【正文】 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 Δsmin 可由下式求得： Δ smin=EBaMtvKc?? )1(2? (2211 CeCe?? +2211 CiCi?? )= （ 310） 根據(jù)計算可知，高速電主軸要求的動態(tài)過盈量 Δ dmin 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態(tài)過盈量確定。 首先通過對軸的受力分析得到了軸承的大致載荷在 3000~4000N 左右，屬于中等載荷，故采用球軸承；接著看轉(zhuǎn)速，球軸承與滾子軸承相比較，有較高的極限轉(zhuǎn)速，電主軸的轉(zhuǎn)速在 1000~8000r/min，所以優(yōu)先選用球軸承。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轉(zhuǎn)工況下，深溝球軸承比 推力球軸承 更有優(yōu)越本科機械畢業(yè)設(shè)計論文 CAD 圖紙 401339828 第 20 頁 共 41 頁 性。 （ 3）膨脹系數(shù)小。 （ 2）電動機轉(zhuǎn)子在主軸殼體內(nèi)的高速攪動，使內(nèi)腔中的空氣也會發(fā)熱，這些熱源產(chǎn)生的熱量，主要通過主軸殼體和主軸進行散熱，所以電動機產(chǎn)生的熱量有相當一部分會通過主軸傳到軸承上去，因而影響軸承的壽命，并且會使主軸產(chǎn)生熱伸長，影響加工精度。 由于摩擦損耗的功率 )1( ??? PPf ，則產(chǎn)生的熱流量為： ）（ ?? ?? 110001 P 式中， P 為主軸傳遞的功率， KW。油氣潤滑的效果受尤其壓力和壓縮空氣流量的影響，增大壓縮空氣流量可提高冷卻效果，如果提高尤其壓力，可使?jié)櫥透玫倪_到潤滑區(qū)，還有助于提高軸承的轉(zhuǎn)速。 HSK的發(fā)展趨勢 實際上， SK拉刀裝置在世界范圍內(nèi)的使用是非常普遍的。除了尺寸較小外，應(yīng)用 HSK 的另一個優(yōu)點是刀具拉緊系統(tǒng)的總質(zhì)量較小，這使其平衡特性得到了改善。這些參數(shù)直接影響主軸的旋轉(zhuǎn)精度和主軸的剛度。主軸的結(jié)構(gòu)如圖 。在設(shè)計時可根據(jù)經(jīng)驗和已知條件線 初選軸的直徑，然后進行剛度和強度方面的校核。 本科機械畢業(yè)設(shè)計論文 CAD 圖紙 401339828 第 28 頁 共 41 頁 本設(shè)計中扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，所以取 ?? 。 在工程中常限制單位長度轉(zhuǎn)角的最大值 ?? =xdd? 的最大值 max?? 不得超過單位長度許可轉(zhuǎn)角 [?? ]。 角接觸球軸承的校核 軸承軸向載荷 Fa1=Ff= (N)，徑向載荷 Fr1= (N)，軸承轉(zhuǎn)速 1000r/min，裝軸承處的軸頸直徑可在 70~80mm 范圍內(nèi)選擇，由于數(shù)控車床是屬于每日 8h工作的機械（利用率高），所以選預(yù)期計算壽命 L180。 表 載荷系數(shù) pf 載荷性質(zhì) fp 舉例 無沖擊或輕微沖擊 ~ 電動機、汽輪 機、通風機、等 中等沖擊或中等慣性沖擊 ~ 車輛、動力機械、起重機、造紙機、冶金機械、選礦機、卷揚機、機床等 本科機械畢業(yè)設(shè)計論文 CAD 圖紙 401339828 第 34 頁 共 41 頁 強大沖擊 ~ 破碎機、軋鋼機、鉆探機、振動篩等 此軸承的基本額定靜載荷 Co=93000 N。演算如下： 求相對軸向載荷對應(yīng)的 e 值與 Y 值。我國電主軸的設(shè)計制造技術(shù)剛剛起步，目前尚未形成批量生產(chǎn)規(guī)模，電主軸的各項性能指標和國外尚有較大的差距。 3. 電主軸芯棒遠端 (250mm)徑向跳動一般要求為 (12um)，每年檢測 2次。故對軸承進行熱分析并掌握軸承的熱太特性對提高電主軸加工中的穩(wěn)定性和可靠性都是極其重要的。 本科機械畢業(yè)設(shè)計論文 CAD 圖紙 401339828 第 39 頁 共 41 頁 參考文獻 [1] 楊貴杰，秦冬冬 . 高速電主軸的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢 [D]. 哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文 , 2021. 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NP N （ 3）根據(jù)式 33710 25 00010 751060 3 66 ??????? ? hLnPC （ N） （ 4）根據(jù)軸承設(shè)計手冊選擇 C=32800N 的 61918Z軸承。 表 徑向動載荷系數(shù) X和軸向動載荷系數(shù) Y 本科機械畢業(yè)設(shè)計論文 CAD 圖紙 401339828 第 33 頁 共 41 頁 軸承類型 相對軸向載 荷 Fa/Co≤ e Fa/Fre 判斷系數(shù) e 名稱 代號 Fa/Co X Y X Y 調(diào)心球軸承 10000 —— —— 1 (Y1) (Y2) 調(diào)心滾子軸承 20210 —— —— 1 (Y1) (Y2) 圓錐滾子軸承 30000 —— 1 0 (Y) (e) 深溝球軸承 60000 1 0 角接觸 球軸承 70000C α =15? 1 0 70000ACα =25? —— 1 0 70000Bα =40? —— 1 0 70000Bα =40? —— 1 0 （ 2）初步計算當量動載荷 P： )( arp YFXFfP ?? 按照表 ， pf =~，取 pf =。 滾動軸承的壽命是指軸承的滾動體或套圈首次出現(xiàn)點蝕之前，軸承的轉(zhuǎn)速或相應(yīng)的運轉(zhuǎn)小時數(shù)。圓軸扭轉(zhuǎn)角 ? [單位為（ ?） /m]，扭角 ?的大小和軸的長度有關(guān)。 對于直徑為 d 的圓軸，彎曲應(yīng)力為： WM?? （ 42） 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為： WTWTT 2??? （ 43） 將 ? 和 ? 代入式（ 41），則軸的彎扭合成強度條件為 ? ? ? ?12222 24 ?????????????????? ???? W TMWTWMca （ 44） 式中： ca? —— 軸的計算應(yīng)力， MPa ； M —— 軸所受的合成彎矩， 22 VH MMM ?? ， mmN? ； T —— 軸所受的扭矩， mmN? ； W —— 軸的抗彎截面系數(shù)， 323dW ?? ， 3mm 。 本科機械畢業(yè)設(shè)計論文 CAD 圖紙 401339828 第 27 頁 共 41 頁 第四章 軸的校核 電主軸工作時，軸端會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。設(shè)計時還應(yīng)考慮主軸加工工藝性和裝配工藝性。例如，在一個 60000r／ min 的旋轉(zhuǎn)裝置投放市場時，閉合的精密液壓件是保證其質(zhì)量的前提。 SK 牽引頭 SK 牽引頭在最小的空間內(nèi)可以得到最大的拉入力。 SK 拉刀裝置系統(tǒng) 由帶有支撐套的卡爪、一個整體倍力放大機構(gòu)的牽引頭及一個液壓或者氣動的推刀機構(gòu)組成，且需要一個旋轉(zhuǎn)組合裝置來用于內(nèi)冷卻、或空氣的傳輸。處于分離狀態(tài)的油氣容易被回收，有效降低了對環(huán)境的污染。在閉式傳動中，如果產(chǎn)生的 熱量不能及時散逸，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。 熱源的主要構(gòu)成 電動機和軸承是主要的發(fā)熱源。 圖 深溝球軸承 （ 2）彈性模量大、硬度高。 深溝球 軸承 是最具代表性的滾動軸承，用途廣泛。采用兩端固定支承時，應(yīng)留出適當?shù)妮S向間隙，以補償工作時軸的熱伸長量，同時應(yīng)提供適當?shù)拈g隙調(diào)整方法。 額定功率為 kW，額定 轉(zhuǎn)矩為 114 Nm，電主軸的結(jié)構(gòu)如圖 。 轉(zhuǎn)子和定子的設(shè)計 高速電主軸的定子由具有高導磁率的優(yōu)質(zhì) 矽鋼片迭壓而成。 本科機械畢業(yè)設(shè)計論文 CAD 圖紙 401339828 第 13 頁 共 41 頁 同步帶傳動設(shè)計目的是確定帶的型 號節(jié)距帶長 (節(jié)線長度 )中心距、帶寬及主、從動帶輪齒數(shù)，直徑等參數(shù)。 本科機械畢業(yè)設(shè)計論文 CAD 圖紙 401339828 第 12 頁 共 41 頁 第三章 機床電主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計 電主軸結(jié)構(gòu)圖 圖 加工中心電主軸結(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。目前主要有普通變頻驅(qū)動和控制、矢量控制驅(qū)動器的驅(qū)動和控制以及直接轉(zhuǎn)矩控 制三種控制方式。可由加工對象來確定電主軸的電機驅(qū)動形式。為了滿足加工中心要求，電主軸要配備能自動換刀的裝置，包括拉桿、蝶形彈簧、拉刀汽缸。目前，磁懸浮軸承支撐是最有發(fā)展前途的一種電主軸支承形式。尤其，進行車削粗加工時，切削量較大，主軸要承受很大的徑向力。陶瓷球復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。對于永磁同步電動機在低速粗加工時的重切削多采用恒轉(zhuǎn)矩控制方式 ,高速切削時精加工采用恒功率控制，在擴大永磁電 機在弱磁區(qū)域的同時提