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活塞桿是機械旋轉(zhuǎn)的重要組成部分，其剛度和溫度將直接影響活塞桿在機械運行中的效率。為了提供活塞桿旋轉(zhuǎn)精度，增加活塞桿裝置的剛度，減少機床工作時軸的振動，常采用預緊滾動活塞桿，例如機床主軸為活塞桿。

預緊是在安裝時以某種方式產(chǎn)生并保持一個活塞桿的軸向力，以消除活塞桿的軸向游隙，在滾動體與內(nèi)外圈接觸處產(chǎn)生變形。

由于預緊力的作用，滾動體與內(nèi)外圈的接觸會產(chǎn)生彈性變形，這將增加接觸面積，增加參與受力的滾動體數(shù)量。也有可能滾動體會在180度以上的范圍內(nèi)參與受力，有時甚至所有滾動體都會在360度范圍內(nèi)受力。這juedui比幾個滾動體要好，也能承受更多的載荷。從上面的討論可以看出，預緊后活塞桿的接觸變形肯定比未預緊時的活塞桿小，因此可以提高活塞桿的支撐剛度，同時補償活塞桿在使用中的一定磨損量。

當預張緊活塞桿承受工作載荷時，其內(nèi)外圈的徑向和軸向相對位移遠小于未預張緊活塞桿的相對位移。定位預緊圓錐滾子活塞桿時，由于擋邊與滾子端面的磨合，預緊量減少，因此活塞桿磨合的溫度會相應下降一段時間。預緊力越大，滾輪與法蘭磨合引起的溫度下降越明顯。表面粗糙度越粗，磨合產(chǎn)生的預載荷減少越多。恒壓預緊時，即使發(fā)生磨合，活塞桿間隙(預緊)和軸向載荷的實際水平也不會改變，所以活塞桿的溫度不會改變。

預緊和轉(zhuǎn)速對活塞桿剛度有什么影響？

機床主軸的活塞桿剛度是一個重要的性能指標。剛度不僅與載荷和轉(zhuǎn)速有關(guān)，還與摩擦熱和預緊方式有關(guān)。剛度計算也是主軸單元動態(tài)特性分析的基礎(chǔ)。

一、預緊方式和速度的影響。

在恒壓預緊下，活塞桿徑向剛度隨著轉(zhuǎn)速的增加而略有增加，而軸向和角向剛度則迅速減小。預緊狀態(tài)下，活塞桿徑向剛度、軸向剛度和角剛度均隨轉(zhuǎn)速的增加而快速增加，但軸向剛度和角剛度增加平穩(wěn)。陶瓷球活塞桿的剛度變化規(guī)律與鋼活塞桿相似，但變化平緩。預緊時，內(nèi)圈和滾珠的離心力以及摩擦熱增加了內(nèi)圈和外圈的接觸載荷，而外圈的接觸角減小，內(nèi)圈的接觸角zengda，從而增加了接觸剛度，但外圈接觸角的減小減緩了軸向和角度剛度的增加。

恒壓預緊下，滾珠的離心力增加了外圈的接觸載荷，而接觸角減小。由于內(nèi)外圈允許軸向位移，內(nèi)圈的接觸載荷基本不變，但接觸角zengda。熱位移和離心位移對內(nèi)外圈的接觸載荷和接觸角影響不大。雖然外環(huán)的法向接觸剛度增加，但內(nèi)環(huán)的法向接觸剛度基本不變，由于串聯(lián)作用，徑向剛度略有增加，而軸向和角向剛度隨著外環(huán)接觸角的減小而顯著減小。陶瓷球活塞桿的剛度小于所有鋼在定位預緊下的剛度，而陶瓷球活塞桿的剛度大于所有鋼在恒壓預緊下的剛度。在預定位下，全鋼活塞桿的接觸載荷是陶瓷球活塞桿的兩倍以上。雖然陶瓷球的彈性模量高，但全鋼活塞桿的剛度大于陶瓷球活塞桿。但在恒壓預緊下，內(nèi)圈接觸載荷變化不大，陶瓷球的高彈性模量使陶瓷球的活塞桿剛度大于全鋼。

1、預緊力的影響。

隨著預緊力的增加，活塞桿的徑向、軸向和角向剛度略有增加，但影響較小。與定位預緊相比，這種效果對于恒壓預緊更為顯著。這是由于預載荷的增加，增加了內(nèi)外圈的接觸角，也增加了接觸載荷，從而增加了徑向、軸向和角度剛度。但預緊載荷引起的接觸載荷和接觸角的變化小于零件轉(zhuǎn)速和位移引起的變化，因此對活塞桿剛度的影響有限。這也是定位預緊力下的變化小于恒壓預緊力下變化的原因。

2.通道曲率半徑的影響。

隨著內(nèi)外圈通道曲率半徑的zengda，徑向、軸向和角向剛度減小，但這種影響很小，僅在定位預緊下剛度略有變化，這是由于通道曲率半徑zengda，增加了接觸變形。因此，一般來說，通道曲率半徑對剛度的影響可以忽略。

3.球數(shù)的影響。

在預定位條件下，徑向、軸向和角度剛度隨著球數(shù)的增加而略有增加。滾珠數(shù)量的增加增加了剛度，但在相同的預緊載荷下，滾珠數(shù)量的增加會降低接觸載荷。雖然它們的共同作用可以增加活塞桿的剛度，但卻較少。

恒壓預緊下，徑向剛度隨著滾珠數(shù)量的增加而明顯增加，而軸向和角向剛度隨著轉(zhuǎn)速增加到一定值而減小，但變化較小。這是因為在恒壓預緊下，雖然滾珠的數(shù)量減少了內(nèi)圈的接觸載荷，但內(nèi)圈的接觸角也同時減小。它們的共同作用使活塞桿徑向剛度明顯zengda，而軸向和角向剛度略有減小。

因此，當球數(shù)增加時，應相應增加預緊力，只有當接觸載荷相同時，才能通過增加球數(shù)來增加活塞桿剛度。

4.球直徑的影響。

預緊狀態(tài)下，滾珠直徑zengda，徑向、軸向和角向剛度略有增加。隨著球徑的zengda，球的離心力zengda，外圈接觸角減小，內(nèi)圈接觸角zengda，但同時內(nèi)圈與外圈的接觸載荷zengda。由于它們的共同作用，活塞桿剛度增加。首先，定位預緊下離心力的變化對接觸載荷影響不大，因此球徑的變化對剛度影響不大。

恒壓預緊下，徑向剛度隨著球徑的zengda而zengda，軸向和角向剛度減小，但影響較小。這是因為隨著滾珠直徑的zengda，滾珠的離心力zengda，內(nèi)外圈的接觸角減小，外圈的接觸載荷zengda，而內(nèi)圈的接觸載荷基本不變，所以徑向剛度zengda，而軸向和角向剛度略有減小。因此，減小球徑不僅可以提高速度性能，而且不會降低剛度性能。從理論上也證明了縮徑球是目前主軸活塞桿的發(fā)展趨勢之一。

5.初始接觸角的影響。

預緊力作用下，初始接觸角的增加顯著降低了徑向剛度，增加了軸向剛度和角向剛度。這是因為隨著初始接觸角的zengda，接觸剛度的徑向分量減小，軸向分量zengda，同時在相同的預緊力下，接觸載荷減小。

在恒壓預載荷下，徑向剛度隨著初始接觸角的zengda而顯著減小。低速時，軸向剛度和角剛度增加，但高速時，幾乎沒有變化。這是因為內(nèi)圈和外圈在恒壓預緊下可以軸向移動。為了保持力的平衡，外環(huán)的接觸角幾乎接近于0°，初始接觸角對外環(huán)的接觸角影響不大。同樣，在相同的預載荷下，初始接觸角zengda，接觸載荷減小。

因此，在定位預緊下增加活塞桿初始接觸角可以提高軸向和角度剛度，而在恒壓預緊下增加初始接觸角不僅可以提高軸向和角度剛度，還可以降低徑向剛度。

二、活塞桿剛度與預緊力的關(guān)系。

角接觸陶瓷球活塞桿高速電主軸單元活塞桿軸向預緊力的確定是一個重要問題。活塞桿軸向預緊力的zengda，可以改善活塞桿高速運轉(zhuǎn)時離心力和陀螺力矩帶來的不利影響，降低轉(zhuǎn)滾比，提高主軸剛度。由于電主軸的剛度一般指徑向剛度，因此從活塞桿預緊力的角度對活塞桿徑向剛度進行了研究和分析。

活塞桿剛度趨勢隨著活塞桿預緊力的增加，活塞桿徑向剛度變大，使得主軸系統(tǒng)的加工精度和工作效率顯著提高，提高了主軸的工作性能。因此，在實際工礦中，在允許范圍內(nèi)增加預緊力具有重要的實際工程意義。但隨著預緊力的增加，活塞桿的溫度升高，活塞桿產(chǎn)生的熱量也隨之增加，進而使主軸系統(tǒng)溫度升高，嚴重影響活塞桿的工作壽命和主軸的工作性能。因此，在溫度升高的情況下，對于主軸驅(qū)動系統(tǒng)來說，盡可能增加預緊力是需要考慮的一個重要因素。

三、預緊和轉(zhuǎn)速對活塞桿溫度有什么影響？

主軸系統(tǒng)工作過程中，轉(zhuǎn)速越高，活塞桿產(chǎn)生的熱量越多。過熱會影響主軸系統(tǒng)的速度、剛度和精度。在穩(wěn)態(tài)下，活塞桿的摩擦熱將通過熱傳遞擴散。因此，溫度分布是衡量主軸單元的傳熱能力、設計水平、速度和精度性能的指標?；钊麠U的摩擦熱計算和主軸活塞桿的傳熱模型是溫度計算的基礎(chǔ)。

主軸的活塞桿接觸載荷是指活塞桿球與活塞桿內(nèi)外圈之間的接觸力。計算活塞桿接觸角和接觸力是分析活塞桿發(fā)熱和變形的基礎(chǔ)。為了分析活塞桿預緊力和轉(zhuǎn)速對活塞桿動態(tài)特性的影響，有必要研究預緊力和轉(zhuǎn)速與活塞桿接觸角和接觸載荷的關(guān)系。