【正文】 在水平面上根據(jù) 力平衡和力矩平衡可列出方程組： ?????? ??????? ??? )4321(F)21(F 0N H 2N H 121 LLLLLL FpFF NHNH （ 46） 代入各已知參數(shù)列出： ?NHF ， 1332 ?NHF 圖 受力簡圖 畫出水平。 本設(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，所以取 ?? 。 對于直徑為 d 的圓軸，彎曲應(yīng)力為： WM?? （ 42） 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為： WTWTT 2??? （ 43） 將 ? 和 ? 代入式（ 41），則軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為 ? ? ? ?12222 24 ?????????????????? ???? W TMWTWMca （ 44） 式中： ca? —— 軸的計(jì)算應(yīng)力， MPa ； M —— 軸所受的合成彎矩， 22 VH MMM ?? ， mmN? ； T —— 軸所受的扭矩， mmN? ； 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 26 W —— 軸的抗彎截面系數(shù)，323dW ??， 3mm 。 22 )(4 ???? ??ca （ 41） 式中的彎曲應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力。先求取垂直面支點(diǎn)反力 NVF 和水平面支點(diǎn)反力 NHF 后，計(jì)算相應(yīng)的彎矩 VM 和 SM 。在設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和已知條件線初選軸的直徑，然后進(jìn)行剛度和強(qiáng)度方面的校核。 所以： ?d mm 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 25 第 4 章 軸的校核 電主軸工作時(shí)，軸端會(huì)受到車刀對其的切削力，同步帶對帶輪的預(yù)緊力和不大的轉(zhuǎn)子重力。 mm； WT—— 軸的抗扭截面系數(shù)， mm3 n—— 軸的轉(zhuǎn)速， r/min； P—— 軸傳遞的功率， kw； d—— 計(jì)算截面處軸的直徑， mm； [ T? ]—— 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， Mpa，見表 。 所以壓軸力為： Q= V PKK AF1500 =2100 (N) （ 321） （ 3） 轉(zhuǎn)子自身的重力 由于轉(zhuǎn)子是套在主軸上的，所以主軸受到轉(zhuǎn)子的重力。 表 車削時(shí)的車削力及切削功率的計(jì)算公式 計(jì)算公式 主切削力 Fc Fc=FCnCyXpFC KVfaC FCFCFC ???? 背向力 Fp Fp=FPnCyXpFP KVfaC FOFOFO ???? 進(jìn)給力 Ff Ff=FfnCyXpFf KVfaC FfFfFf ???? 切削時(shí)消耗的功率 Pc(kW) Pc= Fcvc 103/60 切削力公式中系數(shù)和指數(shù) 加工材料 刀具材料 加工形式 主切削力 背向力 進(jìn)給力 CFc xFc yFc nFc CFp xFp yFp nFp CFf xFf yFf nFf 結(jié)構(gòu)鋼和 硬 外圓縱車、 270 199 294 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 21 鑄鋼σb=GPa 質(zhì)合金 橫車及鏜孔 切槽或切斷 367 0 142 0 —— —— —— —— 切螺紋 133 —— —— —— —— —— —— —— —— —— 高速鋼 外圓縱車、橫車及鏜孔 180 0 94 0 54 切槽或切斷 222 0 —— —— —— —— —— —— —— —— 切螺紋 191 0 —— —— —— —— —— —— —— —— 灰鑄鐵 HBS190 硬質(zhì)合金 外圓縱車、橫車及鏜孔 92 0 54 0 46 切螺紋 103 —— —— —— —— —— —— —— —— —— 高速鋼 外圓縱車、橫車及鏜孔 114 0 119 0 51 切螺紋 158 0 —— —— —— —— —— —— —— —— 根據(jù)表 得： Fc= FCnCyXpFC KVfaC FCFCFC ???? （ 317） =FCnCyXp KVfa FCFCFC ??? Fp= FPnCyXpFP KVfaC FOFOFO ???? （ 318） = FPnCyXp KVfa FOFOFO ??? Ff= FfnCyXpFf KVfaC FfFfFf ???? （ 319） = FfnCyXp KVfa FfFfFf ??? 所以得： FCC KF 1 0 7 ?????? FPP KF 1 0 9 ?????? Fff KF ?????? 切削力修正系數(shù) KFc、 KFp、 KFf 是各種因素對切削 力的修正系數(shù)的乘積。 主軸結(jié)構(gòu) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 20 圖 主軸擋板 圖 外圓車削時(shí)力的分解 用 YT15 硬質(zhì)合金車刀縱車 ?b=，切削速度 Vc=100m/min，背吃刀量 ap=4mm，進(jìn)給量 f=。）這些力的合力 F 稱為切削合力，也稱總切削力。主軸選用 45 號(hào)優(yōu)質(zhì)中碳鋼，與球軸承連接的部分需調(diào)質(zhì)淬火處理。由于各種鋼材的 E 值相差無幾（ E＝ 2． 11011N／ m2），故影響不大。 主軸擋板的設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)如圖 ，材料為 45 鋼，軸承選用角接觸球軸承，深溝球軸承。本次設(shè)計(jì)的主軸為空軸，主軸的前端型式取決于機(jī)床類型，后端結(jié)構(gòu)取決于安裝刀具的型式。 主軸的構(gòu)造 主軸的構(gòu)造和形狀主要決定于主軸上所安裝的刀具，夾具，傳動(dòng)件，軸承等零件的類型，數(shù)量，位置和安裝定位方法等?？缇噙^小，主軸畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 19 的彎曲變形固然較小，但因支承變形引起主軸前端的位移量增大；反之，支承跨距過大，支承變形引起主軸前端的位移量減小了，但主軸的彎曲變形增大，也會(huì)引起主軸前端較大的位移。 主軸前端懸伸量的確定 主軸的前端懸伸量主要取決于主軸端部的結(jié)構(gòu)，前支承軸承的配置和密封裝置的形 式和尺寸，由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定。 主軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 主軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有主軸前端懸伸量和主軸主支承間的跨距。 以自然冷卻方式，從箱體外壁散發(fā)到周圍空氣中去的熱流量 Φ2（單位為 W） [3]為， ）（ ??? ?? 12 Sd 式中： d? —— 箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，可取 d? =（ ~） W/ (m2 所以，必須根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量 Φ1 等于同時(shí)間內(nèi)的散熱量Φ2 的條件進(jìn)行熱平衡計(jì)算，以保證油溫穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi) [3]。 主軸傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算 主軸傳動(dòng)由于效率低，所以工作時(shí)發(fā)熱量大。其基本的冷卻路線是：首先從主軸冷卻油溫控制器流出冷卻油，經(jīng)過在靠近后端蓋 1 的冷卻環(huán)套上入水口，使冷卻油進(jìn)入后端軸承 2 的外圍， 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 17 1. 后端蓋 2. 后端軸承 3. 轉(zhuǎn)子 4. 定子 5. 電機(jī)冷卻套 圖 電主軸冷卻設(shè)計(jì) 并對后端軸承 2 進(jìn)行冷卻。 （ 3）隨著主軸轉(zhuǎn)速的升高，主軸軸承的摩擦所產(chǎn)生的發(fā)熱量也隨之增大 [5]。具體的熱源主要可分為三部分： （ 1）主軸電動(dòng)機(jī)內(nèi)置于機(jī)床主軸的結(jié)構(gòu)中，電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的發(fā)熱，是其結(jié)構(gòu)內(nèi)部的主要的熱源。因此通過對高速電主軸的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改良，來控制電主軸的溫升，減小電主軸的熱膨脹，對于保證電主軸性能和提高其 使用壽命，是至關(guān)重要的。機(jī)床工作時(shí)，在內(nèi)、外熱源的作用下，主軸系統(tǒng)的各個(gè)部分會(huì)產(chǎn)生不同程度的溫升?；旌陷S承的工作游隙及工作游隙的變化 幅度小，導(dǎo)致高速高溫時(shí)，滾動(dòng)體與溝道接觸的最大接觸應(yīng)力及接觸負(fù)荷的變化幅度均較小，確保了軸承運(yùn)行平穩(wěn)和發(fā)熱量的減少。與鋼質(zhì)球軸承相比，相同負(fù)荷下陶瓷球在接觸應(yīng)力作用區(qū)域材料塑性變形小，使軸承的剛度提高，從而提高主軸系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可大幅減小滾動(dòng)體的離心力，從而減小球與套圈滾道間的 接觸應(yīng)力，延長軸承的使用壽命。陶瓷球混合軸承與傳統(tǒng)的鋼質(zhì)球軸承相比，具有密度小、彈性模量大、熱膨脹系數(shù)小、耐高溫等優(yōu)良物理性能和機(jī)械性能。 圖 角接觸球軸承 軸承材料的選擇 目前，滾動(dòng)軸承電主軸的支承形式主要采用鋼質(zhì)球軸承和陶瓷球混合軸承。適用于高轉(zhuǎn)速甚至極高轉(zhuǎn)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 15 速的運(yùn)行，而且非常耐 用，無需經(jīng)常維護(hù)。高