畢業(yè)設(shè)計（論文）-高速切削機(jī)床電主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計

PAGEPAGE4高速切削機(jī)床電主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計姓名班級專業(yè)學(xué)院指導(dǎo)老師2021年1月27日

摘要在本次的設(shè)計中，設(shè)計的主要內(nèi)容是高速切削機(jī)床的電主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計，電主軸的設(shè)計主要包含了其工作原理的分析，主軸的軸結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計，軸承的選型及軸承的校核計算等，定子是電主軸的重要組成部分，通過冷卻結(jié)構(gòu)固定套安裝在主軸箱上，整體結(jié)構(gòu)通過以上的定時組成一個完整的電主軸單元體。整個的工作過程通過電來帶動轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)主軸的運(yùn)行，這樣的電主軸的結(jié)構(gòu)形式多運(yùn)用在復(fù)合機(jī)床上，還有一些多軸結(jié)構(gòu)的機(jī)床，多面體機(jī)聯(lián)動機(jī)床等。本次的設(shè)計通過查閱電主軸的相關(guān)文獻(xiàn)，網(wǎng)上查閱資料等，來滿足設(shè)計的要求達(dá)到本次課題的設(shè)計要求。滿足電主軸的工作要求及達(dá)到設(shè)計的目的，提升自己的設(shè)計意識和對機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。在本次的設(shè)計上，通過查閱相關(guān)資料，對電主軸的結(jié)構(gòu)形式有一個深入的了解，確定電主軸的結(jié)構(gòu)方案的合理性，對軸承結(jié)構(gòu)的基本分配選擇，在設(shè)計上充分利用相關(guān)的設(shè)計知識來達(dá)到本次課題的分析。將理論知識和經(jīng)驗(yàn)相關(guān)的知識聯(lián)系在一起，達(dá)到電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計沒有出現(xiàn)工作原理的問題。關(guān)鍵詞：電主軸、聯(lián)動、電主軸、單元、平衡。

AbstractInthisdesign,themaincontentofthedesignisthestructuredesignofthemotorizedspindleofthehigh-speedcuttingmachinetool.Thedesignofthemotorizedspindlemainlyincludestheanalysisofitsworkingprinciple,thedesignoftheshaftstructureofthespindle,theselectionofthebearingandthecheckcalculationofthebearing,etc.thestatorisanimportantpartofthemotorizedspindle,whichisinstalledonthespindleboxthroughthecoolingstructurefixedsleeve,andtheoverallstructureisthroughthecoolingstructureAcompletemotorizedspindleunitbodyisformedbythetimingonthespindle.Inthewholeworkingprocess,therotorisdrivenbyelectricitytorealizetheoperationofthespindle.Thiskindofmotorizedspindlestructureismostlyusedincompoundmachinetools,aswellassomemultiaxismachinetools,polyhedralmachinelinkagemachinetools,etc.Thedesignofthemotorizedspindlethroughaccesstorelevantliterature,onlineaccesstoinformation,tomeetthedesignrequirements,toachievethedesignrequirementsofthistopic.Meettheworkingrequirementsofmotorizedspindleandachievethedesignpurpose,improvetheirdesignawarenessandunderstandingofmechanicaltransmissionstructure.Inthisdesign,throughconsultingtherelevantinformation,wehaveadeepunderstandingofthestructuralformofthemotorizedspindle,determinetherationalityofthestructuralschemeofthemotorizedspindle,andmakefulluseoftherelevantdesignknowledgeinthedesigntoachievetheanalysisofthistopic.Thetheoreticalknowledgeandexperiencerelatedknowledgearelinkedtogethertoachievethestructuredesignofmotorizedspindlewithouttheproblemofworkingprinciple.Keywords:motorizedspindle,linkage,motorizedspindle,unit,balance.PAGE29PAGE29目錄31108_WPSOffice_Level1第一章緒論 39837_WPSOffice_Level21.1課題研究的意義和目的 315097_WPSOffice_Level21.2電主軸國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 330001_WPSOffice_Level21.3設(shè)計要求 416868_WPSOffice_Level1第二章電主軸的結(jié)構(gòu)方案分析 5230_WPSOffice_Level22.1電主軸的工作原理分析 520222_WPSOffice_Level22.2電主軸的主要設(shè)計參數(shù)分析 65136_WPSOffice_Level31.2.1電主軸主要設(shè)計參數(shù) 61210_WPSOffice_Level31.2.2電主軸設(shè)計優(yōu)點(diǎn) 618765_WPSOffice_Level22.3電主軸的設(shè)計注意事項(xiàng) 730034_WPSOffice_Level32.3.1軸承的安裝 73001_WPSOffice_Level32.3.2電主軸的結(jié)構(gòu)裝配順序 78723_WPSOffice_Level31.3.3幾個部位的修配 86022_WPSOffice_Level1第三章電主軸零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 932281_WPSOffice_Level23.1電主軸軸的設(shè)計 925677_WPSOffice_Level33.1.1電主軸軸材料的選擇 922492_WPSOffice_Level33.1.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 928381_WPSOffice_Level32.1.3軸的校核 1026687_WPSOffice_Level33.1.3主軸內(nèi)徑的計算 1118071_WPSOffice_Level33.1.4主軸跨距的確定 1231490_WPSOffice_Level33.1.5軸的剛度計算 128858_WPSOffice_Level23.2電主軸軸端的設(shè)計 1319415_WPSOffice_Level23.3電主軸聯(lián)結(jié)裝置的設(shè)計 1426837_WPSOffice_Level23.4主軸剛度的計算 152327_WPSOffice_Level1第四章電主軸軸承選型及設(shè)計計算 181610_WPSOffice_Level24.1電主軸軸承的選擇 1827064_WPSOffice_Level34.1.1類型的選擇 182035_WPSOffice_Level34.1.2軸承的工況分析 1917011_WPSOffice_Level34.1.3軸承的校核 2021968_WPSOffice_Level24.2電主軸軸承的校核計算 2215371_WPSOffice_Level34.2.1滾動軸承壽命計算 2212988_WPSOffice_Level34.2.2電主軸軸承靜載荷及極限轉(zhuǎn)速 231111_WPSOffice_Level1第五章電主軸工作系統(tǒng)的設(shè)計 24506_WPSOffice_Level25.1電主軸潤滑技術(shù) 2417546_WPSOffice_Level25.2熱源分析及冷卻 244835_WPSOffice_Level25.3電主軸軸的動平衡分析 2419562_WPSOffice_Level35.3.1動平衡機(jī)原理 2415887_WPSOffice_Level35.3.2平衡機(jī)的使用 253016_WPSOffice_Level25.4電主軸的運(yùn)動控制 2529025_WPSOffice_Level1總結(jié) 2727768_WPSOffice_Level1參考文獻(xiàn) 28

第一章緒論1.1課題研究的意義和目的電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，是一個結(jié)合多學(xué)科知識的應(yīng)用，電主軸的結(jié)構(gòu)包含了機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計，電子學(xué)知識的應(yīng)用以及自動化控制等結(jié)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容。也屬于高速傳動軸承的運(yùn)用技術(shù)，是高精度加工零件的結(jié)合體，現(xiàn)有的國內(nèi)的技術(shù)上，對電主軸的精度要求和所能達(dá)到的精度比國外的技術(shù)還有一定的差距，所有在國內(nèi)，電主軸的發(fā)展還有很大的空間，在最近幾年的發(fā)展中，發(fā)電主軸的發(fā)展運(yùn)用在機(jī)床上的實(shí)例很多，與高新技術(shù)的機(jī)床行業(yè)的發(fā)展是脫不開的，電主軸的使用和高速刀具的使用，直線電機(jī)的技術(shù)都是相互連接的。這些高精度的元件在組合使用上將會是我國的高精度技術(shù)有一個高度的提升。在電主軸的一整套的設(shè)計上，主要包含了主軸本身的結(jié)構(gòu)，還包含了其他的一些主要的附件，例如高頻裝置的結(jié)構(gòu)，潤滑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，冷卻裝置的結(jié)構(gòu)還有內(nèi)置編碼器等結(jié)構(gòu)。主傳動部件是直接將空心的電子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)化為主軸上的動力，形成一個傳動的整體單元結(jié)構(gòu)。1.2電主軸國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢在我國的發(fā)展中，擊穿行業(yè)的發(fā)展在近幾年來說也是不可小視的。自2005年以來，我國在機(jī)床上的發(fā)展越來越有突破，機(jī)床的產(chǎn)值在最高的時候達(dá)到了50多億美元的發(fā)展。在世界上也是屬于前幾個發(fā)展最大的國家。在機(jī)床的發(fā)展中，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展是較大的，每年的產(chǎn)量在60000臺以上，而數(shù)控機(jī)床的在每年的產(chǎn)量里面占有很大的比重，數(shù)控機(jī)床在結(jié)構(gòu)上使用的電主軸，所以機(jī)床的發(fā)展對電主軸的發(fā)展起刀了很大的作用，同樣電主軸的發(fā)展也是機(jī)床精度和發(fā)展的重要保障。在長期發(fā)展的狀況下，和其他發(fā)達(dá)國家相比，還存在很多的不足，主要是電主軸為代表的主要部件，無論從結(jié)構(gòu)內(nèi)容和技術(shù)方案上的更新，電主軸的可靠性和精度化程度的發(fā)展還不夠先進(jìn)，如果得不到更好的發(fā)展，電主軸的發(fā)展成為我國數(shù)控機(jī)床的主要發(fā)展阻力。在國外的發(fā)展中，由于一些很多的設(shè)備上都需要用到電主軸，所有在高速加工的設(shè)備上，他們都會講電主軸運(yùn)用在里面，來增加機(jī)械設(shè)備的精度等級。這樣的使用方法不僅可以大幅度的提高加工機(jī)械設(shè)備的精度，還可以在短時間內(nèi)題號機(jī)床設(shè)備的加工效率沒實(shí)現(xiàn)時間和質(zhì)量都提高的特點(diǎn)，給制造業(yè)大帶了很大的優(yōu)勢。將電主軸運(yùn)用在航空航天汽車制造，工業(yè)機(jī)械手設(shè)計等上，將電主軸的優(yōu)勢發(fā)揮的很廣泛，逐步成為新新行業(yè)的新寵。國外的機(jī)床發(fā)展中，主要運(yùn)用的就是電主軸，使得電主軸在國外機(jī)床行業(yè)里面是機(jī)床的心臟零件，電主軸逇精度以直接影響著機(jī)床的質(zhì)量水平。1.3設(shè)計要求本次電主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計，根據(jù)殼體的設(shè)計要求，使用原始的數(shù)據(jù)進(jìn)行電主軸逇初步構(gòu)思和計算，通過查找電主軸的相關(guān)文獻(xiàn)和設(shè)計資料，最終確定電主軸的設(shè)計結(jié)構(gòu)方式，進(jìn)行零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，了解電主軸的結(jié)構(gòu)組成，分析電主軸的工作原理，在設(shè)計上實(shí)現(xiàn)電主軸的轉(zhuǎn)速要去在10000~20000r/min以上，通過主要的參數(shù)計算來逐步分析和計算電主軸的銑削力大小，電主軸的工作當(dāng)量的直徑大小，再進(jìn)行電主軸軸承的選型和計算軸承的預(yù)緊力，分析主要軸承的剛度等。根據(jù)設(shè)計的電主軸工作原理分析，學(xué)習(xí)設(shè)計的軸承使用和安裝技術(shù)，學(xué)習(xí)電主軸的關(guān)鍵性使用和設(shè)計的技術(shù)內(nèi)容，進(jìn)行潤滑系統(tǒng)的分析，冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計，最后進(jìn)行動平衡和運(yùn)動形式的分析計算，由于電主軸的精度要求高，所以在設(shè)計上還需要對電主軸的安裝進(jìn)行分析。符合電主軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)安裝達(dá)到設(shè)計要求，符合機(jī)械傳動的基本要求。本次的電主軸的設(shè)計，主要對機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，只要達(dá)到設(shè)計的精度要求，將會在市場上有一定的競爭力，滿足機(jī)床行業(yè)的發(fā)展。

第二章電主軸的結(jié)構(gòu)方案分析2.1電主軸的工作原理分析數(shù)控機(jī)床高速運(yùn)轉(zhuǎn)電主軸，其工作原理是根據(jù)電機(jī)的繞組運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)相位的互差120°運(yùn)轉(zhuǎn)，在通電工作下的三相交流工作后，通過的三相繞組將會在各自的動力作用下形成一個工作正弦的交變性磁場，在三個磁場的作用下，實(shí)現(xiàn)相互之間的疊加，共同形成一個強(qiáng)度不會改變，但是磁極朝向一定的旋轉(zhuǎn)電場，在旋轉(zhuǎn)電場里面有一樣的磁場，磁場的選擇就是電主軸的轉(zhuǎn)速，也就是電主軸的工作原理。電主軸的結(jié)構(gòu)技術(shù)支持主要有一下幾點(diǎn)：軸承技術(shù)。軸承采用的是高速軸承，所以對軸承的要求是很高的，一般使用復(fù)合陶瓷軸承，內(nèi)外圈在實(shí)際上不進(jìn)行相互基礎(chǔ)，理論上實(shí)現(xiàn)了壽命的無限使用的特點(diǎn)。電機(jī)技術(shù)。高速電機(jī)，是一個提高電主軸的動力因素，由于電主軸是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備，所以電主軸的電機(jī)也是最關(guān)鍵的技術(shù)之一，在電主軸的電機(jī)選擇上，基本都要選擇高速電機(jī)，高速電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)上可以提高電主軸的動平衡的作用。電主軸的潤滑。潤滑系統(tǒng)的布置，在電主軸里面是很關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)，因?yàn)樵诟咚龠\(yùn)轉(zhuǎn)下，潤滑不好將會造成很大的精度問題，甚至損壞電主軸的零部件，所以電主軸的潤滑是很關(guān)鍵的，一般采用的潤滑油定時定量的油氣潤滑劑，還有才有潤滑脂的，在每隔一個相同的時間下進(jìn)行潤滑，實(shí)現(xiàn)定時潤滑的特點(diǎn)，定量潤滑也是需要控制的，精確的進(jìn)行潤滑量的確定，過多或過少都會會潤滑造成影響。電主軸的冷卻裝置設(shè)計。電主軸在高速運(yùn)動下，容易造成電主軸的發(fā)熱要種，所有需要在發(fā)熱后進(jìn)行盡快散熱，冷卻裝置的設(shè)計，主要的作用就是保持冷卻劑的工作穩(wěn)定。電主軸的內(nèi)置脈沖編碼器。編碼器主要是為了在工作中實(shí)現(xiàn)自動換刀的要求，所以在電主軸的內(nèi)置中，都要安裝一個脈沖的編碼器實(shí)現(xiàn)自動換刀的功能，達(dá)到準(zhǔn)確的控制電主軸進(jìn)給的特點(diǎn)。2.2電主軸的主要設(shè)計參數(shù)分析1.2.1電主軸主要設(shè)計參數(shù)在電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要分享和計算相關(guān)的設(shè)計參數(shù)，才能實(shí)現(xiàn)電主軸的正常工作和設(shè)計的要求。電主軸的設(shè)計參數(shù)有一下內(nèi)容：電主軸的工作情況下的最高轉(zhuǎn)速，以及在恒定工作功率下的轉(zhuǎn)速范圍。電主軸在工作下的額定工作功率，以及在工作中的最大工作扭矩。電主軸的主軸部分的前軸頸直徑設(shè)計參數(shù)，以及前后選型的軸承的工作跨距大小。1.2.2電主軸設(shè)計優(yōu)點(diǎn)一般情況下，電主軸運(yùn)用的機(jī)床，都是高速數(shù)控機(jī)床和高速精密機(jī)床，這類的機(jī)床的最大結(jié)構(gòu)特點(diǎn)就是能實(shí)現(xiàn)零傳動，從主傳動系統(tǒng)來分析，這樣的結(jié)構(gòu)取消了從主電機(jī)到主軸傳動之間的機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，沒有了皮帶、齒輪等傳動結(jié)構(gòu)的形式，在設(shè)計優(yōu)勢上，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的簡單化，傳動慣量較小的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)極高的運(yùn)轉(zhuǎn)速度要求。在電流的選擇上，采用的變頻調(diào)速控制的電氣技術(shù)，使得設(shè)計的輸出功率大，能夠調(diào)速的范圍比較廣的特點(diǎn)，更好的實(shí)現(xiàn)機(jī)床的粗精加工的高速化特點(diǎn)。圖1-1扭矩—功率特性采用這樣的電主軸，可以更好的達(dá)到工作環(huán)境下的剛性好，實(shí)現(xiàn)的回轉(zhuǎn)病毒高的特點(diǎn)，在快速進(jìn)給下能夠達(dá)到更高的轉(zhuǎn)速，使得輸出的功率較大，控制精確。2.3電主軸的設(shè)計注意事項(xiàng)2.3.1軸承的安裝1.安裝事項(xiàng)電主軸的軸承安裝，是很關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)，軸承屬于精密的機(jī)械傳動部件，在電主軸的軸承安裝上，要對軸承進(jìn)行很好的保存，防止開封以后灰塵及生銹等情況影戲安裝精度要求。(1)軸承的壓入配合電主軸的軸承在安裝上，內(nèi)圈和之間的配合是緊配合的，軸承額的外圈與電主軸的軸承座安裝的孔是間隙配合的，在安裝上可以使用壓力機(jī)等設(shè)備進(jìn)行軸承的直接壓入到軸是上。(2)軸承的加熱配合電主軸的軸承安裝采用加熱配合的方式，是通過對軸承的加熱，再進(jìn)行軸承座的加熱，在加熱的情況下進(jìn)行配合裝配，裝配后冷卻的方法。2.軸承的使用和保管(1)電主軸的軸承在使用上。需要保持工作環(huán)境的干凈整潔，不要有灰塵和臟污等附著在軸承上，防止碰撞造成軸承的劃痕和損傷，定期需要對電主軸的軸承進(jìn)行性能的檢查，再進(jìn)行修為和保養(yǎng)等，增加電主軸的精度要求。(2)電主軸的軸承在開封以后不得直接放在地上和干凈的地方，防止受到濕氣的影響造成損壞，最好在使用的時候再進(jìn)行開封。2.3.2電主軸的結(jié)構(gòu)裝配順序1.電主軸的配隔墊2.電主軸的清洗殼體以及油路3.電主軸的試水套及清孔到干凈4.裝入電主軸的定子5.進(jìn)行電主軸的動平衡檢測6.在進(jìn)行軸的安裝7.拉軸，電主軸的調(diào)試，打鋼印8.電主軸的接打件，焊插座9.包裝好裝配好的電主軸從以上的安裝流程來看，電主軸的安裝是很講究的，這樣的安裝過程需要保證精度，安裝的精度直接會影響到電主軸的精度等級。高速軸的動平衡會影戲旋轉(zhuǎn)精度。1.3.3幾個部位的修配在電主軸的軸承安裝中，一般會存在修配的尺寸，在零件尺寸的修配過程中，保證尺寸鏈中的設(shè)計標(biāo)注的封閉環(huán)尺寸。

第三章電主軸零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1電主軸軸的設(shè)計3.1.1電主軸軸材料的選擇在本次設(shè)計中，電主軸的主軸材料選擇使用42CrMo材料，42CrMo從材料的微觀組織上分析其性能來說：(1)材料所含的合金元素為Cr和Mo，兩種元素的強(qiáng)化效果不是很大，碳化物的軟墊和穩(wěn)定性比較高。當(dāng)兩種元素被用在鋼中是，由于分布的均勻性，可以提高材料的強(qiáng)度和硬度，不會降低韌性，所以度提高材料的使用性能來說更有好處。(2)選擇使用的元素Cr、Mo對鐵金相的影響在碳化物的鋼鐵匯總加入合金材料元素，可以將把鐵的相圖進(jìn)行改變，縮小奧氏體的元素含量，使得鋼的強(qiáng)度更高。(3)元素Cr、Mo對鋼相變過程的影響在大多數(shù)的金屬鋼里面，基本的性能都是經(jīng)過對其添加元素改變達(dá)到使用要求的，合金元素的成物越大，那么他的碳化物的穩(wěn)定性也更高。3.1.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計電主軸的軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，是電主軸的重要組成部分，軸的剛度要求和強(qiáng)度要求需要達(dá)到設(shè)計的要求，滿足電主軸的使用要求。根據(jù)軸上的安裝部件的要求，以及軸的加工要求，裝配結(jié)構(gòu)形式的要求等，合理的分析軸的結(jié)構(gòu)形式，給定軸的設(shè)計尺寸和設(shè)計結(jié)構(gòu)形式。電主軸的軸主要由軸端的軸頸和軸頭組成，軸身的結(jié)構(gòu)形式等組成。對軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要從以下幾個方面進(jìn)行考慮，首先要考慮的是電主軸的軸的定位，軸的定位一般采用階梯軸的形式來實(shí)現(xiàn)，零件在軸上的定位可以用臺階來限制，在通過零件在軸上的受力大小和受力的方向來進(jìn)行軸段的設(shè)計，還需要考慮其在裝配和拆裝上的便捷性，以及使用的安全性等要求。然后再考慮軸的軸向的定位方式，軸向定位主要考慮的是軸在工作中傳遞的轉(zhuǎn)矩的大小和性能等作用。零件的中心精度的大小，在加工上的難易程度等，在軸的軸向定位上，一般采用鍵，花鍵，銷等螺母等連接。2.1.3軸的校核電主軸的軸，在實(shí)際的使用工作中，會比其他軸所承受的載荷要大得多，承受的載荷種類也多很多，在設(shè)計上，要確定軸的剛度能夠承受各種力的作用，保證工作能力的要求，再對軸進(jìn)行剛度的計算，剛度的校核和轉(zhuǎn)速計算等。1.軸結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的計算根據(jù)軸的扭矩能力，計算中的強(qiáng)度，在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的時間，通長可以根據(jù)軸的初步估計來進(jìn)行軸直徑的確定。電主軸軸的扭矩強(qiáng)度計算為：(3-1)上式計算中：——軸的扭轉(zhuǎn)工作切應(yīng)力，MPa；T——軸工作中所受的工作扭矩，N·mm；——軸時間在工作的扭轉(zhuǎn)截面設(shè)計系數(shù)，；n——軸的工作轉(zhuǎn)速，r/min；P——軸工作中能夠傳遞的工作功率,kW；d——計算軸的截面工作處軸的時間直徑，mm；——軸的許用工作扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa，見下表；設(shè)計軸的材料選用Q235-A或20Q275、35（1Cr18Ni9Ti)4540Cr、35SiMn38SiMnMo、3Cr13(MPa)15-2520-3525-4535-55A0149-126135-112126-103112-97表2-1軸常用幾種材料的[τ]T及A0值由上表可知，本次設(shè)計的電主軸軸的工作過程中計算直徑為：（3-2）上式中計算中：，由參考文獻(xiàn)查表。對于電主軸的空心軸結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計，則：（3-3）上式計算中β＝d1/d，即空心軸的內(nèi)徑d1與外徑d之比，通常取β＝0.5-0.6。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)軸截面上開有鍵槽時，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強(qiáng)度的削弱。對于直徑d＞100mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大3%；有兩個鍵槽時，應(yīng)增大7%。對于直徑d≤100mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑應(yīng)增大5%-7%；有兩個鍵槽時，應(yīng)增大10%-15%。然后將軸徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。應(yīng)當(dāng)注意，這樣求出的直徑，只能作為承受扭轉(zhuǎn)作用的軸段的最小直徑。在設(shè)設(shè)計中根據(jù)軸的輕彎矩和扭矩圖，可以計算出彎矩的計算公式：(2-4)式中α是考慮扭轉(zhuǎn)和彎矩的加載情況及產(chǎn)生應(yīng)力的循環(huán)特征差異的系數(shù)。即當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時取α≈0.3；扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時，取α≈0.6；若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力亦為對稱循環(huán)變應(yīng)力時，則取α＝1。2.強(qiáng)度的校核已知軸的計算彎矩后，即可針對某些危險截面（即計算彎矩大而直徑可能不足的截面）作強(qiáng)度校核計算。按第三強(qiáng)度理論，計算彎曲應(yīng)力：(2-5)式中：W——軸的抗彎截面系數(shù)m，各種截面計算公式見表。[σ-1]——軸的許用彎曲應(yīng)力，其值按表選用。3.1.3主軸內(nèi)徑的計算主軸本身剛度K正比于抗彎斷面慣性矩I由式子可知取孔徑的直徑極限為：此時若孔徑再大，剛度急劇下降：根據(jù)推薦值：?。篸1=55mm3.1.4主軸跨距的確定前端角接觸球軸承的剛度（主要為軸向剛度）：其中：內(nèi)徑為110mm,查參考（2）表4.3-5查軸承樣本額定動載荷取計算得主軸跨距為300mm3.1.5軸的剛度計算如果主軸前后軸承由數(shù)段組成，則當(dāng)量直徑：（mm）（參考文獻(xiàn)2）式中、、、、…、、——分別為各段的直徑和長度（㎜）；——總長，如果前后軸承的直徑相差不大，也可把前后軸承直徑的平均值近似地作為當(dāng)量直徑d。則撓度： （參考文獻(xiàn)2） 式中F——外載荷（N）；a——前懸伸，等于載荷作用點(diǎn)至前支承點(diǎn)間的距離（mm）；l——跨距，等于前后支承的距離（mm）；E——彈性模量，鋼的 ；I——截面慣性距,；——主軸的外徑和孔徑（mm）。又因?yàn)?，孔的影響可以忽略由此可得主軸剛度滿足要求。3.2電主軸軸端的設(shè)計隨著機(jī)床行業(yè)的發(fā)展和電主軸在機(jī)床行業(yè)上的發(fā)展過程，實(shí)現(xiàn)了一些大功率的機(jī)床設(shè)備的不斷更新發(fā)展，使得現(xiàn)在的機(jī)床結(jié)構(gòu)在設(shè)計上的剛性和設(shè)計要求越來越好，電主軸的軸端和刀柄是相互連接的，在集合現(xiàn)在國內(nèi)的電主軸結(jié)構(gòu)上的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為7/24的錐度進(jìn)行配合。進(jìn)給設(shè)計的電主軸軸端和分析形式，可知刀尖的變形領(lǐng)一般在25%～50%來自原刀柄的錐度連接結(jié)構(gòu)，在工作中，變形源于主軸和軸承的量大概在40%左右。在機(jī)床上的高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，需要確保高速軸的刀具在連接狀態(tài)下不能發(fā)生變形等情況影戲精度要求。但是在實(shí)際的加工中，由于離心的作用，高速軸前段會使主軸發(fā)生膨脹，通過網(wǎng)上查閱資料，大致的膨脹為下圖3-1所示。圖3-1軸端錐孔在設(shè)計中可知，高速主軸的組成對整個電主軸的動平衡要求是很高的，所有在刀具的安裝和實(shí)現(xiàn)各部件的夾緊上，都需要進(jìn)行動平衡來完成精度的檢測，在結(jié)合面上的公差會引起徑向的調(diào)動等情況，所以在結(jié)構(gòu)上，鍵是用來實(shí)現(xiàn)各轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角的作用。高速主軸的結(jié)構(gòu)如下圖3-2所示。圖3-2軸向定位3.3電主軸聯(lián)結(jié)裝置的設(shè)計在整個的高切削機(jī)床的設(shè)計上，實(shí)現(xiàn)高速主軸的設(shè)計單元是實(shí)現(xiàn)整個高速切削的關(guān)鍵內(nèi)容。在機(jī)床上，采購高速電主軸，更好的取消了一些傳動上的不同環(huán)節(jié)，在設(shè)計中，需要考慮電主軸是一個精密部件，在更換配件和軸承的時候，安裝和拆卸要方便。還有在設(shè)計上，需要考慮在預(yù)緊力的作用下，軸承是需要承受軸向力的作用的，所以在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，軸承的定位變得尤為重要，電機(jī)的轉(zhuǎn)子安裝在主軸的結(jié)構(gòu)上，和結(jié)合面一起傳遞電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。在主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，電機(jī)的轉(zhuǎn)子和機(jī)床設(shè)備的動平衡是很高的，所以在高要求的作用下，需要考慮轉(zhuǎn)子和機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計上，主軸的鏈接不合適采用鍵來定位。3.4主軸剛度的計算最佳跨距的確定：取彈性模量E=N/，D=（90+65）/2=77.5mm；主軸截面慣距：截面面積；A=3459.9主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩：故總切削力為：估算時，暫取即取270mm前后支承支反力取=1033000N/mm則則=225mm當(dāng)量切削力的計算：P=（a=B）/a＝3639對于車床B=0.4=160mm則水平面內(nèi)：垂直面內(nèi)：主軸端部的撓度計算：，傳動力的作用下，主軸端位移的計算公式見下式：式中：“－”號表示位移方向上與力反向，b表示齒輪與前支承的距離，c表示齒輪與后支承的距離，將各值帶入，得水平面內(nèi)：垂直面內(nèi)：則主軸最大端位移為：已知主軸最大端位移許用值為＝0.0002L＝0.09mm則<，符合要求。主軸傾角的驗(yàn)算：在切削力p的作用下主軸前軸承處的傾角為：水平面：垂直面內(nèi)：傳動力Q作用下主軸傾角為：水平面內(nèi)：rad垂直面內(nèi)：rad則主軸前軸承處的角為垂直面內(nèi)： rad故符合要求。

第四章電主軸軸承選型及設(shè)計計算機(jī)床行業(yè)上，采購高速加工的方式被廣泛的運(yùn)用，也不斷的收到了人們的關(guān)注，在機(jī)場生產(chǎn)上的效率和加工的質(zhì)量，一并可以對生產(chǎn)成本達(dá)到可靠性要求。達(dá)到設(shè)計的目的。4.1電主軸軸承的選擇高速切削機(jī)床，在電主軸的設(shè)計上，一般都采用滾動軸承，在機(jī)床行業(yè)里面，被廣泛的運(yùn)用，是機(jī)械上的一種常用的軸承。滾動軸承的主要特點(diǎn)是使用壽命臂其他的軸承要長，軸承用來支撐軸和軸上的零配件，并與基座等零件相連，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和擺動運(yùn)動狀態(tài)，目的是使傳動副之間的相互摩擦力減少，達(dá)到較高的傳動效率的作用。軸承是國家標(biāo)準(zhǔn)制定的，只需要根據(jù)使用的條件來進(jìn)行軸承的選擇和使用就行，就可以在機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)中更好的使用軸承發(fā)的作用。4.1.1類型的選擇1.在高速機(jī)床的設(shè)計上，一般選擇軸承的流程是國定的，通過網(wǎng)上查閱相關(guān)電主軸的設(shè)計文獻(xiàn)，可以知滾動軸承的選擇過程一般如下圖所示；圖3-1滾動軸承的選擇用流程表2.機(jī)床使用的滾動軸承在選擇上的要求:（1）考慮滾動軸承在實(shí)際使用上的承受工作載荷的能力傳動方向：在滾動軸承受到徑向力的作用時，才有向心滾動軸承；在工作上受到軸向力的作用時，一般選擇使用推力滾子軸承；在工作中同時存在徑向力的作用和軸向力的作用時，可以選擇使用向心推力滾子軸承；傳動受力的大小：在工作中，受到工作載荷較大時，一般使用滾子軸承，或在實(shí)際的尺寸系列上選用較大的軸承；在工作上受到的載荷較小時，一般選用球軸承，或在工作的時間尺寸上較小的傳動軸承。（2）考慮工作壓力對軸承工作時間尺寸的要求在設(shè)計中，當(dāng)傳動結(jié)構(gòu)對選擇的軸承要求徑向運(yùn)用尺寸的限制，那么可以選擇使用滾針軸承；（3）機(jī)床上的軸承選擇，需要軸承的時間能達(dá)到的工作轉(zhuǎn)速機(jī)床屬于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的高精度設(shè)備，一般情況來講，選擇的球軸承在使用上比一般的滾子軸承傳動的能力更好，更適合高速運(yùn)轉(zhuǎn)。4.1.2軸承的工況分析高速切削機(jī)床電主軸的滾動軸承的設(shè)計中，需要考慮在工作時侯的工況情況，在實(shí)際的工作上，并非所有的傳動結(jié)構(gòu)中的滾動都會同時收到工作力的受載。在設(shè)計上，滾動在同時守在的情況下，是和軸承的受力中的軸向力的大小有直接聯(lián)系的，在實(shí)際運(yùn)用上，能夠達(dá)到半圈受力是最好效果。計算向心推力在實(shí)際工作中，軸承徑向力的作用下，F(xiàn)r下受力后會產(chǎn)生的軸向力Fd：（3-1）以最佳效果計算為主，當(dāng)有半圈的傳動滾動在工作中受載時，軸向力的實(shí)際大小如下計算為：表3-1軸承在工作中受載的計算圓錐滾子軸承角接觸球軸承70000C（）70000AC（）70000B（）注：由參考文獻(xiàn)查閱可知，表中的Y和表中的e是由工作載荷的工作系數(shù)查取的，Y是工作中對應(yīng)實(shí)際表中的Fa／Fr＞e的Y值大小。Fd:軸承內(nèi)部的派生出來的軸向力大??；Fae:軸承外部的受力下的施加于實(shí)際軸系的軸向力大??；Fa:實(shí)際工作受力時，軸承的受到軸向力的作用，會造成向心推力軸承的振動等，所以Fa應(yīng)取決于軸承實(shí)際的Fd與軸承Fae工作中受力較大的，即：Fa軸承=軸承max{Fae軸承,Fd}也就是：Fa=軸承max{Fae,Fd}4.1.3軸承的校核齒輪受切向力徑向力：；切削力F=1310N，徑向切削力軸向切削力， 轉(zhuǎn)速n=4000r/mind=90mm垂直面內(nèi)的受力分析：水平面內(nèi)的受力分析：故合力：求兩軸承的軸向力:對70000AC型軸承兩次計算的差值不大，因此，確定，當(dāng)量動載荷：對兩軸承取X=1，Y=0；X=1，Y=0；由載荷性質(zhì)，輕載有沖擊故取當(dāng)量載荷：。因?yàn)樗钥芍鋲勖S承也符合剛度要求。4.2電主軸軸承的校核計算4.2.1滾動軸承壽命計算由于設(shè)計的是高速切削機(jī)床，所以在運(yùn)轉(zhuǎn)上是最容易出現(xiàn)問題的，在使用滾動軸承的時候，實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)時，更容易出現(xiàn)各種各樣的軸承失效的情況，使得疲勞點(diǎn)點(diǎn)蝕造成滾動軸承的基本失效情況，也可以作用軸承在使用上的對壽命的一個考核的指標(biāo)。在軸承發(fā)生點(diǎn)蝕后破壞后，工作中的運(yùn)轉(zhuǎn)時，整個的傳動系統(tǒng)的出現(xiàn)比較強(qiáng)的不正常振動、發(fā)出很大的噪聲和整體結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)發(fā)熱的現(xiàn)象。電主軸的滾動軸承，使用的壽命是指高速機(jī)床的軸承在接觸點(diǎn)上出現(xiàn)點(diǎn)蝕之前，工作中的軸承的時間的轉(zhuǎn)數(shù)和軸承的相應(yīng)的傳動式小時數(shù)時，軸承的承載能力和軸承的壽命就會有一定的影響。圖4-2滾動軸承的壽命曲線和一般的傳動結(jié)構(gòu)的性質(zhì)一樣，軸承的疲勞壽命也是一樣的，在滾動軸承時間工作中的疲勞壽命達(dá)到的離散性也是相對比較大的，在工程上，一般定義為具有90％的工作壽命和基本的使用壽命就為可靠的軸承壽命。4.2.2電主軸軸承靜載荷及極限轉(zhuǎn)速軸承的靜載荷大小的計算軸承在靜載荷的作用下，一般是指軸承在工作中，套圈的相對轉(zhuǎn)速會作用在軸承的載荷上，需對軸承進(jìn)行靜載荷的時間大小的計算。C0≥C0r=S0P0(4-2)上式計算中：C0-指基本的工作額定的靜載荷，N；指C0r-在計算基本的額定工作上的靜載荷，N；指P0-在實(shí)際工作上的時間靜載荷，N；指S0-軸承在工作中的安全工作系數(shù)。2.軸承的極限工作轉(zhuǎn)速機(jī)床電主軸的傳動中，實(shí)現(xiàn)滾動軸承的高速轉(zhuǎn)速，會產(chǎn)生摩擦面的相互之間的溫度升高，影響潤滑劑在實(shí)際工作中的作用，導(dǎo)致軸承機(jī)配件的熱處理在不斷的發(fā)生回火等，所有在實(shí)際的工作中，選擇的許用工作轉(zhuǎn)速值的計算設(shè)計，可按文獻(xiàn)公式計算：N0=f1·f2·N0上式計算中：N-實(shí)際工作的許用轉(zhuǎn)速，r/min；N0-軸承在工作中的極限運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，r/min；f1-軸承的載荷工作系數(shù)（圖4-3）；f2-軸承的載荷在工作中分布的系數(shù)（圖4-3）。20.040.060.000.220.24圖4-3軸承的載荷工作系數(shù)關(guān)系

第五章電主軸工作系統(tǒng)的設(shè)計5.1電主軸潤滑技術(shù)在高速電主軸的使用過程中，主要的潤滑是主軸軸承的潤滑，基本的電主軸的潤滑油潤滑脂的潤滑和油霧潤滑。采用潤滑脂潤滑對于電主軸的結(jié)構(gòu)上來說是比較簡單的一種潤滑方式，使用的時候比較方便，沒有什么污染等情況。當(dāng)主軸溫度升高時，會降低使用壽命。在實(shí)際的工作中，高速機(jī)床的電主軸上，潤滑油量的過多或過少都會造成不利的影響，不利于主軸的轉(zhuǎn)速和實(shí)際的使用壽命?，F(xiàn)在市場上的很多的潤滑劑，質(zhì)量是比較好的，可靠性比較高，實(shí)際證明，使用潤滑劑已經(jīng)成為國際上的一種常用而流行的方式。5.2熱源分析及冷卻高速切削機(jī)床，在電主軸的工作原理上，是將電能在工作中轉(zhuǎn)化為傳動的機(jī)械能的作用。在轉(zhuǎn)化的同時，還有一部分是轉(zhuǎn)化為熱能的，所有在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，這些熱能將無法正常的通過散熱風(fēng)扇排出，所有在長期工作下，這些熱能是需要考慮的，在設(shè)計中，需要考慮熱能對主軸軸承的影響，以免會再受熱情況下發(fā)生精度的變化和電主軸的損壞，影響軸承的使用壽命。5.3電主軸軸的動平衡分析5.3.1動平衡機(jī)原理電主軸的動平衡測量的設(shè)備，叫工作平衡機(jī)，是一種實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)物體的不平衡和相對位置檢測的設(shè)備。檢測的原理是在采用轉(zhuǎn)子在工作中會實(shí)現(xiàn)繞軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)工作時，由于轉(zhuǎn)子的相對于軸線工作質(zhì)量的分布會出現(xiàn)不均勻的情況，出現(xiàn)離心的作用，會造成不平衡的問題，影戲軸承的振動，產(chǎn)生噪音和磨損的情況，這種不平衡離心力作用在轉(zhuǎn)子軸承上會引起振動，產(chǎn)生噪聲和加速軸承磨損，所以在設(shè)計上，需要進(jìn)行動平衡的檢測才能使用在實(shí)際的運(yùn)用中。5.3.2平衡機(jī)的使用一般的動平衡機(jī)的使用的方法，是需要專業(yè)的技術(shù)人員來進(jìn)行檢查的，常用的檢查方法根據(jù)查閱資料可知，一般有去重法檢測和增重發(fā)來檢測，小型的電主軸在普通的機(jī)床上使用的一般使用去重法來檢測，增重法是今年來使用在高速電主軸上的一種方法。才有電機(jī)的轉(zhuǎn)子，在兩端結(jié)構(gòu)上設(shè)計一個平衡盤的結(jié)構(gòu)，使得平衡盤的傳動實(shí)現(xiàn)圓周方向上的均布，用螺紋孔進(jìn)行轉(zhuǎn)子的安裝。得到主軸整體組件的動平衡時，在平衡盤上進(jìn)行去