1、車床電主軸的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書畢業(yè)設(shè)計(jì)題目:數(shù)控車床電主軸設(shè)計(jì)學(xué)號:姓名:班級級()班專業(yè):指導(dǎo)教師:學(xué)院:答辯日期:年月日本文闡述了車床電主軸的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀以及趨勢，并介紹了電主軸的工作原理及關(guān)鍵技術(shù)。然后，確定了合理的電主軸總體結(jié)構(gòu)，分別對電主軸的電機(jī)、編碼器、轉(zhuǎn)子、定子和冷卻系統(tǒng)等各零部件作了設(shè)計(jì)，產(chǎn)生了裝配圖、零件圖與設(shè)計(jì)說明書等設(shè)計(jì)文檔。最后，對電主軸的旋轉(zhuǎn)軸和軸承進(jìn)行了詳細(xì)的分析和校核，計(jì)算表明，該電主軸設(shè)計(jì)符合要求。關(guān)鍵詞:車床;電主軸;主軸;軸承AbstractThispaperdescribesthehistory,statusandtrendsoflatheelectrica

2、lspindledevelopment,andalsointroducetheworkingprincipleandkeytechnologyofelectricalspindle.Then,thereasonablestructureoftheelectricalspindleisdetermined.Thestructureofmaincomponentsisdesigned,suchasaxis,encoders,rotor,statorandcoolingsystems.Theassemblydrawings,partdrawingsanddesignspecificationsand

3、otherdesigndocumentsisgenerated.Finally,thedetailedanalysisandverificationoftheaxisandbearingaremade.Thecalculationresultshowsthatthedesignofelectricalspindlemeetstherequirements.Keywords:lathe;electricalspindle;spindle;bearing目錄第1章緒論,.,.1選題的目的和意義,.,1數(shù)控車床電主軸的國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,.1本課題主要研究內(nèi)容,.,.4第2章數(shù)控車床電主軸的

4、介紹,.,52.1車床電主軸的工作原理,.,52.2數(shù)控車床電主軸的特征,.,5第3章車床電主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),.,7電主軸結(jié)構(gòu)圖,.,7同步帶的選擇,.,7內(nèi)置編碼器的選擇,.,11轉(zhuǎn)子和定子的設(shè)計(jì),.,12軸承的選擇,.,.14冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì),.,.16主軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù),.,.18第4章軸的校核,.,.25軸的強(qiáng)度校核計(jì)算,.,25軸的剛度校核計(jì)算,.,28軸的CA弗析,.，,.29第5章軸承的校核,.,31角接觸球軸承的校核,.,.31深溝球軸承的校核,.,335.3軸承的CA明析，,.，,.34總結(jié),.,.,.36獻(xiàn),.,.37致謝,.,.39附錄1電主軸的裝配圖,.,.40附錄2電主軸的

5、主軸零件圖,.,.41附錄3電主軸的同步帶輪零件圖,.42附錄4電主軸的壓蓋零件圖,.,.43附錄5電主軸的刀套零件圖,.,.44第1章緒論選題的目的和意義我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程充分證明，數(shù)控機(jī)床電主軸發(fā)展的滯后，始終是制約我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展的瓶頸問題之一。高速電主軸的功能部件跟不上，發(fā)展數(shù)控機(jī)床將成為空話。我國數(shù)控機(jī)床整體技術(shù)水平的發(fā)展和提高，最終離不開先進(jìn)的功能部件產(chǎn)業(yè)的支持。我國數(shù)控機(jī)床經(jīng)歷了二十多年的發(fā)展歷程,形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模，具備了進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)。但在數(shù)控機(jī)床品種、質(zhì)量和性能等方面與發(fā)達(dá)國家還存在較大差距，很難能滿足市場需求，特別是高端數(shù)控機(jī)床主要依賴進(jìn)口，已明顯制約我國國民經(jīng)濟(jì)

6、和國防工業(yè)的發(fā)展。高速電主軸制造技術(shù)成為了決定高端的數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。對決定電主軸發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)要進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)，特別是在電主軸應(yīng)用中的關(guān)鍵部件諸如復(fù)合陶瓷軸承、內(nèi)置式無外殼電機(jī)、性能優(yōu)良的伺服控制器、高精度位置編碼器、氣密封裝置等進(jìn)行自主研發(fā)，改變這些關(guān)鍵部件主要靠進(jìn)口的局面。高速電主軸也是高端的數(shù)控機(jī)床的核心，大力發(fā)展高速電主軸將對我國的裝備制造行業(yè)會(huì)起到強(qiáng)大的推動(dòng)作用。數(shù)控車床電主軸的國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢數(shù)控車床電主軸的國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀國內(nèi)對電主軸技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代，主要用于零件內(nèi)表面磨削，這種電主軸的功率低，剛度小，并且它采用無內(nèi)圈式向心推力球軸承，限制了高速電主

7、軸的產(chǎn)業(yè)化。到80年代，隨著國內(nèi)高速主軸軸承的開發(fā)成功，研制出一系列高剛度、高速電主軸，廣泛應(yīng)用于各種內(nèi)圓磨床和各個(gè)機(jī)械制造領(lǐng)域。在90年代以后由磨用電主軸轉(zhuǎn)向銑用電主軸，它不僅能加工各種形體復(fù)雜的模具，而且開發(fā)了用于木工機(jī)械用的風(fēng)冷式高速銑用電主軸，推動(dòng)了高速電主軸在切削中的應(yīng)用。在國內(nèi)以洛陽軸承研究所洛陽軸研科技股份有限公司為代表，早在1958年就研制出了磨用電主軸之后又研發(fā)了大功率、高轉(zhuǎn)速系列電主軸，磁懸浮和氣靜壓電主軸等，并將電主軸在90年代應(yīng)用于大型數(shù)控銑床，加工中心和數(shù)控車床，是我國電主軸技術(shù)的引領(lǐng)者。廣州工業(yè)大學(xué)高速加工和機(jī)床研究所也開發(fā)研制了多種電主軸，并應(yīng)用于數(shù)控銑床由于近些

8、年數(shù)控加工技術(shù)的飛速發(fā)展，在軍工、基礎(chǔ)裝備制造，航空航天等領(lǐng)域?qū)Ω咚匐娭鬏S的迫切需要，國內(nèi)的電主軸研究也得到了很大的發(fā)展。同濟(jì)大學(xué)、北京機(jī)床研究所和上海機(jī)床廠在高速電主軸方面也取得了很大的成就。目前國內(nèi)生產(chǎn)的磨削用電主軸的轉(zhuǎn)速在15000r/min以內(nèi)；加工中心用電主軸的轉(zhuǎn)速最高30000r/min,轉(zhuǎn)矩達(dá)200N?m勺加工中心用電主軸轉(zhuǎn)速只有4000r/min;車削用電主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)12000r/min，最大功率只有11kw。在電主軸的潤滑方面，國外普遍采用先進(jìn)的油氣潤滑技術(shù)，而我國主要以油脂潤滑和油霧潤滑為主。80年代，隨著數(shù)控機(jī)床和高速切削技術(shù)的發(fā)展和需要，逐漸將電主軸技術(shù)應(yīng)用于加工中

9、心、數(shù)控銑床等高檔數(shù)控機(jī)床。目前電主軸已經(jīng)成為現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床最主要功能部件之一，世界上形成許多著名的機(jī)床電主軸功能部件專業(yè)制造商，它們生產(chǎn)的電主軸功能部件已經(jīng)系列化。具有代表性有美國福特公司和Ingersoll公司聯(lián)合推出的HVM80施卜式加工中心的大功率電主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)15000r/min由靜止升至最高轉(zhuǎn)速僅需15s。瑞士舊AG公司在電主軸行業(yè)技術(shù)領(lǐng)先現(xiàn)在被公認(rèn)為代表了行業(yè)的發(fā)展趨勢。舊AG公司提供的電主軸已經(jīng)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化電主軸最大轉(zhuǎn)速可達(dá)140000r/min,直徑范圍33到300mm功率范圍125W-SOk州矩范圍0.02,300N?m。日本三井精機(jī)公司生產(chǎn)的HT3AE卜式力口工中心采用

10、陶瓷軸承支承的電主軸,主軸轉(zhuǎn)速達(dá)40000r/min此外還有瑞士的Fisher公司、德國的GM公司、Hofer公司、西門子、意大利的Faemat公司和Gamfior公司等，這些公司生產(chǎn)的電主軸有以下特點(diǎn):l功率大、轉(zhuǎn)速高。2采用高速、高剛度軸承。國外高速精密主軸上采用高速、高剛度軸承，主要有陶瓷軸承和液體動(dòng)靜壓軸承，特殊場合采用空氣潤滑軸承和磁懸浮軸承。3精密加工與精密裝配工藝水平高。4配套控制系統(tǒng)水平高。這些控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)子自動(dòng)平衡系統(tǒng)、軸承油氣潤滑與精密控制系統(tǒng)、定轉(zhuǎn)子冷卻溫度精密控制系統(tǒng)、主軸變形溫度補(bǔ)償精密控制系統(tǒng)等1。床電主軸的國內(nèi)外的發(fā)展趨勢向高速度、高剛度方向發(fā)展隨著主軸軸承及其

11、潤滑技術(shù)、精密加工技術(shù)、精密動(dòng)平衡技術(shù)、高速刀具及其接口技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床用電主軸高速化已成為目前發(fā)展的普遍趨勢。電主軸的功率和轉(zhuǎn)速是受電主軸體積及軸承限制的，DmNS是反映電主軸剛度和轉(zhuǎn)速的一個(gè)重要的綜合特征參數(shù)，DmNS越大，其電主軸性能越。因此，在保證電主軸高轉(zhuǎn)速的前提下，加大主軸直徑，提高其剛性，也是電主軸技術(shù)發(fā)展的方向之一。向高速大功率、低速大轉(zhuǎn)矩方向發(fā)展現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床需要同時(shí)能夠滿足低速粗加工時(shí)的重切削、高速切削時(shí)精加工的要求，因此機(jī)床電主軸應(yīng)該具備低速大轉(zhuǎn)矩、高速大功率的性能。高速電主軸的大功率化已是國際機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向。近年大功率半導(dǎo)體器件有了飛躍性發(fā)展，已經(jīng)完

12、全可以滿足現(xiàn)有的電主軸應(yīng)用場合所要求的功率等級，這為高速電主軸的大功率化奠定了基礎(chǔ)。德國GMN司的電主軸低速粗加工時(shí)的重切削力可達(dá)1250N?m高速切削時(shí)精加工最大輸出功率可到150kW電機(jī)形式與控制方式多樣化方向發(fā)展主軸電機(jī)方面:目前國內(nèi)外主軸電機(jī)常見的是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，但由于其結(jié)構(gòu)和特性的限制，運(yùn)行狀態(tài)改變時(shí)導(dǎo)致電機(jī)很難在最佳效率點(diǎn)運(yùn)行，功率因數(shù)低、效率低。雖然采用變頻調(diào)速、矢量控制、功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)改善了電機(jī)系統(tǒng)的效率，但由于感應(yīng)電機(jī)的工作原理決定其運(yùn)行效率的提高是有限的，特別是在位置和速度要求非常高的高精度高速電主軸系統(tǒng)中應(yīng)用有時(shí)很難滿足系統(tǒng)要求。因此選用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，轉(zhuǎn)矩密度高，控制精度

13、高的永磁電機(jī)代替感應(yīng)電動(dòng)機(jī)也將是電主軸發(fā)展的一個(gè)重要方向。在主軸電機(jī)控制方面:采用矢量控制已經(jīng)被大多數(shù)高速電主軸生產(chǎn)廠家所采用，針對感應(yīng)電動(dòng)機(jī)采用自適應(yīng)控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、定子優(yōu)化控制等措施不斷提高感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在電主軸的應(yīng)用性能。對于永磁同步電動(dòng)機(jī)在低速粗加工時(shí)的重切削多采用恒轉(zhuǎn)矩控制方式,高速切削時(shí)精加工采用恒功率控制，在擴(kuò)大永磁電機(jī)在弱磁區(qū)域的同時(shí)提高穩(wěn)定性也將成為高速電主軸研究熱點(diǎn)問題。此外，柔性主軸及其軸承彈性支承技術(shù)的研究也將進(jìn)一步深化。目前國內(nèi)市場的軸承多以用高速角接觸球軸承支承，氣靜壓方式將逐漸取代角接觸球軸承成為主流方式。另外隨著磁懸浮技術(shù)的不斷進(jìn)步和成熟，在滿足成本要求的情況下

14、，磁懸浮軸承將由一些特殊場合的應(yīng)用到普通場合的特殊要求的應(yīng)用。提高高速電主軸動(dòng)平衡等級，降低振動(dòng)，使電主軸壽命更長。在保證轉(zhuǎn)速的情況下，應(yīng)盡量降低電主軸的整體振動(dòng)。主軸單元的自動(dòng)平衡裝置也將因高速電主軸的振動(dòng)指標(biāo)更高而不斷的更新和完善。潤滑技術(shù)不斷改進(jìn)，預(yù)負(fù)荷施加技術(shù)不斷進(jìn)步。陶瓷球復(fù)合軸承和油氣潤滑技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得軸承發(fā)熱更小，而且更能適應(yīng)高速需要。在非接觸式軸承中，磁浮和氣浮軸承不斷發(fā)展，已有系列產(chǎn)品出現(xiàn)。軸承預(yù)負(fù)荷施加方式上，過去主要使用剛性預(yù)負(fù)荷，不斷發(fā)展為彈性預(yù)負(fù)荷，后又出現(xiàn)智能預(yù)負(fù)荷方式，使軸承承載性能更優(yōu)。油氣潤滑方式和成本更低的非接觸式軸承技術(shù)也將是高速電主軸發(fā)展的方向1。

15、1.3本課題主要研究內(nèi)容數(shù)控車床電主軸總體方案設(shè)計(jì);根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)，進(jìn)行工藝分析、結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)計(jì)算和校核;繪制裝配圖及其他零件圖;撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書1份，撰寫其他相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)文檔。第2章數(shù)控車床電主軸的介紹車床電主軸的工作原理電主軸作為加工中心的核心部件，它將機(jī)床主軸與交流伺服電機(jī)軸合二為一，即將主軸電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子直接裝入主軸組件的內(nèi)部，并經(jīng)過精確的動(dòng)平衡校正，具有良好的回轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性，形成一個(gè)完美的高速主軸單元，也被稱為內(nèi)裝式電主軸，其間不再使用皮帶齒輪傳動(dòng)副，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸系統(tǒng)的“零傳動(dòng)”，通電后轉(zhuǎn)子直接帶動(dòng)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)。數(shù)控車床電主軸的特征高回轉(zhuǎn)精度車削中心的主軸是裝夾工件的基準(zhǔn)，并將

16、運(yùn)動(dòng)傳遞給工件，因此主軸的回轉(zhuǎn)精度直接影響加工精度。為保證電主軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的回轉(zhuǎn)精度，其關(guān)鍵零件必須進(jìn)行精加工和超精加工，選用尺寸和精度等級合適的軸承，采用合理的裝配方案;高剛度主軸剛度反映主軸單元抵抗外載荷的能力。尤其，進(jìn)行車削粗加工時(shí)，切削量較大，主軸要承受很大的徑向力。為了保證加工精度、避免振動(dòng)，要求電主軸具備較高的剛度，特別是徑向剛度;抗振性強(qiáng)機(jī)床工作時(shí)，主軸部件不僅受靜態(tài)力的作用，同時(shí)還受其他沖擊力和交變干擾力的作用而產(chǎn)生振動(dòng)。振動(dòng)是主軸動(dòng)態(tài)性能的重要指標(biāo)，振動(dòng)將會(huì)產(chǎn)生噪聲，并直接影響工件的表面加工質(zhì)量，振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生崩刃和打刀現(xiàn)象。因此，電主軸的抗振性要強(qiáng);電機(jī)特性優(yōu)良車削中心

17、要求有較廣的加工范圍，這就要求電主軸既要有優(yōu)良的低速加工性能，又要有好的高速加工性能。在起步及低速段采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，保證低速時(shí)有較大的輸出轉(zhuǎn)矩，滿足低速大進(jìn)給的切削要求;而高速段采用恒功率調(diào)速，可滿足小切削量的高轉(zhuǎn)速要求。對一些低速要求高的電主軸，應(yīng)采用高性能的矢量變頻器控制;熱特性穩(wěn)定由于電主軸是將高速電機(jī)置于機(jī)床主軸部件內(nèi)部，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子、定子和軸承的的發(fā)熱量很大，并引起熱變形，直接影響機(jī)床的工作性能和加工精度，因此要求電主軸的熱態(tài)性能穩(wěn)定2。第3章車床電主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1電主軸結(jié)構(gòu)圖1一主軸箱體2主軸前軸承3一主軸4冷卻液進(jìn)口5一主軸前軸承座6前軸承冷卻套7一定子8轉(zhuǎn)子9一定子冷

18、卻套10一冷卻液出口11主軸后軸承圖3.1車削中心電主軸結(jié)構(gòu)示意圖電主軸由主軸及主軸箱本體、輔助裝置、檢測裝置組成。電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用壓配方法與主軸做成一體，主軸則由前后軸承支撐。轉(zhuǎn)子定子通過冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。主軸的變速由主軸驅(qū)動(dòng)模塊控制，而主軸單元內(nèi)的溫升由冷卻裝置控制。在主軸的后面裝有松刀油缸、旋轉(zhuǎn)接頭;前端的內(nèi)錐孔和端面用于安裝刀具、刀具夾爪;中間有刀具拉桿、刀具夾緊彈簧。3.2同步帶的選擇同步帶介紹同步帶傳動(dòng)是一種新型的機(jī)械傳動(dòng)。由于它是一種嚙合傳動(dòng)，因而帶和帶輪之間沒有相對滑動(dòng)，從而使主從輪間的傳動(dòng)達(dá)到同步。同步帶傳動(dòng)和V帶、平帶相比具有以下優(yōu)點(diǎn):傳動(dòng)準(zhǔn)確，無滑動(dòng)，能達(dá)到同步

19、傳動(dòng)的目的;傳動(dòng)效率高，一般可達(dá)98?%;速比范圍大，允許線速度也高;傳遞功率范圍大，從幾十瓦到幾百千瓦;結(jié)構(gòu)緊湊，還適用于多軸傳動(dòng)。同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)目的是確定帶的型號節(jié)距帶長節(jié)線長度中心距、帶寬及主、從動(dòng)帶輪齒數(shù)，直徑等參數(shù)。同步帶計(jì)算一臺(tái)額定功率為12.5kw,轉(zhuǎn)速為1000r/min的異步電機(jī)，一天工作8個(gè)小時(shí)以上，以此來設(shè)計(jì)電主軸的同步帶。求設(shè)計(jì)功率PdPdK0Pm1.6X12.520kw式中K0載荷修正系數(shù)（由表3.1得）表3.1載荷修正系數(shù)K（部分）工作機(jī)原動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間（小時(shí)/日）358101624帶式輸送機(jī)，烘干機(jī)，杠車床，帶鋸，篩選機(jī)1.21.41.6液體攪拌機(jī)，鉆床，車床，龍門

20、刨床，造紙機(jī)1.41.61.8牛頭刨床，磨床，銑床，鉆鏜床，紡織機(jī)械1.51.71.9確定帶的型號和節(jié)距由于電主軸是內(nèi)裝式電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速就是主軸轉(zhuǎn)速，所及小齒輪轉(zhuǎn)速n1n2Xi03100r/min,由圖3.2查的帶的型號為H型，對應(yīng)節(jié)距Pb12.7mm見表3.2圖3.2通過功率找同步帶型號選擇小帶輪齒數(shù)由小帶輪轉(zhuǎn)速n13100r/min和H型帶，查表3.3得小帶輪最小許用齒數(shù)Z120，則Z2iZ1，其中in1,n23.1 TOC o 1-5 h z Z262,取標(biāo)準(zhǔn)帶輪齒數(shù)Z260確定帶輪節(jié)圓直徑:d1PbZ1,兀80.892mmd2PbZ2,兀242.675mm確定同步帶的節(jié)線長度LpLp2

21、acos小+兀d2+d1,2+九小d2-d1,180（3-2）式中：小9.31?以a500mm弋入則Lp1521.102選擇最接近計(jì)算值的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長見表3.4Lp1524.00mm計(jì)算同步帶齒數(shù)ZbZbLp,Pb1524.00/12.70120傳動(dòng)中心距a的計(jì)算aPbZ2-Z1,2兀cos9(3-3)式中:inV9冗3.1416inV8tg8-8用逐步逼近法計(jì)算，91(3518弧度代入上式:aPbZ2-Z1,2兀cos9373.53mm表3.2七種同步帶型號的主要參數(shù)帶型號節(jié)距Pdmm基準(zhǔn)寬度ba?mm拉力T?(N)質(zhì)量(Kg/m)帶寬ba(mm)MXL2.0326.4200.0103.04.

22、86.4XXL3.1756.4310.0103.04.86.4XL5.0809.550.170.0226.47.99.5L9.52525.4244.460.09512.719.125.4H12.70076.22100.850.44819.125.438.150.876.2XH22.227101.64048.901.48450.876.2101.6XXH31.750127.06398.032.47350.876.2101.6127.0表3.3帶輪最少許用齒數(shù)小帶輪轉(zhuǎn)速(r/min)帶型號MXLXLLHXHXXH900以下1010121422229001200以下12101216242412001

23、800以下14121418262618003600以下161216203036004800以下181518228確定同步帶設(shè)計(jì)功率為Pd時(shí)所需帶寬a.計(jì)算所選型號同步帶的基準(zhǔn)額定功率PoPoTa-mv2v,1000kw(3-4)式中:Ta許用工作拉力，查表3.2得Ta2100.85Nm-單位長度質(zhì)量，查表3.2可得m0.448Kg/mV線速度m/sV6.35m/s(3-5)表3.4標(biāo)準(zhǔn)同步帶的節(jié)線長度部分節(jié)線長度節(jié)線長度上的齒數(shù)基本尺寸(m)極限偏差(mm)MXLXXLXLLHXHXXH1422.40?0.81641447.80?0.811141524.00?0.811601201600.02

24、?0.86126721676.40?0.86132帶入上式的Po13.23kwb.計(jì)算小帶輪嚙合齒數(shù)ZmZm(Z2-Z1)8.626c.確定實(shí)際所需帶寬baP?PoKzKw(3-6)式中:P帶所能傳遞功率kwKz-一嚙合系數(shù)，因Zm6故Kz1Kw查表3.2,H型帶ba?76.20mm將P式代入P?Pd貝Ub3?b3?26.65mm取標(biāo)準(zhǔn)帶寬38.1mm見表3.29驗(yàn)算22.1520kw額定功率大于設(shè)計(jì)功率，則帶的傳動(dòng)能力已足夠，所選參數(shù)合格4。3.3內(nèi)置編碼器的選擇為了提高機(jī)械裝置的加工精度，必須提高檢測元件和檢測系統(tǒng)的精度。其中以旋轉(zhuǎn)編碼器，線性編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器，測速發(fā)電機(jī)等比較普遍。本人

25、在電主軸設(shè)計(jì)的內(nèi)置編碼器是屬于旋轉(zhuǎn)編碼器的。它的特點(diǎn)是:非接觸式，無摩擦和磨損，體積小，重量輕，機(jī)構(gòu)緊湊，安裝方便，維護(hù)簡單，其具有高精度，大量程測量等。旋轉(zhuǎn)編碼器非常適合測速度，可無限累加測量。3.4轉(zhuǎn)子和定子的設(shè)計(jì)高速電主軸的定子由具有高導(dǎo)磁率的優(yōu)質(zhì)矽鋼片迭壓而成。迭壓成型的定子內(nèi)腔帶有沖制嵌線槽。轉(zhuǎn)子是中頻電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，它的功能是將定子的電磁場能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。它能帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、鼠籠、轉(zhuǎn)軸三部分組成。此次設(shè)計(jì)的電主軸電機(jī)轉(zhuǎn)子的基本尺寸為：轉(zhuǎn)子的外徑2b,mni轉(zhuǎn)子內(nèi)孔直徑2a,mmm轉(zhuǎn)子的軸向長度為mm轉(zhuǎn)子配合面的有效接觸長度B,mm主軸配合面的基本尺寸為：外徑2a,mm

26、內(nèi)孔直徑為2c,mm電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為r,min所以其最大角速度為rad,s額定功率為1.5kW,額定轉(zhuǎn)矩為Nm,電主軸的結(jié)構(gòu)如圖所示。0.6759(3-7)Ci0.5380(3-8)電機(jī)轉(zhuǎn)子和主軸均為鋼質(zhì)材料，材料的彈性模量E,21xi011N,mZ泊淞比u,03,主軸配合面間的摩擦系數(shù)小,009,電機(jī)轉(zhuǎn)子襯套材料的許用應(yīng)力(T為287N,mm2主軸材料的許用應(yīng)力6為567N,mm2要滿足電主軸的高速性能，電機(jī)轉(zhuǎn)子與主軸配合面問的動(dòng)態(tài)過盈分量的最小值A(chǔ)dmin可由下式求得：A0.0205(3-9)要滿足電主軸的扭矩傳遞能力，電機(jī)轉(zhuǎn)子與主軸配合面之間的靜態(tài)過盈分量的最小值A(chǔ)smin可由下式求得：

27、Asmin+0.00245(3-10)根據(jù)計(jì)算可知，高速電主軸要求的動(dòng)態(tài)過盈量Admin是其要求的靜態(tài)過盈量的6倍多，由此可見，高速主軸的過盈量主要由動(dòng)態(tài)過盈量確定。高速電主軸的最小過盈量Amin為：圖3電主軸的結(jié)構(gòu)Amin,Admin,Asmin,(mm)據(jù)此，在GD,型電主軸設(shè)計(jì)中，主軸與電機(jī)轉(zhuǎn)子的配合采用66H6,s6的過盈配合，這種配合的實(shí)際最小過盈量為0.040mm,mm，能滿足電主軸的高速傳動(dòng)要求。其實(shí)際的最大過盈量為0.078mm配合面實(shí)際產(chǎn)生的最大正壓力為：93.6N/mm2(3-12)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)孔配合面上具有最大的切向拉應(yīng)力(79e和最大的徑向壓應(yīng)力(Tre,其值為：(T9e

28、ra-p-93.6N/mm2(3-13)(rrera191.9N/mm2(3-14)主軸的(Tri(r)和(T9i(r)均為壓應(yīng)力，其中主軸的配合面上具有最大的徑向壓應(yīng)力(rri,在主軸內(nèi)孔壁處具有最大的切向壓應(yīng)力(T9i,其值為：(rrira-p-93.6N/mm2(3-15)(T9irc-263.4N/mm2(3-16)電主軸的裝配應(yīng)力分布如圖3所示。由此可見，電主軸的危險(xiǎn)點(diǎn)在電機(jī)轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)，根據(jù)第三強(qiáng)度理論:(rr3(T9e-(Tre285.5N/mm2電機(jī)轉(zhuǎn)子襯套材料的許用應(yīng)力6為287N,mm，(rr3,6，使用安全。可同時(shí)承受徑向荷和軸向荷。能在較高的轉(zhuǎn)速下工作接觸角越大，軸向承載

29、能力越高。高精度和高速軸承通常取15度接觸角。深溝球是最具代表性的滾動(dòng)軸承，用途廣泛。適用于高轉(zhuǎn)速甚至極高轉(zhuǎn)速的運(yùn)行，而且非常耐用，無需經(jīng)常維護(hù)。深溝球軸承的摩擦系數(shù)很小，極限轉(zhuǎn)速也很高，特別是在軸向載荷很大的高速運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，深溝球軸承比更有優(yōu)越性。圖3.5角接觸球軸承料的選擇目前，滾動(dòng)軸承電主軸的支承形式主要采用鋼質(zhì)球軸承和陶瓷球混合軸承。本人采用陶瓷球混合軸承。陶瓷球混合軸承與傳統(tǒng)的鋼質(zhì)球軸承相比，具有密度小、彈性模量大、熱膨脹系數(shù)小、耐高溫等優(yōu)良物理性能和機(jī)械性能。(1)陶瓷球混合軸承材料Si3N4,密度只有鋼的40%在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可大幅減小滾動(dòng)體的離心力，從而減小球與套圈滾道間的接觸應(yīng)

30、力，延長軸承的使用壽命。圖3.6深溝球軸承(角接觸球軸承000r/min(2)彈性模量大、硬度高。與鋼質(zhì)球軸承相比，相同負(fù)荷下陶瓷球在接觸應(yīng)力作用區(qū)域材料塑性變形小，使軸承的剛度提高，從而提高主軸系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速。膨脹系數(shù)小?；旌陷S承的工作游隙及工作游隙的變化幅度小，導(dǎo)致高速高溫時(shí)，滾動(dòng)體與溝道接觸的最大接觸應(yīng)力及接觸負(fù)荷的變化幅度均較小，確保了軸承運(yùn)行平穩(wěn)和發(fā)熱量的減少。3.6冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電主軸中電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的發(fā)熱和軸承的摩擦發(fā)熱，是不可避免的。機(jī)床工作時(shí)，在內(nèi)、外熱源的作用下，主軸系統(tǒng)的各個(gè)部分會(huì)產(chǎn)生不同程度的溫升。升溫后，主軸和機(jī)床其他部件的空間相對位置和尺寸都將與溫升前不同，形成

31、不同的溫度場，進(jìn)而產(chǎn)生不同程度的熱膨脹，導(dǎo)致加工誤差。因此通過對高速電主軸的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改良，來控制電主軸的溫升，減小電主軸的熱膨脹，對于保證電主軸性能和提高其使用壽命，是至關(guān)重要的。熱源的主要構(gòu)成電動(dòng)機(jī)和軸承是主要的發(fā)熱源。具體的熱源主要可分為三部分:主軸電動(dòng)機(jī)內(nèi)置于機(jī)床主軸的結(jié)構(gòu)中，電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的發(fā)熱，是其結(jié)構(gòu)內(nèi)部的主要的熱源。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在主軸殼體內(nèi)的高速攪動(dòng)，使內(nèi)腔中的空氣也會(huì)發(fā)熱，這些熱源產(chǎn)生的熱量，主要通過主軸殼體和主軸進(jìn)行散熱，所以電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量有相當(dāng)一部分會(huì)通過主軸傳到軸承上去，因而影響軸承的壽命，并且會(huì)使主軸產(chǎn)生熱伸長，影響加工精度。隨著主軸轉(zhuǎn)速的升高，主軸軸承的摩擦

32、所產(chǎn)生的發(fā)熱量也隨之增大5。冷卻系統(tǒng)的冷卻路線車床電主軸主要是通過在主軸殼體內(nèi)加冷卻油，并不斷的循環(huán)，把熱量帶走，來進(jìn)行冷卻的(如圖3.7)。其基本的冷卻路線是:首先從主軸冷卻油溫控制器流出冷卻油，經(jīng)過在靠近后端蓋1的冷卻環(huán)套上入水口，使冷卻油進(jìn)入后端軸承2的外圍，后端蓋2.后端軸承3.轉(zhuǎn)子4.定子5.電機(jī)冷卻套6.前端軸承7.殼體機(jī)架圖3.7電主軸冷卻設(shè)計(jì)并對后端軸承2進(jìn)行冷卻。接著通過液壓把冷卻油擠向電動(dòng)機(jī)冷卻環(huán)套5，對主軸的定子4、轉(zhuǎn)子3和前端軸承6進(jìn)行冷卻，最后從殼體7的出水口，流回主軸冷卻油溫控制器完成循環(huán)。主軸傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算主軸傳動(dòng)由于效率低，所以工作時(shí)發(fā)熱量大。在閉式傳動(dòng)中，如

33、果產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散逸，將因溫度不斷升高而使?jié)櫥拖♂?，從而增大摩擦損失，甚至發(fā)生膠合。所以，必須根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量1等于同時(shí)間內(nèi)的散熱量2的條件進(jìn)行熱平衡計(jì)算，以保證油溫穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)3。由于摩擦損耗的功率，則產(chǎn)生的熱流量為:式中，P為主軸傳遞的功率，KW以自然冷卻方式，從箱體外壁散發(fā)到周圍空氣中去的熱流量2(單位為W)3為，式中：一一箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，可取(8.1517.45)W/m2?C,當(dāng)周圍空氣流通良好時(shí)，取偏大值;S內(nèi)表面能被潤滑油所飛濺到，而外表面又可為周圍空氣所冷卻的箱體表面面積，m2;to油的工作溫度，一般限制在6070?C,最高不應(yīng)超過80?C;ta周圍空氣的溫

34、度，常溫情況可取為20?C;按熱平衡條件12,可求得在既定工作條件下的油溫to單位為？C為：(3-16)為了保持正常工作溫度所需要的散熱面積S,當(dāng)？C,而總效率，估取0.7,P12.5KW所以因此只要散熱面積S大于，主軸的在工作條件下的油溫to就能保證在80?C下，再看本人設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)的散熱面積S:式中:r冷卻管道的內(nèi)壁半徑mm;R冷卻管道的外壁半徑mm;L冷卻管道的長度mm;故mm2，所以能證明主軸冷卻系統(tǒng)的熱平衡是穩(wěn)定的。主軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)主軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有主軸前端懸伸量和主軸主支承間的跨距。這些參數(shù)直接影響主軸的旋轉(zhuǎn)精度和主軸的剛度。主軸前端懸伸量的確定主軸的前端懸伸量主要取決于主軸

35、端部的結(jié)構(gòu)，前支承軸承的配置和密封裝置的形式和尺寸，由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定。主軸主支承間的跨距L的確定主軸主支承間的跨距是主軸獲得最大靜剛度的重要條件之一?？缇噙^小，主軸的彎曲變形固然較小，但因支承變形引起主軸前端的位移量增大;反之，支承跨距過大，支承變形引起主軸前端的位移量減小了，但主軸的彎曲變形增大，也會(huì)引起主軸前端較大的位移。一般取L23.5a。主軸的構(gòu)造主軸的構(gòu)造和形狀主要決定于主軸上所安裝的刀具，夾具，傳動(dòng)件，軸承等零件的類型，數(shù)量，位置和安裝定位方法等。設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮主軸加工工藝性和裝配工藝性。本次設(shè)計(jì)的主軸為空軸，主軸的前端型式取決于機(jī)床類型，后端結(jié)構(gòu)取決于安裝刀具的型式。主軸的結(jié)構(gòu)如圖

36、3.8。主軸擋板的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3.9，材料為45鋼，軸承選用角接觸球軸承，深溝球軸承。主軸的材料和熱處理機(jī)床主軸有較高的剛度要求，而剛度與主軸材料的彈性模量E值密切相關(guān)。由于各種鋼材的E值相差無幾(E,2(1xl011N,m2主軸結(jié)構(gòu)圖3.9主軸擋板圖3.10外圓車削時(shí)力的分解用YT15硬質(zhì)合金車刀縱車？b0.637Gpa的熱軋鋼外圓，切削速度Vc100m/min,背吃刀量ap4mm進(jìn)名&量f0.3mm/r。車刀幾何參數(shù)Y010?,Kr75?,Ss-10?,r30.5mm。表3.5車削時(shí)的車削力及切削功率的計(jì)算公式計(jì)算公式主切削力FcFc背向力FpFp進(jìn)給力FfFf切削時(shí)消耗的功率PckWPc

37、Fcvcx10-3/60切削力公式中系數(shù)和指數(shù)力口工材料刀具材料加工形式主切削力背向力進(jìn)給力CFcxFcyFcnFcCFpxFpyFpnFpCFfxFfyFfnFf結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼6b0.637GPa硬質(zhì)合金外圓縱車、橫車及鏜孔2701.00.75-0.151990.90.6-0.32941.00.5-0.1切槽或切斷3670.72 TOC o 1-5 h z 0.801420.730.670切螺紋1331.70.71高速鋼外圓縱車、橫車及鏜孔1801.00.750940.90.750541.20.650.2切槽或切斷2221.01.00切螺紋1911.00.750灰鑄鐵HBS190硬質(zhì)合金外圓縱

38、車、橫車及鍵孔921.00.750540.90.750461.00.40.2切螺紋1031.80.82高速鋼外圓縱車、橫車及鏜孔1141.00.7501190.90.750511.20.650.2切螺紋1581.01.00根據(jù)表3.5得:Fc(3-17)9.81Fp(3-18)9.81Ff(3-19)9.81所以得:切削力修正系數(shù)KFc、KFp、KFf是各種因素對切削力的修正系數(shù)的乘積。由表3.6得:KFc0(7537KFp0.5509KFf0.7822代入上式切削力計(jì)算公式得:Fc1620(N)上列公式中的指數(shù)nF加工材料車削時(shí)的切削力鉆削FcFpFfM及F刀具材料硬質(zhì)合金高速鋼硬質(zhì)合金高速

39、鋼硬質(zhì)合金高速鋼硬質(zhì)合金高速鋼結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼(Tb?0.588Gpa(Tb0.588Gpa0.750.350.751.352.01.01.50.75灰鑄鐵及可鍛鑄鐵0.40.551.01.30.81.10.6(2)同步帶的壓軸力壓軸力即為同步帶作用在軸上的力，是緊邊拉力和松邊拉力的矢量和，如圖3.11所示:根據(jù)機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)JB/T7512.3-1994壓軸力Q計(jì)算如下所示：Q(N)-矢量相加修正系數(shù)，如圖3.12:而帶的緊邊張力和松邊張力分別由(3-20)公式所得:F11250Pd/VNF2250Pd/VN圖3.12矢量相加修正系數(shù)式中V為帶速m/s;Pd為設(shè)計(jì)功率，PdKAPKW:KA為工況系數(shù)，

40、其值如表3.1,P為需傳遞的名義功率KW。所以壓軸力為:Q2100N(3-21)(3)轉(zhuǎn)子自身的重力由于轉(zhuǎn)子是套在主軸上的，所以主軸受到轉(zhuǎn)子的重力。轉(zhuǎn)子的外徑R70.7mm， TOC o 1-5 h z 而小徑r50mm,所以轉(zhuǎn)子的體積VB是轉(zhuǎn)子和主軸的有效接觸長度，V2.35X106mm32.35X103cm3而轉(zhuǎn)子的材料上文有提到是鋼材，7.89g/cm3所以轉(zhuǎn)子的重力:G,Vg181.7N(4)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算軸的最小直徑這種方法是只按軸所受的扭矩來計(jì)算軸的強(qiáng)度3;(3-22)式中:扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，Mpa;T軸所受到的扭矩，N?mm;WT軸的抗扭截面系數(shù)，mm3n軸的轉(zhuǎn)速，r/min;P軸

41、傳遞的功率，kw;d計(jì)算截面處軸的直徑，mm;口一一許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，Mpa,見表3.7。表3.7軸常用幾種材料口及A0值軸的材料Q235-A、20Q275、351Cr18Ni9Ti4540Cr、35SiMn38SiMnMo、3Cr13/MPa1525203525453555Ao14912613511212610311297由上式可得軸的直徑:(3-23)對于空心軸，則:(3-24)式中，Bd1/d,即空心軸的內(nèi)徑di與外徑d之比，本人取0.6。所以:27.2mm第4章軸的校核電主軸工作時(shí)，軸端會(huì)受到車刀對其的切削力，同步帶對帶輪的預(yù)緊力和不大的轉(zhuǎn)子重力。為使旋轉(zhuǎn)主軸能正常工作，要求軸具有足夠的

42、剛度和強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和已知條件線初選軸的直徑，然后進(jìn)行剛度和強(qiáng)度方面的校核。軸的強(qiáng)度校核計(jì)算作用在主軸上的主切削力、預(yù)緊力和轉(zhuǎn)子對其的重力，使軸在垂直平面內(nèi)產(chǎn)生彎曲變形，而徑向車削力使軸在水平面上產(chǎn)生彎曲變形。先求取垂直面支點(diǎn)反力和水平面支點(diǎn)反力后，計(jì)算相應(yīng)的彎矩和。在轉(zhuǎn)矩和彎矩的共同作用下，按照第三強(qiáng)度理論軸的應(yīng)力計(jì)算公式如下。(4-1)式中的彎曲應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力。到扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，取;當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，取;若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對稱循環(huán)變變應(yīng)力使，則取。對于直徑為的圓軸，彎曲應(yīng)力為:(4-2)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為:(4-3)將和代入式(4-1)，則軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為(

43、4-4)式中:軸的計(jì)算應(yīng)力，軸所受的合成彎矩，軸所受的扭矩，;軸的抗彎截面系數(shù)，。許用應(yīng)力，在抵擋工作時(shí)取。本設(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，所以取。整理后式(4-4)可以寫成3:(4-5)由于同步帶起到了對主軸的減速作用，即加工工件時(shí)，是不工作的，故不考 TOC o 1-5 h z 慮同步帶輪的圓周力，所以此時(shí)只有垂直方向上的皮帶預(yù)緊力Q。在水平面上根據(jù)力平衡和力矩平衡可列出方程組:(4-6)代入各已知參數(shù)列出:，圖4.1受力簡圖畫出水平面的彎矩圖:圖4.2水平面彎矩圖在垂直面上的受力分析較為復(fù)雜其受力模型如圖4.3。圖4.3垂直面受力模在垂直面上根據(jù)力平衡和力矩平衡可列出方程組:(4-7

44、)帶入各已知參數(shù)列出:，。得出力后求出彎矩圖如下:圖4.4垂直面彎矩圖根據(jù)得出合成彎矩圖圖4.5合成彎矩圖圖4.6扭矩圖將各已知參數(shù)代入式(4-5)，得出:，故主軸符合強(qiáng)度要求。4.2軸的剛度校核計(jì)算軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角來表示。圓軸扭轉(zhuǎn)角單位為(?)/m，扭角的大小和軸的長度有關(guān)。為了消除長度的影響，通常用單位長度轉(zhuǎn)角來表示轉(zhuǎn)變形的程度。在工程中常限制單位長度轉(zhuǎn)角的最大值的最大值不得超過單位長度許可轉(zhuǎn)角。因此，扭轉(zhuǎn)的剛度條件表述為對于空心圓軸:34-16對于不同的機(jī)械和軸的工作條件，可從有關(guān)手冊中查到單位長度許可轉(zhuǎn)角的精密機(jī)械傳動(dòng)軸:(0.250.50)?/m一般傳動(dòng)軸:(0.51)?

45、/m精度要求不高的軸:(12.5)?/m車床電主軸應(yīng)該屬于一般傳動(dòng)軸，所以選擇0.7?/m，根據(jù)式(4-16)得:0.038m38mm由于主軸的最小直徑D70mm所以符合剛度要求4.3軸的CAE析在SolidWorks中畫好軸的零件圖，然后進(jìn)入Simulation模塊分析主軸。分析過程如下:(1)做好分析準(zhǔn)備，為主軸插入加載基準(zhǔn)軸和分割基準(zhǔn)面;(2)生成靜態(tài)算例;(3)定義材料屬性;(4)添加約束;(5)施加扭矩;(6)施加離心力;(7)劃分網(wǎng)格并運(yùn)行分析;(8)觀察vonMises應(yīng)力圖解6。通過觀察主軸的應(yīng)力分析圖，圖4.7所示，可以看出主軸的應(yīng)力大小是由顏色來區(qū)分的，顏色從藍(lán)色到紅色應(yīng)力

46、不斷變大，主軸前軸承和主軸末端是應(yīng)力最集中的地方，但最大應(yīng)力點(diǎn)的應(yīng)力，未超出材料(45鋼)的許須用應(yīng)力。從主軸的整體可以看出主軸表面大部分都是藍(lán)色區(qū)域，沒有出現(xiàn)一塊塊的其他顏色區(qū)域，說明主軸受力較均勻。綜上所述表明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較合理。圖4.7軸的應(yīng)力分析圖4.8軸的疲勞強(qiáng)度分析第5章軸承的校核在設(shè)計(jì)過程中，考慮到電主軸的使用壽命，以及穩(wěn)定性能，我需要對軸承的壽命進(jìn)行計(jì)算。滾動(dòng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可能出現(xiàn)各種類型的失效形式，但是套圈和滾動(dòng)體表面的疲勞點(diǎn)蝕是滾動(dòng)軸承的一種最基本和常見的失效形式，也是通常作為滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算的依據(jù)。軸承發(fā)生點(diǎn)蝕破壞后，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)通常會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)的振動(dòng)、噪聲和發(fā)熱現(xiàn)象。滾動(dòng)軸承的壽命

47、是指軸承的滾動(dòng)體或套圈首次出現(xiàn)點(diǎn)蝕之前，軸承的轉(zhuǎn)速或相應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)小時(shí)數(shù)。滾動(dòng)軸承的承載能力計(jì)算主要是指軸承的壽命計(jì)算。5.1角接觸球軸承的校核軸承軸向載荷Fa1Ff783.32N，徑向載荷Fr14416.3N，軸承轉(zhuǎn)速1000r/min,裝軸承處的軸頸直徑可在7080mms圍內(nèi)選擇，由于數(shù)控車床是屬于每日8h工作的機(jī)械(利用率高)，所以選預(yù)期計(jì)算壽命Lh25000h,見表5.1。(1)求比值:根據(jù)表5.2,角接觸球軸承的最小e值為0.38,故此時(shí)：e。表5.1推薦的軸承預(yù)期計(jì)算壽命機(jī)械類型預(yù)期計(jì)算壽命Lh/h不經(jīng)常使用的儀器或設(shè)備。如閘門開閉裝置3003000短期或間斷使用的機(jī)械，中斷使用不致嚴(yán)

48、重后果，如手動(dòng)機(jī)械等30008000間斷使用的機(jī)械，中斷使用后果嚴(yán)重，如發(fā)動(dòng)機(jī)輔助設(shè)備、流水作業(yè)線自動(dòng)傳動(dòng)裝置、升降機(jī)、車間吊車等800012000每日8h工作的機(jī)械利用率不高，如一般的齒輪傳動(dòng)、某些固定電動(dòng)機(jī)等1200020000每日8h工作的機(jī)械利用率較高，如金屬切削機(jī)床、連續(xù)使用的起重機(jī)、木材加工機(jī)械、印刷機(jī)械等200003000024h連續(xù)工作的機(jī)械，如礦山升降機(jī)、紡織機(jī)械、電機(jī)等400006000024h連續(xù)工作的機(jī)械，中斷使用后果嚴(yán)重，如纖維生產(chǎn)或造紙?jiān)O(shè)備、發(fā)電站主電機(jī)、船舶螺旋槳軸等100000200000根據(jù)表5.2,角接觸球軸承的最小e值為0.38,故此時(shí)：e。 TOC o

49、1-5 h z 表5.2徑向動(dòng)載荷系數(shù)X和軸向動(dòng)載荷系數(shù)Y軸承類型相對軸向載荷Fa/Co?eFa/Fre判斷系數(shù)e名稱代號Fa/CoXYXY調(diào)心球軸承100001Y10.65Y2調(diào)心滾子軸承200001Y10.67Y2圓錐滾子軸承30000100.40Ye深溝球軸承600000.0250.0700.1300.2500.500100.562.01.81.61.41.21.00.220.240.270.310.370.44角接觸球軸承70000Ca15?0.0150.0290.0580.0870.0120.1700.2900.4400.580100.441.471.401.191.121.021.

50、001.000.380.400.430.460.470.500.550.560.5670000ACa25?100.410.870.6870000Ba40?100.350.571.14(2)初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P：按照表5.3，1.21.8，取1.5。按照表5.2，X1，Y0，則:N(3)根據(jù)式(N)(4)根據(jù)軸承設(shè)計(jì)手冊選擇C80200N的7015C/DT軸承。表5.3載荷系數(shù)載荷性質(zhì)fp舉例無沖擊或輕微沖擊1.01.2電動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)、通風(fēng)機(jī)、等中等沖擊或中等慣性沖擊1.21.8車輛、動(dòng)力機(jī)械、起重機(jī)、造紙機(jī)、冶金機(jī)械、選礦機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、機(jī)床等強(qiáng)大沖擊1.83.0破碎機(jī)、軋鋼機(jī)、鉆探機(jī)、振動(dòng)篩等此

51、軸承的基本額定靜載荷Co93000No演算如下：29574.9h25000h故所選軸承滿足壽命要求3。5.2深溝球軸承的校核軸承軸向載荷Fa2Ff783.32N，徑向載荷Fr2848.8N，軸承轉(zhuǎn)速1000r/min,裝軸承處的軸頸直徑可在8595mms圍內(nèi)選擇，由于數(shù)控車床是屬于每日8h工作的機(jī)械(利用率高)，所以選預(yù)期計(jì)算壽命Lh25000h,見表5.1。求比值:根據(jù)表5.2,深溝球軸承的最大e值為0.44,故此時(shí)：e求比值:按照表5.3，1.21.8，取1.5。按照表5.2,X0.56,Y值需在已知型號和基本額定靜載荷Co后才能求出。故暫選一近似中間值，取Y1.5，則:N3)根據(jù)式(N)

52、(4)根據(jù)軸承設(shè)計(jì)手冊選擇C32800N的61918-Z軸承。此軸承的基本額定靜載荷Co31500N。演算如下:求相對軸向載荷對應(yīng)的e值與Y值。相對軸向載荷為，一檔的，對應(yīng)的e值為0.22,Y值為2。所以求當(dāng)量動(dòng)載荷P:N驗(yàn)算61918-Z軸承的壽命，根據(jù)式:20465.8h25000h，即低于預(yù)期計(jì)算壽命。所以改用6018-Z軸承。此軸承的C58000N，所以113160h25000h故所選軸承滿足壽命要求。軸承的CAE析軸承的應(yīng)力分析步驟與主軸的分析差不多，所以步驟內(nèi)容同上所述。在這里說說疲勞分析的內(nèi)容。步驟如下:(1)在空心主軸應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的分析;(2)生成疲勞算例;(3

53、)設(shè)計(jì)算例屬性;(4)定義S-N曲線;(5)定義疲勞事件;(6)運(yùn)行疲勞研究;(7)查看生命圖解6。如圖5.1所示，兩種軸承的應(yīng)力都主要集中在軸承的內(nèi)圈上，但軸承的最大應(yīng)力點(diǎn)的應(yīng)力未出超出材料(陶瓷)的許須用應(yīng)力。圖5.2可以看出軸承的生命總數(shù)較大，使用壽命較長。故設(shè)計(jì)是合理的。圖5.1角接觸球軸承和深溝球軸承的應(yīng)力分析圖5.2角接觸軸承生命圖解總結(jié)高速電主軸是高端的數(shù)控機(jī)床的核心，大力發(fā)展高速電主軸將對我國的裝備制造行業(yè)會(huì)起到強(qiáng)大的推動(dòng)作用。通過上述方法證明本人設(shè)計(jì)的電主軸各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。并使本人對電主軸的轉(zhuǎn)子、定子、軸承、冷卻系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)軸等關(guān)鍵技術(shù)有了一個(gè)更深入的了解。本文主要完成的工作如下:數(shù)控車床電主軸的國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢;車床電主軸的工作