【正文】 動(dòng)力傳遞能力由配合面間的摩擦力矩確定：= （319） 式中：——主軸的傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩，單位為：N。額定功率為4kw。 動(dòng)態(tài)過盈和靜態(tài)過盈計(jì)算此次設(shè)計(jì)的電主軸電機(jī)轉(zhuǎn)子的基本尺寸為：轉(zhuǎn)子的外徑2b=44mm,轉(zhuǎn)子內(nèi)孔直徑2a=24mm；轉(zhuǎn)子的軸向長度為77mm，轉(zhuǎn)子配合面的有效接觸長度C＝77mm。迭壓成型的定子內(nèi)腔帶有沖制嵌線槽。 主軸的校核： 主軸的受力圖如下圖35所示：圖35主軸的受力圖由靜力平衡條件求得兩端軸承的支反力，A、B端受力如下：=0 （313） 0 （314）A、B端受力大小如下： =；=；作出內(nèi)力圖，確定危險(xiǎn)截面：軸的扭矩圖和彎矩圖如圖36和37所示：圖36主軸的扭矩圖圖37主軸的彎矩矩圖 根據(jù)彎矩圖與扭矩圖可知，主軸在截面B處所獲得的彎矩和扭矩最大，因此主軸截面B是主軸的危險(xiǎn)截面，根據(jù)第四強(qiáng)度理論及公式對軸進(jìn)行校核： 將、代入下式：===13MPa （315） 由于=600MPa；；因此主軸軸向尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。所以L取150mm,因此：a=40mm。圖33主軸受力示意圖根據(jù)材料力學(xué)外伸梁的撓度公式可知：= （35）設(shè)：外伸端處的軸承為B；右邊的軸承為A；軸承B到交點(diǎn)處距離為X，為A端軸承受力時(shí)徑向發(fā)生的位移。其造成的結(jié)果就是，主軸外伸端的截面在徑向方向發(fā)生位移，且其總位移由兩部分組成：Y= (34)——假設(shè)軸承為剛性支承，主軸為彈性體時(shí)，主軸在前端受到外載荷P作用后的位移。因此在此范圍內(nèi)的跨距被稱為合理跨距，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先滿足合理跨距。 主軸的外伸端及跨距的計(jì)算：主軸選用45鋼，主軸材料的許用應(yīng)力為600MPa。因此每個(gè)軸承的生產(chǎn)廠家，針對不同轉(zhuǎn)速和負(fù)載的電主軸選用不同的預(yù)緊力。預(yù)加載荷不僅可消除軸承的軸向游隙，還可以提高軸承剛度、主軸的旋轉(zhuǎn)精度，抑制振動(dòng)和鋼球自轉(zhuǎn)時(shí)的打滑現(xiàn)象等。為了提高軸承的支撐剛度，同時(shí)為了滿足外伸端的軸端振動(dòng)量要求，因此選用c）所示的配置形式。軸承重量 m (kg)最高轉(zhuǎn)速(r/min)79000基本額定動(dòng)載荷（KN）基本額定靜載荷（KN） 軸承的潤滑方式：,電主軸可采用油脂潤滑，電主軸必須采用油氣或者油霧潤,SC61902C TA的==，；所以采用脂潤滑。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床電主軸一般選用混合陶瓷球軸承，我國自行設(shè)計(jì)的陶瓷球軸承與國外存在一定的差距，因此選用GMN公司生產(chǎn)的SC61902C TA陶瓷球軸承。因此：d=10mm。45鋼的參數(shù)為：A=106～98,[τ]=30～40MPa；所以取:A=100。3 主要零部件的設(shè)計(jì) 軸承的選擇 引言主軸軸承技術(shù)是超高速主軸系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，目前，國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床采用較多的軸承形式有：磁懸浮軸承、動(dòng)靜壓軸承和陶瓷球軸承，其中使用最多的就是混合陶瓷球軸承。 ——電動(dòng)機(jī)在100％運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間內(nèi)，負(fù)載是連續(xù)不變的。這類驅(qū)動(dòng)器在低速時(shí)輸出功率不夠穩(wěn)定，不能滿足電主軸低速大扭矩的要求，也不具備主軸的定向停止和C軸功能，但價(jià)格便宜，一般用在高速端工作的電主軸。 電機(jī)的控制形式： 普通變頻驅(qū)動(dòng)和控制 普通變頻器為標(biāo)量驅(qū)動(dòng)控制，其驅(qū)動(dòng)控制特性為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)，即輸出功率和轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。 設(shè)計(jì)要求如表21所示：表21額定轉(zhuǎn)速P（r/min）額定功率n（kw） 20000 4 引言： 電主軸運(yùn)動(dòng)控制是電主軸單元控制系統(tǒng)的核心部件，電主軸運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)主要包含轉(zhuǎn)速開環(huán)的恒壓頻比控制技術(shù)、轉(zhuǎn)速閉環(huán)的恒壓頻比控制技術(shù)、矢量控制技術(shù)及直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)。2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式、控制方式 “高速電主軸”的概念是一套組件，包括：定子、轉(zhuǎn)子、軸承、高速變頻裝置、潤滑裝置、冷卻裝置等組成?？梢愿尤娴睦斫獯髮W(xué)所學(xué)的知識，對自己的能力也有一個(gè)相應(yīng)的提升。 本論文研究的目的和內(nèi)容首先，電主軸在各個(gè)行業(yè)都具有相當(dāng)大的用途，它決定了一個(gè)國家的制造業(yè)的水平，誰在電主軸上領(lǐng)先，誰在整個(gè)制造業(yè)就擁有話語權(quán)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：軸承由8個(gè)淺腔組成，以淺腔為節(jié)流器，一般在傾側(cè)下工作。隨著機(jī)床向高速、重載、高精度方向發(fā)展，越來越多的磨床采用動(dòng)靜壓推力軸承。經(jīng)研究表明由于擋板的存在使軸承穩(wěn)定性明顯地提高、阻力系數(shù)稍有增大并且流量增大從而使軸承溫升降低, 但是造成軸承的承載能力略有降低。隨著轉(zhuǎn)子系統(tǒng)向大型化高速化發(fā)展，轉(zhuǎn)子相對比較細(xì)長，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變得突出。由于穩(wěn)定性好, 加工制造方便, 溫升低, 功耗小而被廣泛應(yīng)用于一些高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械上。通過理論和試驗(yàn)均表明：和一般的動(dòng)靜壓軸承相比，軸承摩擦功耗小，并且隨著軸承數(shù)的升高，偏心率的加大，摩擦功耗降低的幅度也大。浮環(huán)將潤滑油膜分為兩層：內(nèi)油膜處于軸和浮環(huán)之間，外油膜處于浮環(huán)和軸瓦之間。（3）圓錐浮環(huán)動(dòng)靜壓軸承。（2）新型液體動(dòng)靜壓混合軸承。 在靜壓軸承方面主要有以下幾個(gè)研究方向：（1）油螺旋式液體靜動(dòng)壓軸承。近年來得到迅速發(fā)展的稀土永磁材料也因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)輕巧、能耗低而極具應(yīng)用前途。(3)新材料的研究。(2)無傳感器磁懸浮軸承的研究。這方面的研究進(jìn)展在很大程度上依賴于超導(dǎo)材料的進(jìn)展。在磁懸浮軸承領(lǐng)域內(nèi)，有以下幾個(gè)研究方向：(1)超導(dǎo)磁懸浮軸承的研究。但是其缺點(diǎn)也是很明顯，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，電機(jī)和控制器的成本和復(fù)雜度高。普通。另外一種數(shù)控機(jī)床電主軸也得到了關(guān)注，那就是開關(guān)磁阻電機(jī)機(jī)床主軸，其具有的優(yōu)勢如下：系統(tǒng)效率高，輸出功率大。人們在弱磁控制方面也提出過不少方法，如改變轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，加上特殊鐵ILK構(gòu)成磁阻，以加大Ld與Lq的比值等。但是一般情況下，永磁同步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速不會(huì)超過3000r/min，這就要求永磁同步電機(jī)具有較高的弱磁調(diào)速功能。轉(zhuǎn)矩密度高，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性非常好好。其中永磁同步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)是目前最主要的研發(fā)方向。這些控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)子自動(dòng)平衡系統(tǒng)、軸承油氣潤滑與精密控制系統(tǒng)、定轉(zhuǎn)子冷卻溫度精密控制系統(tǒng)、主軸變形溫度補(bǔ)償精密控制系統(tǒng)等。(3)精密加工與精密裝配工藝水平高。此外還有瑞士的Fisher公司、德國的GMN公司、Hofer公司、西門子、意大利的Faemat和Gamfior公司等，這些公司生產(chǎn)的電主軸有以下特點(diǎn)：(l)功率大、轉(zhuǎn)速高(2)采用高速、高剛度軸承。m。IBAG公司提供的電主軸已經(jīng)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化電主軸最大轉(zhuǎn)速可達(dá) 140000r/min，直徑范圍33到300mm，功率范圍125W173。其中最具代表性有美國福特公司和Ingerso1l公司聯(lián)合推出的HVM800臥式加工中心的大功率電主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)15000r/min由靜止升至最高轉(zhuǎn)速僅需15s。著名的有德國的GMN公司、Siemens公司、意大利的Gamfi公司及日本三菱公司和安川公司等，它們的技術(shù)水平代表了這個(gè)領(lǐng)域的世界先進(jìn)水平。近幾年美國、日本、德國、意大利、英國、加拿大和瑞士等工業(yè)強(qiáng)國爭相投入巨資大力開發(fā)此項(xiàng)技術(shù)。而且我國在高速主軸單元技術(shù)各項(xiàng)性能指標(biāo)方面與國外相比差距較大，從而嚴(yán)重阻礙我國高速高精度數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，我國的中、高檔數(shù)控機(jī)床即滿足不了我國的市場需求，也無力在國際市場上進(jìn)行競爭。雖然在“十五”期間，我國的數(shù)控機(jī)床的電主軸技術(shù)發(fā)展很快，但國產(chǎn)電主軸從水平、種類、質(zhì)量等方面，與國外先進(jìn)國家相比還存在很大的差距。在電主軸的潤滑方面，我國主要以油脂潤滑和油霧潤滑為主。目前國內(nèi)生產(chǎn)的磨削用電主軸的轉(zhuǎn)速在15000r/min以內(nèi)；加工中心用電主軸的轉(zhuǎn)速最高可達(dá)30000r/min，轉(zhuǎn)矩達(dá)200N生產(chǎn)的PCB行業(yè)用鉆、銑削電主軸,轉(zhuǎn)速達(dá)到105000r/ min ,為國內(nèi)PCB行業(yè)數(shù)控機(jī)床所普遍采用 ,并且已經(jīng)替代部分進(jìn)口產(chǎn)品。直到90年代中后期，由于國內(nèi)市場需要，洛陽軸承研究所開始開發(fā)其他用途的電主軸，如印制電路板(PCB)行業(yè)鉆小孔用高速電主軸、小型數(shù)控銑床用電主軸等。例如：高精密軸承技術(shù)等等。電主軸是高速切削機(jī)床最重要的部件也是實(shí)現(xiàn)高速和超高速加工的關(guān)鍵技術(shù)之一 ，因此要電主軸的研究是數(shù)控機(jī)床研究的重中之重，可以說電主軸的發(fā)展水平是衡量一個(gè)國家機(jī)械制造業(yè)的實(shí)力。在“十五”期間，我國的數(shù)控機(jī)床的電主軸技術(shù)發(fā)展很快，但國產(chǎn)電主軸從水平、種類、質(zhì)量等方面，與國外先進(jìn)國家相比還存在很大的差距，從而嚴(yán)重制約我國高速、高精度數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。它要求動(dòng)平衡高，剛性好，回轉(zhuǎn)精度高，有良好的熱穩(wěn)定性，能傳遞足夠的力矩和功率，能承受高的離心力，帶有準(zhǔn)確的測溫裝置和高效的冷卻裝置?，F(xiàn)代化高速主軸系統(tǒng)采用的是電主軸,即所謂的機(jī)電一體化主軸，電主軸及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一套完整的,獨(dú)立的功能部件。 論文研究的意義 數(shù)控機(jī)床的研究既是市場競爭的制高點(diǎn)，也一直是世界各國競相投入大量人力、物力研究的熱點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床電主軸技術(shù)的產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)了在極短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)升降速，并在指定位置快速準(zhǔn)停，而且使機(jī)床的傳動(dòng)鏈的長度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了零傳動(dòng)，且不會(huì)在高速狀態(tài)下打滑，產(chǎn)生振動(dòng)和噪音。而且數(shù)控機(jī)床已成為發(fā)展高速加工技術(shù)的支柱性、決定性因素，而內(nèi)置電主軸電機(jī)的品質(zhì)將直接決定高速數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平。它是裝備制造業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)和發(fā)展方向之一，是戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝和調(diào)整設(shè)備，普通機(jī)床已不能適應(yīng)這些要求，數(shù)控機(jī)床應(yīng)用而生，這種新型機(jī)床具有適應(yīng)性強(qiáng)，加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。s manufacturing signs. The rapid development of fastgrowing and high speed machining technology CNC machine tools demand,while the ultra highspeed spindle is an important ponent to achieve highspeed CNC machining technology,so the highspe