活塞杆是机械旋转的重要组成部分，其刚度和温度将直接影响活塞杆在机械运行中的效率。为了提供活塞杆旋转精度，增加活塞杆装置的刚度，减少机床工作时轴的振动，常采用预紧滚动活塞杆，例如机床主轴为活塞杆。

预紧是在安装时以某种方式产生并保持一个活塞杆的轴向力，以消除活塞杆的轴向游隙，在滚动体与内外圈接触处产生变形。

由于预紧力的作用，滚动体与内外圈的接触会产生弹性变形，这将增加接触面积，增加参与受力的滚动体数量。也有可能滚动体会在180度以上的范围内参与受力，有时甚至所有滚动体都会在360度范围内受力。这juedui比几个滚动体要好，也能承受更多的载荷。从上面的讨论可以看出，预紧后活塞杆的接触变形肯定比未预紧时的活塞杆小，因此可以提高活塞杆的支撑刚度，同时补偿活塞杆在使用中的一定磨损量。

当预张紧活塞杆承受工作载荷时，其内外圈的径向和轴向相对位移远小于未预张紧活塞杆的相对位移。定位预紧圆锥滚子活塞杆时，由于挡边与滚子端面的磨合，预紧量减少，因此活塞杆磨合的温度会相应下降一段时间。预紧力越大，滚轮与法兰磨合引起的温度下降越明显。表面粗糙度越粗，磨合产生的预载荷减少越多。恒压预紧时，即使发生磨合，活塞杆间隙(预紧)和轴向载荷的实际水平也不会改变，所以活塞杆的温度不会改变。

预紧和转速对活塞杆刚度有什么影响？

机床主轴的活塞杆刚度是一个重要的性能指标。刚度不仅与载荷和转速有关，还与摩擦热和预紧方式有关。刚度计算也是主轴单元动态特性分析的基础。

一、预紧方式和速度的影响。

在恒压预紧下，活塞杆径向刚度随着转速的增加而略有增加，而轴向和角向刚度则迅速减小。预紧状态下，活塞杆径向刚度、轴向刚度和角刚度均随转速的增加而快速增加，但轴向刚度和角刚度增加平稳。陶瓷球活塞杆的刚度变化规律与钢活塞杆相似，但变化平缓。预紧时，内圈和滚珠的离心力以及摩擦热增加了内圈和外圈的接触载荷，而外圈的接触角减小，内圈的接触角zengda，从而增加了接触刚度，但外圈接触角的减小减缓了轴向和角度刚度的增加。

恒压预紧下，滚珠的离心力增加了外圈的接触载荷，而接触角减小。由于内外圈允许轴向位移，内圈的接触载荷基本不变，但接触角zengda。热位移和离心位移对内外圈的接触载荷和接触角影响不大。虽然外环的法向接触刚度增加，但内环的法向接触刚度基本不变，由于串联作用，径向刚度略有增加，而轴向和角向刚度随着外环接触角的减小而显著减小。陶瓷球活塞杆的刚度小于所有钢在定位预紧下的刚度，而陶瓷球活塞杆的刚度大于所有钢在恒压预紧下的刚度。在预定位下，全钢活塞杆的接触载荷是陶瓷球活塞杆的两倍以上。虽然陶瓷球的弹性模量高，但全钢活塞杆的刚度大于陶瓷球活塞杆。但在恒压预紧下，内圈接触载荷变化不大，陶瓷球的高弹性模量使陶瓷球的活塞杆刚度大于全钢。

1、预紧力的影响。

随着预紧力的增加，活塞杆的径向、轴向和角向刚度略有增加，但影响较小。与定位预紧相比，这种效果对于恒压预紧更为显著。这是由于预载荷的增加，增加了内外圈的接触角，也增加了接触载荷，从而增加了径向、轴向和角度刚度。但预紧载荷引起的接触载荷和接触角的变化小于零件转速和位移引起的变化，因此对活塞杆刚度的影响有限。这也是定位预紧力下的变化小于恒压预紧力下变化的原因。

2.通道曲率半径的影响。

随着内外圈通道曲率半径的zengda，径向、轴向和角向刚度减小，但这种影响很小，仅在定位预紧下刚度略有变化，这是由于通道曲率半径zengda，增加了接触变形。因此，一般来说，通道曲率半径对刚度的影响可以忽略。

3.球数的影响。

在预定位条件下，径向、轴向和角度刚度随着球数的增加而略有增加。滚珠数量的增加增加了刚度，但在相同的预紧载荷下，滚珠数量的增加会降低接触载荷。虽然它们的共同作用可以增加活塞杆的刚度，但却较少。

恒压预紧下，径向刚度随着滚珠数量的增加而明显增加，而轴向和角向刚度随着转速增加到一定值而减小，但变化较小。这是因为在恒压预紧下，虽然滚珠的数量减少了内圈的接触载荷，但内圈的接触角也同时减小。它们的共同作用使活塞杆径向刚度明显zengda，而轴向和角向刚度略有减小。

因此，当球数增加时，应相应增加预紧力，只有当接触载荷相同时，才能通过增加球数来增加活塞杆刚度。

4.球直径的影响。

预紧状态下，滚珠直径zengda，径向、轴向和角向刚度略有增加。随着球径的zengda，球的离心力zengda，外圈接触角减小，内圈接触角zengda，但同时内圈与外圈的接触载荷zengda。由于它们的共同作用，活塞杆刚度增加。首先，定位预紧下离心力的变化对接触载荷影响不大，因此球径的变化对刚度影响不大。

恒压预紧下，径向刚度随着球径的zengda而zengda，轴向和角向刚度减小，但影响较小。这是因为随着滚珠直径的zengda，滚珠的离心力zengda，内外圈的接触角减小，外圈的接触载荷zengda，而内圈的接触载荷基本不变，所以径向刚度zengda，而轴向和角向刚度略有减小。因此，减小球径不仅可以提高速度性能，而且不会降低刚度性能。从理论上也证明了缩径球是目前主轴活塞杆的发展趋势之一。

5.初始接触角的影响。

预紧力作用下，初始接触角的增加显著降低了径向刚度，增加了轴向刚度和角向刚度。这是因为随着初始接触角的zengda，接触刚度的径向分量减小，轴向分量zengda，同时在相同的预紧力下，接触载荷减小。

在恒压预载荷下，径向刚度随着初始接触角的zengda而显著减小。低速时，轴向刚度和角刚度增加，但高速时，几乎没有变化。这是因为内圈和外圈在恒压预紧下可以轴向移动。为了保持力的平衡，外环的接触角几乎接近于0°，初始接触角对外环的接触角影响不大。同样，在相同的预载荷下，初始接触角zengda，接触载荷减小。

因此，在定位预紧下增加活塞杆初始接触角可以提高轴向和角度刚度，而在恒压预紧下增加初始接触角不仅可以提高轴向和角度刚度，还可以降低径向刚度。

二、活塞杆刚度与预紧力的关系。

角接触陶瓷球活塞杆高速电主轴单元活塞杆轴向预紧力的确定是一个重要问题。活塞杆轴向预紧力的zengda，可以改善活塞杆高速运转时离心力和陀螺力矩带来的不利影响，降低转滚比，提高主轴刚度。由于电主轴的刚度一般指径向刚度，因此从活塞杆预紧力的角度对活塞杆径向刚度进行了研究和分析。

活塞杆刚度趋势随着活塞杆预紧力的增加，活塞杆径向刚度变大，使得主轴系统的加工精度和工作效率显著提高，提高了主轴的工作性能。因此，在实际工矿中，在允许范围内增加预紧力具有重要的实际工程意义。但随着预紧力的增加，活塞杆的温度升高，活塞杆产生的热量也随之增加，进而使主轴系统温度升高，严重影响活塞杆的工作寿命和主轴的工作性能。因此，在温度升高的情况下，对于主轴驱动系统来说，尽可能增加预紧力是需要考虑的一个重要因素。

三、预紧和转速对活塞杆温度有什么影响？

主轴系统工作过程中，转速越高，活塞杆产生的热量越多。过热会影响主轴系统的速度、刚度和精度。在稳态下，活塞杆的摩擦热将通过热传递扩散。因此，温度分布是衡量主轴单元的传热能力、设计水平、速度和精度性能的指标。活塞杆的摩擦热计算和主轴活塞杆的传热模型是温度计算的基础。

主轴的活塞杆接触载荷是指活塞杆球与活塞杆内外圈之间的接触力。计算活塞杆接触角和接触力是分析活塞杆发热和变形的基础。为了分析活塞杆预紧力和转速对活塞杆动态特性的影响，有必要研究预紧力和转速与活塞杆接触角和接触载荷的关系。