【正文】 ? ； （ 2）由圖 1018 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 1 ? ， 2 ? ； （ 3）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=，由式（ 1012）得 111 0 . 8 2 5 0 0[ ] 2 9 2 . 8 61 . 4F N F EF K M P aS?? ?? ? ? （ 4）計算載荷系數(shù) K 1 . 2 5 1 . 0 7 1 . 2 1 . 1 8 1 . 8 9 4A V F FK K K K K??? ? ? ? ? ? （ 5）查取齒形系數(shù) 由表 105 查得 1 ? ； 2 ? 。 （ 6）由式 1013 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 9119926 0 6 0 7 4 6 1 5 0 0 0 0 2 . 2 4 1 02 . 2 4 1 0 / 2 1 . 1 2 1 0hN n jLN ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? （ 7）由圖 1019 查得接觸疲勞壽命系數(shù) 120. 90 。 選擇電機 通過上面兩種主軸驅(qū)動系統(tǒng)的比較，交流主軸電動機在工作環(huán)境，冷卻系統(tǒng)和調(diào)速范圍上都優(yōu)于直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)，故根據(jù)在這些方面的優(yōu)勢本設(shè)計的主軸驅(qū)動系統(tǒng)采用交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)． 其選用的交流主軸電機的參數(shù)如下： 主軸型號 連續(xù)輸出功率 ３０分鐘額定輸出功率 基本速度 變速范圍 １５００r/min ４５～６０００ r/min 四 、確定齒輪齒數(shù) 選定齒輪類型 ,精度等級 ,材料及齒數(shù) . 根據(jù)選定的傳動方案 ,選用直齒圓柱齒輪傳動 . （ 1）本次設(shè)計屬于金屬切削機床類 ,一般齒輪傳動 ,故選用 6 級精度 . （ 2）材料選擇 .由表 101 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,二者材料硬度差為 40HBS. （ 3）選小齒輪齒數(shù) 大齒輪齒數(shù) 按齒面接觸強度設(shè)計 由設(shè)計計算公式 (109a)進行試算 ,即 2131 12 .3 2 ( )[]t EtdHKT Zud u????? 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 （ 1）試選載荷系數(shù) ?tK （ 2）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 由上文可知為 （ 3）由表 107 選取齒寬系數(shù) ?d? （ 4）由表 106 查得材料的彈性影響系數(shù) 2/ MPaZ E ? （ 5）由圖 1021d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限。 （ 6） 主軸低年級轉(zhuǎn)速的提高不受換向器的限制，最高轉(zhuǎn)速通常比直流主軸低年級更高。 （ 4） 電機采用無外殼結(jié)構(gòu)，定子硅鋼片直接進行空氣冷卻，可以在浮塵、切削液飛濺的場合安全、可靠地工作。 （ 2） 較大功率驅(qū)動系統(tǒng)采用了難度較大的“回饋制動”技術(shù)，在制動時，既可將電動機能量反饋回電網(wǎng)，起到節(jié)能的效果，又可以加快起、制動速度。 （ 4） 在磁路設(shè)計上，為了使電機發(fā)熱最小，ＦＡＮＵＣ煮粥電動機定子采用了獨特的附加磁極，以減小損耗，提高了效率。 （ 2） 在結(jié)構(gòu)上，ＦＡＮＵＣ直流主軸電動機為全封閉的結(jié)構(gòu)形式，可以在有塵埃和切削液飛濺的工業(yè)環(huán)境中使用。 直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)得特點 在數(shù)控機床高速 ,高效 ,高精度的控制要求 ,使得 FANUC 直流主軸驅(qū)動與通常 的速度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比有以下特點 : （ 1） 調(diào)速范圍寬 , 采用 FANUC 主軸驅(qū)動的數(shù)控機床 ,在機械結(jié)構(gòu)方面，小型機床通常采用電機與主軸直接或皮帶變速的結(jié)構(gòu)形式、中、大型機床通常只設(shè)置高 ,低速兩級簡單的機械變速機構(gòu)，因此，主軸電動機的調(diào)速必須全部依賴主軸驅(qū)動器進行控制。 數(shù)控機床使用的主軸驅(qū)動系統(tǒng)，可 分為直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)和交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)兩大類。而交 流主軸電動機的情況則不同，交流主軸電動機均采用異步電動機的結(jié)構(gòu)形式，這是因為，一方面受永磁體的限制，當(dāng)電動機容量做得很大時，電動機成本會很高，對數(shù)控機床來講無法接受采用；另一方面，數(shù)控機床的主軸傳動系統(tǒng)不必像進給伺服系統(tǒng)那樣要求如此高的性能，采用成本低的異步電動機進行矢量閉環(huán)控制，完全可滿足數(shù)控機床主軸的要求。但是國內(nèi)生產(chǎn)的交流主軸伺服系統(tǒng)的產(chǎn)品尚很少見，大多采用進口產(chǎn)品。為了滿足量大面廣的前兩類數(shù)控機床的需要，對主軸傳動提出了下述要求：主傳動電動機應(yīng)有 ～ 250kW 的功率范圍；要有大的無級調(diào)速范圍，如能在 1： 100～ 1000 范圍內(nèi)進行恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和 1： 10 的恒功率調(diào)速；要求主傳動有四象限的驅(qū)動能力；為了滿足螺紋車削 ，要求主軸能與進給實行同步控制；在加工中心上為了自動換刀，要求主軸能進行高精度定向停位控制，甚至要求主軸具有角度分度控制功能等等。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，機床結(jié)構(gòu)有了很大的改進 ，從而對主軸系統(tǒng)提出了新的要求，而且因用途而異。； ρ — 齒面摩擦角， ?? ? ； β — 齒輪的螺旋角；β＝ 0 故 10rtPP? ? ?N 花鍵軸鍵側(cè)擠壓應(yīng)力的驗算 花鍵鍵側(cè)工作表面的擠壓應(yīng)力為： m a x228 , ( )()njy jyM M P aD d lN K ??? ? ? ???? 式中 maxnM — 花鍵傳 遞的最大轉(zhuǎn)矩（ Nmm ）； D、 d— 花鍵軸的大徑和小徑（ mm）； L— 花鍵工作長度； N— 花鍵鍵數(shù)； K— 載荷分布不均勻系數(shù)， K=～ ； （ 4） 傳動比的確定 從電機軸到中間軸帶傳動的傳動比為 1/，從中間軸到主軸一組齒輪傳動的傳動比為 1/1 和 1/4 參數(shù) 軸 I 軸（電機軸） II 軸（中間傳動軸） III 軸（主軸） 計算轉(zhuǎn)速（ minr ） 1500 600 150 輸入功 率（ Kw） 轉(zhuǎn)矩（ Nm? ） 傳動比 ， 各軸的傳動參數(shù) 三、電動機的選擇 機床的主軸系統(tǒng)和進給系統(tǒng)有很大的差別。 傳動軸上的彎矩載荷有輸入扭矩齒輪和輸出扭矩齒輪的圓周力、徑向力，齒輪的圓周力 4 32 2 6 . 5 5 1 0 2 . 3 4 1 0 ND 5 6t MP ??? ? ? ?扭 式中 D— 齒輪節(jié)圓直徑（ mm） ,D=mZ。 軸的抗彎斷面慣性矩（ 4mm ） 花鍵軸 42 4( ) ( ) ()64d b N D d D dI m m? ? ? ?? =42 443 2 .2 6 8 ( 3 8 3 2 .2 ) ( 3 8 3 2 .2 ) 7 .4 2 1 064 mm? ? ? ? ? ? ? ? ?? 式中 d— 花鍵軸的小徑（ mm）； i— 花軸的大徑（ mm）； b、 N— 花鍵軸鍵寬，鍵數(shù)； 傳動軸上彎曲載荷的計算，一般由危險斷面上的最大扭矩求得： 4jN9 5 5 1 0 ( N m m )nM ??扭 = 445 .6 2 59 5 5 1 0 6 .5 5 1 0820 N m m? ? ? ? 式中 N— 該軸傳遞的最大功率（ kw） 。至 d 點位主軸輸出的最大轉(zhuǎn)矩 maxM ， d到 e位恒轉(zhuǎn)矩區(qū)?？梢钥闯觯鬏S的恒功率變速范圍 ad兩段拼接起來的，每段都等于電動機的恒功率調(diào)速范圍 dPR =4，所以變速箱的公比 ? =4。 主軸 150r/min 的轉(zhuǎn)速已經(jīng)接近于原要求的計算轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速繼續(xù)下降將進入恒轉(zhuǎn)矩段。這時電機轉(zhuǎn)速自動地回到最高轉(zhuǎn)速。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速時，最大輸出功率將下降。如果電機轉(zhuǎn)速繼續(xù)下降，則將進入恒轉(zhuǎn) 矩區(qū)，最大輸出功率也隨之下降。如果經(jīng)Ⅱ — 主軸之間的一對 1：1齒輪傳動，主軸能得到 2400r/min～ 600r/min 恒功率轉(zhuǎn)速范圍 圖 23 。 根據(jù)數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)要求和上面三種情況相比較，故選用第 1 種變速箱公比選擇方法。因為用變速箱變速時必須停車，這在連續(xù)切削時是不允許的。為保證缺口處的輸出功率，電動機的功率應(yīng)相應(yīng)增大，這 樣將會出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象 ③ 如果數(shù)控機床為了恒線速度切削需在運轉(zhuǎn)中變速時，取公比 ? 小于電動機的恒功率變速范圍，即 ? ? dPR ，在主傳動系統(tǒng)功率特性圖上有一小段重合，這時變速箱的變速級數(shù)將增多，使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。這時，變速箱每擋內(nèi)有部分低轉(zhuǎn)速只能恒轉(zhuǎn)變速，主傳動系統(tǒng)功率特性圖中出現(xiàn)缺口，稱之為功率降低區(qū)。 ① 取變速箱的公比 ? 等于電動機的恒功率調(diào)速范圍 dPR ，即 ? = dPR ，功率特性圖示連續(xù)的、無缺口和無重合。由于主軸要求的恒功率變速范圍 npR 遠大于電動機的恒功率變速范圍 dPR ，所以在電動機與主軸之間要串聯(lián)一個分級變速箱，以擴大其恒功率調(diào)速范圍，滿足低速大功率切削時對電動機的輸出功率的要求。則應(yīng)在電動機與主軸之間串聯(lián)一個分級變速箱，來實現(xiàn)主軸與電機的恒功率匹配。 圖 22 ?dPR 4 遠小于主軸要求的 nPR =16。從額定轉(zhuǎn)速 dn到最高轉(zhuǎn)速 maxdn 的區(qū)域Ⅰ為恒功率區(qū)；從最低轉(zhuǎn)速 mindn 到 dn 的區(qū)域Ⅱ為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)。 如果采用交流調(diào)頻電機， FANUC 主軸電機 S 系列，其額定轉(zhuǎn)速 dn 為1500r/min ，最高轉(zhuǎn)速 maxdn 為 6000r/min ，恒功率調(diào)速范圍 ?dPR maxdn / dn =6000/1500=4。從最低轉(zhuǎn)速 minn 至 jn 的區(qū)域Ⅱ為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)，最大轉(zhuǎn)矩不再隨轉(zhuǎn)速下降而上升，任何轉(zhuǎn)速下可能提供的轉(zhuǎn)矩都不能超過計算轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩，這個轉(zhuǎn)矩就是機床主軸的最大轉(zhuǎn)矩 maxM 。 圖 21 如圖 21 所示，車床主軸要求的功率特性和轉(zhuǎn)矩特性。變速機構(gòu)采用齒輪副來實現(xiàn)，如圖 2所示。主傳動系統(tǒng)的傳動方式采用定比傳動和分擋無級變速相結(jié)合的傳動方式。動力參數(shù)是指主運動驅(qū)動電動機的功率，運動參數(shù)指主運動的變速范圍。數(shù)控機床由于考慮切削輕金屬，調(diào)速范圍比普通機床寬，計算轉(zhuǎn)速也可以比表中推薦的高些。 下表列出了各類機床主軸計算轉(zhuǎn)速的統(tǒng)計公式。對于大型機床，由于應(yīng)用范圍很廣，調(diào)速范圍很寬，計算轉(zhuǎn)速可以取高一些。給制出部件的主要結(jié)構(gòu)裝配草圖之