【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 慮。在做軸的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常用這種方法初步估計(jì)軸徑。對(duì)于不大重要的軸，也可以作為最后計(jì)算結(jié)果。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為： (21)式中:——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為； T ——軸所受的扭矩，單位為； ——軸的抗扭截面系數(shù)，單位為； n ——軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min； P ——軸傳遞的功率，單位為； d——計(jì)算截面處軸的直徑，單位為mm； ——許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，單位為； 軸常用的幾種材料的及值見(jiàn)表22：表2－2 軸的材料比較軸的材料Q235A,20Q275,35(1Cr18Ni9Ti)4540Cr,35SiMn38SiMnMo,3Cr13/15~2520～3525～4535～55149～126135～112126～103112～97由上式可得軸的直徑 （22）式中，查上表。對(duì)于電主軸由于其高速運(yùn)轉(zhuǎn)，所以要求所用材料具有良好的耐磨性。又由于其工作時(shí)有較大的力,所以要求內(nèi)部要有一定的韌性。在此次設(shè)計(jì)中軸的材料選用40Cr查表的＝110，由原始條件的功率為P=,轉(zhuǎn)速為36000r/min代入上述公式(21)得：考慮到實(shí)際工作條件和可靠性的要求在此設(shè)計(jì)中取軸的最小直徑為25mm。對(duì)于前端由于是空心軸所以利用公式: （23）式中，即空心軸的內(nèi)徑與外徑的比值，通常取代入（2）公式考慮實(shí)際的情況，在本設(shè)計(jì)中前端的軸徑取30mm。根據(jù)電主軸的實(shí)際情況，其極限轉(zhuǎn)速比較高，而且同時(shí)有軸向載荷和徑向載荷的作用所以在本次設(shè)計(jì)中所選用的軸承是角接觸球軸承。對(duì)于磨床，通過(guò)計(jì)算的后端的直徑設(shè)為25。因此，前端的軸承選擇的類(lèi)型為B7006C/HQ1P4。而后端的軸承選擇的類(lèi)型為B7005C/HQ1P4。表2－3 軸承參數(shù)軸承代號(hào)DDB額定載荷Cr(KN)a極限轉(zhuǎn)（r/min）脂 油B7006C/HQ1P430551315176。3700055000軸的極限轉(zhuǎn)速一般為軸承極限轉(zhuǎn)速的80％左右，從上表可以看出，軸的極限轉(zhuǎn)速為5500080％＝44000 r/min。為了提高其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的精度采用雙聯(lián)軸承配置。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得軸承的基本尺寸。從而得出與軸承配合軸段的長(zhǎng)度。對(duì)于后端軸承軸向定位一端用軸承蓋，一端用軸肩定位，軸肩的高度取h=3mm，得與轉(zhuǎn)子配合得軸段得直徑為30mm。對(duì)于這段軸的左端動(dòng)平衡塊與軸肩之間留出1mm的熱變形余量，為了對(duì)平衡快進(jìn)行軸向的定位，左端的軸肩高度h＝3mm，此時(shí)軸肩的直徑為36mm。接著要裝左端的軸承，為了拆卸的方便可在設(shè)定一個(gè)軸肩段，此軸肩段的高度h＝3mm。所以此軸段的直徑為36mm。前端軸承的左端用螺母定位。軸向零件的圓角和倒角尺寸可見(jiàn)零件圖。圖21和圖22為主軸的3維建模。圖21 主軸3維建模平面圖圖22 主軸3維建模立體圖主軸前段懸身量是指主軸定位基面至前支撐徑向支反力作用點(diǎn)之間的距離。懸身量決定于主軸端部的結(jié)構(gòu)形式和尺寸，在滿足結(jié)構(gòu)尺寸的要求的前提下，應(yīng)盡量減少懸身量，提高主軸剛度，初步確定是可設(shè)=D1=35mm。主軸的支撐跨度是指兩支撐支反力作用點(diǎn)之間的距離，是影響主軸組件剛度的重要參數(shù)。主軸組件剛度主要取決于主軸自身的剛度和主軸支撐的剛度。主軸自己的剛度與支承跨度成反比，即主軸軸徑，懸身量確定以后，跨距越大，主軸端部變形越大，主軸彈性變形引起的主軸端部變形，則隨著跨度的增大而減小，跨度越大，軸承剛度對(duì)主軸的影響越小。因此根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，和實(shí)際的電主軸尺寸，初設(shè)，主軸支撐跨度L=160mm。首先，應(yīng)確定磨削時(shí)的磨削力，而且磨削時(shí)軸主要受的力為切向力和法向力，因此查資料得，磨削力的經(jīng)驗(yàn)公式為： （24） （25）查表可知各個(gè)參數(shù)得，，，， 。代入公式（24），（25），可分別計(jì)算出=150N，=75N。主軸力的簡(jiǎn)圖如圖23所示：圖23 主軸受力結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖由靜力平衡方程，求得支反力：， =做出剪應(yīng)力圖和彎矩圖，如圖24,25所示：圖23 主軸受力結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖24 剪應(yīng)力圖圖25 彎矩圖所以，最大彎矩為：M=5880Nmm根據(jù)扭矩公式: =9550000 ，得：=9550000=1500Nmm產(chǎn)生的扭矩為=*d/2=150*15=2250 NmmT=+=1500+2250=3750 Nmm 對(duì)于空心軸，W= , ，代入公式，可得：W=根據(jù)第三強(qiáng)度理論公式 ，得，因?yàn)檫x用的是40Cr，所以=60?！?60，因此，此軸設(shè)計(jì)的合格。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得，主軸的臨界轉(zhuǎn)速公式： (26)在所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)中。又知：。根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)得：所以軸的臨界轉(zhuǎn)速為：因?yàn)檩S的轉(zhuǎn)速所以不會(huì)產(chǎn)生劇烈震動(dòng)而破環(huán)機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。表24 電主軸的性能參數(shù)參數(shù)名稱(chēng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速軸向預(yù)緊力基礎(chǔ)油噪聲軸向靜剛度軸向竄動(dòng)量數(shù)值或要求36000r/min205N10抗磨油80 dB(A) 50 (N/μm) (μm)參數(shù)名稱(chēng)設(shè)計(jì)功率潤(rùn)滑方式油冷卻流量徑向靜剛度主軸內(nèi)孔跳動(dòng)量主軸端面跳動(dòng)量數(shù)值或要求 kW油潤(rùn)滑4 (l/min)85(N/m) 5 (μm) 5 (μm)表24列出了擬設(shè)計(jì)的 MD140W36/。 電主軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)并不算復(fù)雜，但由于其應(yīng)用于高速精密加工，故對(duì)其高速工況的運(yùn)轉(zhuǎn)精度有很高的要求，相應(yīng)地對(duì)制造工藝要求也比較嚴(yán)格，另外，設(shè)計(jì)中還必須考慮內(nèi)置電動(dòng)機(jī)散熱、 高速主軸的動(dòng)平衡、主軸支承方式、軸承預(yù)緊方式及軸承潤(rùn)滑等技術(shù)難題。圖26 電主軸裝配圖如圖26所示，件1是主軸，前端的螺紋孔主要作用是為了連接磨削工具砂輪。最左端的保護(hù)蓋（件4）為保護(hù)件，以防灰塵進(jìn)入軸承內(nèi)部。因?yàn)殡娭鬏S軸承為高精密件，電主軸裝配車(chē)間對(duì)空氣的潔凈度是有一定要求的，灰塵的存在會(huì)影響軸承的壽命。曲路密封蓋（件2）擰緊在轉(zhuǎn)軸上，與密封蓋之間形成迷宮密封，也是為了保持主軸軸承內(nèi)部潔凈并且防止漏油。主前支承是一對(duì)串聯(lián)的角接觸混合陶瓷球軸承，夾在兩個(gè)軸承之間的環(huán)狀零件是隔套，主要作用是對(duì)軸承提供預(yù)緊力，并且能使?jié)櫥驼Ａ魅搿＜?）是堵頭，其主要作用是防止?jié)櫥吐冻?。件?0）為平衡塊，其主要是通過(guò)在其上鉆孔使軸達(dá)到動(dòng)平衡，保證其旋轉(zhuǎn)的精度。件（11）和件（12）是轉(zhuǎn)子和定子，其主要是形成軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。用圓螺母（件25）壓緊形成的預(yù)緊力作用在軸承外圈上，實(shí)現(xiàn)了后軸承的預(yù)緊。件（19）為循環(huán)油管的進(jìn)油接頭和出油接頭，其主要作用是形成既可以潤(rùn)滑又可以起到冷卻循環(huán)油路系統(tǒng)。電主軸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是利用代表目前機(jī)械CAD領(lǐng)域新標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件CATIA來(lái)建立總體結(jié)構(gòu)模型，基于CATIA軟件對(duì)電主軸總體結(jié)構(gòu)的主要零部件進(jìn)行了準(zhǔn)確的創(chuàng)建，給出了電主軸總體的裝配示意圖和各主要零件示意圖?？傃b配圖如圖27所示，內(nèi)圓磨床電主軸與砂輪的裝夾是通過(guò)螺紋鏈接的，摩擦力和螺紋預(yù)緊力正好相同，因此，達(dá)到越磨越緊的效果，使砂輪有較好的裝配精度。圖27 總裝配圖電主軸裝配圖如圖28所示，此圖表現(xiàn)了電主軸的一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因?yàn)殡娭鬏S內(nèi)部結(jié)果很復(fù)雜，因此還要以裝配圖為主。圖28 電主軸裝配圖主軸如29所示，主軸是電主軸的關(guān)鍵零件，它的加工精度直接影響整個(gè)電主軸的加工工件的精度，它的疲勞強(qiáng)度也是設(shè)計(jì)應(yīng)該校核的重點(diǎn)，因此第四章給出了其anysy分析，對(duì)主軸進(jìn)行了虛擬仿真。圖29 主軸圖夾具如圖210所示，夾具的主要作用是使電主軸相對(duì)內(nèi)圓磨床有一個(gè)正確的相對(duì)位置關(guān)系，有定位和夾緊作用，夾緊力主要是通過(guò)螺釘連接時(shí)的預(yù)緊力而產(chǎn)生的。圖210 夾具圖外殼如圖211所示，電主軸的外殼也是很重要的零件，因?yàn)椋娭鬏S的冷卻系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)都是設(shè)計(jì)在外殼上的，并且定子也是和外殼相連接，鍵槽也是開(kāi)在外殼上，所以外殼是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。圖211 殼體圖防塵蓋如圖212所示，因?yàn)殡娭鬏S軸承為高精密件，電主軸裝配車(chē)間對(duì)空氣的潔凈度是有一定要求的，灰塵的存在會(huì)影響軸承的壽命，因此，需要設(shè)計(jì)防塵蓋。圖212 防塵蓋圖前軸承端蓋如圖213所示，端蓋主要的作用是為了是軸承有軸向定位的，使軸承相對(duì)軸具有正確的位置。圖213 端蓋圖(1) 電主軸的熱穩(wěn)定性分析 電主軸的內(nèi)部熱源有兩個(gè)，一個(gè)是內(nèi)置電機(jī)，另一個(gè)是主軸軸承。電主軸將電機(jī)集成于主軸內(nèi)部，無(wú)疑在其內(nèi)部增加了一個(gè)熱源。電機(jī)的發(fā)熱主要有定子繞組的銅耗及轉(zhuǎn)子繞組的鐵損發(fā)熱，其中定子繞組的發(fā)熱約占電機(jī)發(fā)熱總量的三分之二以上。另外電機(jī)轉(zhuǎn)子在主軸內(nèi)部的高速攪動(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(guò)主軸殼體和主軸向外散發(fā)。而內(nèi)置電機(jī)的兩邊就是主軸軸承，電機(jī)的發(fā)熱會(huì)直接影響軸承的潤(rùn)滑效果，熱量積累過(guò)多時(shí)，甚至?xí)龎碾姍C(jī)。另一方面，電機(jī)的發(fā)熱會(huì)使主軸伸長(zhǎng)，影響加工精度。許多精密機(jī)床在