【導(dǎo)讀】最后，對電主軸的旋轉(zhuǎn)軸和軸承進(jìn)行了詳細(xì)的分析和校核，計算表明，該。電主軸設(shè)計符合要求。國數(shù)控機(jī)床發(fā)展的瓶頸問題之一。高速電主軸的功能部件跟不上，發(fā)展數(shù)控機(jī)床將成。我國數(shù)控機(jī)床經(jīng)歷了二十多年的發(fā)展歷程,形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模，具備了。進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)。但在數(shù)控機(jī)床品種、質(zhì)量和性能等方面與發(fā)達(dá)國家還存在較大差。經(jīng)濟(jì)和國防工業(yè)的發(fā)展。對決定電主軸發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)要進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)，特別是在電主軸應(yīng)用中的關(guān)鍵

　　

【正文】 薦的軸承預(yù)期計算壽命 機(jī)械類型 預(yù)期計算壽命 L180。h/h 不經(jīng)常使用的儀器或設(shè)備。如閘門開閉裝置 300~3000 短期或間斷使用的機(jī) 械，中斷使用不致嚴(yán)重后果，如手動機(jī)械等 3000~8000 間斷使用的機(jī)械，中斷使用后果嚴(yán)重，如發(fā)動機(jī)輔助設(shè)備、流水作業(yè)線自動傳動裝置、升降機(jī)、車間吊車等 8000~12021 每日 8h 工作的機(jī)械 (利用率不高 )，如一般的齒輪傳動、某些固定電動機(jī)等 12021~20210 每日 8h 工作的機(jī)械 (利用率較高 )，如金屬切削機(jī)床、連續(xù)使用的起重機(jī)、木材加工機(jī)械、印刷機(jī)械等 20210~30000 24h 連續(xù)工作的機(jī)械，如礦山升降機(jī)、紡織機(jī)械、電機(jī)等 40000~60000 24h 連續(xù)工作的機(jī)械，中斷使用后果 嚴(yán)重，如纖維生產(chǎn)或造紙設(shè)備、發(fā)電站主電機(jī)、船舶螺旋槳軸等 100000~202100 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 32 根據(jù)表 ，角接觸球軸承的最小 e 值為 ，故此時：1a1rFF e 。 表 徑向動載荷系數(shù) X和軸向動載荷系數(shù) Y 軸承類型 相對軸向載 荷 Fa/Co≤e Fa/Fre 判斷系數(shù) e 名稱 代號 Fa/Co X Y X Y 調(diào)心球軸承 10000 —— —— 1 (Y1) (Y2) 調(diào)心滾子軸承 20210 —— —— 1 (Y1) (Y2) 圓錐滾子軸承 30000 —— 1 0 (Y) (e) 深溝球軸承 60000 1 0 角接觸 球軸承 70000C α=15? 1 0 70000ACα=25? —— 1 0 70000Bα=40? —— 1 0 （ 2） 初步計算當(dāng)量動載荷 P： )( arp YFXFfP ?? 按照表 ， pf =~，取 pf =。 按照表 ， X=1， Y=0，則： 6 2 4) 4 1 61( ?????? NP N （ 3）根據(jù)式 10 3 66 ??????? ? hLnPC（ N） （ 4）根據(jù)軸承設(shè)計手冊選擇 C=80200 N 的 7015C/DT 軸承。 表 載荷系數(shù) pf 載荷性質(zhì) fp 舉例 無沖擊或輕微沖擊 ~ 電動機(jī)、汽輪機(jī)、通風(fēng)機(jī)、等 中等沖擊或中等慣性沖擊 ~ 車輛、動力機(jī)械 、起重機(jī)、造紙機(jī)、冶金機(jī)械、畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 33 選礦機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、機(jī)床等 強(qiáng)大沖擊 ~ 破碎機(jī)、軋鋼機(jī)、鉆探機(jī)、振動篩等 此軸承的基本額定靜載荷 Co=93000 N。演算如下： 366 )(100060 10)(6010 ???? ?PCnL h = h 25000 h 故所選軸承滿足壽命要求 [3]。 深溝球軸承的校核 軸承軸向載荷 Fa2=Ff= (N)，徑向載荷 Fr2= (N)，軸承轉(zhuǎn)速 1000r/min，裝軸承處的軸頸直徑可在 85~95mm 范圍內(nèi)選擇，由于數(shù)控車床是屬于每日 8h工作 的機(jī)械（利用率高），所以選預(yù)期計算壽命 L180。h=25000h，見表 。 (1) 求比值： ??rFF 根據(jù)表 ，深溝球軸承的最大 e 值為 ，故此時：2a2rFF e (2) 求比值： )( arp YFXFfP ?? 按照表 ， pf =~，取 pf =。 按照表 ， X=， Y 值需在已知型號和基本額定靜載荷 Co 后才能求出。故暫選一近似中間值，取 Y=，則： ),( ?????? NP N （ 3）根據(jù)式 33710 25 00010 751060 3 66 ??????? ? hLnPC （ N） （ 4）根據(jù)軸承設(shè)計手冊選擇 C=32800N 的 61918Z 軸承。 此軸承的基本額定靜載荷 Co=31500 N。演算如下： 求相對軸向載荷對應(yīng)的 e 值與 Y 值。相對軸向載荷為 02 31 50 32 ??oaCF，在表 中是 這一檔的，對應(yīng)的 e 值為 ， Y 值為 2。 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 34 所以求當(dāng)量動載荷 P： 3063),( ?????? NP N 驗(yàn)算 61918Z 軸承的壽命，根據(jù)式： 366 )306332 800(100060 10)(6010 ???? ?PCnL h = 25000h， 即低于預(yù)期計算壽命。所以改用 6018Z軸承。 此軸承的 C=58000 N，所以 366 )306358 000(100060 10)(6010 ???? ?PCnL h =113160h 25000h 故所選軸承滿足壽命要求。 軸承的 CAE 分析 軸 承的應(yīng)力分析步驟與主軸的分析差不多，所以步驟內(nèi)容同上所述。在這里說說疲勞分析的內(nèi)容。步驟如下：（ 1）在空心主軸應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的分析 。 （ 2） 生成疲勞算例 。（ 3）設(shè)計算例屬性 。（ 4）定義 SN 曲線 。（ 5）定義疲勞事件 。（ 6）運(yùn)行疲勞研究 。（ 7）查看生命圖解 [6]。如圖 所示，兩種軸承的應(yīng)力都主要集中在軸承的內(nèi)圈上，但軸承的最大應(yīng)力點(diǎn)的應(yīng)力未出超出材料（陶瓷）的許須用應(yīng)力。圖 可以看出軸承的生命總數(shù)較大，使用壽命較長。故設(shè)計是合理的。 圖 角接觸球軸承和深溝球軸承的應(yīng)力分析 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 35 圖 角接觸軸承生命圖解 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 36 總 結(jié) 高速電主軸是高端的數(shù)控機(jī)床的核心，大力發(fā)展高速電主軸將對我國的裝備制造行業(yè)會起到強(qiáng)大的推動作用。通過上述方法證明本人設(shè)計的電主軸各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計要求。并使本人對電主軸的轉(zhuǎn)子、定子、軸承、冷卻系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)軸等關(guān)鍵技術(shù)有了一個更深入的了解。 本文主要完成的工作如下： （ 1） 數(shù)控車床電主軸的國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 ； （ 2） 車床電主軸的工作原理及特征； （ 3） 電主軸各個零部件的選擇和設(shè)計； （ 4） 軸的校核； （ 5） 軸承的校核。 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 37 參考文獻(xiàn) [1] 楊貴杰，秦冬冬 . 高速電主軸的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢 [D]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 , 2021. [2] 于靜，胡赤兵，劉延川 . 車削中心用電主軸的研制 [D]. 蘭州理工大學(xué)碩士學(xué)位論文， 2021. [3] 濮良貴 、紀(jì)名剛主編 . 機(jī)械設(shè)計 [M]. 北京 : 高等教育 出版社 , 2021. [4] 莊工，同步帶傳動的設(shè)計計算和使用 [J]. 機(jī)械制造 , 1989. [5] 鄧君，許光輝 . 高速電主軸采用軸芯冷卻的設(shè)計 [D]. 東莞理工學(xué)院碩士學(xué)位論文 , 2021. [6] 曹茹 . SolidWorks 2021 三維設(shè)計及應(yīng)用教程 [M]. 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社 , 2021. [7] 茍文選主編 . 材料力學(xué) [M]. 北京 : 科學(xué)出版社 , 2021. [8] 朱家誠 . 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 [M]. 合肥 : 合肥工業(yè)出版社 , 2021. [9] 張 展 . 機(jī)械設(shè)計通用手冊 [M]. 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社 , 2021. [10] 王振華 . 使用軸承手冊 [M]. 上海 : 上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社 , 1990. [11] 毛昕主編 . 畫法幾何及機(jī)械制圖 [M]. 北京 : 高等教育出版社 , 2021. [12] 周開勤 . 機(jī)械零件手冊 [M]. 北京 : 高等教育出版社 , 1995. [13] 嚴(yán)道發(fā) . 電主軸技術(shù)綜述 [J]. 機(jī)械研究與應(yīng)用 , 2021, 4045. [14] 張耀滿 . 高速機(jī)床若千關(guān)鍵技術(shù)問題研究 [D]. 東北大學(xué)博士學(xué)位論文 , 2021 年 , 18(2): 3338. [15] Nakamura S,Kakino Y,U rano K,Yoneyama sis and a performance evaluatio n of t he under race lu2 brication[J]. Spindle at High Speed Rotation,J apan , 1994, 60(10): 103112. [16] Hongqi Li， Yuang C． Shin． Analysis of Bearing Configuration Effectes on High Speed Spindles Using an Intergrated Dynamic Thermo － mechanical Spingdle Model[J]． International Journal of Maching Tool＆ Manufacture, 2021, (4): 347364． [17] 張伯霖等 . 超高速加工與機(jī)床的零傳動 [D]. 中國機(jī)械工程 , 1996. 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 38 [18] 張伯霖超 . 高速切削的關(guān)鍵技術(shù) [J]. 機(jī)床 , 1993, 32(4): 2225. [19] 文懷興，夏田 . 數(shù)控機(jī)床設(shè)計實(shí)踐指南 [D]. 北京化學(xué)工業(yè)出版社 , 2021. [20] 嚴(yán)武升，劉宏 . 超高速電主軸的幾個問題 [J]. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù) , 1998, 17(3)：428430. [21] 吳玉厚 . 數(shù)控機(jī)床電主軸單元技術(shù) [M]. 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社 , 2021, 6367. [22] 黃 紅武，熊萬里，陸名彰等 . 高速大功率精密電主軸中的關(guān)鍵技術(shù) [J]. 湖南大學(xué)學(xué)報 , 自然科學(xué)版 , 2021, 29(5): 4954. [23] 吳玉厚 . 數(shù)控機(jī)床電主軸單元技術(shù) [M]. 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社 , 2021. [24] 孟杰，陳小安 . 電主軸動力學(xué)分析的傳遞矩陣法 [J]. 機(jī)械設(shè)計 , 2021, 25(7)：3740. [25] 劉夏 . 國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 [J]. 制造技術(shù)與機(jī)床， 2021, (1)： 7475. [26] 盛伯浩 . 談數(shù)控機(jī)床功能部件的構(gòu)成及特點(diǎn) [J]. 電器制造 , 2021, (3)： 3031. [27] 解文志 . 高速電主軸動靜態(tài)特性的有限元分析 [D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)， 2021. [28] 李冬茹 . 我國數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展與展望 [J]. 世界制造技術(shù)與裝備市場 , 2021, (2)： 3035. [29] 楊皖蘇，嚴(yán)鴻和 . 我國數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化問題研究 [J]. 制造技術(shù)與機(jī)床 , 2021, (7)：5758. [30] 閻曉彥 . 加速數(shù)控機(jī)床國產(chǎn)化進(jìn)程 [J]. 機(jī)械工人， 2021, (1)： 1017. [31] 孫博 . 增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力 ，發(fā)展數(shù)控機(jī)床功能部件產(chǎn)業(yè) [J]. 航空制造技術(shù)， 2021, (8)： 4445. 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 39 致 謝 本文是在尊敬的杜雷老師的精心指導(dǎo)和督促下完成的，在我在做畢業(yè)設(shè)計中杜雷老師在選題、課題分析以及撰寫論文的過程中給予了很大的幫助，在他的耐心指導(dǎo)下使我的理論和和實(shí)踐的知識都有了很大的提高。每個星期他都會見我們好幾面，來了解我們的進(jìn)度情況包括問他在設(shè)計中遇到的問題。他那詼諧幽默的話語中透出了敏銳的智慧，一步步把我們從一些復(fù)雜的問題變成了一些通俗易懂的日常知識。 無論是學(xué)業(yè)上循循善誘的教導(dǎo) ,還是生活上無微不至的關(guān) 懷 ,乃至 杜老師敬業(yè)務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)，都給予我莫大的感觸和激勵 ！ 最后 ,對所有關(guān)心我、支持我和幫助我的老師、同學(xué)和朋友們表示衷心的感謝和祝福 ! 對主軸傳動系統(tǒng)的要求 : 一）調(diào)速范圍寬 為保證加工時選用合適的切削用量，以獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，特別對于具有自動換刀功能的數(shù)控加工中心，為適應(yīng)各種刀具、工序和材料的加工要求，對主軸的調(diào)速范圍提出了更高的要求，要求主軸能在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的指令自動實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，并減少中間傳動環(huán)節(jié)。目前主軸驅(qū)動裝置的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍已可達(dá) 1： 100，恒 功率調(diào)速范圍也可達(dá) 1： 30，過載 倍時仍可持續(xù)工作達(dá) 30min。 二）恒功率范圍要寬 要求主軸在調(diào)速范圍內(nèi)均能提供所需的切削功率，并盡可能在調(diào)速范圍內(nèi)提供主軸電機(jī)的最大功率。由于主軸電機(jī)與驅(qū)動裝置的限制，主軸在低速段均為恒轉(zhuǎn)矩輸出。為滿足數(shù)控機(jī)床低速、強(qiáng)力切削的需要，常采用分段無級變速的方法（即在低速段采用機(jī)械減速裝置），以擴(kuò)大輸出轉(zhuǎn)矩