【正文】 (49)式中：——流量，單位為：/h； ——管道的面積,單位：； ——冷卻液體流速，單位為：m/s；初定冷卻管的直徑：D=5mm；代入可得:=將：=，代入式=： ；因此=5mm滿足設(shè)計要求。因此應(yīng)該嚴(yán)格控制整機裝配精度。在設(shè)計的過程中，首先根據(jù)額定功率和額定轉(zhuǎn)速計算出軸端的最大的扭矩，根據(jù)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩，功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，選定合適的控制形式與驅(qū)動方式，其次根據(jù)轉(zhuǎn)速和功率確定電主軸的最小遲寸，根據(jù)最小尺寸確定整個主軸的徑向尺寸，同時為了讓滿足軸端最大轉(zhuǎn)動慣量的要求，對整個軸的軸向尺寸進行設(shè)計，使軸端跨度及外伸滿足設(shè)計要求。在軸承選定之后，根據(jù)軸承所受的壓力對軸承的壽命進行估算，以確定所選的軸承的壽命可以達到設(shè)計要求。其尺寸也會變的更小，其將代替脈沖電機或者步進電機成為工業(yè)機器人和機械臂的主要驅(qū)動裝置。雖然3D打印技術(shù)也在不斷地發(fā)展中，但其也存在不少的缺陷。從論文的選題、資料的收集到論文的撰寫編排整個過程中，我得到了許多的熱情幫助。在本次設(shè)計中，我也得到了其他同學(xué)很多的幫助。參考文獻[1].（美）Neil .《機械設(shè)計實用機構(gòu)與裝置圖冊》.[2].《機械原理及設(shè)計》西北大學(xué)出版社，2006.[3]..《 數(shù)控機床高速電主軸的性能研究[J]》.沈陽建筑大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， .[4].吳玉厚.《數(shù)控機床電主軸單元技術(shù)[M]》.機械工業(yè)出版社，.[5]..《第一屆全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽決賽作品集》高等教育出版社，.[6].《畫法幾何級工程制圖》.機械工業(yè)出版社，.[7].《理論力學(xué)》.西安交通大學(xué)出版社，.[8].《材料力學(xué)》.西安交通大學(xué)出版社，.[9]..《機械設(shè)計課程設(shè)計》.機械工業(yè)出版社，.[10].《高速數(shù)控機床電主軸控制技術(shù)》.科學(xué)出版社，.[11].《應(yīng)用電工電子技術(shù)》.電子工業(yè)出版社，.[12].《電機學(xué)》.西安交通大學(xué)出版社，[13].《電機學(xué)》.浙江大學(xué)出版社，[14].《機械設(shè)計技術(shù)手冊》.機械工業(yè)出版社，.[15].《西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)手冊》.教學(xué)服務(wù)中心編印，.。經(jīng)過繪制整個設(shè)計圖紙，使我可以熟練的使用繪圖軟件CAD，提高了繪制圖紙的能力，對此后繪制的機械圖紙將會有很大的幫助。在我設(shè)計遇到問題時，老師引導(dǎo)著我去解決問題，并讓我明白只要努力就沒有完不成的事，在自己摸索著尋找問題答案的同時，也從中學(xué)到了很多的知識及技能，可以在資料中迅速找到我所需要的東西。同時，高速加工技術(shù)也將是各國在制造領(lǐng)域爭奪的制高點。在數(shù)控機床電主軸系統(tǒng)的中，其組成的各個零部件也將會出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化，特別是數(shù)控機床電主軸的兩大重要組成部件：空心電機和軸承。最后設(shè)計電主軸的箱體尺寸。由此可選擇由GMN公司生產(chǎn)的混合陶瓷球軸承，此軸承的滾珠是由陶瓷構(gòu)成的，因此摩擦系數(shù)小，由摩擦產(chǎn)生的熱量也因此降低而且為了保證軸端的最大轉(zhuǎn)動慣量，軸承采用的雙排列的方式。通過對額定功率和額定轉(zhuǎn)速的分析及計算，分別進行主軸電機驅(qū)動和控制形式的選擇、混合陶瓷球軸承的選擇、電主軸主軸的設(shè)計、轉(zhuǎn)子定子的設(shè)計、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計、潤滑系統(tǒng)的設(shè)計及電主軸軸殼尺寸使其達到相應(yīng)的設(shè)計要求。 電主軸軸殼的尺寸 引言： 軸殼是高速電主軸的主要部件。高速電主軸的冷卻系統(tǒng)分為外水套和內(nèi)水套兩種：大型電主軸功率大，電動機發(fā)熱量多，采用內(nèi)水套式冷卻系統(tǒng)強化電動機定子的冷卻；小型電主軸采用外水套式或定子和軸承均帶水套的方式冷卻，此外也可以經(jīng)過油冷卻裝置的冷卻油強制性地在主軸定子外及主軸軸承外循環(huán)，帶走熱量。將：=；C==： =轉(zhuǎn)子鐵心的磁損耗由轉(zhuǎn)差率來確定，它的值很小，可以忽略不計。因此，可假設(shè)定子的內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子的外表面均等排列著銅線，因此導(dǎo)體的長度L,計算長度如下：轉(zhuǎn)子上導(dǎo)線的長度的計算如下：==11165mm；式中： ——轉(zhuǎn)子外徑的周長，單位為：mm； ——銅線的直徑，單位為：mm； ——轉(zhuǎn)子軸向長度，單位為：mm；定子上導(dǎo)線長度的長度計算如下：==13530mm；式中： ——定子內(nèi)徑的周長，單位為：mm； ——銅線的直徑，單位為：mm； ——轉(zhuǎn)子軸向長度，單位為：mm； 因此：L=+=24695mm。陶瓷球軸承的損耗：在主軸的高速運轉(zhuǎn)下，滾珠與軸承內(nèi)外圈間會產(chǎn)生復(fù)雜的摩擦，而產(chǎn)生較強的摩擦熱。因此，在電主軸機床上影響加工誤差的主要是熱變形而不是彈性變形，研究表明熱變形引起的加工誤差已達到零件總加工誤差的60～80％，尤其是機床在高速運轉(zhuǎn)下更為嚴(yán)重。所以主軸的受力圖如圖38所示: A B C 圖38主軸的受力分析圖 根據(jù)上面計算可知：將=150mm；=40mm；P=100N代入可得： =0 ； (334) 0 ； (335)由上式可知：，且軸承采用的是雙排列，在B處由兩個軸承；因此：軸承所承受的徑向載荷為：R==； (336) 軸承所承受的徑向載荷為：A=20N；根據(jù)：=，查表可知：=；==，因此：，查表可知：X=1；Y=0；代入公式332可得：=XR+YA=； ==； （338） 軸承的計算 軸與套圈間的作用力Q包括外載荷和離心力。 軸承壽命的分析： 電主軸的設(shè)計壽命一般為5000～10000h,這就要求軸承具有較長的壽命，而且在高轉(zhuǎn)速時溫度，徑向載荷與軸向載荷的分布會影響軸承的壽命。 代入：=G=；=2可得：= 要滿足電主軸的扭矩傳遞能力，電機轉(zhuǎn)子與主軸配合面之間的靜態(tài)過盈分量的最小值可由下式求得： ==mm （321） 根據(jù)計算可知，高速電主軸要求的動態(tài)過盈量 Δdmin 是遠遠大于，由此可見，高速主軸的過盈量主要由動態(tài)過盈量確定。額定功率為4kw。迭壓成型的定子內(nèi)腔帶有沖制嵌線槽。所以L取150mm,因此：a=40mm。其造成的結(jié)果就是，主軸外伸端的截面在徑向方向發(fā)生位移，且其總位移由兩部分組成：Y= (34)——假設(shè)軸承為剛性支承，主軸為彈性體時，主軸在前端受到外載荷P作用后的位移。 主軸的外伸端及跨距的計算：主軸選用45鋼，主軸材料的許用應(yīng)力為600MPa。預(yù)加載荷不僅可消除軸承的軸向游隙，還可以提高軸承剛度、主軸的旋轉(zhuǎn)精度，抑制振動和鋼球自轉(zhuǎn)時的打滑現(xiàn)象等。軸承重量 m (kg)最高轉(zhuǎn)速(r/min)79000基本額定動載荷（KN）基本額定靜載荷（KN） 軸承的潤滑方式：,電主軸可采用油脂潤滑，電主軸必須采用油氣或者油霧潤,SC61902C TA的==，；所以采用脂潤滑。因此：d=10mm。3 主要零部件的設(shè)計 軸承的選擇 引言主軸軸承技術(shù)是超高速主軸系統(tǒng)的一項關(guān)鍵技術(shù)，目前，國內(nèi)外數(shù)控機床采用較多的軸承形式有：磁懸浮軸承、動靜壓軸承和陶瓷球軸承，其中使用最多的就是混合陶瓷球軸承。這類驅(qū)動器在低速時輸出功率不夠穩(wěn)定，不能滿足電主軸低速大扭矩的要求，也不具備主軸的定向停止和C軸功能，但價格便宜，一般用在高速端工作的電主軸。 設(shè)計要求如表21所示：表21額定轉(zhuǎn)速P（r/min）額定功率n（kw） 20000 4 引言： 電主軸運動控制是電主軸單元控制系統(tǒng)的核心部件，電主軸運動控制技術(shù)主要包含轉(zhuǎn)速開環(huán)的恒壓頻比控制技術(shù)、轉(zhuǎn)速閉環(huán)的恒壓頻比控制技術(shù)、矢量控制技術(shù)及直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)?？梢愿尤娴睦斫獯髮W(xué)所學(xué)的知識，對自己的能力也有一個相應(yīng)的提升。結(jié)構(gòu)特點是：軸承由8個淺腔組成，以淺腔為節(jié)流器，一般在傾側(cè)下工作。經(jīng)研究表明由于擋板的存在使軸承穩(wěn)定性明顯地提高、阻力系數(shù)稍有增大并且流量增大從而使軸承溫升降低, 但是造成軸承的承載能力略有降低。由于穩(wěn)定性好, 加工制造方便, 溫升低, 功耗小而被廣泛應(yīng)用于一些高速旋轉(zhuǎn)機械上。浮環(huán)將潤滑油膜分為兩層：內(nèi)油膜處于軸和浮環(huán)之間，外油膜處于浮環(huán)和軸瓦之間。（2）新型液體動靜壓混合軸承。近年來得到迅速發(fā)展的稀土永磁材料也因為結(jié)構(gòu)輕巧、能耗低而極具應(yīng)用前途。(2)無傳感器磁懸浮軸承的研究。在磁懸浮軸承領(lǐng)域內(nèi)，有以下幾個研究方向：(1)超導(dǎo)磁懸浮軸承的研究。普通。人們在弱磁控制方面也提出過不少方法，如改變轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，加上特殊鐵ILK構(gòu)成磁阻，以加大Ld與Lq的比值等。轉(zhuǎn)矩密度高，轉(zhuǎn)動慣量小，動態(tài)響應(yīng)特性非常好好。這些控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)子自動平衡系統(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)、主軸變形溫度補償精密控制系統(tǒng)等。此外還有瑞士的Fisher公司、德國的GMN公司、Hofer公司、西門子、意大利的Faemat和Gamfior公司等，這些公司生產(chǎn)的電主軸有以下特點：(l)功率大、轉(zhuǎn)速高(2)采用高速、高剛度軸承。IBAG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 140000r/min，直徑范圍33到300mm，功率范圍125W173。著名的有德國的GMN公司、Siemens公司、意大利的Gamfi公司及日本三菱公司和安川公司等，它們的技術(shù)水平代表了這個領(lǐng)域的世界先進水平。而且我國在高速主軸單元技術(shù)各項性能指標(biāo)方面與國外相比差距較大，從而嚴(yán)重阻礙我國高速高精度數(shù)控機床的發(fā)展，我國的中、高檔數(shù)控機床即滿足不了我國的市場需求，也無力在國際市場上進行競爭。在電主軸的潤滑方面，我國主要以油脂潤滑和油霧潤滑為主。生產(chǎn)的PCB行業(yè)用鉆、銑削電主軸,轉(zhuǎn)速達到105000r/ min ,為國內(nèi)PCB行業(yè)