【正文】 機(jī)床電主軸單元技術(shù)[M]》.機(jī)械工業(yè)出版社，.[5]..《第一屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》.機(jī)械工業(yè)出版社，.[10].《高速數(shù)控機(jī)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(jī)學(xué)》.西安交通大學(xué)出版社，[13].《電機(jī)學(xué)》.浙江大學(xué)出版社，[14].《機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)手冊》.機(jī)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(jì)指導(dǎo)手冊》.教學(xué)服務(wù)中心編印，.。其尺寸也會變的更小，其將代替脈沖電機(jī)或者步進(jìn)電機(jī)成為工業(yè)機(jī)器人和機(jī)械臂的主要驅(qū)動裝置。流量的計(jì)算如下：=+ (47)式中： ——冷卻液出口溫度，單位為：； ——冷卻液入口溫度，單位為：； —— 液體的密度，單位為kg/； ——冷卻液體流速，單位為：m/s； ——冷卻液體的比熱容，單位為：KJ/Kgk； 根據(jù)設(shè)計(jì)要求：電主軸的工作溫度不能高于40度，因此=35；=0；=；=；將上面的數(shù)據(jù)代入，可得：= 管道的尺寸確定 應(yīng)根據(jù)冷卻液的流速來確定，計(jì)算公式如下：= (48)式中： d——管道的尺寸，單位為:mm； ——Qv為流量，單位為：/h； ——冷卻液體流速，單位為：m/s；流量的計(jì)算：= (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(jì)要求。電損耗：電流流經(jīng)轉(zhuǎn)子和定子所發(fā)出的熱量。 要滿足電主軸的高速性能，電機(jī)轉(zhuǎn)子與主軸配合面間的動態(tài)過盈分量的最小值可由下式求得：==mm （318） 由于電動機(jī)功率是通過電動機(jī)轉(zhuǎn)子與機(jī)床主軸間的無鍵過盈配合進(jìn)行傳遞的，所以配合面的動力傳遞能力由配合面間的摩擦力矩確定：= （319） 式中：——主軸的傳動轉(zhuǎn)矩，單位為：N。因此在此范圍內(nèi)的跨距被稱為合理跨距，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先滿足合理跨距。45鋼的參數(shù)為：A=106～98,[τ]=30～40MPa；所以取:A=100。 本論文研究的目的和內(nèi)容首先，電主軸在各個(gè)行業(yè)都具有相當(dāng)大的用途，它決定了一個(gè)國家的制造業(yè)的水平，誰在電主軸上領(lǐng)先，誰在整個(gè)制造業(yè)就擁有話語權(quán)。（3）圓錐浮環(huán)動靜壓軸承。但是其缺點(diǎn)也是很明顯，轉(zhuǎn)矩脈動較大，電機(jī)和控制器的成本和復(fù)雜度高。(3)精密加工與精密裝配工藝水平高。雖然在“十五”期間，我國的數(shù)控機(jī)床的電主軸技術(shù)發(fā)展很快，但國產(chǎn)電主軸從水平、種類、質(zhì)量等方面，與國外先進(jìn)國家相比還存在很大的差距。它要求動平衡高，剛性好，回轉(zhuǎn)精度高，有良好的熱穩(wěn)定性，能傳遞足夠的力矩和功率，能承受高的離心力，帶有準(zhǔn)確的測溫裝置和高效的冷卻裝置。特別是尺寸精度的要求比較高，殼體的尺寸精度直接影響主軸的綜合精度。確定最小軸向尺寸，同時(shí)根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算確定最長外伸端。使得高速數(shù)控機(jī)床的傳動環(huán)節(jié)的機(jī)械結(jié)構(gòu)得到極大的簡化，數(shù)控機(jī)床的整體尺寸也得以縮減，將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)。由于對數(shù)控機(jī)床的急切的需求，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。SOkW,～300N但是實(shí)際效果并不十分理想，并且主軸電機(jī)功率要求較高，而且永磁同步電機(jī)某些部件使用稀土材料制造因而成本較高?？梢灶A(yù)計(jì),這些新材料的推廣普及將會有效地減小磁軸承的體積和能耗,因而大大地提高了承載能力。（6）HSDB l 動靜壓推力軸承。 圖22標(biāo)量控制電主軸轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 圖中：——電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間內(nèi)，負(fù)載是連續(xù)的，即在每2min的周期內(nèi)， 60％的時(shí)間承受負(fù)載，另外40％的時(shí)間為空載。一般說來，預(yù)加載荷越大，提高剛度和旋轉(zhuǎn)精度的效果就越好；但是另一方面，預(yù)加載荷越大，溫升就越高，可能造成燒傷，從而降低使用壽命，甚至不能正常工作。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，是電主軸結(jié)構(gòu)里最為重要的環(huán)節(jié)，它決定電主軸是否可以達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。Q=+ （339） 代入329可得： == 軸承的設(shè)計(jì)壽命為：=60n5000=6r 因此：，滿足設(shè)計(jì)要求。渦流損耗： (44)式中： ——渦流損耗功率，單位為：W； ——硅鋼片厚度，單位為：mm； ——鐵心的密度，單位為：kg/； ——鐵心的電阻率，單位為：。同時(shí)在主軸徑向和軸向尺寸確定電主軸轉(zhuǎn)子的尺寸，由于電主軸轉(zhuǎn)子和主軸是由過盈配合進(jìn)行驅(qū)動，因此選擇合適的配合形式，在選擇合適的配合形式之后，對定子進(jìn)行校核，在主軸與轉(zhuǎn)子的過盈量處于最大時(shí)，以確定轉(zhuǎn)子不被破壞。同時(shí)，王老師淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度也令我十分敬佩，是我以后學(xué)習(xí)和工作的榜樣。 致謝本論文是在王恪典教授的精心指導(dǎo)下完成的，不論是課題的確定，還是后面設(shè)計(jì)中遇到的問題，王老師總是可以在第一時(shí)間給予我相應(yīng)的指導(dǎo)和幫助。通過本次設(shè)計(jì)可以清楚的了解到數(shù)控機(jī)床電主軸是一個(gè)很精密機(jī)械設(shè)備，其每一部分的精度及誤差都將會影響到電主軸的工作性能。根據(jù)資料可知：=；= 磁損耗： 磁損耗包括：循環(huán)磁化時(shí)單位質(zhì)量的磁損耗；轉(zhuǎn)子鐵心的磁損耗；渦流損耗。 軸承壽命計(jì)算公式 根據(jù)資料可知：20000r/min屬于高速軸承，且其在不同情況下壽命估計(jì)如表32所示:表32兩種軸承在不同情況下的壽命估計(jì)式條件混合陶瓷球軸承壽命的鋼球軸承壽命低速==高 速====根據(jù)軸承的選擇可知，主軸的前后支撐都選擇的是:SC61902C TA混合陶瓷球軸承，由于混合陶瓷球軸承與普通的鋼制軸承相比，只是在滾道曲率半徑有差別，其他尺寸方面是沒有的因此： 角接觸球軸承滾珠的偏心率的計(jì)算 角接觸球軸承滾珠的偏心率的計(jì)算式如下： （327）式中： ——橢圓偏心率， s——鋼球軸承的相關(guān)參數(shù)， c——混合陶瓷球軸承的相關(guān)參數(shù)。 主軸的徑向尺寸： 主軸的徑向尺寸如圖34所示： 圖34主軸示意圖 根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知： AB段為25mm；BC為15mm；；DE段為13mm；EF段為16mm；FG段為5mm；GH段為77mm；HI段為15mm；IJ段為13mm；。 軸承的排列方式：電主軸常用的軸承的配置型式如圖32所示：圖32電主軸的軸承配置型式 如圖32所示，高速電主軸軸承的主要配置形勢有四種。而電主軸的驅(qū)動電源稱為驅(qū)動器，驅(qū)動器的功能是控制電主軸的運(yùn)行能力,使其獲得較寬的調(diào)速范圍。（5）上瓦帶擋板橢圓軸承。最近幾年,結(jié)合磁懸浮軸承和無傳感器檢測兩大研究領(lǐng)域的最新研究成果,誕生了一個(gè)全新的研究方向——無傳感器的磁懸浮軸承，它不需要設(shè)計(jì)專門的位置傳感器,而是通過測量電氣回路內(nèi)部信號來間接地獲取轉(zhuǎn)子的位置信息。對比現(xiàn)有的交流異步電動機(jī)，它有以下優(yōu)點(diǎn):：工作過程中轉(zhuǎn)子不發(fā)熱；功率密度更高，有利于縮小電主軸的徑向尺寸；轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速嚴(yán)格與電源頻率同步也可采用矢量控制。具有功率大、轉(zhuǎn)速高，采用高速、高剛度軸承，精密加工與精密裝配工藝水平高和配套控制系統(tǒng)水平高等特點(diǎn)。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國內(nèi)研究現(xiàn)狀國產(chǎn)電主軸技術(shù)現(xiàn)狀:電主軸在我國起步也很早，20世紀(jì)50年代末、60年代初就已經(jīng)將電主軸應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，但多用于專用內(nèi)圓磨床，如軸承行業(yè)、油泵和油嘴行業(yè)中的專用內(nèi)孔磨床等。同時(shí)，高速加工技術(shù)在提升零件表面質(zhì)量、精度和減少工件熱變形方面有較大優(yōu)勢，也是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)之一。因此，高速數(shù)控機(jī)床是裝備制造業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)和發(fā)展方向之一，是裝備制造業(yè)的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)水平的高低和擁有量的多少也是衡量一個(gè)國家制造業(yè)水平高低的標(biāo)志。加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝和調(diào)整設(shè)備，普通機(jī)床已不能適應(yīng)這些要求，數(shù)控機(jī)床應(yīng)用而生，這種新型機(jī)床具有適應(yīng)性強(qiáng)，加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。電主軸是高速切削機(jī)床最重要的部件也是實(shí)現(xiàn)高速和超高速加工的關(guān)鍵技術(shù)之一 ，因此要電主軸的研究是數(shù)控機(jī)床研究的重中之重，可以說電主軸的發(fā)展水平是衡量一個(gè)國家機(jī)械制造業(yè)的實(shí)力。近幾年美國、日本、德國、意大利、英國、加拿大和瑞士等工業(yè)強(qiáng)國爭相投入巨資大力開發(fā)此項(xiàng)技術(shù)。其中永磁同步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)是目前最主要的研發(fā)方向。這方面的研究進(jìn)展在很大程度上依賴于超導(dǎo)材料的進(jìn)展。通過理論和試驗(yàn)均表明：和一般的動靜壓軸承相比，軸承摩擦功耗小，并且隨著軸承數(shù)的升高，偏心率的加大，摩擦功耗降低的幅度也大。2 電機(jī)驅(qū)動形式、控制方式 “高速電主軸”的概念是一套組件，包括：定子、轉(zhuǎn)子、軸承、高速變頻裝置、潤滑裝置、冷卻裝置等組成。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床電主軸一般選用混合陶瓷球軸承，我國自行設(shè)計(jì)的陶瓷球軸承與國外存在一定的差距，因此選用GMN公司生產(chǎn)的SC61902C TA陶瓷球軸承。圖33主軸受力示意圖根據(jù)材料力學(xué)外伸梁的撓度公式可知：= （35）設(shè)：外伸端處的軸承為B；右邊的軸承為A；軸承B到交點(diǎn)處距離為X