【正文】 小齒輪的YFaYSa[σF]并加以比較YFa1YSa1[σF]1==YFa2YSa2[σF]2==大齒輪的數(shù)值大。選擇小齒輪材料為40Cr (調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì))硬度為240HBS，而這材料硬度差為40HBS。2) 即床位一般工作機(jī)床，故選用7級(jí)精度。傳動(dòng)系統(tǒng)選為齒輪傳動(dòng)，設(shè)定工作壽命為15年（設(shè)每年工作300天），兩班制且工作平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向不變。由于此處的傳動(dòng)系統(tǒng)為7級(jí)精度圓柱直齒輪傳動(dòng)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取η=，所以Pr=Pwη==為滿足Pm≥Pr的條件，根據(jù)已知條件，主軸轉(zhuǎn)速為1450r/min，選同步轉(zhuǎn)速為3000 r/min的電動(dòng)機(jī)，其型號(hào)為Y132S12。 本設(shè)計(jì)軸承選用按照設(shè)計(jì)要求以及工作條件，選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，臥式封閉結(jié)構(gòu)，電壓380V。本設(shè)計(jì)為小型加工中心主軸組件設(shè)計(jì)，功率相對(duì)較小，所以取中欲緊。如主軸產(chǎn)生振動(dòng)，則由于各個(gè)方向都有滾動(dòng)體支承，可以提高抗振性。欲緊后，滾動(dòng)體和滾道都有了一定的變形，參加工作的滾動(dòng)體將更多，各滾動(dòng)體的受力將更均勻。軸承欲緊后，內(nèi)部無間隙，滾動(dòng)體從各個(gè)方向支承主軸，有利于提高運(yùn)動(dòng)精度。 主軸軸承精度機(jī)床精度等級(jí)前軸承后軸承普通精度等級(jí)P5或P4（SP）P5或P4（SP）精密級(jí)P4（SP）或P2（UP）P4（SP）高精度級(jí)P2（UP）P2（UP） 軸承間隙調(diào)整和欲緊主軸軸承的內(nèi)部間隙，必須能夠調(diào)整。不同精度等級(jí)的機(jī)床。由于軸承的工作精度主要決定于旋轉(zhuǎn)精度，箱體孔和主軸軸頸是根據(jù)一定的間隙和過盈要求配作的。P6級(jí)和P0級(jí)一般不用。高精度主軸可用P2級(jí)。 雙列圓柱滾子軸承3．2軸承精度軸承的精度，分為0五級(jí)，其中2級(jí)最高，0級(jí)為普通精度級(jí)。這種軸承為點(diǎn)接觸，剛度較低。的軸向剛度較高，但徑向剛度和允許的轉(zhuǎn)速略低，多用于車、鏜、銑加工中心等主軸；α=15176。的編號(hào)為7000C型（舊代號(hào)為36100型），屬于特輕型；或編號(hào)為7190C型；或編號(hào)為7190C型（舊代號(hào)為1036900型），屬于超輕型。的編號(hào)為7000AC型（舊代號(hào)為46100型），屬于特輕型；或編號(hào)為7190AC型（舊代號(hào)為46900型），屬于超輕型。ａ1=15176。角接觸球軸承(70C／70AC)，這種軸承既可以承受徑向載荷又可以承受軸向載荷。雙向推力角接觸球軸承BTAA／BTAB。NNU4900K系列雙列圓柱滾 雙列圓柱滾子軸承子軸承內(nèi)圈可分離，NN3000K雙列圓柱滾子軸承外圈可分離。下面簡(jiǎn)述幾種常用的數(shù)控機(jī)床主軸軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和適用范圍。為了提高精度和剛度，主軸軸承的間隙應(yīng)該是可調(diào)的。主軸軸承，可選用圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承和角接觸球軸承。主軸支承分徑向和推力支承。由于滾動(dòng)軸承有許多優(yōu)點(diǎn)，加之加工精度的提高，所以，一般情況下數(shù)控機(jī)床應(yīng)盡量采用滾動(dòng)軸承，只有要求加工表面粗糙度數(shù)值和小時(shí)，且主軸又是水平的機(jī)床時(shí)才用滑動(dòng)軸承，而本設(shè)計(jì)內(nèi)容為小型加工中心主軸組件設(shè)計(jì)，所以要選用滾動(dòng)軸承了。雖然與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承的噪聲大，滾動(dòng)體的數(shù)目有限，剛度是變化的，抗震性略差，但總體來說，數(shù)控機(jī)床主軸組件在可能的條件下，應(yīng)盡量使用滾動(dòng)軸承，特別是大多數(shù)立式主軸和主軸在套筒內(nèi)能夠作軸向移動(dòng)的主軸。滾動(dòng)軸承摩擦阻力小，可以欲緊，潤滑維護(hù)簡(jiǎn)單，能在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動(dòng)范圍下穩(wěn)定地工作。3 主軸軸承的選擇3 主軸軸承的選擇 軸承的選型 主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào)整、潤滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。主軸中孔用與通過棒料，拉桿或其它工具。前軸承到主軸前端的距離（稱懸伸量）應(yīng)盡可能小一些。普通機(jī)床的材料通常是45號(hào)或60號(hào)優(yōu)質(zhì)中碳鋼，數(shù)控機(jī)床需調(diào)質(zhì)處理。各種材料的彈性模量幾乎相同，因此剛度也不是選材的依據(jù)。因此，選材的依據(jù)一般不用強(qiáng)度。對(duì)精度有影響的首先是軸承，其次是安置刀，夾具和工件的部位，如錐孔，定心軸徑等。研究如何減少主軸組件的發(fā)熱，如何控制溫度，是高精度機(jī)床主軸組件的研究的主要課題之一。前后軸承的溫度不同，還會(huì)導(dǎo)致主軸軸線傾斜。溫度是使?jié)櫥驼扯冉档?，降低了軸承的承載能力。 升溫和熱變形 主軸組件工作時(shí)因各相對(duì)運(yùn)動(dòng)的處的摩擦和攪油等而發(fā)熱，產(chǎn)生溫升，從而使主軸組件的形狀和位置發(fā)生變化（熱變形）。影響抗振性的因素主要有主軸組件的靜剛度，質(zhì)量分布和阻尼（特別是主軸前支撐的阻尼）主軸的固有頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于激動(dòng)力的頻率，以使它不易發(fā)生共振。 抗振性主軸組件工作時(shí)產(chǎn)生震動(dòng)會(huì)降低工件的表面質(zhì)量和刀具耐用度，縮短主軸軸承壽命，還會(huì)產(chǎn)生噪聲影響環(huán)境。影響主軸組件彎曲剛度的因素很多，如主軸的尺寸和形狀，滾動(dòng)軸承的型號(hào)，數(shù)量，配置形式和欲緊，前后支撐的距離和主軸前端的懸伸量，傳動(dòng)件的布置方式，主軸組件的制造和裝配質(zhì)量等。通用（包括數(shù)控）機(jī)床的旋轉(zhuǎn)精度已有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可循。主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度主要取決于各主要件，如主軸，軸承，箱體孔的的制造，裝配和調(diào)整精度。因此，對(duì)于主軸組件，有許多特殊要求。 基本要求對(duì)車床主軸組件的要求，和一般傳動(dòng)軸組件有共同之處，就是都要在一定的轉(zhuǎn)速下傳遞一定的扭矩；都要保證軸上的傳動(dòng)件和軸承正常的工作條件。車床工作時(shí)，由主軸夾持著工件直接參加表面成形運(yùn)動(dòng)。 設(shè)計(jì)參數(shù)參數(shù)：P=，n=1450r/min，切削力為85N533 對(duì)主軸組件的要求2 對(duì)主軸組件的要求主軸組件是機(jī)床的重要組成部分之一。主軸是加工中心的關(guān)鍵部位，其結(jié)構(gòu)優(yōu)劣對(duì)加工中心的性能有很大的影響，因此，在設(shè)計(jì)的過程中要多加注意。 課題的研究方法結(jié)合數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)對(duì)數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)；用SolidWorks對(duì)所涉及的數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵零部件進(jìn)行三維建模；ANSYS對(duì)主軸進(jìn)行應(yīng)力分析，得到主軸的應(yīng)力狀態(tài)，用于指導(dǎo)實(shí)踐。綜合以上文獻(xiàn)資料可以發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)國外對(duì)機(jī)床動(dòng)靜態(tài)特性的研究十分活躍，前人在這方面做了大量的工作，數(shù)控車床的動(dòng)靜態(tài)分析提供了參考。福州大學(xué)施孟貴應(yīng)用傳遞矩陣法原理編制程序，對(duì)C6240F車床的主軸部件動(dòng)態(tài)特性參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算。沈陽工業(yè)學(xué)院史安娜等對(duì)臥式加工中心主軸部件的動(dòng)靜態(tài)特性進(jìn)行了分析，主要討論了軸承預(yù)緊力和前后支承剛度對(duì)主軸固有頻率的影響。東南大學(xué)倪曉宇，基于ANSYS軟件針對(duì)機(jī)床組件進(jìn)行有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)的專用軟件系統(tǒng)的研究與開發(fā)。昆明理工大學(xué)梁祖峰對(duì)TH6350加工中心主軸系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，從理論上對(duì)模態(tài)分析、參數(shù)識(shí)別、相關(guān)的信號(hào)分析以及實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了討論。建立了主軸系統(tǒng)基于Riccati傳遞矩陣法的質(zhì)量分布梁動(dòng)力學(xué)模型，獲得了機(jī)床主軸系統(tǒng)橫向振動(dòng)時(shí)其固有頻率的有關(guān)信息，以及主軸系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響有關(guān)信息。印度的Bais．，建立了鉆床的有限元模型。Purdue University的Li．Hong qi等對(duì)高速主軸的集成熱動(dòng)力模型的求解進(jìn)行了研究，并開發(fā)了綜合求解高速主軸—軸承系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序，用以求解軸承的剛度、接觸載荷、溫度和主軸的動(dòng)態(tài)特性和響應(yīng)、溫度分布和熱膨脹等。英國University of British Columbia的Maeda．Osamn等對(duì)主軸專家設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，該系統(tǒng)利用模糊設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，對(duì)主軸的驅(qū)動(dòng)配置進(jìn)行交互式的自動(dòng)設(shè)計(jì)，主軸的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性通過沿著主軸分配軸承自動(dòng)地優(yōu)化。美國Catholic大學(xué)Gbiabch等進(jìn)行了機(jī)床動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與控制相結(jié)合的研究，Michigan大學(xué)T．jiang和M．chiredast在應(yīng)用有限元法和動(dòng)態(tài)分析的基礎(chǔ)上，用數(shù)學(xué)模型來模擬機(jī)床的連接形式，建立了機(jī)床整機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)機(jī)床結(jié)合面連接件的位置和數(shù)量進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化。六十年代初，開始出現(xiàn)最佳跨距計(jì)算，使主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有了很大的改進(jìn)，由于計(jì)算方法和手段的限制，對(duì)動(dòng)力學(xué)模型通過簡(jiǎn)化后，只能圖解法或解析法分析，方法繁瑣，計(jì)算精度低。 國內(nèi)外機(jī)床動(dòng)靜態(tài)特性研究現(xiàn)狀主軸單元的動(dòng)靜態(tài)特性包括主軸的變形、共振頻率、臨界轉(zhuǎn)速和動(dòng)態(tài)響應(yīng)等，其對(duì)主軸速度和精度性能有極大的影響，早在上世紀(jì)20年代就開始了有關(guān)研究。數(shù)控車床主軸是數(shù)控車床的關(guān)鍵零件之一，它直接影響數(shù)控車床的加工性能，主軸的動(dòng)態(tài)特性的好壞直接影響主軸高速化的實(shí)現(xiàn)。超精密加工主要包括超精密切削、超精密磨、研磨、拋光以及超精密特種加工。從精密加工發(fā)展到超精密加工，是世界各工業(yè)強(qiáng)國致力發(fā)展的方向。高速主軸單元(電主軸的轉(zhuǎn)速達(dá)15000r／min一1000000 r／min)，高速且高加/減速度的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件(快移速度60m／min120m／min，切削進(jìn)給速度高達(dá)60m／min)高性能數(shù)控和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破，達(dá)到了新的技術(shù)水平。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)是高速化和高精密化。20世紀(jì)80年代初，出現(xiàn)了加工中心或車削中心為主體，配備工件自動(dòng)裝卸和監(jiān)控檢驗(yàn)裝置的柔性制造單元(flexible manufacturing cell，簡(jiǎn)稱FMC)。20世紀(jì)60年代末，出現(xiàn)了直接數(shù)控系統(tǒng)DNC(direct NC)，即由一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接管理和控制一群數(shù)控機(jī)床。1959年，美國克耐杜列克公(Keaney amp。第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床是由美國Parsons公司與美國麻省大理工學(xué)院(MIT)于1952年合作研制成功的，當(dāng)時(shí)是為了加工直升飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓的檢查樣板。 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展數(shù)控機(jī)床(numerical control machine tool)是采用了數(shù)字控制技術(shù)(numerical control簡(jiǎn)稱NC)的機(jī)械設(shè)備，就是通過數(shù)字化的信息對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)要求的機(jī)械動(dòng)作，自動(dòng)完成加工任務(wù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)械領(lǐng)域已進(jìn)入了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)和計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)，CAE的核心都是計(jì)算分析，有限元法則是計(jì)算分析的重要手段之一。Belytschko 在1976年考慮了與大位移非線性動(dòng)力特性有關(guān)的問題，并改進(jìn)了求解得出的方程組的數(shù)值技術(shù)。就是從這時(shí)開始認(rèn)識(shí)到，當(dāng)直接公式和變分公式難以或不可能使用時(shí)，加權(quán)殘余法常常是適當(dāng)?shù)?。Zienkiewicz和Cheung 1965年，Martin 1968年，Wilson和Nickel 1966年求解場(chǎng)問題，如確定軸的扭轉(zhuǎn)、流體流動(dòng)和熱傳導(dǎo)。Archer 1965年在建立一致質(zhì)量矩陣中考慮了動(dòng)力分析，用于分析分布質(zhì)量系統(tǒng)，如結(jié)構(gòu)分析中