I畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書摘要器、II畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書AbstractnandIII畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 IV畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書的支持。我國數(shù)控機(jī)床經(jīng)歷了二十多年的發(fā)展歷程,形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模，具備了主強(qiáng)大的推動作用。就研制出了磨用電主軸2畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書200N·m的加工中心用電主軸轉(zhuǎn)速只有4000r/min；車削用電主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)IBAG化、標(biāo)準(zhǔn)空氣潤滑軸承和磁懸浮軸承。(3)精密加工與精密裝配工藝水平高。(4)配套控制系轉(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[1]。(1)向高速度、高剛度方向發(fā)展m主軸的功率和轉(zhuǎn)速是受電主軸體積及軸承限制的，DN值是反映電主軸剛度和轉(zhuǎn)速m3畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(2)向高速大功率、低速大轉(zhuǎn)矩方向發(fā)展(3)電機(jī)形式與控制方式多樣化方向發(fā)展提高穩(wěn)定性也將成為高速電主軸研究熱點(diǎn)問題。將由一些特殊場合的應(yīng)用到普通場合的特殊要求的應(yīng)用。提高高速電主軸動平衡等4畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書滑方式和成本更低的非接觸式軸承技術(shù)也將是高速電主軸發(fā)展的方向[1]。研究內(nèi)容(1)數(shù)控車床電主軸總體方案設(shè)計(jì)；(2)根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)，進(jìn)行工藝分析、結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)計(jì)算和校核；(3)繪制裝配圖及其他零件圖；(4)撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書1份，撰寫其他相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)文檔。5畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書2.1車床電主軸的工作原理2數(shù)控車床電主軸的特征(1)高回轉(zhuǎn)精度(2)高剛度(3)抗振性強(qiáng)(4)電機(jī)特性優(yōu)良6畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(5)熱特性穩(wěn)定要求電主軸的熱態(tài)性能穩(wěn)定[2]。7畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1—主軸箱體2—主軸前軸承3—主軸4—冷卻液進(jìn)口5—主軸前軸承座6—前軸承冷卻套7—定子8—轉(zhuǎn)子9—定子冷卻套10—冷卻液出口11—主軸后軸承同步帶的選擇沒有相對滑動，從而使主從輪間的傳動達(dá)到同步。同步帶傳動和V帶、平帶相比具8畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書從原原動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間(小時(shí)/日)帶式輸送機(jī)，烘干機(jī)，杠車床，帶鋸，篩選機(jī)液體攪拌機(jī)，鉆床，車床，龍門刨床，造紙機(jī)牛頭刨床，磨床，銑床，鉆鏜床，紡織機(jī)械工作機(jī)9畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(3)選擇小帶輪齒數(shù)Zz-Z1畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書表3.2七種同步帶型號的主要參數(shù)節(jié)距節(jié)距基準(zhǔn)寬度拉力T質(zhì)量帶寬型號Pd(mm)b9(mm)(N)(Kg/m)b9(mm)MXL2.0326.4200.0103.04.86.4XXL0.0103.04.86.4XL50.170.0226.47.99.5小帶輪轉(zhuǎn)小帶輪轉(zhuǎn)速(r/min)型號HMXLXXH————XH——帶LXLV——V——線速度 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書表3.4標(biāo)準(zhǔn)同步帶的節(jié)線長度(部分)節(jié)線長度上的齒節(jié)線長度上的齒數(shù)MXLXXLXL節(jié)線長度基本尺寸(m)極限偏差(mm)XXHXHHLZmZZ222azKwbPPKPZO(9)驗(yàn)算ZWabZWab畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書3.4轉(zhuǎn)子和定子的設(shè)計(jì)直徑2a＝85.5mm，轉(zhuǎn)子的軸向長度為346mm，轉(zhuǎn)子配合面的有效接觸長度B＝要滿足電主軸的高速性能，電機(jī)轉(zhuǎn)子與主軸配合面間的動態(tài)過盈分量的最小值 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 主軸的σri(r)和σθi(r)均為壓應(yīng)力，其中主軸的配合面上具有最大的徑向壓 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書電機(jī)轉(zhuǎn)子襯套材料的許用應(yīng)力[σ]為287N／mm，σr3＜[σ]，使用安全。3.5軸承的選擇載荷，故采用球軸承；接著看轉(zhuǎn)速，球軸承與滾子軸承相比較，有較高的極限轉(zhuǎn)速，故在主軸的兩端我分別采用了角接觸球軸承和深溝球軸承，分別見圖3.5和圖3.6。成對安裝角接觸球軸承(GB/T292-1994)可同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷。它能在較高的轉(zhuǎn)速下工作，接觸角越大，軸向承載能力越高。高精度和高速軸承深溝球軸承是最具代表性的滾動軸承，用途廣泛。適用于高轉(zhuǎn)速甚至極高轉(zhuǎn)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書畢速的運(yùn)行，而且非常耐用，無需經(jīng)常維護(hù)。深溝球軸承的摩擦系數(shù)很小，極限轉(zhuǎn)速也很高，特別是在軸向載荷很大的高速運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，深溝球軸承比推力球軸承更有優(yōu)越性。3.5.2軸承材料的選擇目前，滾動軸承電主軸的支承形式主要采用鋼質(zhì)球軸承和陶瓷球混合軸承。本人采用陶瓷球混合軸承。陶瓷球混合軸承與傳統(tǒng)的鋼質(zhì)球軸承相比，具有密度小、彈性模量大、熱膨脹系數(shù)小、耐高溫等優(yōu)良物理性能和機(jī)械性能。(1)陶瓷球混合軸承材料Si3N4，密度只有鋼的40%。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可大幅減小滾動體的離心力，從而減小球與套圈滾道間的接觸應(yīng)力，延長軸承的使畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(2)彈性模量大、硬度高。與鋼質(zhì)球軸承相比，相同負(fù)荷下陶瓷球在接觸應(yīng)力作用區(qū)域材料塑性變形小，使軸承的剛度提高，從而提高主軸系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)(3)膨脹系數(shù)小?；旌陷S承的工作游隙及工作游隙的變化幅度小，導(dǎo)致高速高溫時(shí)，滾動體與溝道接觸的最大接觸應(yīng)力及接觸負(fù)荷的變化幅度均較小，確保了軸承運(yùn)行平穩(wěn)和發(fā)熱量的減少。冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電主軸中電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的發(fā)熱和軸承的摩擦發(fā)熱，是不可避免的。機(jī)床工作時(shí)，在內(nèi)、外熱源的作用下，主軸系統(tǒng)的各個(gè)部分會產(chǎn)生不同程度的溫升。升溫后，主軸和機(jī)床其他部件的空間相對位置和尺寸都將與溫升前不同，形成不同的溫度場，進(jìn)而產(chǎn)生不同程度的熱膨脹，導(dǎo)致加工誤差。因此通過對高速電主軸的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改良，來控制電主軸的溫升，減小電主軸的熱膨脹，對于保證電主軸性能和提高其使用壽命，是至關(guān)重要的。3.6.1熱源的主要構(gòu)成電動機(jī)和軸承是主要的發(fā)熱源。具體的熱源主要可分為三部分：(1)主軸電動機(jī)內(nèi)置于機(jī)床主軸的結(jié)構(gòu)中，電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的發(fā)熱，是其(2)電動機(jī)轉(zhuǎn)子在主軸殼體內(nèi)的高速攪動，使內(nèi)腔中的空氣也會發(fā)熱，這些熱(3)隨著主軸轉(zhuǎn)速的升高，主軸軸承的摩擦所產(chǎn)生的發(fā)熱量也隨之增大[5]。3.6.2冷卻系統(tǒng)的冷卻路線車床電主軸主要是通過在主軸殼體內(nèi)加冷卻油，并不斷的循環(huán)，把熱量帶走，畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1.后端蓋2.后端軸承3.轉(zhuǎn)子4.定子5.電機(jī)冷卻套6.前端軸承7.殼體機(jī)架3.6.3主軸傳動的熱平衡計(jì)算主軸傳動由于效率低，所以工作時(shí)發(fā)熱量大。在閉式傳動中，如果產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散逸，將因溫度不斷升高而使?jié)櫥拖♂?，從而增大摩擦損失，甚至發(fā)生膠合。所以，必須根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量Φ1等于同時(shí)間內(nèi)的散熱量Φ2的條件進(jìn)行熱平衡計(jì)算，以保證油溫穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)[3]。由于摩擦損耗的功率P=P(1n)，則產(chǎn)生的熱流量為：f12ddd畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書按熱平衡條件Φ=Φ，可求得在既定工作條件下的油溫to(單位為。C)為：oaaSdo因此只要散熱面積S大于6.25106mm2，主軸的在工作條件下的油o就能保證在80。C一下，再看本人設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)的散熱面S積:.7主軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)主軸的前端懸伸量主要取決于主軸端部的結(jié)構(gòu)，前支承軸承的配置和密封裝置畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書主軸的構(gòu)造和形狀主要決定于主軸上所安裝的刀具，夾具，傳動件，軸承等零的設(shè)計(jì)材料和熱處理(1)車削力的計(jì)算3.8主軸結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書用YT15硬質(zhì)合金車刀縱車=0.637Gpa的熱軋鋼外圓，切削速度Vc=100m/min，b表3.5車削時(shí)的車削力及切削功率的計(jì)算公式計(jì)算公式Fc=9.81C.aXFC.fyFC.VnFC.KFCpCFCFf=9.81C.aXFf.fyFf.VnFf.KFfpCFf切削力公式中系數(shù)和指數(shù)加工材料結(jié)構(gòu)鋼和加工形式背向力進(jìn)給力背向力進(jìn)給力Cxxy ynnCxxyynnCFfxFfxyFfynFfn畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書橫車及鏜橫車及鏜孔切槽或切斷切螺紋橫車及鏜孔切槽或切斷切螺紋橫車及鏜孔切螺紋橫車及鏜孔切螺紋鑄鋼灰鑄鐵————————————————————————————————————0000000——————————————————————————————————————————————0——0————0——0——=9.81aXFC.fyFC.VnFC.KCCFCFp=C.aXFO.fyFO.VnFO.KFPpCFP (3-17) (3-18)(3-19)(3-19)fCFCF=9.8119940.90.30.61000.5KPFPfFf切削力修正系數(shù)K、K、K是各種因素對切削力的修正系數(shù)的乘積。由表3.6FcFpFf畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書K=0．7537FcK=0.5509FpK=0.7822FfFc(N)Fp=456.7(N)Ff=783.32(N)表3.6鋼和鑄鐵的強(qiáng)度改變時(shí)切削力的修正系數(shù)KmF機(jī)械材料機(jī)構(gòu)鋼和鑄鋼灰鑄鐵可鍛鑄鐵KmFKmF=03|nFKmF=|nFKmF=|nF車削時(shí)的切削力鉆削FcFpFfM及F加工材料刀具材料硬質(zhì)合金高速鋼硬質(zhì)合金高速鋼硬質(zhì)合金高速鋼硬質(zhì)合高速鋼金結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼灰鑄鐵及可鍛0.40.551.01.30.81.10.6鑄鐵(2)同步帶的壓軸力Q=K(F+F)(N)(3-20)F121同步帶的壓軸力、緊邊拉力、松邊拉力F而帶的緊邊張力和松邊張力分別由(3-20)公式所得：FPdV(N)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書F2=250Pd/V(N)AA(3)轉(zhuǎn)子自身的重力材料上文有提到是鋼材，p=7.89g/cm3(4)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算軸的最小直徑這種方法是只按軸所受的扭矩來計(jì)算軸的強(qiáng)度[3]；TWdTT (3-22)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書TT軸常用幾種材料[TT]及A0值軸的材料T]/MPaTAo33r=PnP3nor對于空心軸，則：3P3dAodAo (3-23) (3-24)M畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書M4.1軸的強(qiáng)度校核計(jì)算曲變形，而徑向車削力使軸在水平面上產(chǎn)生彎曲變形。先求取垂直面支點(diǎn)反力F和NVNHVS (= (=WTTT==W2WT將(和T代入式(4-1)，則軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為 (==M2+(aT)2共[(]ca(W)(2W)W_1HV (4-4)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書畢——許用應(yīng)力，在抵擋工作時(shí)40MPa。1本設(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，所以取0.6。整理后式(4-4)可以(4-5)32M(4-5)FFFp0NH1NH2NHNH2F133 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書圖4.3垂直面受力模型：(Q+Fc+F+F=G) NV根據(jù)M=M2+M2得出合成彎矩圖VH畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書將各已知參數(shù)代入式(4-5)，得出：符合強(qiáng)度要求。4.2軸的剛度校核計(jì)算d的大小和軸的長度有關(guān)。為了消除長度的影響，通常用單位長度轉(zhuǎn)角來表示扭dxd在工程中常限制單位長度轉(zhuǎn)角的最大值=的最大值不得超過單位長度dmaxx許可轉(zhuǎn)角[]。因此，扭轉(zhuǎn)的剛度條件表述為[]max32G[]32G[]對于不同的機(jī)械和軸的工作條件，可從有關(guān)手冊中查到單位長度許可轉(zhuǎn)角[]的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書車床電主軸應(yīng)該屬于一般傳動軸，所以[]選擇0.7。/m，根據(jù)式(4-16)得：DD38m=38mm(3)定義材料屬性；(4)添加約束；(5)施加扭矩；(6)施加離心力；(7)劃分網(wǎng)1畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書在設(shè)計(jì)過程中，考慮到電主軸的使用壽命，以及穩(wěn)定性能，我需要對軸承的壽命進(jìn)行計(jì)算。滾動軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可能出現(xiàn)各種類型的失效形式，但是套圈和滾動體表面的疲勞點(diǎn)蝕是滾動軸承的一種最基本和常見的失效形式，也是通常作為滾動軸承壽命計(jì)算的依據(jù)。軸承發(fā)生點(diǎn)蝕破壞后，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)通常會出現(xiàn)較強(qiáng)的振動、噪聲和發(fā)熱現(xiàn)象。滾動軸承的壽命是指軸承的滾動體或套圈首次出現(xiàn)點(diǎn)蝕之前，軸承的轉(zhuǎn)速或相應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)小時(shí)數(shù)。滾動軸承的承載能力計(jì)算主要是指軸承的壽命計(jì)算。角接觸球軸承的校核機(jī)械(利用率高)，所以選預(yù)期計(jì)算壽命L′=25000h，見表5.1。h(1)求比值：F783.32r1Fr1表5.1推薦的軸承預(yù)期計(jì)算壽命機(jī)械類型不經(jīng)常使用的儀器或設(shè)備。如閘門開閉裝置作業(yè)線自動傳動裝置、升降機(jī)、車間吊車等每日8h工作的機(jī)械(利用率不高)，如一般的齒輪傳動、某些固定電動機(jī)等每日8h工作的機(jī)械(利用率較高)，如金屬切削機(jī)床、連續(xù)使用24h連續(xù)工作的機(jī)械，中斷使用后果嚴(yán)重，如纖維生產(chǎn)或造紙?jiān)O(shè)h預(yù)期計(jì)算壽命L′/hh畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書FFFr1表5.2徑向動載荷系數(shù)X和軸向動載荷系數(shù)Y軸承類軸承類型調(diào)心球軸承調(diào)心滾子軸承承號角接觸球軸承X(Y1)(Y1)Y(Y)相對軸向載荷——————————X————(Y2)(Y2)Y11(2)初步計(jì)算當(dāng)量動載荷P：P=f(XF+YF)prappCPnL0(N)(4)根據(jù)軸承設(shè)計(jì)手冊選擇C=80200N的7015C/DT軸承。表5.3載荷系數(shù)fp舉例舉例電動機(jī)、汽輪機(jī)、通風(fēng)機(jī)、等車輛、動力機(jī)械、起重機(jī)、造紙機(jī)、冶金機(jī)械、載荷性質(zhì)無沖擊或輕微沖擊中等沖擊或中等慣性沖擊fp6畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書6選選礦機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、機(jī)床等強(qiáng)大沖擊1.8~3.0破碎機(jī)、軋鋼機(jī)、鉆探機(jī)、振動篩等L=106(C)=106(80200)3=29574.9h>25000hh60nP6010006624.45滿足壽命要求[3]。溝球軸承的校核機(jī)械(利用率高)，所以選預(yù)期計(jì)算壽命L′=25000h，見表5.1。hF783.32F848.8FP=f(XF+YF)prapp (4)根據(jù)軸承設(shè)計(jì)手冊選擇C=32800N的61918-Z軸承。ao畢業(yè)設(shè)計(jì)說明畢業(yè)設(shè)L=106(C)=106(32800)3=20465.8h<25000h，h60nP6010003063即低于預(yù)期計(jì)算壽命。所以改用6018-Z軸承。C=58000N，所以h60nP6