【文章內(nèi)容簡介】 用VFNC系列變頻主軸電機(jī)。VFNC系列是高速、高精、高效的伺服系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高速、高精控制，并使機(jī)床更緊湊。電動機(jī)容量的選擇選擇電動機(jī)容量就是合理確定電動機(jī)的額定功率。決定電動機(jī)功率時要考慮電動機(jī)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(jī)容量主要由運(yùn)行發(fā)熱條件而定。電動機(jī)發(fā)熱與其工作情況有關(guān)。但對于載荷不變或變化不大，且在常溫下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電動機(jī)（如本課題中的電動機(jī)），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(jìn)行發(fā)熱計(jì)算[8]，本設(shè)計(jì)中電機(jī)容量按以下步驟確定：（1）確定電機(jī)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(jī)額定功率如前所述，電動機(jī)功率應(yīng)留有余量，～。（4）電動機(jī)電壓和轉(zhuǎn)速的選擇由資料[10],表22－1－9，小功率電動機(jī)一般選為380V電壓。所以本電機(jī)的電壓可選為380V。 同一類型、功率相同的電動機(jī)具有多種轉(zhuǎn)速。一般而言，轉(zhuǎn)速高的電動機(jī)，其尺寸和重量小，價格較低，但會使傳動裝置的總傳動比、結(jié)構(gòu)尺寸和重量增加。選用轉(zhuǎn)速低的電動機(jī)則情況相反。要綜合考慮電機(jī)性能、價格、車床性能要求等因素來選擇 [10] 。本課題中數(shù)控機(jī)床的主軸的轉(zhuǎn)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(shù)較少，故對電動機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速范圍：（5）確定電機(jī)的型號由前面信息，可選取VFNC系列變頻主軸電機(jī)型號VFNC 。VFNC系列變頻主軸電機(jī)的特點(diǎn)：1. 雙功率設(shè)計(jì)，應(yīng)對短時重載切削。2. 恒功率范圍寬，可實(shí)現(xiàn)1:6倍恒功率設(shè)計(jì)3. （是我司“基頻制設(shè)計(jì)原理”在機(jī)床主軸電機(jī)上的成功應(yīng)用），達(dá)成低速力矩大，確保低速強(qiáng)力切削，超寬恒功率調(diào)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(jī)特別適合數(shù)控車床類機(jī)床的主軸驅(qū)動，配合高性能矢量變頻器或主軸驅(qū)動器，更能發(fā)揮其優(yōu)良的主軸特性，成為性能與經(jīng)濟(jì)性具佳的數(shù)控車床類機(jī)床的變頻主軸驅(qū)動方案。電機(jī)參數(shù)如下表所示： 電機(jī)參數(shù)型號S1100%連續(xù)額定S650% ED轉(zhuǎn)動慣量G（）恒轉(zhuǎn)矩范圍恒功率范圍額定功率Kw額定電流A額定轉(zhuǎn)矩Nm額定功率Kw額定電流A額定轉(zhuǎn)矩Nm，30~1000r/minS1100%,1000~6000 r/minS650%,1000~4500 r/minVFNC 5474機(jī)座長為470mm，電機(jī)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(yùn)動調(diào)速范圍的確定、計(jì)算各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩主運(yùn)動調(diào)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(shù)控車床主軸轉(zhuǎn)速范圍25～2500r/min則數(shù)控車床總變速范圍 估算主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，由于采用的是無級調(diào)速，所以采用以下的公式： ()因?yàn)閿?shù)控機(jī)床主軸的變速范圍大于計(jì)算轉(zhuǎn)速的實(shí)際值同時為了便于計(jì)算故?。褐鬏S的恒功率變速范圍電機(jī)的恒功率變速范圍由于RnpRdp，電動機(jī)直接驅(qū)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(diào)速范圍。取，則對于數(shù)控車床，為了加工端面時滿足恒線速度切削的要求，應(yīng)使轉(zhuǎn)速有一些重復(fù)，故取Z=2故前面?zhèn)鲃颖确峙淇扇?。各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速 各軸輸入功率 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 ，供以后計(jì)算選擇，供以后計(jì)算使用： 各軸的傳動參數(shù)參數(shù) 軸0軸（電機(jī)軸）I軸(傳動軸）II軸（中間傳動軸）III軸（主軸)計(jì)算轉(zhuǎn)（）1000208 104/輸入功率（Kw） 轉(zhuǎn)矩（） 54121235 傳動比 ， 轉(zhuǎn)速圖由電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍(包括恒功率變速范圍)和各軸傳動比,作數(shù)控車床的轉(zhuǎn)速圖, 見圖22. 轉(zhuǎn)速圖第三章 傳動系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì) （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(yùn)動和動力的傳動。根據(jù)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(jī)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(jié)構(gòu)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(diǎn)為：當(dāng)量摩擦系數(shù)大，工作面與輪槽粘附著好，允許包角小、傳動比大、預(yù)緊力小。繩芯結(jié)構(gòu)帶體較柔軟，曲撓疲勞性好。其應(yīng)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(chǎn)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(qiáng)度和使用壽命是V帶傳動設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是靠摩擦傳動的其它帶傳動設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。．V帶傳動設(shè)計(jì) 　(1)設(shè)計(jì)功率的確定：由表87查得工況系數(shù)(2) 選定帶型：根據(jù)和由圖810確定選用A型。確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速傳V：1初選帶輪的基準(zhǔn)直徑由表86和表88確定：取小帶輪直徑=125mm2驗(yàn)算帶速V：因?yàn)?m/sV30m/s,故帶速合適。3計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑。=i?=125=300mm根據(jù)表88圓整為=315mm確定V帶的中心距a和基準(zhǔn)長度Ld 1初定帶輪距得： 即: 初取 2計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長度：由表82選帶的基準(zhǔn)長度Ld=1800mm3計(jì)算實(shí)際中心距：安裝時所需最小軸間距：張緊或補(bǔ)償伸長所需最大軸間距：(5)驗(yàn)算小帶輪包角：所以小帶輪包角合適。(6)計(jì)算帶的根數(shù)Z。1單根V帶的基本額定功率：根據(jù)dd1和=1000r/min查表84a得基本額定功率=。再根據(jù)=1000r/min、i==查表85得：2計(jì)算帶的根數(shù)z。取 根。計(jì)算單根V帶的初拉力的最小值：應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力計(jì)算壓軸力壓軸力的最小值為：(9)帶輪的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，使帶輪上的載荷由軸承支撐進(jìn)而傳給箱體，軸只承受轉(zhuǎn)矩，裝配裝置參見裝配圖。 I軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（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(shù).根據(jù)選定的傳動方案,選用直齒圓柱齒輪傳動.（1）本次設(shè)計(jì)屬于金屬切削機(jī)床類,一般齒輪傳動,故選用6級精度.（2）(調(diào)質(zhì)),硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì))硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS.（3）選小齒輪齒數(shù)大齒輪齒數(shù) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式(109a)進(jìn)行試算,即： ()確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值（1）試選載荷系數(shù)（2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩由上文可知為121N/m（3）由表107選取齒寬系數(shù)（4）由表106查得材料的彈性影響系數(shù)（5）由圖1021d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。（6）由式1013計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次： ()（7）由圖1019查得接觸疲勞壽命系數(shù)（8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式（1012）得： ()2）計(jì)算（1）小齒輪分度圓直徑，代入[]中較小的值：() （2）計(jì)算圓周速度： ()（3）計(jì)算齒寬： ()（4）計(jì)算齒寬與齒高之比： 模數(shù) () 齒高 () ()（5）計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)，6級精度，由圖108查得動載系數(shù)；直齒輪，假設(shè)。由表103查得；由表102查得使用系數(shù)；由表104查得6級精度，小齒輪懸臂支承時： () 將數(shù)據(jù)代入得： ； ()由，查圖1013得；故載荷系數(shù)： () （6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（1010a）得： ()（7）計(jì)算模數(shù)： ()：由式（105）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為： ()1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值（1）由圖1020c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲疲勞