时 t 两齿轮齿间的相对滑动速度为：vs=vt1-vt

2。齿轮副在啮合区传动时，啮合点是沿啮合线移动的，当啮合点移向节点时相对滑动速度逐渐减小，在节点处，相对滑动速度在方向上发生了变化，造成了激振力。如果齿轮的各种误差加大和外界负荷的波动及其他零部件的影响，传动系统的共振，润滑条件的不好，就会加剧激振力的产生。当啮合点渐远节点时，相对滑动速度逐渐增大，齿面相对滑动速度正比于齿轮的回转速度。

机床主传动系统中齿轮在运转时产生的噪声主要有：

1)齿轮在啮合中，使齿与齿之间出现连续冲击而使齿轮在啮合频率下产生受迫振动并带来冲击噪声。

2)因齿轮受到外界激振力的作用而产生齿轮固有频率的瞬态自由振动并带来噪声。

3)因齿轮与传动轴及轴承的装配出现偏心引起的旋转不平衡的惯性力，因此产生了与转速相一致的低频振动。随着轴的旋转，每转发出一次共鸣噪声。

4)因齿与齿之间的摩擦导致齿轮产生的自激振动并带来摩擦噪声。如果齿面凸凹不平，会引起快速、周期性的冲击噪声。 (2)轴承的噪声分析 XK7160数控铣床的主轴变速系统中共有滚动轴承12个， 最大的轴承外径为125mm。

轴承与轴径及支承孔的装配、预紧力、同心度、润滑条件以及作用在轴承上负荷的大小，径向间隙等都对噪声有很大影响。另外一个重要原因是国家标准对滚动轴承零件都有相应的公差范围，因此轴承本身的制造偏差，在很大程度上就决定了轴承的噪声。可以说滚动轴承的噪声是该机床主轴变速系统的另一个主要噪声源，特别在高转速下表现更为强烈。滚动轴承最易产生变形的部位就是其内外环。内外环在外部因素和自身精度的影响下，有可能产生摇摆振动、轴向振动、径向振动、轴承环本身的径向振动和轴向弯曲振动。

综上所述，大致可以从以下几个方面对噪声进行控制：

(1)齿轮的噪声控制 由于齿轮噪声的产生是多因素引起的，其中有些因素是齿轮的设计参数所决定的。针对该机床出现的主轴传动系统的齿轮噪声的特点，在不改变原设计的基础上，有下列在原有齿轮上进行修整和改进的一些做法。

1)齿形修缘。由于齿形误差和法向齿距的影响，在轮齿承载产生了弹性变形后，会使齿轮啮合时造成瞬时顶撞和冲击。因此，为了减小齿轮在啮合时由于齿顶凸出而造成的啮合冲击，可进行齿顶修缘。齿顶修缘的目的就是校正齿的弯曲变形和补偿齿轮误差，从而降低齿轮噪声。修缘量取决于法向齿距误差和承载后齿轮的弯曲变形量，以及弯曲方向等。齿形修缘时，可根据这几对齿轮的具体情况只修齿顶，或只修齿根，只有在修齿顶或修齿根达不到良好效果时，才将齿顶和齿根一块修。

2)控制齿形误差。齿形误差是由多种因素造成的，观察该机床主传动系统中齿轮的齿形误差主要是加工过程中出现的，以及长期运行条件不好所致。因齿形误差而在齿轮啮合时产生的噪声在该机床中是比较明显的。一般情况下，齿形误差越大，产生的噪声也就越大。

3)控制啮合齿轮的中心距。啮合齿轮的实际中心距的变化将引起压力角的改变，如果啮合齿轮的中心距出现周期性变化，那么也将使压力角发生周期性变化，噪声也会周期性增大。对啮合中心距的分析表明，当中心距偏大时，噪声影响并不明显；而中心距偏小时，噪声就明显增大。在控制啮合齿轮的中心距时，将齿轮的外径，传动轴的弯曲变形及传动轴与齿轮、轴承的配合都控制在理想状态，这样可尽量消除由于啮合中心距的改变而产生的噪声。

4)润滑油对控制噪声的作用。润滑油在润滑和冷却的同时，还起一定的阻尼作用，噪声随油的数量和粘度的增加而变小。若能在齿面上维持一定的油膜厚度，就能防止啮合齿面直接接触，就能衰减振动能量，从而降低噪声。实际上，齿轮润滑需油量很少，而大量给油是为了冷却作用。实验证明，齿轮润滑以啮出侧给油最佳，这样既起到了冷却作用，又在进入啮合区前，在齿面上形成了油膜；如果能控制油少量进入啮合区，降噪效果更佳。据此，将各个油管重新布置，使润滑油按理想状态溅入每对齿轮，以控制由于润滑不利而产生的噪声。

(2)轴承的噪声控制

1)控制内外环质量。在 XK7160 数控铣床的主传动系统中，所有轴承都是内环转动、外环固定。这时内环如出现径向偏摆就会引起旋转时的不平衡，从而产生振动噪声。如果轴承的外环与配合孔形状公差和位置公差都不好，则外环就会出现径向摆动，这样就破坏了轴承部件的同心度。内环与外环端面的侧向出现较大跳动，还会导致轴承内环相对于外环发生歪斜。轴承的精度越高，上述的偏摆量就越小，产生的噪声也就越小。除控制轴承内外环几何形状偏差外，还应控制内外环滚道的波纹度，减小表面粗糙度，严格控制在装配过程中使滚道表面磕伤、划伤，否则不可能降低轴承的振动噪声。经观察和实验发现，滚道的波纹度为密波或疏波时滚珠在滚动时的接触点显然不同，由此引起振动频率差别很大。

2)控制轴承与孔和轴的配合精度。在该机床的主传动系统中，轴承与轴和孔配合时，应保证轴承有必要的径向间隙。径向工作间隙的最佳数值，是由内环在轴上和外环在孔中的配合以及在运行状态下内环和外环所产生的温差所决定的。因此，轴承中初始间隙的选择对控制轴承的噪声具有重要意义。过大的径向间隙会导致低频部分的噪声增加，而较小的径向间隙又会引起高频部分的噪声增加。外环在孔中的配合形式会影响固体噪声的传播，较紧的配合能提高传声性，会使噪声加大：配合过紧，会迫使滚道变形，从而加大轴承滚道的形状误差，使径向间隙减小，也导致噪声的增加；但轴承外环过松的配合还是会引起较大噪声。只有松紧适当的配合才有利，这样可使轴承与孔接触处的油膜对外环振动产生阻尼，从而降低噪声。配合部位的形位公差和表面加工的粗糙度，应符合所选轴承精度等级的要求。如果轴承很紧

地安装在加工不精确的轴上，那么轴的误差就会传递给轴承内环滚道上，并以较高的波纹度形式表现出来，噪声也就随之增大。 通过上述对 XK7160 数控铣床主传动系统的噪声分析和控制后，取得了可喜的效果。在同样条件下，用声级计对修复后的机床噪声又进行了测试，主传动系统经过噪声控制后为 74dD，降低了 11.2dD。经过几年的使用，该机床的噪声一直稳定在这个水平上。

例5．电主轴高速旋转发热的故障维修

故障现象：主轴高速旋转时发热严重

分析及处理过程：电主轴运转中的发热和温升问题始终是研究的焦点。电主轴单元的内部有两个主要热源：一是主轴轴承，另一个是内藏式主电动机。

电主轴单元最凸出的问题是内藏式主电动机的发热。由于主电动机旁边就是主轴轴承，如主电动机的散热问题解决不好，还会影响机床工作的可靠性。主要的解决方法是采用循环冷却结构，分外循环和内循环两种，冷却介质可以是水或油，使电动机与前后轴承都能得到充分冷却。 主轴轴承是电主轴的核心支承，也是电主轴的主要热源之一。当前高速电主轴，大多数采用角接触陶瓷球轴承。因为陶瓷球轴承具有以下特点：①由于滚珠重量轻，离心力小，动摩擦力矩小。②因温升引起的热膨胀小，使轴承的预紧力稳定。③弹性变形量小，刚度高，寿命长。由于电主轴的运转速度高，因此对主轴轴承的动态、热态性能有严格要求。合理的预紧力，良好而充分的润滑是保证主轴正常运转的必要条件。采用油雾润滑，雾化发生器进气压为 0.25~0.3MPa，选用 20#透平油，油滴速度控制在 80~100 滴/min。润滑油雾在充分润滑轴承的同时，还带走了大量的热量。前后轴承的润滑油分配是非常重要的问题，必须加以严格控制。进气口截面大于前后喷油口截面的总和，排气应顺畅，各喷油小孔的喷射角与轴线呈 15º夹角，使油雾直接喷入轴承工作区。