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（毕业设计全套）电主轴的机械设计（打包下载）

热现象。滚动轴承的寿命是指轴承的滚动体或套圈首次出现点蚀之前，轴承的转数或相应的运转小时数。滚动轴承的承载能力计算主要是指轴承的寿命计算。图滚动轴承的寿命曲线与般结构的疲劳寿命样，滚动轴承的疲劳寿命的离散性也是相当大的。工程中定义具有可靠度的轴承寿命为轴承的基本额定寿命。在工程实际中，通常是以轴承的基本额定动载荷来衡量个轴承的承载能力。所谓轴承的基本额定动载荷是指使轴承的基本额定寿命恰好为万转时，轴承所能承受的载荷值，用字母表示。轴承的基本额定动载荷是依实验与理论分析相结合而得出的，其值可在滚动轴承手册中查得。个滚动轴承的基本额定寿命与轴承的基本额定动载荷轴承所受的外加载荷当量动载荷等有关，可依据额定寿命计算公式确定。滚动轴承寿命计算中的项重要内容是进行当量动载荷的计算和轴向力的计算。电主轴轴承静载荷及极限转速．静载荷计算静载荷是指轴承套圈相对转速为零时作用在轴承上的载荷。为了限制滚动轴承在静载荷作用下产生过大的接触应力和永久变形，需进行静载荷计算。按额定静载荷选择轴承，其基本公式为式中基本额定静载荷，计算额定静载荷，当量静载荷，安全系数。静止轴承缓慢摆动或转速极低的轴承，安全系数可参考机械设计手册选取。旋转轴承的安全系数可参考表。若轴承转速较低，对运转精度和摩擦力矩要求不高时，允许有较大的接触应力，可取。.时，接触应力将增大轴承承受联合载荷时，受载滚动体将增加，这都会增大轴承接触表面间的摩擦，使润滑状态变坏。此时，极限转速值应修正，实际许用转速值可按下式计算••式中实际许用转速，轴承的极限转速，载荷系数图载荷分布系数图。图载荷系数关系.电主轴轴承的组合设计在确定了轴承的类型和型号以后，还必须正确的进行滚动轴承的组合结构设计，才能保证轴承的正常工作。轴承的组合结构设计包括轴系支承端结构轴承与相关零件的配合轴承的润滑与密封提高轴承系统的刚度。支承端结构形式为保证滚动轴承轴系能正常传递轴向力且不发生窜动，在轴上零件定位固定的基础上，必须合理地设计轴系支点的轴向固定结构。典型的结构形式有三类。.两端单向固定普通工作温度下的短轴跨距，支点常采用深沟球轴承或角接触球轴承圆锥磙子轴承两端单向固定方式，每个轴承分别承受个方向的轴向力。为允许轴工作时有少量热膨胀，轴承安装时应留有的轴向间隙间隙很小，结构图上不必画出，间隙量常用垫片或调整螺钉调节端双向固定端游动.两端游动铣床所用电主轴的固定形式为两端单向固定。轴承的配合轴承与轴或轴承座的配合目的是把内外圈牢固地固定于轴或轴承座上，使之相互不发生有害的滑动。如配合面产生滑动，则会产生不正常的发热和磨损，以及因磨损产生粉末进入轴承内而引起早期损坏和振动等弊病，导致轴承不能充分发挥其功能。此外，轴承的配合可影响轴承的径向游隙，径向游隙不仅关系到轴承的运转精度，同时影响它的寿命。滚动轴承是标准组件，所以与相关零件配合时其内孔和外径分别是基准孔和基准轴，在配合中不必标注。决定配合时最主要的问题是轴承内外圈所承受的载荷状态。般来说，尺寸大载荷大振动大转速高或工作温度高等情况下应选紧些的配合，而经常拆卸或游动套圈则采用较松的配合。轴承座的刚度与同轴度轴和轴承座必须有足够的刚度，以免因过大的变形使滚动体受力不均。因此轴承座孔壁应有足够的厚度，并设置加强筋以增加刚度。此外，轴承座的悬臂应尽可能缩短。两轴承孔必须保证同轴度，以免轴承内外圈轴线倾斜过大。为此，两端轴承尺寸应力求相同，以便次镗孔，可以减小其同轴度的误差。当同轴上装有不同外径尺寸的轴承时，采用套杯结构来安装尺寸小的轴承，使轴承孔能次镗出。轴承的润滑滚动轴承的润滑主要是为了降低摩擦阻力和减轻磨损，同时也有吸振冷却防锈和密封等作用。合理的润滑对提高轴承性能，延长轴承的使用寿命有重要意义。高速电主轴的润滑技术也基本上就是轴承的润滑技术，我们在下章将做详细介绍。第四章电主轴关键技术高速加工技术越来越受到人们的关注，它不仅可获得更大的生产率，而且还可获得很高的加工质量，并可降低生产成本，因而被认为是世纪最有发展前途的先进制造技术之。.电主轴润滑技术高速电主轴的润滑主要指主轴轴承的润滑，般以脂润滑和油雾润滑两种方式为主．脂润滑在值较低的电主轴中是较常见的润滑方式．脂润滑型高速电主轴结构简单，使用方便，无污染，通用性强，但主轴温升较高，工作寿命较短．油雾润滑具有润滑和冷却双重作用，它以压缩空气为动力，通过油雾器将油液雾化并混入空气流中，然后输送到需要润滑的地方．当电主轴高速旋转时，油雾可在轴承沟道内形成流体动力润滑油膜．油雾润滑属持续润滑，油雾经过油路，源源不断进入轴承，有利于高速电主轴稳定工作．油雾润滑所需设备简单，维修方便，是广泛使用的种高速电主轴润滑方式。油气润滑技术是利用压缩空气将微量的润滑油分别连续不断地精确地供给每套主轴轴承，微小油滴在滚动和内外滚道间形成弹性动压油膜，而压缩空气则可带走轴承运转所产生的部分热量。实践表明在润滑中供油量过多或过少都是有害的，而前两种润滑方式均无法准确地控制供油量多少，不利于主轴轴承转速和寿命的提高。而新近发展起来的油气润滑方式则可以精确地控制各个摩擦点的润滑油量，可靠性极高。实践证明，油气润滑是高速大功率电主轴轴承的最理想润滑方法，但其所需设备复杂，成本高。由于油气润滑方式润滑效果理想，目前已成为国际上最流行的润滑方式。我们这根铣床所用电主轴选用脂润滑。.热源分析及冷却高速电主轴在将电能转化为机械能的同时，也有部分转化为热能．所有这些热能无法通过风扇和机壳向外扩散，必须加以控制，否则电主轴将因热量积聚而使主轴的机械效率下降主轴精度丧失破坏电机线圈绝缘层的介电强度，主轴轴承也将受到损坏．电主轴有两个主要的内部热源内置电动机的发热和主轴轴承的发热。如果不加以控制，由此引起的热变形会严重降低机床的加工精度和轴承使用寿命，从而导致电主轴的使用寿命缩短。.电主轴轴的动平衡动平衡机原理平衡机是测量旋转物体转子不平衡量大小和位置的机器。任何转子在围绕其轴线旋转时，由于相对于轴线的质量分布不均匀而产生离心力。这种不平衡离心力作用在转子轴承上会引起振动，产生噪声和加速轴承磨损，以致严重影响产品的性能和寿命。电机转子机床主轴内燃机曲轴汽轮机转子陀螺转子和钟表摆轮等旋转零部件在制造过程中，都需要经过平衡才能平稳正常地运转。根据平衡机测出的数据对转子的不平衡量进行校正，可改善转子相对于轴线的质量分布，使转子旋转时产生的振动或作用于轴承上的振动力减少到允许的范围之内。因此，平衡机是减小振动改善性能和提高质量的必不可少的设备。平衡机的使用主轴动平衡常用方法有两种去重法和增重法。小型主轴和普通电机常采用去重法。该法是在电机的转子两端设计有去重盘，当电机转子和其他零件安装到主轴上以后进行整体动平衡时，根据要求由自动平衡机在转子的去重盘处切去不平衡量。增重法是近年来些主轴电机制造商为适应高速主轴发展的需要，在开发出商品化的无框架主轴电机上常采用的方法。电机转子的两端设计有平衡盘，平衡盘的圆周方向设计有均匀分布的螺纹孔，转子安装到主轴上以后进行主轴组件整体动平衡时，不是在平衡盘上去重，而是在螺纹孔内拧入螺钉，以螺钉的拧入深度和周向位置来平衡主轴组件的偏心量，如图所示。转轴是高速电主轴的主要回转主体．它的制造精度直接影响电主轴的最终精度．成品转轴的形位公差和尺寸精度要求都很高，转轴高速运转时，由偏心质量引起振动，严重影响其动性能，必须对转轴进行严格动平衡测试．部分安装在转轴上的零件也应随转轴起进行动平衡测试．图平衡螺钉拧入示意图.电主轴的运动控制在数控机床中，电主轴通常采用变频调速方法。目前主要有普通变频驱动和控制矢量控制驱动器的驱动和控制以及直接转矩控制三种控制方式。普通变频为标量驱动和控制，其驱动控制特性为恒转矩驱动，输出功率和转速成正比。普通变频控制的动态性能不够理想，在低速时控制性能不佳，输出功率不够稳定，也不具备轴功能。但价格便宜结构简单，般用于磨床和普通的高速铣床等。矢量控制技术模仿直流电动机的控制，以转子磁场定向，用矢量变换的方法来实现驱动和控制，具有良好的动态性能。矢量控制驱动器在刚启动时具有很大的转矩值，加之电主轴本身结构简单，惯性很小，故启动加速度大，可以实现启动后瞬时达到允许极限速度。这种驱动器又有开环和闭环两种，后者可以实现位置和速度的反馈，不仅具有更好的动态性能，还可以实现轴功能而前者动态性能稍差，也不具备轴功能，但价格较为便宜。直接转矩控制是继矢量控制技术之后发展起来的又种新型的高性能交流调速技术，其控制思想新颖，系统结构简洁明了，更适合于高速电主轴的驱动，更能满足高速电主轴高转速宽调速范围高速瞬间准停的动态特性和静态特性的要求，已成为交流传动领域的个热点技术。设计小结本设计课题研究主要内容是通过分析电主轴的工作原理，轴承技术，关键技术润滑，冷却，动平衡，运动控制，以及电主轴安装实例，设计出与铣床配套的，符合要求的电主轴机械部分。本设计课题研究的主要内容如下.电主轴工作原理，包括工作原理，主要参数，设计优点以及装配中需要注意的问题。.轴的设计，包括轴材料的选择轴的结构设计校核轴端形式以及过盈连接装置的设计。.轴承的设计，包括轴承的选择，校核及组合设计。.电主轴关键技术，包括润滑技术，冷却技术，动平衡以及运动控制。本设计课题研究的意义在于作为铣床重要部分的电主轴，是种智能型功能部件。现代机械制造工业向高精度高速度高效率的方向飞速发展，对加工机床提出了更高要求．这就需要可以高速运转的主轴部件系统高速主轴单元．电主轴具有结构紧凑重量轻惯性小振动小噪音低响应快等优点，可以减少齿轮传动，简化机床外形设计，易于实现主轴定位，是高速主轴单元中种理想结构。致谢在完成论文“电主轴的机械设计”之际，向辛勤培育我的导师王曙光老师致以衷心的感谢和崇高的敬意！本论文在王曙光老师的悉心指导下完成。从论文的选题课题的实施到论文的撰写，导师都给以了细致如微的指导。导师“工作塌实对事业无私奉献的作风，严谨求实刻意创新”的治学精神，及渊博的知识和独到的见解，使我受益匪浅。在论文的每处中都凝聚着导师们的心血和汗水。正是在导师们的指导下，我才能够顺利完成论文工作。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长同学朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!时光如水，日月如梭，诗情画意中的学术之旅行将结束。它短暂而充实，轻松而又惬意，犹如人生旅途划过的颗璀璨靓丽的流星。有太多的事历历在目，宛如昨日,记忆犹新。有太多的人音容笑貌，跃然纸上，挥之不去。如余音绕梁三日不绝，又如小酌醇酒，久之弥笃，真是欲罢不能，难舍难分。惟有掩卷长叹“天下无不散之宴席。”路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。我愿在未来的学习和研究过程中，以更加丰厚的成果来答谢曾经关心帮助和支持过我的所有领导老师同学和朋友。参考文献陈作模主编．机械原理.第版.北京高等教育出版社,陈立德主编．机械设计基础.北京高等教育出版社,徐灏主编．机械设计手册.北京机械工业出版社,甘永立主编．几何量公差与检测.第版.上海上海科学技术出版社,王运炎主编．机械工程材料.北京机械工业出版设,万玉琼主编．工程设计.第版.内蒙古远方出版社,杨黎明,黄凯等主编．机械零件手册.第版.北京国防工业出版社,成大先主编.