【導(dǎo)讀】定子和冷卻系統(tǒng)等各零部件作了設(shè)計(jì)，產(chǎn)生了裝配圖、零件圖與設(shè)計(jì)說明書等設(shè)計(jì)文檔。控機(jī)床發(fā)展的瓶頸問題之一。我國數(shù)控機(jī)床整體技術(shù)水平的發(fā)展和提高，最終離不開先進(jìn)的功能部件產(chǎn)業(yè)的支持。

　　

【正文】 F e 。 表 推薦的軸承預(yù)期計(jì)算壽命 機(jī)械類型 預(yù)期計(jì)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(dòng)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(dòng)機(jī)輔助設(shè)備、流水作業(yè)線自動(dòng)傳動(dòng)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(dòng)、某些固定電動(dòng)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?jiān)O(shè)備、發(fā)電站主電機(jī)、船舶螺旋槳軸等 100000~202100 根據(jù)表 ，角接觸球軸承的最小 e 值為 ，故此時(shí)：1a1rFF e 。 表 徑向動(dòng)載荷系數(shù) X和軸向動(dòng)載荷系數(shù) Y 本科機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 CAD 圖紙 401339828 第 33 頁 共 41 頁 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(hào) 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 70000Bα =40? —— 1 0 （ 2）初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)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(jì)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(dòng)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(dòng)力機(jī)械、起重機(jī)、造紙機(jī)、冶金機(jī)械、選礦機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、機(jī)床等 本科機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 CAD 圖紙 401339828 第 34 頁 共 41 頁 強(qiáng)大沖擊 ~ 破碎機(jī)、軋鋼機(jī)、鉆探機(jī)、振動(dòng)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(jì)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(shí)：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(hào)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： 4 7 5) 8 ,8 4 ( ?????? NP N （ 3）根據(jù)式 33710 25 00010 751060 3 66 ??????? ? hLnPC （ N） （ 4）根據(jù)軸承設(shè)計(jì)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 024 315 ??oaCF，在表 這一檔的，對應(yīng)的 e值為 ， Y值為 2。 所以求當(dāng)量動(dòng)載荷 P： 本科機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 CAD 圖紙 401339828 第 35 頁 共 41 頁 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(jì)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。 本科機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 CAD 圖紙 401339828 第 36 頁 共 41 頁 第六章 電主軸的使用與養(yǎng)護(hù) 電主軸是最近十年再數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)，它是高速數(shù)控機(jī)床的“核心”部件，它的性能直接決定了機(jī)床的高速加工性能。電主軸具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、振動(dòng)小、噪音低、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，可以減少齒輪傳動(dòng)，簡化機(jī)床外形設(shè)計(jì)，易于實(shí)現(xiàn)主軸定位，是高速主軸單元中一種理想結(jié)構(gòu)。電主軸作為高速數(shù)控機(jī)床最關(guān)鍵部件，其性能好壞在很大程度上決定了整臺(tái)高速機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)效率，因 此各工業(yè)國家都十分關(guān)注高速電主軸的研究與發(fā)展，紛紛投入巨資，裝備精良的加工和測試設(shè)備，建立恒溫、潔凈的裝配環(huán)境，形成了不少電主軸的專業(yè)生產(chǎn)基地。我國電主軸的設(shè)計(jì)制造技術(shù)剛剛起步，目前尚未形成批量生產(chǎn)規(guī)模，電主軸的各項(xiàng)性能指標(biāo)和國外尚有較大的差距。為了加快我國高速加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，加速數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品的更新?lián)Q代，建議進(jìn)一步組織力量進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，早日實(shí)現(xiàn)電主軸的專業(yè)化批量生產(chǎn)。 電主軸的工作不僅轉(zhuǎn)速高，而且要求有很高的角減速度和角加速度、在指定位置快速準(zhǔn)停，這就對其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造和控制提出了非常嚴(yán)格的要求并帶來 了一系列技術(shù)難題，如電主軸的散熱、潤滑及精密控制等。在設(shè)計(jì)中，必須妥善的解決這些問題，才能確保主軸穩(wěn)定可靠的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)高效精密加工。電主軸作為加工中心的核心部件，它將機(jī)床主軸與交流伺服電機(jī)軸合二為一，即將主軸，期間不再使用皮帶齒輪傳動(dòng)副，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸系統(tǒng)的“零傳動(dòng)”，通電后轉(zhuǎn)子直接帶動(dòng)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)。 由于電主軸是高速精密元件，定期維護(hù)是非常有必要的。電主軸定期維護(hù)如下： 1. 電主軸的軸向跳動(dòng)一般要求為 mm(2um),每年檢測 2次。 2. 電主軸內(nèi)錐孔的徑向跳動(dòng)一般要求為 (2um),每年檢 測 2次。 3. 電主軸芯棒遠(yuǎn)端 (250mm)徑向跳動(dòng)一般要求為 (12um)，每年檢測 2次。 4. 蝶形彈簧的漲緊力要求為： 12~27KN(以 HSK63 為例 )每年檢測 2 次。 5. 拉刀桿松刀時(shí)伸出的距離為： +(以 HSK63 為例 )每年檢測4次。 本科機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 CAD 圖紙 401339828 第 37 頁 共 41 頁 第七章 高速精密主軸軸承熱特性 高速電主軸是高速機(jī)床的核心部件，電主軸單元各零件的精度通常為 um 級，如跳動(dòng)一般為 1~3um，主軸剛度一般為 100~300N/um,因此，電主軸各零件自身的精度誤差和變形量很小。然而，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸承發(fā)熱量很大，導(dǎo)致軸承 溫升很高，并引起熱變形。熱變形引起的誤差遠(yuǎn)大于精度誤差和變形量。而且，熱變形直接改變了軸承的預(yù)緊狀況，影響軸承的剛度特性和電主軸的加工精度，嚴(yán)重時(shí)，甚至導(dǎo)致軸承的熱咬合，使電主軸毀壞。電主軸的發(fā)熱問題降低了其在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中的可靠性。故對軸承進(jìn)行熱分析并掌握軸承的熱太特性對提高電主軸加工中的穩(wěn)定性和可靠性都是極其重要的。高速精密角接觸球軸承是高速電機(jī)單元中應(yīng)用最廣泛的一類軸承。 本科機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 CAD 圖紙 401339828 第 38 頁 共 41 頁 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(huì)起到強(qiáng)大的推 動(dòng)作用。通過上述方法證明本人設(shè)計(jì)的電主軸各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)零部件的選擇和設(shè)計(jì)； （ 4） 軸的校核； （ 5） 軸承的校核。 本科機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 CAD 圖紙 401339828 第 39 頁 共 41 頁 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. 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