【正文】 單位為：mm； ——轉(zhuǎn)子軸向長度，單位為：mm；定子上導(dǎo)線長度的長度計(jì)算如下：==13530mm；式中： ——定子內(nèi)徑的周長，單位為：mm； ——銅線的直徑，單位為：mm； ——轉(zhuǎn)子軸向長度，單位為：mm； 因此：L=+=24695mm。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。循環(huán)磁化時(shí)單位質(zhì)量的磁損耗：= (43)式中：——磁滯損耗功率，單位為：W； ——與電工鋼牌號有關(guān)的常數(shù)； ——磁化頻率，單位為； ——磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值，單位為：T。根據(jù)資料可知：由于使用的是硅鋼片，因此當(dāng)：=～，a=2。將：=；C==： =轉(zhuǎn)子鐵心的磁損耗由轉(zhuǎn)差率來確定，它的值很小，可以忽略不計(jì)。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：。根據(jù)資料可知：t=；=；=： 陶瓷球軸承的發(fā)熱計(jì)算： 滑動(dòng)軸承的摩擦損耗和所用潤滑油的粘度及品質(zhì)、軸頸的圓周速度、工作表面的加工質(zhì)量以及軸頸直徑和長度之比等因素有關(guān)。滾動(dòng)軸承的摩擦損耗可以用的數(shù)值公式為: (45)式中： ——滾動(dòng)軸承的摩擦損耗,單位為：W； F——軸承的載荷，單位為：N； d——滾子中心所處的直徑，單位為：m； ——滾珠中心的圓周速度，單位為：m/s；根據(jù)計(jì)算可知：F=；d=；=45m/s；因此：總的發(fā)熱功率為P:P=++++ (46) = 冷卻液流量的及冷卻油管直徑的確定 引言 電主軸常用的冷卻方式是利用循環(huán)冷卻水降低主軸系統(tǒng)的溫升，高速電主軸的冷卻系統(tǒng)主要依靠冷卻液的循環(huán)流動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。高速電主軸的冷卻系統(tǒng)分為外水套和內(nèi)水套兩種：大型電主軸功率大，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱量多，采用內(nèi)水套式冷卻系統(tǒng)強(qiáng)化電動(dòng)機(jī)定子的冷卻；小型電主軸采用外水套式或定子和軸承均帶水套的方式冷卻，此外也可以經(jīng)過油冷卻裝置的冷卻油強(qiáng)制性地在主軸定子外及主軸軸承外循環(huán)，帶走熱量。 冷卻液流量的確定： 由于采用油冷裝置，因此冷卻液選用乙二醇水溶液。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。 潤滑系統(tǒng)的選擇：常用的潤滑方式有：油脂潤滑，油霧潤滑和油氣潤滑，其中油霧潤滑對環(huán)境污染大，會對工作人員造成健康傷害；油氣潤滑潤滑效果最好，潤滑的同時(shí)能對軸承進(jìn)行冷卻，常用于超高速電主軸，而且該潤滑方式需獨(dú)立設(shè)計(jì)潤滑系統(tǒng)，成本高昂結(jié)構(gòu)復(fù)雜；脂潤滑是最簡單的潤滑方式，選擇合適的潤滑劑能保證軸承的穩(wěn)定工作，同時(shí)由于采用陶瓷滾珠，大大減少了軸承系統(tǒng)的溫升，加上系統(tǒng)額定轉(zhuǎn)速為20000r/min；系統(tǒng) Dn ，因此選擇白色特種鋰基脂做為本文所設(shè)計(jì)的電主軸的潤滑方式。 電主軸軸殼的尺寸 引言： 軸殼是高速電主軸的主要部件。殼體的尺寸精度和位置精度直接影響主軸的綜合精度。因此應(yīng)該嚴(yán)格控制整機(jī)裝配精度。 軸殼的尺寸 軸殼尺寸如表41所示：表41 軸殼尺寸 名稱尺寸殼體壁厚10mm殼蓋壁厚10mm地腳螺釘直徑M12地腳螺數(shù)目4軸承旁聯(lián)接螺栓直徑M10連接螺栓的間距80mm定位銷直徑GB/T117 1060 殼座和殼蓋聯(lián)結(jié)螺栓直徑M6軸承端蓋螺釘直徑M6殼座凸緣厚度15mm殼蓋凸緣厚度15mm殼座底凸緣厚度25mm 355 結(jié)論與展望本論文以高速數(shù)控機(jī)床電主軸結(jié)構(gòu)為設(shè)計(jì)對象，對額定工作條件下工作的數(shù)控機(jī)床電主軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過對額定功率和額定轉(zhuǎn)速的分析及計(jì)算，分別進(jìn)行主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制形式的選擇、混合陶瓷球軸承的選擇、電主軸主軸的設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)子定子的設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、潤滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及電主軸軸殼尺寸使其達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。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。在設(shè)計(jì)的過程中，首先根據(jù)額定功率和額定轉(zhuǎn)速計(jì)算出軸端的最大的扭矩，根據(jù)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩，功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，選定合適的控制形式與驅(qū)動(dòng)方式，其次根據(jù)轉(zhuǎn)速和功率確定電主軸的最小遲寸，根據(jù)最小尺寸確定整個(gè)主軸的徑向尺寸，同時(shí)為了讓滿足軸端最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的要求，對整個(gè)軸的軸向尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，使軸端跨度及外伸滿足設(shè)計(jì)要求。在主軸的尺寸確定之后，根據(jù)主軸的徑向尺寸確定軸承的選擇，由于數(shù)控機(jī)床電主軸的轉(zhuǎn)速為20000r/min,因此軸承將產(chǎn)生很大熱量。由此可選擇由GMN公司生產(chǎn)的混合陶瓷球軸承，此軸承的滾珠是由陶瓷構(gòu)成的，因此摩擦系數(shù)小，由摩擦產(chǎn)生的熱量也因此降低而且為了保證軸端的最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，軸承采用的雙排列的方式。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(dòng)，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。在軸承選定之后，根據(jù)軸承所受的壓力對軸承的壽命進(jìn)行估算，以確定所選的軸承的壽命可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由于數(shù)控機(jī)床電主軸處于密封的狀態(tài)之下，而且其轉(zhuǎn)速為20000r/min，因此發(fā)熱量也很大，需要有專門的散熱裝置，根據(jù)發(fā)熱分析及相應(yīng)的計(jì)算，可以確定總發(fā)熱量，根據(jù)總發(fā)熱量確定散熱系統(tǒng)的流速。最后設(shè)計(jì)電主軸的箱體尺寸。在這個(gè)日新月異的時(shí)代，數(shù)控機(jī)床電主軸的轉(zhuǎn)速會更高，可以達(dá)到100000r/min甚至更高，而且其發(fā)熱量會越來越少，在不久的將來會出現(xiàn)不需要外置冷卻系統(tǒng)的電主軸。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(dòng)裝置。而且數(shù)控機(jī)床電主軸將會標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化。在數(shù)控機(jī)床電主軸系統(tǒng)的中，其組成的各個(gè)零部件也將會出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化，特別是數(shù)控機(jī)床電主軸的兩大重要組成部件：空心電機(jī)和軸承。 在今后數(shù)的十年間，數(shù)控機(jī)床電主軸的發(fā)展將不可估量，其在制造領(lǐng)域帶來的革新將會顛覆傳統(tǒng)的制造業(yè)。雖然3D打印技術(shù)也在不斷地發(fā)展中，但其也存在不少的缺陷。就大規(guī)模的制造而言，數(shù)控技術(shù)將會在未來的制造業(yè)中占有舉足輕重的作用。同時(shí)，高速加工技術(shù)也將是各國在制造領(lǐng)域爭奪的制高點(diǎn)。 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。從論文的選題、資料的收集到論文的撰寫編排整個(gè)過程中，我得到了許多的熱情幫助。在這里我首先要感謝王恪典老師，是他將我領(lǐng)入數(shù)控機(jī)床電主軸的領(lǐng)域，并對我的設(shè)計(jì)提出了很多寶貴的意見。在我設(shè)計(jì)遇到問題時(shí)，老師引導(dǎo)著我去解決問題，并讓我明白只要努力就沒有完不成的事，在自己摸索著尋找問題答案的同時(shí)，也從中學(xué)到了很多的知識及技能，可以在資料中迅速找到我所需要的東西。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。在本次設(shè)計(jì)中，我也得到了其他同學(xué)很多的幫助。在我繪圖時(shí)，遇到不會處理的問題時(shí)，其他同學(xué)給予我很大的幫助。經(jīng)過繪制整個(gè)設(shè)計(jì)圖紙，使我可以熟練的使用繪圖軟件CAD，提高了繪制圖紙的能力，對此后繪制的機(jī)械圖紙將會有很大的幫助。最后，感謝四年大學(xué)里給我傳授知識的老師們和陪我走過四年的同學(xué)們。參考文獻(xiàn)[1].（美）Neil .《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用機(jī)構(gòu)與裝置圖冊》.[2].《機(jī)械原理及設(shè)計(jì)》西北大學(xué)出版社，2006.[3]..《 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