【文章內容簡介】 經過對比分析本設計中決定采用VFNC系列變頻主軸電機。VFNC系列是高速、高精、高效的伺服系統(tǒng)，可實現機床的高速、高精控制，并使機床更緊湊。電動機容量的選擇選擇電動機容量就是合理確定電動機的額定功率。決定電動機功率時要考慮電動機的發(fā)熱、過載能力和起動能力三方面因素，但一般情況下電動機容量主要由運行發(fā)熱條件而定。電動機發(fā)熱與其工作情況有關。但對于載荷不變或變化不大，且在常溫下連續(xù)運轉的電動機（如本課題中的電動機），只要其所需輸出功率不超過其額定功率，工作時就不會過熱，可不進行發(fā)熱計算[8]，本設計中電機容量按以下步驟確定：（1）確定電機輸出動率Pd（） 傳動裝置的總效率 () 其中， ―V帶輪傳動效率，由資料[12]，表2－4查得＝；―滾動軸承效率，由資料[12]，表2－4查得＝； ―圓柱齒輪傳動效率，由資料[12]，表2－4查得＝98； 由此，= 故， （3）選擇電動機額定功率如前所述，電動機功率應留有余量，～。（4）電動機電壓和轉速的選擇由資料[10],表22－1－9，小功率電動機一般選為380V電壓。所以本電機的電壓可選為380V。 同一類型、功率相同的電動機具有多種轉速。一般而言，轉速高的電動機，其尺寸和重量小，價格較低，但會使傳動裝置的總傳動比、結構尺寸和重量增加。選用轉速低的電動機則情況相反。要綜合考慮電機性能、價格、車床性能要求等因素來選擇 [10] 。本課題中數控機床的主軸的轉速范圍要求為25r/min~2500r/min。由于只有一根中間傳動軸，傳動鏈較短，因此變速級數較少，故對電動機恒功率變速范圍以及整個變速范圍要求較高。V帶輪傳動比確定為，I軸上齒輪傳動比確定為，II軸上兩對直齒輪的傳動比分別為，所以兩條傳動鏈中，高速傳動鏈傳動比4，低速傳動鏈傳動比，由此可得電機的轉速范圍：（5）確定電機的型號由前面信息，可選取VFNC系列變頻主軸電機型號VFNC 。VFNC系列變頻主軸電機的特點：1. 雙功率設計，應對短時重載切削。2. 恒功率范圍寬，可實現1:6倍恒功率設計3. （是我司“基頻制設計原理”在機床主軸電機上的成功應用），達成低速力矩大，確保低速強力切削，超寬恒功率調速范圍，保障高速切削光潔度。 降低變頻器功率，節(jié)省成本和電源容量。VFNC系列變頻主軸電機特別適合數控車床類機床的主軸驅動，配合高性能矢量變頻器或主軸驅動器，更能發(fā)揮其優(yōu)良的主軸特性，成為性能與經濟性具佳的數控車床類機床的變頻主軸驅動方案。電機參數如下表所示： 電機參數型號S1100%連續(xù)額定S650% ED轉動慣量G（）恒轉矩范圍恒功率范圍額定功率Kw額定電流A額定轉矩Nm額定功率Kw額定電流A額定轉矩Nm，30~1000r/minS1100%,1000~6000 r/minS650%,1000~4500 r/minVFNC 5474機座長為470mm，電機軸徑為，軸伸為60mm，中心高115mm，其余安裝尺寸及其外形由資料[7]得。 主運動調速范圍的確定、計算各軸計算轉速、功率和轉矩主運動調速范圍的確定（本小節(jié)公式除非特別說明，均出自資料[12]）∵數控車床主軸轉速范圍25～2500r/min則數控車床總變速范圍 估算主軸的計算轉速，由于采用的是無級調速，所以采用以下的公式： ()因為數控機床主軸的變速范圍大于計算轉速的實際值同時為了便于計算故?。褐鬏S的恒功率變速范圍電機的恒功率變速范圍由于RnpRdp，電動機直接驅動主軸不能滿足恒功率變速要求，因此需要串聯(lián)一個有級變速箱，以滿足主軸的恒功率調速范圍。取，則對于數控車床，為了加工端面時滿足恒線速度切削的要求，應使轉速有一些重復，故取Z=2故前面?zhèn)鲃颖确峙淇扇?。各軸計算轉速 各軸輸入功率 各軸輸入轉矩 ，供以后計算選擇，供以后計算使用： 各軸的傳動參數參數 軸0軸（電機軸）I軸(傳動軸）II軸（中間傳動軸）III軸（主軸)計算轉（）1000208 104/輸入功率（Kw） 轉矩（） 54121235 傳動比 ， 轉速圖由電機的轉速范圍(包括恒功率變速范圍)和各軸傳動比,作數控車床的轉速圖, 見圖22. 轉速圖第三章 傳動系統(tǒng)零部件設計 （如無特殊說明，本小節(jié)公式均出自資料[14]）帶傳動是由帶和帶輪組成傳遞運動和動力的傳動。根據工作原理可分為兩類：摩擦帶傳動和嚙合帶傳動。摩擦帶傳動是機床主要傳動方式之一，常見的有平帶傳動和V帶傳動；嚙合傳動只有同步帶一種。 普通V帶傳動是常見的帶傳動形式，其結構為：承載層為繩芯或膠簾布，楔角為40176。、梯形截面環(huán)行帶。其特點為：當量摩擦系數大，工作面與輪槽粘附著好，允許包角小、傳動比大、預緊力小。繩芯結構帶體較柔軟，曲撓疲勞性好。其應用于：帶速V≤25～30m/s。傳動功率P＜700kW。傳動比i≤10軸間距小的傳動。一．主要失效形式 1．帶在帶輪上打滑，不能傳遞動力； 2．帶由于疲勞產生脫層、撕裂和拉斷； 3．帶的工作面磨損。 保證帶在工作中不打滑的前提下能傳遞最大功率，并具有一定的疲勞強度和使用壽命是V帶傳動設計的主要依據，也是靠摩擦傳動的其它帶傳動設計的主要依據。．V帶傳動設計 　(1)設計功率的確定：由表87查得工況系數(2) 選定帶型：根據和由圖810確定選用A型。確定帶輪的基準直徑并驗算帶速傳V：1初選帶輪的基準直徑由表86和表88確定：取小帶輪直徑=125mm2驗算帶速V：因為5m/sV30m/s,故帶速合適。3計算大帶輪的基準直徑。=i?=125=300mm根據表88圓整為=315mm確定V帶的中心距a和基準長度Ld 1初定帶輪距得： 即: 初取 2計算帶所需的基準長度：由表82選帶的基準長度Ld=1800mm3計算實際中心距：安裝時所需最小軸間距：張緊或補償伸長所需最大軸間距：(5)驗算小帶輪包角：所以小帶輪包角合適。(6)計算帶的根數Z。1單根V帶的基本額定功率：根據dd1和=1000r/min查表84a得基本額定功率=。再根據=1000r/min、i==查表85得：2計算帶的根數z。取 根。計算單根V帶的初拉力的最小值：應使帶的實際初拉力計算壓軸力壓軸力的最小值為：(9)帶輪的結構和尺寸：由表810可查得為了減輕傳動軸上載荷，采用卸荷式帶輪結構，使帶輪上的載荷由軸承支撐進而傳給箱體，軸只承受轉矩，裝配裝置參見裝配圖。 I軸結構設計（如無特殊說明，本小節(jié)公式均出自資料[14]）I軸上的零件主要是齒輪1。一端用凸臺定位,另一端用緊定螺釘定位。,精度等級,材料及齒數.根據選定的傳動方案,選用直齒圓柱齒輪傳動.（1）本次設計屬于金屬切削機床類,一般齒輪傳動,故選用6級精度.（2）(調質),硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼(調質)硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS.（3）選小齒輪齒數大齒輪齒數 由設計計算公式(109a)進行試算,即： ()確定公式內的各計算數值（1）試選載荷系數（2）計算小齒輪傳遞的轉矩由上文可知為121N/m（3）由表107選取齒寬系數（4）由表106查得材料的彈性影響系數（5）由圖1021d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限大齒輪的接觸疲勞強度極限。（6）由式1013計算應力循環(huán)次： ()（7）由圖1019查得接觸疲勞壽命系數（8）計算接觸疲勞許用應力取失效概率為1%，安全系數S=1，由式（1012）得： ()2）計算（1）小齒輪分度圓直徑，代入[]中較小的值：() （2）計算圓周速度： ()（3）計算齒寬： ()（4）計算齒寬與齒高之比： 模數 () 齒高 () ()（5）計算載荷系數根據，6級精度，由圖108查得動載系數；直齒輪，假設。由表103查得；由表102查得使用系數；由表104查得6級精度，小齒輪懸臂支承時： () 將數據代入得： ； ()由，查圖1013得；故載荷系數： () （6）按實際的載荷系數校正所得的分度圓直徑，由式（1010a）得： ()（7）計算模數： ()：由式（105）得彎曲強度的設計公式為： ()1）確定公式內的各計算數值（1）由圖1020c查得小齒輪的彎曲疲勞