空间凸轮精加工专用磨床主轴箱设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 空间凸轮精加工专用磨床主轴箱设计 目 录 1.1 课题背景及目的 .3 1.2 国内外研究状况 .3 1.3 研究方法 .4 1.4 主轴箱构成及研究内容 .4 2.1 机床的特点 .5 2.2 机床改造的主要任务 .5 2.3 主轴系统改造的结构分析及确定 .5 2.4 动静压轴承 .6 2.5 主轴箱结构形式的选择、分析 .8 2.5.1 主要结构设计要求 .8 2.5.2 供油系统 .8 2.5.3 供油系统类型的选择与分析 .9 3.1 前轴承结构 . 12 3.2 后轴承结构 . 18 3.3 选择、计算供油装置 . 23 参 考 文 献 . 31 买文档送全套图纸 扣扣 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 1 引言 机床运动部件支撑的好坏，在相当 大的程度上决定着机床的性能和质量。就其中的轴承而言，可分为两类：一是滚动轴承 ； 二是滑动轴承 1。液体滑动轴承便是滑动轴承中的一种。随着现代科学技术的飞速发展，一般轴承已经 不能满足现代工艺精度和高效益的要求。近几年来，在液体静压轴承和液体动压轴承的基础上发展起来的动静压轴承在适应上述要求方面正崭露头角。滑动轴承可以分为流体动压润滑轴承（简称动压轴承）、流体静压润滑轴承（简称静压轴承）和动静压轴承 2。这三种轴承的主要特点及特性简述如下： （ 1）液体纯动压轴承及其特点 动压轴承是依靠被润滑的一对固体摩擦面间相对运动使介于固体间的润滑流体内产生压力（这种现象称为动压效应）以承受外载荷，从而免除固体间的相互摩擦而起到润滑作用 3。 动压轴承的承载能力较大，刚度较高，且有吸振能力。 但是由于动压油墨的形成与两摩擦面间的相对运动速度有关，当相对运动速度不足时（如启动、制动、载荷大转速低时）便不再处于完全液体摩擦状态，造成主轴和轴承较大的摩擦和磨损。 （ 2）液体静压轴承及其特点 静压轴承是利用高压油泵在轴和轴承之间注入高压油，依靠油压使轴浮起，想成完全液体润滑油膜 4。静压轴承具有摩擦阻力小 ,使用寿命长，转速范围广，吸振性能好，回转精度高等优点。但由于油泵供油压力的限制，静压轴承具有相对承载力较低，刚度较小等缺点。 （ 3）液体动静压轴承及其特点 动静压轴承是在静压轴承的基础上发展 起来的一种新型轴承。它是既综合了液体动压轴承和静压轴承的优点又克服了二者缺点的高技术产品，是液体动压轴承和静压轴承的完美结合。它利用孔式环面节流和浅腔节流串联使压力油进入油腔中产生足够大的静压承载力，将主轴悬浮在高压油膜中间，从而克服了液体动压轴承启动时出现的干摩擦，提高了主轴和轴承的使用寿命及精度保持性 5。主轴启动后，依靠浅腔阶梯效应形成了巨大的动压承载力，它和静压承载力迭加大大提高了主轴刚度。高压油膜的均化作用和良好的抗震性，保证主轴具有极高的旋转精度和运转平稳性 6。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 1.1 课题背景及目的 在我国机械行业中五六十年代生产的机床占有很大的比例，因而，利用技术改装，修理旧机床可以较好的恢复和提高机床的精度。对加速我国的机械行业技术及设备的现代化有着较为重要的意义。 本次设计的目的主要是利用动静压轴承在保证转速和一些重要结构基础上， 凸轮精加工专用磨床主轴箱设计 。另外，在对动静压轴承的有关结构尺寸进行设计的同时，对求解动静压轴承的压力场分布的差分 法 以及求解过程中的一些具体问题进行力所能及的研究和探讨。 1.2 国内外研究状况 七十年代末，与国内外学者同时提出动静压轴承结构，在国内首先开发了动静压轴 承主轴系统，并形成批量生产；在国际上首次提出圆锥浮环动静压轴承，径向 推力联合浮环动静压轴承结构；在国际上首次得到了有限长滑动轴承的 Navier Stokes解。在理论研究和应用研究上均有所突破。 随着静压轴承的应用和研究的深入，对静压轴承在高速使得动压效应，引起重视如何很有效的利用节省能源是个值得重视的问题，对磨床而言高速旋转所带来的 动 静压效应是个不可忽视的问题，并在动态的性的研究中得到不同的截流器虽然静态油墨的港督不同，但在高频下游几乎相同的动刚度，而油腔的结构确实决定动刚度的主要因素，于是展开了磨床东 静压轴承的研究。 八十年代中期，随着国家体制改革的深入和 动 静压技术的成熟，设备改造的需求促使我国液体 动 静压轴承主轴部件出现专业化生产：北航成立的背景中航设备改造研制厂从对于航空系统的企业中的旧设备技术改造入手，逐渐形成磨床，金刚镗床主轴轴承单元商品化进入小批生产。上海机床厂在七十年代末期起对各类磨机进行改造，效果显著，上海引进设备维修中心、德堡及有限公司对扎混迹磨床等各类磨床及多轴镗床等进口进行改造收效良好；广州机床厂的需也供应部分主轴部件商品。 我国动静压轴承的现状来看应属世界先进 水平 ，这可以从各国的动静 压轴承发表的文章及应用情况中看出，如对外节流的夺油锲东京滑动轴承来说：无论是日本的丰田、琦玉大学的结构及美国的专利，虽然有些类似于 HSDB-R 类中的油腔内回油等某些结构，但发表的时间要比 HSDB-R 迟的多，结构布局上从在许多不到之处。在应用上比国外多得多。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 1.3 研究方法 机床床身刚性及热变形都优于 M1432A，工作台的润滑为小孔节流卸荷形式。砂轮主轴加粗，电机功率加大。砂轮架油池温升小，磨削率高。本次设计主要是在此机床的基础上对主轴系统进行动静压轴承优化设计，以此来提高磨床的加工精度。（利用差分法求 解动静压轴承的压力场分布和静态特性参数）。 1.4 论文的构成及研究内容 本次设计主要是对 空间凸轮精加工专用磨床主轴箱 进行数据分析，并进行主轴优化改造设计。主要包括 外圆 磨床主轴系统静压轴承改装、动静压轴承的有关参数选择及计算两大内容，主要研究内容是动静压轴承的性能分析以及在外圆磨床主轴系统中的应用。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 2 外圆磨床主轴系统静压轴承改装 该机床床身刚性及热变形都优于 M1432A，工作台的润滑为小孔节流卸荷形式。砂轮主轴加粗，电机功率加大。砂轮架油池温升小，磨削率高。 2.1 原机床的特点 机床工作台的纵向移动，砂轮架快速进退，砂轮自动周期进给等均由按钮操作电气、液压控制。机床具有工作台手动机构，砂轮架手动进给机构和脚踏尾架顶尖后退装置。头架在逆时针方向 90 度范围内可作任意角度调整。摆动头架或工作台或砂轮架的角度即可磨削不同锥度的内外圆锥形工件。将砂轮架体壳上的内圆磨架翻下即可磨削内圆零件。自有 6 套内圆磨杆供选择使用。机床采用具有各运动部件的电器，液压联锁结构，能确保操作安全。砂轮架，内圆磨俱都装有可靠的安全护罩。 2.2 原机床改造的主要任务 由于机床为五、六十年代产品， 已在生产中使用了三十余年，主轴前、后封由盘等零件均有一定程度的磨损，易产生振动，严重影响机床性能。产生磨削 粗糙度 达不到产品技术要求，且磨损平面有较大、明显的振纹。因而对机床主轴系统进行改造是很有价值的。 本次设计主要任务是： 利用动静压轴承在保证转速和一些重要结构的基础上改装 M1432B磨床的主轴系统，另外，在对动静压轴承的有关尺寸进行设计计算。 磨床改装后的特点是： 1、采用有腔动静压轴承，在零速时与固定节流静压轴承相似，旋转时类似于静压轴承与动压轴承共同作用。 2、保留了原机床砂轮架壳体，前后轴承装载一 个套筒内，便于整体拆装，为修理提供方便。 3、本次设计采用圆台内部节流的形式。 2.3 主轴系统改造的结构分析及确定 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 图 2.1 动压轴承运行时的状态 原机床主轴采用动压轴承支撑。 如图 2.1， O1 是 圆 的中心， O2 是轴承内孔 的 中心，当 O1O2 重合时，轴和轴承间有一间隙 h0，称为设计间隙。轴承运行时，轴以角速度 旋转，在载荷 W 的作用下，轴心 O1 和轴心 O2 相互偏离，我们称 =O1O2 为偏心距。O1O2 与载荷 W 的夹角 a 称为偏位角。润滑油从供油系统中进入油 腔内。由于润滑油具有粘性，润滑油将随轴旋转进入间隙内，顺着旋转方向，间隙越来越小，润滑油被挤压，而产生压力，直道间隙最小处，润滑油被挤得越来越厉害，油膜压力因而越来越大。这些油膜压力的总和就形成轴承的承载力与外载荷 W 平衡。经过间隙最小 h min 处后，间隙越来越大，润滑油不再被挤压，油膜压力因而消失。这些油膜压力作用在轴上的总和形成轴承的承载能力以平衡外载荷。从上面动压轴承的运行机理中，可以看出动压轴承的一些特点： 具有一定的初始间隙 h0； 所用的润滑油有一定的黏度； 轴表面和轴承表面有一定的相 对速度； 工作时，有一个偏心距。 这四个基本特征中，少了任何一项都不能形成动压效应，因而也就不成为动压轴承。动压轴承存在着低速是不能够产生完整的流体膜而处于边界润滑的状态，形成轴与轴承间的干摩擦，降低机器的加工精度 7。 针对上面动压轴承的缺点，改进的方法有：使用 静压轴承支承； 动静压轴承支承。 2.4 动静压轴承 我们知道动压和静压轴承分别依靠轴转动和外供压力油在轴承间形成一层压力油膜，从而处于液体摩擦下工作的。动压轴承结构简单 ， 但油膜的形成和保持无一定的条件，故使用范围受一定的限制 。 静压轴承虽 然使用广泛，但油膜的动力效应没有利用，这一点在使用场合有为明显 8。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 图 2.2 轴承油腔示意图 动静压轴承兼有动压和静压轴承优点。如图 2.2 所示，它既有动压腔，又有静压腔 ， 当 静止或旋转速低 于 临界值时，静压供油系统向静压腔送入高压油，将轴托起并承受载荷，使轴承处于完全液体摩擦状态，这样避免了在启动，停车和低速运行时的干摩擦或半干摩擦状态，减少了其动力矩和轴承的磨损，当轴在高速下运转时，由动压油系统向动压腔送入低压油，使轴承在 动压 效应下工作 9。若 动压 效应仍不能形成足够的承载能力， 则 可同时向 动压 和静压 腔供油，使轴承同时具备动压效应和静压效应两种作用，提高轴承承载能力。 有上述动静压轴承的工作原理可看到，动静压轴承结构上具有如下的特点： 1、与动压轴承相比 ， 具有静压腔。 2、与静压轴承相比，具有足够大的动压滑动面，静压腔个数较少，尺寸较小。 3、可同时具有两套供油系统，且静压系统压力较高。 4、静压腔的个数和配置比较灵活，对不同的场合有更大的适应性。 从理论上讲，液体动静压轴承既兼有液体动压的特点也兼有液体静压的特点，又克服了两者的缺点，它 利用毛细血管节流器油腔产生一定的静压承载能力 ， 克服了动压轴承启动和制动时出现的情况，避免了轴承磨损，从而提高了主轴和轴承的使用寿命及精度保持性；轴承的油腔采用浅腔结构，主轴启动后通过动压油楔形成的动压承载能力和静压腔形成的静压承载能力；通过动力润滑挤压效应和多腔对置结构有极大地增加了主轴的刚度；高压油膜的均化作用和良好的抗震性能保证主轴具有很高的旋转精度和用转平稳性。 动静压轴承虽然具有良好的抗振性能，但长期的剧烈振动肯定会影响轴承的使用性能，这种受迫振动干扰力主要来自于上下不平衡旋转零件（砂轮、皮带轮等） 所产生的周期变化的惯性力和不均切削是的交变的切削 力 ，通过调整主轴动平衡装置和改进磨削精度和磨削表面质量、又不会影响轴承的使用寿命 10。 通过以上的动轴承和静压轴承的结构、功能等有缺点的比较，决定对 M1432B 主轴系统采用动静压轴承进行改进。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 2.5 主轴系统结构形式的选择、分析 2.5.1 主要结构设计要求 动静压主轴系统是由主轴、轴承、节流器、供油系统、密封元件、驱动装置、轴上附件及主轴箱体等组成，其结构设计的主要要求有： 系统具有足够的动静态刚度及承载能力； 主轴回转精度高； 制造、装配、调整工 艺简便，制造成本低； 稳定性好。包括系统工作可靠，密封可靠，零件变形小等； 功率消耗小； 噪声小。 在设计主轴系统时，首先根据被磨削零件的工艺要求，提出设计技术指标，进行方案讨论，选择适用的轴承类型，确定合理的机构形式和主要尺寸 11。对旧机床进行技术改造时，则应参照原机床主轴即壳体的结构状况。在满足使用要求的前提条件下，以少更换零件为宜。 1） 动静压轴承的支承问题： 综合考虑、分析加工、装配的难易程度，决定采用套筒式安装轴承（在主轴满足刚度条件下）。套筒的长度和外 径 ，由套筒的最小厚度和主轴的刚度来决定 。一般在满足主轴刚度条件下取套筒壁厚大于 20mm。 2） 主轴 动静压主轴轴承系统的主轴结构设计的内容和要求与动压轴承系统类同，即其内容包括确定主轴轴颈，跨度等各尺寸及尺寸精度，选自材料及热处理等 12。其要求为主轴结构尽量简单的，对称性好，材料均质，热变性小等。外圆磨床 M1432B 主轴承受径向载荷和一定的轴向载荷，动静压轴承可采用向心推力轴承（圆柱平面向心推力轴承、圆锥轴承、球面轴承）和向心轴承与止推轴承的混合使用型，其结构、制造、主轴的结构要求都较简单，适宜选用。根据轴承形式，即可确定轴的结构尺寸 .(见零件图：轴 ) 3） 轴承 机床动静压主轴轴承通常仅保留主轴绕其轴线的旋转的自由度，其余 5 个自由度均受轴承约束。向心轴承与推力轴承的混合使用形式可以满足上述要求。 2.5.2 供油系统 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 供油系统是动静压轴承系统的关键部件，油泵的压力或流量是轴承承载能力的来源，除要求有足够的流量及压力外，还要求供给轴承的润滑油清洁度高、温升抵、压力稳定、工作可靠等 13。基本要求有： 在工作温度范围内，能保证供给所需的压力及流量的润滑油，压力脉动不宜过大，通常为 3%左右； 能确保润滑油清洁； 有安全保护措施，以免某 些偶然因素造成断油而使轴承损坏； 有利于系统散热或控制温升； 占地面积不宜过大。 2.5.3 供油系统类型的选择与分析 a、动静压轴承的供油方式种类 1）恒压供油 2）恒流量供油 考虑实际情况和经济情况，采用恒压供油系统供油。供油系统简图如右图： 1、油箱； 2、吸油过滤器； 3、油泵； 4、单向阀； 5、粗滤油器； 6、精滤油器； 7、 Y60 型压力表； 8、 DP25-13 压力继电器； 9、溢流阀； 图 2.3 供 油系统 b、供油系统主要组件的选择： 1. 油箱及管道： 1） 油箱及整个液压回路必须密 封良好； 2） 液压回路须防止空气进入，并须消除储藏空气的地方； 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 3） 节流器后面的管通应有足够的刚度，不宜采用塑料、橡胶等刚度较差的油管； 4） 油管必须十分清洁，最好经酸流清除氧化皮等杂物； 5） 油箱内壁应涂以具有良好耐油性的涂料，并应便于换油和清洗； 油箱要有足够的容量。 2 油泵 动静压轴承供油系统的油泵要求转速平稳，噪声和压力波动小，效率高，寿命长。各种齿轮泵、叶片泵及螺杆泵均能满足使用要求 14。在供油系统具有良好的过滤措施时，以叶片泵最为理想。一般油泵的额定输出压力： Pa=(1.2 1.5)Ps， 一般油泵的额定输 出流量 Qp=1.5 2)Q。油泵额定输出压力与流量系数不宜取得太大。以减少不必要的功率消耗及温升。 3 滤油器 滤油器是供油系统中的重要元件，它直接影响轴承的正常工作，引起节流器阻塞，主轴及轴承的磨损甚至损坏等，因此对动静压轴承供油系统中的滤油器有更高的要求，一般经过过滤器后，润滑油中杂质的颗粒尺寸小于轴承最小油膜厚度的一半。 c、供油系统的过滤器的选择： 1） 进油滤油器 一般采用精度 0.1 0.2 的网式滤油器。以防止油泵的堵塞。 2) 粗滤油器： 通常采用线隙式滤油器。以防止精滤油器堵塞但又不引起过大的压 力损失，其过滤精度为 0.02 左右 3）精滤油器 用来保证轴承及节流器的正常工作，一般采用纸质滤油器，其过滤精度为 0.0050.01mm，也可采用线隙式滤油器，但在其外层包 1 2 层绸布，也有良好的过滤作用。 d、压力继电器及压力表 压力继电器应使油泵建立一定压力后才允许启动主轴，在运转过程中油泵压力下降到一定程度时自行停车，以保护轴承不致损坏。压力继电器通常设置在节流器前的管道上，如有特殊需要亦可在每个油腔装置一个压力继电器，但必须严格防止漏油，消除贮藏空气的地方容积应尽量小。 压力表用以指示供油压力或油 腔压力，与压力继电器相同，压力表装置在节流器前的管道上，应尽量少装指示油腔压力的压力表的。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 e、润滑油 静压轴承系统使用的润滑油，除应具有良好的抗氧化性、抗气泡性外，特别要求润滑油清洁、无杂质 15。基本上现有各类牌号的高速机油、主轴油和防锈机械油均能满足使用要求。 f、密封 动静压主轴轴承系统要求有良好的密封措施，以防外界异物入侵及内部润滑油泄出，密封元件的选择原则与强迫润滑动压轴承类同，一般情况下使用接触式密封元件16。常用骨架式密封圈。对于卧轴结构，当油面低于主轴的情况，可用各种非接触密封形式， 常用味螺旋槽密封，其中以两段旋向相反的螺旋槽分别起到防尘及防渗的形式最广。 根据以上原则，采用螺旋槽密封的端盖。端盖与套筒接触外无移动要求，可使用密封圈进行密封。 g、驱动装置 驱动装置采用原外圆磨床 M1432B 的原有装置，为了使主轴系统能与驱动装置相配合，主轴上部分均采用原有结构，这样便于保证装配要求。 主轴箱体及主轴附件的设计 主轴采用套筒式是为了便于装配和互换。采用套筒式比直接把主轴及轴承安装在机床上时经济得多 17。 h、主轴附件设计包括 调节垫圈、前后端盖等元件的设计。对于这些元件的设计，应尽量 使其对成、均质、并经严格的动平衡实验。 3 动静压轴承的有关参数选择及计算 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 已知条件： 主轴转速： n 1450r/min 泵供油压力： Ps=20kgn 说明：本次设计采用圆台内部节流的形式，这种节流具制造简单，反应灵敏，不易堵塞等优点。另外，即使同一种节流形式，轴承结构不一样时，其性能差别较大。本次设计搞了两套方案，涉及三种轴承的结构形式（见图纸），一种是轴向单腔单节流器，一种是轴向双腔双节流器，另一种是轴向双腔双节流器。不同的结构形式，具有不同的优缺点，显然单腔单节流器结构简单，制造容易 。单腔双节流器具有不易堵塞，可靠度很高的优点，同时结构更复杂了一些，第三种结构具有第二种结构的优点，同时还可以抗轴向倾覆力矩减小扰度，提高主轴精度。其它静态特性等须计算完毕后，再给予分析和说明，由于篇幅有限，下面仅对第二种结构为例说明计算过程。 3.1 前轴承结构 图 3.1 前轴承结构示意图 选择、计算有关前轴参数 16 1）轴承内径 D 根据主轴尺寸，即可确定轴承内径： D=70mm R=35mm 2）轴承长度： 根据经验，轴承长度 应满足条件： L/D=0.8 1.5 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 取 ： L 前 =80mm 长径比： L： D=80： 70=1.143 在 L/D=0.8 1.5 内，满足要求。 3）油膜厚度： 50D100，且轴转速较高 n=1450r/m 根据经验取： h0=（ 0.00025 0.0004） D 取： h0=0.02mm 4）节流比： 径向轴承采用缝隙节流，截流比一般取 0.3 0.6 取 =0.5 5）封油面的宽度 0.1aD =0.1 70 =7mm b a ，取 b=10mm 6）粘度： B =1.31 =0.5 封油面面积： AC 2 ( ) 2 ( )D b a b L an 7801027104702 =2089.3mm2 油腔面积： 11()44rcDA L An 3.2 0 8 9804 7041 =576.675mm2 摩擦面积： 14f r cA A A 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 =2665.975mm2 查机床手册选取： 动力粘度为 3.3510-8(cst)的四号主轴油 7）轴承选型： 轴向单腔双节流器，油腔的各尺寸清见零件图。 8）节流器的选型： 采用内部节流器 9）腔形： 选用矩形腔形 11）由结构设计得： 0=4=0.7854 12） r 周 向 流 量轴 向 流 量=0 13）计算油膜不均匀系数 0 00s i nA = r c o s 1 + r （ ） （ ） sin 40.7854 0.90 0.90 14）计算支承流量系数 2 (1 )6oRrB a 31.176017 8 5 4.0352 15）有效面积 0( ) s i neA D L a 1322.3622.36134s in78070 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 16）计算油膜刚度： 无量纲刚度： WJ 4223 11111113 AAAAJj 4223 1.011.085.01.1.011.085.015.05.011185.05.05.013 279.1 图 3.2 单腔内部节流无量纲刚度 图 3.2 为单腔内部节流在不同节流比下的无量纲油膜刚度与偏心率的关系曲线图。从图中可以看出，在节流比 0.3 时油膜刚度的无量纲随偏心率的增大而减小，减小的幅度也越来越小， 0.2 时刚度随节流比的减小而增大，当 0.3 的刚度都是随着节流比的增大而减小， =0.2 和 =0.3 的刚度则是由最小快速增大到最大。 油膜静刚度为： 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 0sePAFJJE h A= 27 9.185.020 13 22.3620 =54.368 kg17）计算承载能力 设计状态取： 1.0,85.0,2.0 A 无量纲承载能力： 311111 AF 31.011.085.012.02.0111 =0.3028 图 3.3 单腔内部节流无量纲承载力 由 图 3.3 可见在相同的节流比下，无量纲承载力都随偏心率的增大呈现逐渐增大的趋势；在偏心率相同时，节流比不同时，无量纲承载力随节流比的增大而升高，并且随着偏心率的增大，承载力随节流比增大的幅度越来越小，当偏心率接近 1 时，不同节流比下的无量纲承载力都趋于一点。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 承载能力有量纲 化： eS APFF 0.3028 1322.3620 kg816.218 单油腔的流量： 分升1468.04458.210216.3 31.1002.05.015 38330 scmBhpQ s四油腔的流量： 2.4458 4 =9.7832 scm/3 =0.5870 升 /分 18）功耗 泵功耗： 单腔： KWqpH sp 0 0 4 8.0612 1 4 6 8.0206121 四腔功 耗： KWHH pp 0 1 9 2.00 0 4 8.044 1 摩擦功耗： 单腔： 025108.9hvAH ff 式中： v 为速度， scmDnv 78 860 fA为摩擦面积，4rcf AAA 21 1 3.1522 cmbaLabcnDA c 2265.21 cmALcnDA cr 24 3 4.204 cmAAA rcf kwH f 021.0002.0 788434.201035.3108.9 285 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 四腔摩擦功耗： )(084.0021.044 kwHHfZ 功率比： 3 75.40 19 2.00 84.0 PZHH（合适） 前轴承的总功耗为： kwHHPZ 1 0 3 2.00 1 9 2.0084.0 3.2 后轴承结构 图 3.4 后轴承结构示意图 选择、计算有关后轴承的参数 : 1） 轴承内径 D： 根据主轴尺寸，确定轴承内径 mmR mmD 35702）轴承长度： 根据经验，轴承长度应满足条件： 5.18.0DL 取 mmLh 70则： 长径比： 17070 DL在 5.18.0DL 内，满足要求 3）油膜厚度： 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 5 0 1 0 0DQ 且轴转速较高 1 4 5 0 m innr 根据经验取： 0 0 . 0 0 0 2 5 0 . 0 0 0 4hD :取0 0.02h mm4）节流比： 因为径向轴承采用内部节流，节流比一般取 0.3-0.612 取 0.5 5）封油面的宽度 0.1aD =0.1 70 =7mm b a ，取 b=10mm 6）粘度： B =1.31 =0.5 封油面面积： AC 2 ( ) 2 ( )D b a b L an 7701027104702 =1889.3mm2 油腔面积： 11()44rcDA L An 3.1889704 7041 =489.3 2 摩擦面积： 14f r cA A A =2378.6 2 查机床 手册选取： 动力粘度为 3.3510-8(cst)的四号主轴油 7）轴承选型： 轴向单腔双节流器，油腔的各尺寸清见零件图。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 8）节流器的选型： 采用内部节流器 9）腔形： 选用矩形腔形 10）由结构设计得： 0=4=0.7854 11） r 周 向 流 量轴 向 流 量=0 12）计算油膜不均匀系数 0 00s i nA = r c o s 1 + r （ ） （ ） sin 40.7854 0.90 0.90 13）计算支承流量系数 2 (1 )6oRrB a 31.176017 8 5 4.0352 14）有效面积 0( ) s i neA D L a 1834.3134.31184s in77070 15）计算油膜刚度： 无量纲刚度： WJ 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 4223 11111113 AAAAJj 4223 1.011.085.01.1.011.085.015.05.011185.05.05.013 279.1 油膜静刚度为： 0sePAFJJE h A= 27 9.185.020 13 22.3620 =54.368 kg16）计算承载能力 设计状态取： 1.0,85.0,2.0 A 无量纲承载能力： 311111 AF 31.011.085.012.02.0111 =0.3028 承载能力有量纲化： eS APFF 0.3028 1322.3620 kg816.218 单油腔的流量： 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 分升1957.02610.31035.3 31.1002.05.02 38330 scmoBhpQ s四油腔的流量： 3.2610 4 =13.044 scm/3 =0.7826 升 /分 17）功耗 泵功耗： 单腔： KWqpH sp 0 0 6 4.0612 1 9 5 7.0206121 四腔功耗： KWHH pp 0 2 5 6.00 0 6 4.044 1 摩擦功耗： 单腔： 025108.9hvAH ff 式中： v 为速度， scmDnv 78 860 fA为摩擦面积，4rcf AAA 21 1 3.1522 cmbaLabcnDA c 2265.21 cmALcnDA cr 24 3 4.204 cmAAA rcf kwH f 021.0002.0 788434.201035.3108.9 285 四腔摩擦功耗： )(084.0021.044 kwHHfZ 功率比： 281.30256.0084.0 PZHH （合适） 后轴承的总功耗为： kwHH PZ 1 0 9 6.00 2 5 6.0084.0 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 3.3 选择、计算供油装置 根据供油压力和供油量选取（主轴系统的供油压力和流量） YB 型单极叶片泵YB-6主要参数是： 压力为 263 /kg cm 、转速 1450 /rad s 、驱动功 0.8kw 根据叶片泵的转速和功率选取电机： Y90S-4 型交流电机 主要参数是：满载时转速 1400r/min, 定功率 1.1KW，效率 78%， 热平衡计算： 摩擦功耗 +叶片泵功耗 =SSt S 为油箱面积，S为油箱的散热系数，一般为： Cmw 02/64.1713.15 取： 216S w m C o计算油箱的面积：（ C 为油面高度） 22S a b a c b c 0 . 6 5 0 . 4 5 5 2 0 . 6 5 0 . 7 2 2 0 . 4 5 5 0 . 7 2 20.887m 30 . 3 3 8 6 6 1 01 1 . 21 6 1 . 8 7 7tC o正常工作时油箱中有液温度为 30Co 油箱油温为 1 1 . 2 3 0 4 1 . 2tC o 对一般机床最高允许温度为 C7055 ，油及油箱的温升为 C 3530 依靠油箱本身即可散热，不必外加其它辅助降温设备。 4 无量纲承载力和 刚度的计算与分析 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 不同节流形式下无量纲承载力与无量纲刚度与节流比及偏心率之间的关系 基本思想： 作出节流比分别为 =0.2； =0.3； =0.4； =0.5； =0.6，油膜不均匀系数取 A=0.85，偏心率（相对位移） 分别取 0.10.9 时不同节流形式下的无量纲承载力 F 和无量纲油膜刚度 J 与偏心率 的曲线图 1. 单腔毛细管、小孔、柱销节流的无量纲承载力 F 和无量纲油膜刚度 J 公式如下 ： 毛细管： 31111 AF ； 232111113 AAAJ小孔： 62 114112 AF； 62262521141114111124AAAAJ柱销 ： 311111 AF ； 4223 11111113 AAAAJj1）单腔不同节流形式下无量纲承载力的图形 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 图 4.1 单腔毛细管节流无量纲承载力 图 4.2 单腔小孔节流无量纲承载力 图 4.3 单腔柱销节流无量纲承载力由图 4.1、图 4.2、图 4.3 可以看出：毛细管、小孔、柱销节流的无量纲承载力，有相 同的变化趋势。在相同的节流比下，无量纲承载力都随偏心率的增大呈现逐渐增大的趋势；在偏心率相同时，节流比不同时，无量纲承载力随节流比的增大而升高，并且随着偏心率的增大，承载力随节流比增大的幅度越来越小，当偏心率接近 1 时，不同节流比下的无量纲承载力都趋于一点 18。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 图 4.4 单腔不同节流形势下无量纲承载力 由图 4.4 可以看出：在相同的节流比及相同的油膜不均匀系数下，毛细管、小孔、柱销节流的无量纲承载力都随偏心率的增大呈现逐渐增大的趋势。且毛细管节流的无量纲承载力低于小孔节流和柱销节流的无量纲承载力。在 偏心率 0.6 时，柱销节流与小孔节流的无量纲承载力越来相近，最后趋于一点。 2） 单腔不同节流形式下的无量纲刚度的图形 图 4.5 单腔毛细管节流无量纲刚度 图 4.5 为单腔毛细管在不同节流比下的无量纲油膜刚度与偏心率的关系曲线图。从图中可以看出，整体趋势是，在相同的节流比下，无量纲刚度随着偏心率的增大先增大后减小，在某一偏心率值时能得到最大值；而当偏心率相同而节流比不同时，在偏心率 0.4 时，无量纲刚度随着节流比的增大而减小，但是在偏心率 0.3 时油膜刚度的无量纲随偏心率的增大而减小，减小的幅度也越来越小， 0.2时刚度随节流比的减小而增大，当 0.3的刚度都是随着节流比的增大而减小， =0.2 和 =0.3 的刚度则是由最小快速增大到最大。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 图 4.8 不同节流形式下的无量纲刚度 图 4.8 为单 腔不同节流形式下 =0.5， A=0.85 时，无量纲刚度的比较。从图中可以看出，柱销节流和小孔节流的无量纲刚度随着偏心率的增大而快速地减小，而毛细管节流减小的速度要相对较小一些。但是柱销节流和小孔节流在偏心率很小时能够得到比毛细管节流大得多的无量纲刚度，而当 0.5 时，毛细管节流要优于柱销和小孔节流。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣 扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 结束语 本设计对 M1432B 外圆磨床主轴系统进行了优化改造设计，主要应用技术是利用动静压轴承代替原有的磨床部件以达到优化设计的目的，以此来提高磨床的加工精度、提高生产力。 动静 压轴承是在静压轴承的基础