【正文】 Z j ??? )(16338 3 22 ????? ???jm 查標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)列表，取第二系列 ?m 。 ][? =550MPa， 8?m? 。 齒輪模數(shù)的計(jì)算 一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪，按簡(jiǎn)化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算： 學(xué)士學(xué)位論文 23 )(][ )1(16338 3 221 mmnuz Num jjm dj ?? ?? (62) 式 中 jm —— 接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的齒輪模數(shù) (mm)； dN —— 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率 (KW)； jn —— 計(jì)算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速 (r/min)； u —— 大齒輪與小齒輪的齒數(shù)之比 1?u ，外嚙合取“ +”號(hào)，內(nèi)嚙合取“ ”號(hào)； 1z —— 小齒輪的齒數(shù)； m? —— 齒寬系數(shù)， mBm??(B為齒寬， m為模數(shù) )， 10~6?m? ； ][j? —— 許用接觸應(yīng)力 (MPa)。 Ⅰ軸： mmn Nd j ][91 44 ????? ⅠⅠⅠ Ⅰ ? Ⅱ軸： mmn Nd j 9 ][91 44 ????? ?Ⅱ ⅡⅡ 取 mmd 40?Ⅱ Ⅰ軸為花鍵軸，故直徑增大 7% mmd %)71(36 ????Ⅰ 取 mmd 40?Ⅰ 主軸軸頸直徑的確定 根據(jù)車(chē)床 PD1的關(guān)系曲線，由功率 P=，定主軸前軸頸直徑 D1=35mm?！?1176。 改進(jìn)后 C6150轉(zhuǎn)速圖 經(jīng)變頻器后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：)m in(145)m in(1740m inm axrnrn?? 學(xué)士學(xué)位論文 20 軸Ⅰ：)m in()m in(870211 7 40m inm a xrnrn?????? 軸Ⅱ：)m i n()m i n()m i n()m i n(1 4 7 m inm a xm inm a xrnrnrnrn????????????降：升： 軸Ⅲ：)m i n()m i n()m i n()m i n(m inm a xm inm a xrnrnrnrn????????????降：升： 轉(zhuǎn)速圖如圖 52所示。,62 44 33 ?? ?? ZZ ZZ 在高速擋上，主軸最低速度為 m in ?????n (58) 所以，在高速擋上速度范圍是： 167～ 2021 在低速擋上，主軸最高速度為 1211740m in ?????n (59) 所以，在低速擋上速度范圍是： 20～ 240 高速擋和低速擋的著走轉(zhuǎn)速重合部分為 167～ 240，臨界速度 LDn 就在這個(gè)范圍內(nèi)。(334433????ZZmZZmZZ (57) 由以上兩式可得：6639。2)39。,82 6839。(2)39。 121145m in ????? nx (55) ??x 對(duì)于軸Ⅰ和軸Ⅱ的中心距有： 學(xué)士學(xué)位論文 19 139。 22 ?? ZZ 由 39。 在升速過(guò)程中，取第一級(jí)速度比 ?i ，設(shè)第二級(jí)速度比為 2i 。,Z Z439。,Z Z239。的模數(shù)都取 m=。,Z Z339。加變頻器后電機(jī)的最高頻率為： Hzff N ax ?? (51) 調(diào)速范圍： 100202021 ??La (52) 加變頻器后電動(dòng)機(jī)的最低頻率為： Hzf 5min ? 則電動(dòng)機(jī)加變頻器后的最高轉(zhuǎn)速為： )m in(174050 601450m a x rn ??? (53) )m in(14550 51450m in rn ??? 經(jīng)過(guò)初步計(jì)算及查表擬定齒輪 Z Z139。 ⑴華為變頻器 TD2021 系列 電機(jī)容量范圍： ─ 220kW 輸出頻率范圍： 0─ 400Hz 過(guò)載能力： 150% 1 分種 調(diào)制方式： 優(yōu)化空間電壓矢量 SPWM 調(diào)制 控制方式： V/F 控制 監(jiān)控顯示： 四位數(shù)碼顯示，中文操作提示 內(nèi)置調(diào)節(jié)器（ PID）： 有 ⑵南昱變頻器 J100 系列 J300 系列 電機(jī)容量范圍： ─ 115kW 學(xué)士學(xué)位論文 17 輸出頻 率范圍： ─ 360Hz 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩： 150% 3Hz 時(shí) 調(diào)制方式： SPWM 調(diào)制 控制方式： V/F 控制及無(wú)速度傳感器矢量控制 監(jiān)控顯示： 數(shù)碼顯示 內(nèi)置調(diào)節(jié)器（ PID）： 有 ⑶佳靈變頻器 JP6C— T9/J9 系列（依照 97 初得到的說(shuō)明書(shū)） 電機(jī)容量范圍： T9 系列 ─ 220kW J9 系列 ─ 280kW 輸出頻率范圍： T9 系列 ─ 400 Hz J9 系列 ─ 120 Hz 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩： T9 系列 150% 以上 J9 系列 50% 以上（均在矢量控制時(shí)） 調(diào)制方式： SPWM調(diào)制， 控制方式： V/F 控制，轉(zhuǎn)差補(bǔ)償控制及無(wú)轉(zhuǎn)矩矢量控制（后期產(chǎn)品） 監(jiān)控顯示： 數(shù)碼顯示 內(nèi)置調(diào)節(jié)器（ PID）： 無(wú)說(shuō)明 對(duì)以上三種變頻器進(jìn)行綜合評(píng)比，最后選定華為 TD2021 系列變頻器做為此課題所使用變頻器。 本課題對(duì)變頻器性能要求不高，從性能價(jià)格比、操作系統(tǒng)、售后維護(hù)等角度考慮，選擇國(guó)產(chǎn)變頻器即可。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的變頻器，具有矢量控制方式的還不多。一般變頻器都具有 V/F 控制方式和矢量控制方式。 ⒏變頻器的控制方式。有的變頻器產(chǎn)品，如三菱 FRA200 系列和富士 FVRE9S 系列，容量在 以下時(shí)，內(nèi)部自帶制動(dòng)單元，制動(dòng)力矩可達(dá) 100— 200%。在用變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，一般交 —直 — 交變頻器本身不能將再生制動(dòng)的能量回饋給電網(wǎng)，只能靠變頻器本身的中間環(huán)節(jié)大電容或大電感吸收，但這是有限的。 ⒎再生制動(dòng)力矩。目前市場(chǎng)上出售的變頻器的加減速時(shí)間范圍大致都在 03600 秒。大功率晶體管（ GTR）的開(kāi)關(guān)頻率只能達(dá)到 2k 左右，絕緣柵雙極性晶體管（ IGBT）的開(kāi)關(guān)頻率可達(dá) 15k 左右。又稱(chēng)調(diào)制頻率或開(kāi)關(guān)頻率。通用變頻器的頻率調(diào)節(jié)范圍一般為 0120Hz 或 0400Hz。變頻器的過(guò)負(fù)荷能力不僅反應(yīng)在設(shè)計(jì)變頻器時(shí)所采用控制方式的優(yōu)劣，也反應(yīng)主要開(kāi)關(guān)元件正常使用時(shí)所保留的裕量。 ⒊變頻器過(guò)負(fù)荷能力。 ⒉變頻器的連續(xù)額定輸出電流。對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，就是 380V 50Hz。 ：空調(diào)通風(fēng)更舒適，靜噪音變換。 ；提高生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品為副；控制精度提到了到位準(zhǔn)確高速加工。 PWM方式 這種方式與上面 PWM方式的區(qū)別僅在于調(diào)制頻率有很大 的提高。通用變頻器中，采用 SPWM 方式調(diào)壓，是一種最常采用的方案。利用脈沖寬度的改變來(lái)得到幅值不同的正弦基波電壓。變頻器中的整流器采用不可控的二級(jí)管整流電路。而采用直流斬波器調(diào)壓時(shí)，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)在不考慮諧波影響時(shí)，可以達(dá)到 cosφ 1≈ 1。在逆變器中，逆變器只負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)輸出頻率，而輸出電壓的調(diào)節(jié)則由相控整流器或直流斬波器通過(guò)調(diào)節(jié)直流電壓 Ed去實(shí)現(xiàn)。對(duì)輸出電壓的 調(diào)節(jié)主要有兩種方式： PAM 方式和 PWM 方式。 變頻器的分類(lèi) 這里只就間接式變頻器按輸出電壓調(diào)節(jié)方式進(jìn)行分類(lèi)。高性能的變頻器目前已經(jīng)采用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行全數(shù)字控制，采用盡可能簡(jiǎn)單的硬件電路，主要靠軟件來(lái)完成各種功能。其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)控制、對(duì)整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等。所以又常稱(chēng)中間直流環(huán)節(jié)中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無(wú)功功率的交換。 (3) 中間直流環(huán)節(jié) 由于逆變器的負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載。 (2) 逆變器 最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式是利用六個(gè)半導(dǎo)體主開(kāi)關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路。本課題中使用的是交 直 交變頻器，以下簡(jiǎn)稱(chēng)變頻器。交 交變頻器可將工頻交流直接變換成頻率、電壓均可控制的交流，又稱(chēng)直接式變頻器。改變異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率，可以改變其同步轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行 [15]。 而異步電動(dòng)機(jī)的軸轉(zhuǎn)速為 )1(60)1( 11 sn fsnnp ???? (32) 式中 s—— 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率， s=(n1— n)/n1。 異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速由電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)和電源頻率所決定。這是因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達(dá)到電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速時(shí)其轉(zhuǎn)子繞組將不再切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，因此轉(zhuǎn)子繞組中不再產(chǎn)生感應(yīng)電流，也不再產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。采用通用變頻器對(duì)籠型異步電 動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，由于使用方便、可靠性高并且經(jīng)濟(jì)效益顯著，所以逐步得到推廣。 在交流異步電動(dòng)機(jī)的諸多調(diào)速方法中，變頻調(diào)速的性能最好。此后的幾十年中，電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)以驚人的速度向前發(fā)展，變頻調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)也隨之取得了日新月異的進(jìn)步 [14]。 60 年代中期，普通晶閘管、小功率晶體管的實(shí)用化，使交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào) 速也進(jìn)入了實(shí)用化。 交流電動(dòng)機(jī)大多數(shù)調(diào)速方案的基本原理很早以前就已經(jīng)確立了。它的最大缺點(diǎn)是調(diào)速困難，簡(jiǎn)單調(diào)速方案的性能指標(biāo)不佳。其缺點(diǎn)是：①維修工作量大，事故率高；②容量、電壓、電流和轉(zhuǎn)速的上限值，均受到換向條件的制約，在一些大容量，特大容量的調(diào)速領(lǐng)域中無(wú)法應(yīng)用；③使用環(huán)境受限，特別是在易燃易爆場(chǎng)合，難于應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)雖有調(diào)速性能好的優(yōu)勢(shì)，但也有一些固有的難于克服的缺點(diǎn)。 學(xué)士學(xué)位論文 12 第 3 章變頻器的選擇 及改進(jìn)后的 C6150 車(chē)床 變頻調(diào)速的概況 眾所周知，直流調(diào)速系統(tǒng)具有較為優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。 結(jié)論 主傳動(dòng)系統(tǒng)如此改造后 ， 車(chē)床原有功能基本保持 ， 電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)受一定影響 ， 但車(chē)床的曲面加工精度和效率大為提高 ， 新增功能明顯。 綜上所述，因該課題對(duì)各軸及軸承的性能要求按方法一即可滿(mǎn)足，雖方法二可獲得更高的性能，但成本過(guò)高。壓力油膜具有良好的糾正軸本身誤差的作用，可提高主軸的回轉(zhuǎn)精度 。 方法二：靜壓軸承處在純液體摩擦狀態(tài)下工作，能承受高速旋轉(zhuǎn)。安裝時(shí)，因主軸、箱體跟軸承之間的配合而做的改動(dòng)少。方法有 二：其一，將主軸所有軸承的精度提高一級(jí)；其二，主軸支撐由原來(lái)的滾動(dòng)軸承改成靜壓軸承支撐。見(jiàn)圖 41[4]。由原來(lái)的有級(jí)變速 (17級(jí) ) 改為無(wú)級(jí)變速。原來(lái)的電機(jī)頻率為 50Hz , 假如變到 200Hz , 則轉(zhuǎn)速就提高 4 倍。 學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 22 主軸結(jié)構(gòu) 主要技術(shù)參數(shù) 機(jī)床外形尺寸 (工件最大長(zhǎng)度為 1000mm) (長(zhǎng)寬高 ) 2570 930 1295 中心高 (毫米 ) 250 中心距 (毫米 ) 1000、 1500、 2021 工件最大長(zhǎng)度 (毫米 ) T150、 1000、 1500、 2021 主軸孔徑 (毫米 ) φ 52 主軸轉(zhuǎn)速范圍 (17 級(jí) — 轉(zhuǎn) /分 ) 20～ 1250 主軸前端孔錐度 莫氏 6 號(hào) 工件最大回轉(zhuǎn)直徑 (毫米 )： ⒈在過(guò)橋凹面處 φ 765 ⒉在床身導(dǎo)軌面上 φ 500 ⒊在床鞍刀架上 φ 280 加工螺紋范圍： ⒈公制螺紋 (毫米 ) 1～ 18 ⒉英制螺紋 (牙 /時(shí) ) 80～ 7/8 ⒊模數(shù)螺紋 (模數(shù) ) ～ 20 ⒋徑節(jié)螺紋 (徑節(jié) ) 80～ 31/2 進(jìn)給量范圍： ⒈縱向 (毫米 /轉(zhuǎn) ) ～ ⒉橫向 (毫米 /轉(zhuǎn) ) ～ ⒊快速 (米 /分 ) 縱向： 橫向： 主電機(jī) : 學(xué)士學(xué)位