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文檔簡介
1、<p><b> 摘 要</b></p><p> 本文闡述了車床電主軸的發(fā)展歷史、現狀以及趨勢，并介紹了電主軸的工作原理及關鍵技術。然后，確定了合理的電主軸總體結構，分別對電主軸的電機、編碼器、轉子、定子和冷卻系統(tǒng)等各零部件作了設計，產生了裝配圖、零件圖與設計說明書等設計文檔。最后，對電主軸的旋轉軸和軸承進行了詳細的分析和校核，計算表明，該電主軸設計符合要求。</p&
2、gt;<p> 關鍵詞：車床；電主軸；主軸；軸承</p><p><b> Abstract</b></p><p> This paper describes the history, status and trends of lathe electrical spindle development, and also introduce the
3、 working principle and key technology of electrical spindle. Then, the reasonable structure of the electrical spindle is determined. The structure of main components is designed, such as axis, encoders, rotor, stator and
4、 cooling systems. The assembly drawings, part drawings and design specifications and other design documents is generated. Finally, the detailed analysis and verifica</p><p> Key words: lathe；electrical spin
5、dle；spindle；bearing</p><p><b> 目 錄</b></p><p> 第1章 緒論………………………………………………………………………………….. ……………………………….1</p><p> 1.1選題的目的和意義………………………………………………………………………………….. ……………………
6、………1</p><p> 1.2數控車床電主軸的國內外的研究現狀和發(fā)展趨勢……………………………………………………………….1</p><p> 1.3本課題主要研究內容……………………………………………………………………………….. …………………………..4</p><p> 第2章 數控車床電主軸的介紹…………………………………………………………………
7、……………….. …5</p><p> 2.1車床電主軸的工作原理……………………………………………………………………………….. ………………………5</p><p> 2.2數控車床電主軸的特征……………………………………………………………………………….. ………………………5</p><p> 第3章 車床電主軸結構設計………………………………………
8、……………………………………….. ………7</p><p> 3.1電主軸結構圖……………………………………………………………………………….. ………………………………………7</p><p> 3.2同步帶的選擇……………………………………………………………………………….. ………………………………………7</p><p> 3.3內置編碼器的選擇……
9、………………………………………………………………………….. ……………………………11</p><p> 3.4轉子和定子的設計……………………………………………………………………………….. ……………………………12</p><p> 3.5軸承的選擇……………………………………………………………………………….. ……………………………………….14</p>&l
10、t;p> 3.6冷卻系統(tǒng)的設計……………………………………………………………………………….. ………………………………..16</p><p> 3.7主軸的主要結構參數……………………………………………………………………………….. ………………………..18</p><p> 第4章 軸的校核……………………………………………………………………………….. …………………
11、……………………..25</p><p> 4.1軸的強度校核計算……………………………………………………………………………….. ……………………………25</p><p> 4.2軸的剛度校核計算……………………………………………………………………………….. ……………………………28</p><p> 4.3軸的CAE分析………………………………………
12、……………………………………….. ………………………………….29</p><p> 第5章 軸承的校核……………………………………………………………………………….. ……………………………………31</p><p> 5.1角接觸球軸承的校核……………………………………………………………………………….. ………………………..31</p><p> 5
13、.2深溝球軸承的校核……………………………………………………………………………….. ……………………………33</p><p> 5.3軸承的CAE分析……………………………………………………………………………….. ………………………………..34</p><p> 總結……………………………………………………………………………….. ……………………………. ……………..36&
14、lt;/p><p> 參考文獻……………………………………………………………………………….. …………………………………….37</p><p> 致謝……………………………………………………………………………….. …………………………………………….39</p><p> 附錄1 電主軸的裝配圖………………………………………………………………………………..
15、 ……………..40</p><p> 附錄2 電主軸的主軸零件圖……………………………………………………………………………….. ……..41</p><p> 附錄3 電主軸的同步帶輪零件圖……………………………………………………………………………….. 42</p><p> 附錄4 電主軸的壓蓋零件圖……………………………………………………………………
16、………….. ……..43</p><p> 附錄5 電主軸的刀套零件圖……………………………………………………………………………….. ……..44</p><p><b> 第1章 緒論</b></p><p> 1.1 選題的目的和意義</p><p> 我國數控機床的發(fā)展歷程充分證明，數控機床電主軸發(fā)展的
17、滯后，始終是制約我國數控機床發(fā)展的瓶頸問題之一。高速電主軸的功能部件跟不上，發(fā)展數控機床將成為空話。我國數控機床整體技術水平的發(fā)展和提高，最終離不開先進的功能部件產業(yè)的支持。我國數控機床經歷了二十多年的發(fā)展歷程,形成了一定的生產規(guī)模，具備了進一步發(fā)展的基礎。但在數控機床品種、質量和性能等方面與發(fā)達國家還存在較大差距，很難能滿足市場需求，特別是高端數控機床主要依賴進口，已明顯制約我國國民經濟和國防工業(yè)的發(fā)展。高速電主軸制造技術成為了決定高
18、端的數控機床發(fā)展的關鍵技術。對決定電主軸發(fā)展的關鍵技術要進行重點攻關，特別是在電主軸應用中的關鍵部件諸如復合陶瓷軸承、內置式無外殼電機、性能優(yōu)良的伺服控制器、高精度位置編碼器、氣密封裝置等進行自主研發(fā)，改變這些關鍵部件主要靠進口的局面。高速電主軸也是高端的數控機床的核心，大力發(fā)展高速電主軸將對我國的裝備制造行業(yè)會起到強大的推動作用。</p><p> 1.2 數控車床電主軸的國內外的研究現狀和發(fā)展趨勢</
19、p><p> 1.2.1 數控車床電主軸的國內外的研究現狀</p><p> 國內對電主軸技術的研究始于20世紀60年代，主要用于零件內表面磨削，這種電主軸的功率低，剛度小，并且它采用無內圈式向心推力球軸承，限制了高速電主軸的產業(yè)化。到80年代，隨著國內高速主軸軸承的開發(fā)成功，研制出一系列高剛度、高速電主軸，廣泛應用于各種內圓磨床和各個機械制造領域。在90年代以后由磨用電主軸轉向銑用電主軸
20、，它不僅能加工各種形體復雜的模具，而且開發(fā)了用于木工機械用的風冷式高速銑用電主軸，推動了高速電主軸在切削中的應用。在國內以洛陽軸承研究所(洛陽軸研科技股份有限公司)為代表，早在1958年就研制出了磨用電主軸之后又研發(fā)了大功率、高轉速系列電主軸，磁懸浮和氣靜壓電主軸等，并將電主軸在90年代應用于大型數控銑床，加工中心和數控車床，是我國電主軸技術的引領者。廣州工業(yè)大學高速加工和機床研究所也開發(fā)研制了多種電主軸，并應用于數控銑床由于近些年數控
21、加工技術的飛速發(fā)展，在軍工、基礎裝備制造，航空航天等領域對高速電主軸的迫切需要，國內的電主軸研究也得到了很大的發(fā)展。同濟大學、北京機床研究所和上海機床廠在高速電主軸方面也取得了很大的成就。目前國內生產的磨削用電主軸的轉速在15000r/min以內</p><p> 國外電主軸最早用于內圓磨床，上世紀80年代，隨著數控機床和高速切削技術的發(fā)展和需要，逐漸將電主軸技術應用于加工中心、數控銑床等高檔數控機床。目前電主
22、軸已經成為現代數控機床最主要功能部件之一，世界上形成許多著名的機床電主軸功能部件專業(yè)制造商，它們生產的電主軸功能部件已經系列化。具有代表性有美國福特公司和Ingerso1l公司聯(lián)合推出的HVM800臥式加工中心的大功率電主軸最高轉速達15000r/min由靜止升至最高轉速僅需15s。瑞士IBAG公司在電主軸行業(yè)技術領先現在被公認為代表了行業(yè)的發(fā)展趨勢。IBAG公司提供的電主軸已經系列化、標準化電主軸最大轉速可達140000r/min，直
23、徑范圍33到300mm，功率范圍125W-SOkW,扭矩范圍0.02～300N·m。日本三井精機公司生產的HT3A臥式加工中心采用陶瓷軸承支承的電主軸,主軸轉速達40000r/min此外還有瑞士的Fisher公司、德國的GMN公司、Hofer公司、西門子、意大利的Faemat公司和Gamfior公司等，這些公司生產的電主軸有以下特點：(l) 功率大、轉速高。(2) 采用高速、高剛度軸承。國外高速精密主軸上采用</p>
24、;<p> 1.2.2數控車床電主軸的國內外的發(fā)展趨勢</p><p> （1）向高速度、高剛度方向發(fā)展</p><p> 隨著主軸軸承及其潤滑技術、精密加工技術、精密動平衡技術、高速刀具及其接口技術等相關技術的發(fā)展，數控機床用電主軸高速化已成為目前發(fā)展的普遍趨勢。電主軸的功率和轉速是受電主軸體積及軸承限制的，DmN值是反映電主軸剛度和轉速的一個重要的綜合特征參數，Dm
25、N值越大，其電主軸性能越。因此，在保證電主軸高轉速的前提下，加大主軸直徑，提高其剛性，也是電主軸技術發(fā)展的方向之一。</p><p> ?。?）向高速大功率、低速大轉矩方向發(fā)展</p><p> 現代數控機床需要同時能夠滿足低速粗加工時的重切削、高速切削時精加工的要求，因此機床電主軸應該具備低速大轉矩、高速大功率的性能。高速電主軸的大功率化已是國際機床產業(yè)發(fā)展的一個方向。近年大功率半導體
26、器件有了飛躍性發(fā)展，已經完全可以滿足現有的電主軸應用場合所要求的功率等級，這為高速電主軸的大功率化奠定了基礎。德國GMN公司的電主軸低速粗加工時的重切削力可達1250N·m,高速切削時精加工最大輸出功率可到150kW。</p><p> （3）電機形式與控制方式多樣化方向發(fā)展</p><p> 主軸電機方面：目前國內外主軸電機常見的是感應電動機，但由于其結構和特性的限制，運行
27、狀態(tài)改變時導致電機很難在最佳效率點運行，功率因數低、效率低。雖然采用變頻調速、矢量控制、功率因數補償等技術改善了電機系統(tǒng)的效率，但由于感應電機的工作原理決定其運行效率的提高是有限的，特別是在位置和速度要求非常高的高精度高速電主軸系統(tǒng)中應用有時很難滿足系統(tǒng)要求。因此選用轉動慣量小，轉矩密度高，控制精度高的永磁電機代替感應電動機也將是電主軸發(fā)展的一個重要方向。在主軸電機控制方面：采用矢量控制已經被大多數高速電主軸生產廠家所采用，針對感應電動
28、機采用自適應控制、直接轉矩控制、定子優(yōu)化控制等措施不斷提高感應電動機在電主軸的應用性能。對于永磁同步電動機在低速粗加工時的重切削多采用恒轉矩控制方式,高速切削時精加工采用恒功率控制，在擴大永磁電機在弱磁區(qū)域的同時提高穩(wěn)定性也將成為高速電主軸研究熱點問題。</p><p> 此外，柔性主軸及其軸承彈性支承技術的研究也將進一步深化。目前國內市場的軸承多以用高速角接觸球軸承支承，氣靜壓方式將逐漸取代角接觸球軸承成為主
29、流方式。另外隨著磁懸浮技術的不斷進步和成熟，在滿足成本要求的情況下，磁懸浮軸承將由一些特殊場合的應用到普通場合的特殊要求的應用。提高高速電主軸動平衡等級，降低振動，使電主軸壽命更長。在保證轉速的情況下，應盡量降低電主軸的整體振動。主軸單元的自動平衡裝置也將因高速電主軸的振動指標更高而不斷的更新和完善。潤滑技術不斷改進，預負荷施加技術不斷進步。陶瓷球復合軸承和油氣潤滑技術的廣泛應用，使得軸承發(fā)熱更小，而且更能適應高速需要。在非接觸式軸承中
30、，磁浮和氣浮軸承不斷發(fā)展，已有系列產品出現。軸承預負荷施加方式上，過去主要使用剛性預負荷，不斷發(fā)展為彈性預負荷，后又出現智能預負荷方式，使軸承承載性能更優(yōu)。油氣潤滑方式和成本更低的非接觸式軸承技術也將是高速電主軸發(fā)展的方向[1]。</p><p> 1.3 本課題主要研究內容</p><p> ?。?）數控車床電主軸總體方案設計；</p><p> ?。?）根據產
31、品特點，進行工藝分析、結構分析、結構計算和校核；</p><p> （3）繪制裝配圖及其他零件圖；</p><p> （4）撰寫設計計算說明書1份，撰寫其他相關設計技術文檔。</p><p> 第2章 數控車床電主軸的介紹</p><p> 2.1 車床電主軸的工作原理 </p><p> 電主軸作為加
32、工中心的核心部件，它將機床主軸與交流伺服電機軸合二為一，即將主軸電機的定子、轉子直接裝入主軸組件的內部，并經過精確的動平衡校正，具有良好的回轉精度和穩(wěn)定性，形成一個完美的高速主軸單元，也被稱為內裝式電主軸，其間不再使用皮帶齒輪傳動副，從而實現機床主軸系統(tǒng)的“零傳動”，通電后轉子直接帶動主軸運轉。</p><p> 2.2 數控車床電主軸的特征</p><p><b> ?。?）
33、高回轉精度</b></p><p> 車削中心的主軸是裝夾工件的基準，并將運動傳遞給工件，因此主軸的回轉精度直接影響加工精度。為保證電主軸在高速運轉時的回轉精度，其關鍵零件必須進行精加工和超精加工，選用尺寸和精度等級合適的軸承，采用合理的裝配方案；</p><p><b> ?。?）高剛度</b></p><p> 主軸剛度反映
34、主軸單元抵抗外載荷的能力。尤其，進行車削粗加工時，切削量較大，主軸要承受很大的徑向力。為了保證加工精度、避免振動，要求電主軸具備較高的剛度，特別是徑向剛度；</p><p><b> ?。?）抗振性強</b></p><p> 機床工作時，主軸部件不僅受靜態(tài)力的作用，同時還受其他沖擊力和交變干擾力的作用而產生振動。振動是主軸動態(tài)性能的重要指標，振動將會產生噪聲，并直
35、接影響工件的表面加工質量，振動嚴重時會產生崩刃和打刀現象。因此，電主軸的抗振性要強；</p><p><b> ?。?）電機特性優(yōu)良</b></p><p> 車削中心要求有較廣的加工范圍，這就要求電主軸既要有優(yōu)良的低速加工性能，又要有好的高速加工性能。在起步及低速段采用恒轉矩調速，保證低速時有較大的輸出轉矩，滿足低速大進給的切削要求；而高速段采用恒功率調速，可滿足
36、小切削量的高轉速要求。對一些低速要求高的電主軸，應采用高性能的矢量變頻器控制；</p><p><b> （5）熱特性穩(wěn)定</b></p><p> 由于電主軸是將高速電機置于機床主軸部件內部，高速運轉時，電機轉子、定子和軸承的的發(fā)熱量很大，并引起熱變形，直接影響機床的工作性能和加工精度，因此要求電主軸的熱態(tài)性能穩(wěn)定[2]。</p><p>
37、; 第3章 車床電主軸結構設計</p><p> 3.1 電主軸結構圖</p><p> 1—主軸箱體 2—主軸前軸承 3—主軸 4—冷卻液進口 5—主軸前軸承座 6—前軸承冷卻套 7—定子 8—轉子 9—定子冷卻套 10—冷卻液出口 11—主軸后軸承</p><p> 圖3.1 車削中心電主軸結構示意圖</p><p> 電主軸由
38、主軸及主軸箱本體、輔助裝置、檢測裝置組成。電機的轉子采用壓配方法與主軸做成一體，主軸則由前后軸承支撐。轉子定子通過冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。主軸的變速由主軸驅動模塊控制，而主軸單元內的溫升由冷卻裝置控制。在主軸的后面裝有松刀油缸、旋轉接頭；前端的內錐孔和端面用于安裝刀具、刀具夾爪；中間有刀具拉桿、刀具夾緊彈簧。</p><p> 3.2 同步帶的選擇</p><p> 3.2.1
39、同步帶介紹</p><p> 同步帶傳動是一種新型的機械傳動。由于它是一種嚙合傳動，因而帶和帶輪之間沒有相對滑動，從而使主從輪間的傳動達到同步。同步帶傳動和V帶、平帶相比具有以下優(yōu)點：</p><p> 傳動準確，無滑動，能達到同步傳動的目的；</p><p> (2)傳動效率高，一般可達98?%；</p><p> (3)速比范圍大
40、，允許線速度也高；</p><p> (4)傳遞功率范圍大，從幾十瓦到幾百千瓦；</p><p> (5)結構緊湊，還適用于多軸傳動。</p><p> 同步帶傳動設計目的是確定帶的型號節(jié)距帶長(節(jié)線長度)中心距、帶寬及主、從動帶輪齒數，直徑等參數。</p><p> 3.2.2 同步帶計算</p><p>
41、 一臺額定功率為12.5kw，轉速為1000r/min的異步電機，一天工作8個小時以上，以此來設計電主軸的同步帶。</p><p><b> 求設計功率Pd</b></p><p> Pd=K0Pm=1.6×12.5=20 kw</p><p> 式中K0載荷修正系數（由表3.1得）</p><p>
42、表3.1 載荷修正系數K（部分）</p><p><b> 確定帶的型號和節(jié)距</b></p><p> 由于電主軸是內裝式電機，電機轉速就是主軸轉速，所及小齒輪轉速</p><p> n1=n2×i0=3100r/min，由圖3.2查的帶的型號為H型，對應節(jié)距Pb=12.7mm(見表3.2)</p><p&
43、gt; 圖3.2 通過功率找同步帶型號</p><p> (3) 選擇小帶輪齒數</p><p> 由小帶輪轉速n1=3100r/min和H型帶，查表3.3得小帶輪最小許用齒數Z1=20，則Z2=iZ1，其中i=n1／n2=3.1</p><p> Z2=62, 取標準帶輪齒數Z2=60</p><p> (4) 確定帶輪節(jié)圓直徑：
44、</p><p> d1=PbZ1／π=80.892mm</p><p> d2= PbZ2／π=242.675mm</p><p> (5) 確定同步帶的節(jié)線長度Lp</p><p> Lp=2acosφ+π(d2+d1) ／2+πφ(d2-d1) ／180 （3-2）</p><p>
45、 式中：φ==9.31?(以a=500mm代入)</p><p> 則Lp=1521.102 選擇最接近計算值的標準節(jié)線長(見表3.4) Lp=1524.00mm</p><p> (6) 計算同步帶齒數Zb</p><p> Zb=Lp／Pb=1524.00/12.70=120</p><p> (7) 傳動中心距a的計算</
46、p><p> a=Pb(Z2-Z1) ／2πcosθ （3-3）</p><p> 式中：inVθ=π=3.1416 inVθ=tgθ-θ用逐步逼近法計算，θ=1．3518(弧度)代入上式:</p><p> a=Pb(Z2-Z1) ／2πcosθ=373.53mm</p><p> 表3.
47、2 七種同步帶型號的主要參數</p><p> 表3.3 帶輪最少許用齒數</p><p> (8) 確定同步帶設計功率為Pd時所需帶寬</p><p> (a). 計算所選型號同步帶的基準額定功率Po</p><p> Po=(Ta-mv2)v／1000 (kw) （3-4）</p>
48、;<p> 式中：Ta——許用工作拉力，查表3.2得Ta=2100.85 N</p><p> m——單位長度質量，查表3.2可得m=0.448Kg/m</p><p> V——線速度 (m/s)</p><p> V==6.35 (m/s) （3-5）</p><p>
49、; 表3.4 標準同步帶的節(jié)線長度(部分)</p><p> 帶入上式的Po=13.23 (kw)</p><p> (b). 計算小帶輪嚙合齒數Zm</p><p> Zm=—（Z2-Z1）=8.62>6 </p><p> (c). 確定實際所需帶寬bэ</p>
50、;<p> P≈PoKzKw （3-6）</p><p> 式中： P——帶所能傳遞功率 kw</p><p> Kz——嚙合系數，因Zm>6 故Kz=1</p><p> Kw——查表3.2，H型帶bэ?=76.20mm</p><p><
51、b> 將P式代入P≥Pd</b></p><p> 則bэ≥bэ?=26.65mm 取標準帶寬38.1mm 見表3.2</p><p><b> (9) 驗算</b></p><p> =22.15 > 20 kw</p><p> 額定功率大于設計功率，則帶的傳動能力已足夠，所選參數
52、合格[4]。</p><p> 3.3 內置編碼器的選擇</p><p> 為了提高機械裝置的加工精度，必須提高檢測元件和檢測系統(tǒng)的精度。其中以旋轉編碼器，線性編碼器，旋轉變壓器，測速發(fā)電機等比較普遍。本人在電主軸設計的內置編碼器是屬于旋轉編碼器的。它的特點是：非接觸式，無摩擦和磨損，體積小，重量輕，機構緊湊，安裝方便，維護簡單，其具有高精度，大量程測量等。旋轉編碼器非常適合測速度，可
53、無限累加測量。</p><p> 3.4 轉子和定子的設計</p><p> 高速電主軸的定子由具有高導磁率的優(yōu)質矽鋼片迭壓而成。迭壓成型的定子內腔帶有沖制嵌線槽。轉子是中頻電機的旋轉部分，它的功能是將定子的電磁場能轉換成機械能。它能帶動主軸旋轉。轉子由轉子鐵芯、鼠籠、轉軸三部分組成。</p><p> 此次設計的電主軸電機轉子的基本尺寸為：轉子的外徑2b＝1
54、26.5mm，轉子內孔直徑2a＝85.5mm，轉子的軸向長度為346mm，轉子配合面的有效接觸長度B＝300mm。主軸配合面的基本尺寸為：外徑2a＝85.5mm，內孔直徑為2c＝46mm。電機的最高轉速為8000r／min，所以其最大角速度ωmax為837.3 rad／s。額定功率為12.5 kW，額定轉矩為114 Nm，電主軸的結構如圖3.3所示。</p><p> Ce===0.6759
55、 （3-7）</p><p> Ci===0.5380 （3-8）</p><p> 電機轉子和主軸均為鋼質材料，材料的彈性模量E＝2.1×1011N／m2，泊凇比υ＝0.3， 主軸配合面間的摩擦系數μ＝0.09，電機轉子襯套材料的許用應力［σ］為287N／mm2，主軸材料的許用應力［σ］為567 N／mm2。
56、</p><p> 要滿足電主軸的高速性能，電機轉子與主軸配合面間的動態(tài)過盈分量的最小值Δdmin可由下式求得：</p><p> Δdmin==0.0205 （3-9）</p><p> 要滿足電主軸的扭矩傳遞能力，電機轉子與主軸配合面之間的靜態(tài)過盈分量的最小值Δsmin可由下式求得： Δsmin=(+)=0.002
57、45 （3-10）</p><p> 根據計算可知，高速電主軸要求的動態(tài)過盈量Δdmin是其要求的靜態(tài)過盈量的6</p><p> 倍多，由此可見，高速主軸的過盈量主要由動態(tài)過盈量確定。高速電主軸的最小過盈</p><p><b> 量Δmin為：</b></p><p> 圖3.3 電主
58、軸的結構</p><p> Δmin＝Δdmin＋Δsmin＝0.02295 （mm） （3-11）</p><p> 據此，在GD－Ⅱ型電主軸設計中，主軸與電機轉子的配合采用Φ66H6／s6的過盈配合，這種配合的實際最小過盈量為0.040mm(＞0.02295 mm)，能滿足電主軸的高速傳動要求。其實際的最大過盈量為0.078mm，配合面實際產生的最大正壓力
59、為： pmax==93.6 (N/mm2) （3-12）</p><p> 電機轉子內孔配合面上具有最大的切向拉應力σθemax和最大的徑向壓應力σremax，其值為： σθemax (r=a)=-pmax=-93.6 (N/mm2) （3-13）</p><p> σremax (r=
60、a)==191.9 (N/mm2) （3-14）</p><p> 主軸的σri（r）和σθi（r）均為壓應力，其中主軸的配合面上具有最大的徑向壓應力σrimax，在主軸內孔壁處具有最大的切向壓應力σθimax，其值為： σrimax (r=a)=-pmax=-93.6 (N/mm2) （3-15）</
61、p><p> σθimax (r=c)==-263.4 (N/mm2) （3-16）</p><p> 電主軸的裝配應力分布如圖3.4所示。</p><p> 由此可見，電主軸的危險點在電機轉子的內側，根據第三強度理論： σr3=σθemax-σremax=285.5 (N/mm2)電機轉子襯套材料
62、的許用應力［σ］為287 N／mm，σr3＜［σ］，使用安全。</p><p> 圖3.4 主軸與轉子過盈配合的應力分布</p><p><b> 3.5 軸承的選擇</b></p><p> 3.5.1軸承的選擇</p><p> 按軸系零件軸向定位方法的不同，軸的支承結構可分為三種基本型式：兩端固定支承，一端
63、固定、一段游動支承和兩端游動支承。本設計采用兩端固定支承。采用兩端固定支承時，應留出適當的軸向間隙，以補償工作時軸的熱伸長量，同時應提供適當的間隙調整方法。我采用的是角接觸軸承，所以可利用調整墊片或螺紋件來調整軸承的游隙，以保證軸承的正常運轉。</p><p> 首先通過對軸的受力分析得到了軸承的大致載荷在3000~4000N左右，屬于中等載荷，故采用球軸承；接著看轉速，球軸承與滾子軸承相比較，有較高的極限轉速
64、，電主軸的轉速在1000~8000r/min，所以優(yōu)先選用球軸承。最后軸承在承受徑向載荷的同時，還有不大的軸向載荷，所以選用深溝球軸承和角接觸軸承。</p><p> 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）可同時承受徑向載荷和軸向載荷。它能在較高的轉速下工作，接觸角越大，軸向承載能力越高。高精度和高速軸承通常取15 度接觸角
65、。</p><p> 深溝球軸承是最具代表性的滾動軸承，用途廣泛。適用于高轉速甚至極高轉速的運行，而且非常耐用，無需經常維護。深溝球軸承的摩擦系數很小，極限轉速也很高， 特別是在軸向載荷很大的高速運轉工況下，深溝球軸承比推力球軸承更有優(yōu)越性。</p><p> 圖3.5 角接觸球軸承</p><p> 3.5.2軸承材料的選擇</p><p
66、> 目前，滾動軸承電主軸的支承形式主要采用鋼質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)的鋼質球軸承相比，具有密度小、彈性模量大、熱膨脹系數小、耐高溫等優(yōu)良物理性能和機械性能。</p><p> ?。?）陶瓷球混合軸承材料Si3N4，密度只有鋼的40%。在高速運轉時，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力，延長軸承的使用壽命。</p><p
67、> 圖3.6 深溝球軸承</p><p> ?。ń墙佑|球軸承000r/min