高速切削机床电主轴结构设计（含三维SolidWorks及CAD图纸）
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高速切削机床电主轴结构设计（含三维SolidWorks及CAD图纸）,高速,切削,机床,主轴,结构设计,三维,SolidWorks,CAD,图纸
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高速切削机床电主轴结构设计姓 名 班 级 专 业 学 院 指导老师 2021年1月27日摘 要在本次的设计中，设计的主要内容是高速切削机床的电主轴结构设计，电主轴的设计主要包含了其工作原理的分析，主轴的轴结构形式的设计，轴承的选型及轴承的校核计算等，定子是电主轴的重要组成部分，通过冷却结构固定套安装在主轴箱上，整体结构通过以上的定时组成一个完整的电主轴单元体。整个的工作过程通过电来带动转子实现主轴的运行，这样的电主轴的结构形式多运用在复合机床上，还有一些多轴结构的机床，多面体机联动机床等。本次的设计通过查阅电主轴的相关文献，网上查阅资料等，来满足设计的要求达到本次课题的设计要求。满足电主轴的工作要求及达到设计的目的，提升自己的设计意识和对机械传动结构的认识。在本次的设计上，通过查阅相关资料，对电主轴的结构形式有一个深入的了解，确定电主轴的结构方案的合理性，对轴承结构的基本分配选择，在设计上充分利用相关的设计知识来达到本次课题的分析。将理论知识和经验相关的知识联系在一起，达到电主轴的结构设计没有出现工作原理的问题。关键词：电主轴、联动、电主轴、单元、平衡。AbstractIn this design, the main content of the design is the structure design of the motorized spindle of the high-speed cutting machine tool. The design of the motorized spindle mainly includes the analysis of its working principle, the design of the shaft structure of the spindle, the selection of the bearing and the check calculation of the bearing, etc. the stator is an important part of the motorized spindle, which is installed on the spindle box through the cooling structure fixed sleeve, and the overall structure is through the cooling structure A complete motorized spindle unit body is formed by the timing on the spindle. In the whole working process, the rotor is driven by electricity to realize the operation of the spindle. This kind of motorized spindle structure is mostly used in compound machine tools, as well as some multi axis machine tools, polyhedral machine linkage machine tools, etc.The design of the motorized spindle through access to relevant literature, online access to information, to meet the design requirements, to achieve the design requirements of this topic. Meet the working requirements of motorized spindle and achieve the design purpose, improve their design awareness and understanding of mechanical transmission structure. In this design, through consulting the relevant information, we have a deep understanding of the structural form of the motorized spindle, determine the rationality of the structural scheme of the motorized spindle, and make full use of the relevant design knowledge in the design to achieve the analysis of this topic. The theoretical knowledge and experience related knowledge are linked together to achieve the structure design of motorized spindle without the problem of working principle.Key words: motorized spindle, linkage, motorized spindle, unit, balance.4 目 录第一章 绪论31.1课题研究的意义和目的31.2电主轴国内外的发展现状和趋势31.3设计要求4第二章 电主轴的结构方案分析52.1 电主轴的工作原理分析52.2电主轴的主要设计参数分析61.2.1电主轴主要设计参数61.2.2电主轴设计优点62.3电主轴的设计注意事项72.3.1轴承的安装72.3.2电主轴的结构装配顺序71.3.3几个部位的修配8第三章 电主轴零部件的结构设计93.1电主轴轴的设计93.1.1电主轴轴材料的选择93.1.2轴的结构设计92.1.3轴的校核103.1.3主轴内径的计算113.1.4 主轴跨距的确定123.1.5 轴的刚度计算123.2电主轴轴端的设计133.3电主轴联结装置的设计143.4主轴刚度的计算15第四章 电主轴轴承选型及设计计算184.1 电主轴轴承的选择184.1.1类型的选择184.1.2 轴承的工况分析194.1.3轴承的校核204.2 电主轴轴承的校核计算224.2.1滚动轴承寿命计算224.2.2电主轴轴承静载荷及极限转速23第五章 电主轴工作系统的设计245.1电主轴润滑技术245.2热源分析及冷却245.3电主轴轴的动平衡分析245.3.1动平衡机原理245.3.2平衡机的使用255.4电主轴的运动控制25总 结27参考文献28第一章 绪论1.1课题研究的意义和目的 电主轴的结构设计，是一个结合多学科知识的应用，电主轴的结构包含了机械传动结构的设计，电子学知识的应用以及自动化控制等结构的设计内容。也属于高速传动轴承的运用技术，是高精度加工零件的结合体，现有的国内的技术上，对电主轴的精度要求和所能达到的精度比国外的技术还有一定的差距，所有在国内，电主轴的发展还有很大的空间，在最近几年的发展中，发电主轴的发展运用在机床上的实例很多，与高新技术的机床行业的发展是脱不开的，电主轴的使用和高速刀具的使用，直线电机的技术都是相互连接的。这些高精度的元件在组合使用上将会是我国的高精度技术有一个高度的提升。在电主轴的一整套的设计上，主要包含了主轴本身的结构，还包含了其他的一些主要的附件，例如高频装置的结构，润滑系统的结构，冷却装置的结构还有内置编码器等结构。主传动部件是直接将空心的电子转子转化为主轴上的动力，形成一个传动的整体单元结构。1.2电主轴国内外的发展现状和趋势在我国的发展中，击穿行业的发展在近几年来说也是不可小视的。自2005年以来，我国在机床上的发展越来越有突破，机床的产值在最高的时候达到了50多亿美元的发展。在世界上也是属于前几个发展最大的国家。在机床的发展中，数控机床的发展是较大的，每年的产量在60000台以上，而数控机床的在每年的产量里面占有很大的比重，数控机床在结构上使用的电主轴，所以机床的发展对电主轴的发展起刀了很大的作用，同样电主轴的发展也是机床精度和发展的重要保障。在长期发展的状况下，和其他发达国家相比，还存在很多的不足，主要是电主轴为代表的主要部件，无论从结构内容和技术方案上的更新，电主轴的可靠性和精度化程度的发展还不够先进，如果得不到更好的发展，电主轴的发展成为我国数控机床的主要发展阻力。在国外的发展中，由于一些很多的设备上都需要用到电主轴，所有在高速加工的设备上，他们都会讲电主轴运用在里面，来增加机械设备的精度等级。这样的使用方法不仅可以大幅度的提高加工机械设备的精度，还可以在短时间内题号机床设备的加工效率没实现时间和质量都提高的特点，给制造业大带了很大的优势。将电主轴运用在航空航天汽车制造，工业机械手设计等上，将电主轴的优势发挥的很广泛，逐步成为新新行业的新宠。国外的机床发展中，主要运用的就是电主轴，使得电主轴在国外机床行业里面是机床的心脏零件，电主轴逇精度以直接影响着机床的质量水平。1.3设计要求本次电主轴结构的设计，根据壳体的设计要求，使用原始的数据进行电主轴逇初步构思和计算，通过查找电主轴的相关文献和设计资料，最终确定电主轴的设计结构方式，进行零部件的结构设计，了解电主轴的结构组成，分析电主轴的工作原理，在设计上实现电主轴的转速要去在1000020000r/min以上，通过主要的参数计算来逐步分析和计算电主轴的铣削力大小，电主轴的工作当量的直径大小，再进行电主轴轴承的选型和计算轴承的预紧力，分析主要轴承的刚度等。根据设计的电主轴工作原理分析，学习设计的轴承使用和安装技术，学习电主轴的关键性使用和设计的技术内容，进行润滑系统的分析，冷却结构的设计，最后进行动平衡和运动形式的分析计算，由于电主轴的精度要求高，所以在设计上还需要对电主轴的安装进行分析。符合电主轴的机械结构安装达到设计要求，符合机械传动的基本要求。本次的电主轴的设计，主要对机械结构的设计，只要达到设计的精度要求，将会在市场上有一定的竞争力，满足机床行业的发展。第二章 电主轴的结构方案分析2.1 电主轴的工作原理分析数控机床高速运转电主轴，其工作原理是根据电机的绕组运动，实现相位的互差120运转，在通电工作下的三相交流工作后，通过的三相绕组将会在各自的动力作用下形成一个工作正弦的交变性磁场，在三个磁场的作用下，实现相互之间的叠加，共同形成一个强度不会改变，但是磁极朝向一定的旋转电场，在旋转电场里面有一样的磁场，磁场的选择就是电主轴的转速，也就是电主轴的工作原理。电主轴的结构技术支持主要有一下几点：（1） 轴承技术。轴承采用的是高速轴承，所以对轴承的要求是很高的，一般使用复合陶瓷轴承，内外圈在实际上不进行相互基础，理论上实现了寿命的无限使用的特点。（2） 电机技术。高速电机，是一个提高电主轴的动力因素，由于电主轴是高速运转的设备，所以电主轴的电机也是最关键的技术之一，在电主轴的电机选择上，基本都要选择高速电机，高速电机在运转上可以提高电主轴的动平衡的作用。（3） 电主轴的润滑。润滑系统的布置，在电主轴里面是很关键的技术指标，因为在高速运转下，润滑不好将会造成很大的精度问题，甚至损坏电主轴的零部件，所以电主轴的润滑是很关键的，一般采用的润滑油定时定量的油气润滑剂，还有才有润滑脂的，在每隔一个相同的时间下进行润滑，实现定时润滑的特点，定量润滑也是需要控制的，精确的进行润滑量的确定，过多或过少都会会润滑造成影响。（4） 电主轴的冷却装置设计。电主轴在高速运动下，容易造成电主轴的发热要种，所有需要在发热后进行尽快散热，冷却装置的设计，主要的作用就是保持冷却剂的工作稳定。（5） 电主轴的内置脉冲编码器。编码器主要是为了在工作中实现自动换刀的要求，所以在电主轴的内置中，都要安装一个脉冲的编码器实现自动换刀的功能，达到准确的控制电主轴进给的特点。 2.2电主轴的主要设计参数分析 1.2.1电主轴主要设计参数在电主轴的结构设计中，需要分享和计算相关的设计参数，才能实现电主轴的正常工作和设计的要求。电主轴的设计参数有一下内容：(1) 电主轴的工作情况下的最高转速，以及在恒定工作功率下的转速范围。(2) 电主轴在工作下的额定工作功率，以及在工作中的最大工作扭矩。(3) 电主轴的主轴部分的前轴颈直径设计参数，以及前后选型的轴承的工作跨距大小。 1.2.2电主轴设计优点 一般情况下，电主轴运用的机床，都是高速数控机床和高速精密机床，这类的机床的最大结构特点就是能实现零传动，从主传动系统来分析，这样的结构取消了从主电机到主轴传动之间的机械传动环节，没有了皮带、齿轮等传动结构的形式，在设计优势上，实现了结构的简单化，传动惯量较小的特点，能够实现极高的运转速度要求。在电流的选择上，采用的变频调速控制的电气技术，使得设计的输出功率大，能够调速的范围比较广的特点，更好的实现机床的粗精加工的高速化特点。 图1-1 扭矩功率特性 采用这样的电主轴，可以更好的达到工作环境下的刚性好，实现的回转病毒高的特点，在快速进给下能够达到更高的转速，使得输出的功率较大，控制精确。2.3电主轴的设计注意事项2.3.1轴承的安装1.安装事项 电主轴的轴承安装，是很关键的技术指标，轴承属于精密的机械传动部件，在电主轴的轴承安装上，要对轴承进行很好的保存，防止开封以后灰尘及生锈等情况影戏安装精度要求。(1)轴承的压入配合 电主轴的轴承在安装上，内圈和之间的配合是紧配合的，轴承额的外圈与电主轴的轴承座安装的孔是间隙配合的，在安装上可以使用压力机等设备进行轴承的直接压入到轴是上。(2)轴承的加热配合 电主轴的轴承安装采用加热配合的方式，是通过对轴承的加热，再进行轴承座的加热，在加热的情况下进行配合装配，装配后冷却的方法。2.轴承的使用和保管 (1)电主轴的轴承在使用上。需要保持工作环境的干净整洁，不要有灰尘和脏污等附着在轴承上，防止碰撞造成轴承的划痕和损伤，定期需要对电主轴的轴承进行性能的检查，再进行修为和保养等，增加电主轴的精度要求。(2)电主轴的轴承在开封以后不得直接放在地上和干净的地方，防止受到湿气的影响造成损坏，最好在使用的时候再进行开封。2.3.2电主轴的结构装配顺序 1. 电主轴的配隔垫 2. 电主轴的清洗壳体以及油路 3. 电主轴的试水套及清孔到干净 4. 装入电主轴的定子 5. 进行电主轴的动平衡检测 6. 在进行轴的安装 7. 拉轴，电主轴的调试，打钢印 8. 电主轴的接打件，焊插座 9. 包装好装配好的电主轴从以上的安装流程来看，电主轴的安装是很讲究的，这样的安装过程需要保证精度，安装的精度直接会影响到电主轴的精度等级。高速轴的动平衡会影戏旋转精度。1.3.3几个部位的修配在电主轴的轴承安装中，一般会存在修配的尺寸，在零件尺寸的修配过程中，保证尺寸链中的设计标注的封闭环尺寸。 第三章 电主轴零部件的结构设计3.1电主轴轴的设计3.1.1电主轴轴材料的选择在本次设计中，电主轴的主轴材料选择使用42CrMo材料，42CrMo从材料的微观组织上分析其性能来说：(1)材料所含的合金元素为Cr和Mo，两种元素的强化效果不是很大，碳化物的软垫和稳定性比较高。当两种元素被用在钢中是，由于分布的均匀性，可以提高材料的强度和硬度，不会降低韧性，所以度提高材料的使用性能来说更有好处。(2)选择使用的元素Cr、Mo对铁金相的影响在碳化物的钢铁汇总加入合金材料元素，可以将把铁的相图进行改变，缩小奥氏体的元素含量，使得钢的强度更高。(3)元素Cr、Mo对钢相变过程的影响在大多数的金属钢里面，基本的性能都是经过对其添加元素改变达到使用要求的，合金元素的成物越大，那么他的碳化物的稳定性也更高。3.1.2轴的结构设计电主轴的轴的结构设计中，是电主轴的重要组成部分，轴的刚度要求和强度要求需要达到设计的要求，满足电主轴的使用要求。根据轴上的安装部件的要求，以及轴的加工要求，装配结构形式的要求等，合理的分析轴的结构形式，给定轴的设计尺寸和设计结构形式。电主轴的轴主要由轴端的轴颈和轴头组成，轴身的结构形式等组成。对轴的结构设计，主要从以下几个方面进行考虑，首先要考虑的是电主轴的轴的定位，轴的定位一般采用阶梯轴的形式来实现，零件在轴上的定位可以用台阶来限制，在通过零件在轴上的受力大小和受力的方向来进行轴段的设计，还需要考虑其在装配和拆装上的便捷性，以及使用的安全性等要求。然后再考虑轴的轴向的定位方式，轴向定位主要考虑的是轴在工作中传递的转矩的大小和性能等作用。零件的中心精度的大小，在加工上的难易程度等，在轴的轴向定位上，一般采用键，花键，销等螺母等连接。2.1.3轴的校核电主轴的轴，在实际的使用工作中，会比其他轴所承受的载荷要大得多，承受的载荷种类也多很多，在设计上，要确定轴的刚度能够承受各种力的作用，保证工作能力的要求，再对轴进行刚度的计算，刚度的校核和转速计算等。1.轴结构强度的计算根据轴的扭矩能力，计算中的强度，在进行轴的结构设计的时间，通长可以根据轴的初步估计来进行轴直径的确定。电主轴轴的扭矩强度计算为： (3-1)上式计算中： 轴的扭转工作切应力，MPa；T轴工作中所受的工作扭矩，Nmm； 轴时间在工作的扭转截面设计系数，；n轴的工作转速，r/min；P轴工作中能够传递的工作功率,kW；d计算轴的截面工作处轴的时间直径，mm；轴的许用工作扭转切应力，MPa，见下表；设计轴的材料选用Q235-A或20Q275、35（1Cr18Ni9Ti)4540Cr、35SiMn38SiMnMo、3Cr13(MPa)15-2520-3525-4535-55A0149-126135-112126-103112-97表2-1轴常用几种材料的T及A0值由上表可知，本次设计的电主轴轴的工作过程中计算直径为： （3-2）上式中计算中：，由参考文献查表。对于电主轴的空心轴结构设设计，则： （3-3） 上式计算中d1/d，即空心轴的内径d1与外径d之比，通常取0.5-0.6。应当指出，当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。对于直径d100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大3%；有两个键槽时，应增大7%。对于直径d100mm的轴，有一个键槽时，轴径应增大5%-7%；有两个键槽时，应增大10%-15%。然后将轴径圆整为标准直径。应当注意，这样求出的直径，只能作为承受扭转作用的轴段的最小直径。在设设计中根据轴的轻弯矩和扭矩图，可以计算出弯矩的计算公式： (2-4)式中是考虑扭转和弯矩的加载情况及产生应力的循环特征差异的系数。即当扭转切应力为静应力时取0.3；扭转切应力为脉动循环变应力时，取0.6；若扭转切应力亦为对称循环变应力时，则取1。 2.强度的校核已知轴的计算弯矩后，即可针对某些危险截面（即计算弯矩大而直径可能不足的截面）作强度校核计算。按第三强度理论，计算弯曲应力： (2-5)式中： W轴的抗弯截面系数m，各种截面计算公式见表。 -1轴的许用弯曲应力，其值按表选用。3.1.3主轴内径的计算 主轴本身刚度K正比于抗弯断面惯性矩I由式子可知取孔径的直径极限为：此时若孔径再大，刚度急剧下降：根据推荐值： 取 ： d1=55 mm3.1.4 主轴跨距的确定前端角接触球轴承的刚度（主要为轴向刚度）：其中：内径为110mm,查参考（2）表4.3-5 查轴承样本额定动载荷取 计算得主轴跨距为300mm3.1.5 轴的刚度计算如果主轴前后轴承由数段组成，则当量直径： （mm） （参考文献2）式中 、分别为各段的直径和长度（）； 总长，如果前后轴承的直径相差不大，也可把前后轴承直径的平均值近似地作为当量直径d。则挠度： （参考文献2） 式中 F外载荷（N）； a前悬伸，等于载荷作用点至前支承点间的距离（mm）； l跨距，等于前后支承的距离（mm）； E弹性模量，钢的； I截面惯性距, ；主轴的外径和孔径（mm）。又因为，孔的影响可以忽略由此可得主轴刚度满足要求。3.2电主轴轴端的设计随着机床行业的发展和电主轴在机床行业上的发展过程，实现了一些大功率的机床设备的不断更新发展，使得现在的机床结构在设计上的刚性和设计要求越来越好，电主轴的轴端和刀柄是相互连接的，在集合现在国内的电主轴结构上的设计标准为7/24的锥度进行配合。进给设计的电主轴轴端和分析形式，可知刀尖的变形领一般在25%50%来自原刀柄的锥度连接结构，在工作中，变形源于主轴和轴承的量大概在40%左右。在机床上的高速运转中，需要确保高速轴的刀具在连接状态下不能发生变形等情况影戏精度要求。但是在实际的加工中，由于离心的作用，高速轴前段会使主轴发生膨胀，通过网上查阅资料，大致的膨胀为下图3-1所示。 图3-1 轴端锥孔在设计中可知，高速主轴的组成对整个电主轴的动平衡要求是很高的，所有在刀具的安装和实现各部件的夹紧上，都需要进行动平衡来完成精度的检测，在结合面上的公差会引起径向的调动等情况，所以在结构上，键是用来实现各转矩和转角的作用。 高速主轴的结构如下图3-2所示。 图3-2轴向定位3.3电主轴联结装置的设计在整个的高切削机床的设计上，实现高速主轴的设计单元是实现整个高速切削的关键内容。在机床上，采购高速电主轴，更好的取消了一些传动上的不同环节，在设计中，需要考虑电主轴是一个精密部件，在更换配件和轴承的时候，安装和拆卸要方便。还有在设计上，需要考虑在预紧力的作用下，轴承是需要承受轴向力的作用的，所以在高速运转下，轴承的定位变得尤为重要，电机的转子安装在主轴的结构上，和结合面一起传递电机的转矩。在主轴高速运转下，电机的转子和机床设备的动平衡是很高的，所以在高要求的作用下，需要考虑转子和机床的结构设计上，主轴的链接不合适采用键来定位。3.4主轴刚度的计算最佳跨距的确定： 取弹性模量E=N/， D=（90+65）/2=77.5mm； 主轴截面惯距： 截面面积；A=3459.9 主轴最大输出转矩： 故总切削力为：估算时，暂取即取270mm前后支承支反力 取=1033000N/mm 则 则=225mm当量切削力的计算：P=（a=B）/a3639对于车床 B=0.4=160mm则水平面内：垂直面内：主轴端部的挠度计算：， 传动力的作用下，主轴端位移的计算公式见下式：式中：“”号表示位移方向上与力反向，b表示齿轮与前支承的距离，c表示齿轮与后支承的距离，将各值带入，得 水平面内：垂直面内：则主轴最大端位移为：已知主轴最大端位移许用值为0.0002L0.09mm则，符合要求。 主轴倾角的验算：在切削力p的作用下主轴前轴承处的倾角为：水平面：垂直面内：传动力Q作用下主轴倾角为：水平面内：rad垂直面内：rad则主轴前轴承处的角为垂直面内：rad 故符合要求。第四章 电主轴轴承选型及设计计算机床行业上，采购高速加工的方式被广泛的运用，也不断的收到了人们的关注，在机场生产上的效率和加工的质量，一并可以对生产成本达到可靠性要求。达到设计的目的。4.1 电主轴轴承的选择高速切削机床，在电主轴的设计上，一般都采用滚动轴承，在机床行业里面，被广泛的运用，是机械上的一种常用的轴承。滚动轴承的主要特点是使用寿命臂其他的轴承要长，轴承用来支撑轴和轴上的零配件，并与基座等零件相连，实现旋转和摆动运动状态，目的是使传动副之间的相互摩擦力减少，达到较高的传动效率的作用。轴承是国家标准制定的，只需要根据使用的条件来进行轴承的选择和使用就行，就可以在机械传动结构中更好的使用轴承发的作用。4.1.1类型的选择1.在高速机床的设计上，一般选择轴承的流程是国定的，通过网上查阅相关电主轴的设计文献，可以知滚动轴承的选择过程一般如下图所示；图3-1 滚动轴承的选择用流程表2.机床使用的滚动轴承在选择上的要求:（1）考虑滚动轴承在实际使用上的承受工作载荷的能力传动方向：在滚动轴承受到径向力的作用时，才有向心滚动轴承；在工作上受到轴向力的作用时，一般选择使用推力滚子轴承；在工作中同时存在径向力的作用和轴向力的作用时，可以选择使用向心推力滚子轴承；传动受力的大小：在工作中，受到工作载荷较大时，一般使用滚子轴承，或在实际的尺寸系列上选用较大的轴承；在工作上受到的载荷较小时，一般选用球轴承，或在工作的时间尺寸上较小的传动轴承。（2）考虑工作压力对轴承工作时间尺寸的要求在设计中，当传动结构对选择的轴承要求径向运用尺寸的限制，那么可以选择使用滚针轴承； （3）机床上的轴承选择，需要轴承的时间能达到的工作转速机床属于高速运转的高精度设备，一般情况来讲，选择的球轴承在使用上比一般的滚子轴承传动的能力更好，更适合高速运转。 4.1.2 轴承的工况分析高速切削机床电主轴的滚动轴承的设计中，需要考虑在工作时侯的工况情况，在实际的工作上，并非所有的传动结构中的滚动都会同时收到工作力的受载。在设计上，滚动在同时守在的情况下，是和轴承的受力中的轴向力的大小有直接联系的，在实际运用上，能够达到半圈受力是最好效果。计算向心推力在实际工作中，轴承径向力的作用下，Fr下受力后会产生的轴向力Fd： （3-1）以最佳效果计算为主，当有半圈的传动滚动在工作中受载时，轴向力的实际大小如下计算为：表3-1轴承在工作中受载的计算圆锥滚子轴承角接触球轴承70000C（）70000AC（）70000B（）注：由参考文献查阅可知，表中的Y 和表中的e是由工作载荷的工作系数查取的，Y是工作中对应实际表中的FaFre的Y值大小。Fd:轴承内部的派生出来的轴向力大小；Fae:轴承外部的受力下的施加于实际轴系的轴向力大小；Fa:实际工作受力时，轴承的受到轴向力的作用，会造成向心推力轴承的振动等，所以Fa应取决于轴承实际的Fd与轴承Fae工作中受力较大的，即：Fa轴承=轴承maxFae轴承,Fd也就是：Fa=轴承maxFae,Fd4.1.3轴承的校核齿轮受切向力径向力：；切削力F=1310N，径向切削力轴向切削力，转速n=4000r/min d=90mm 垂直面内的受力分析：水平面内的受力分析：故合力：求两轴承的轴向力:对70000AC型轴承两次计算的差值不大，因此，确定，当量动载荷： 对两轴承取X=1，Y=0； X=1，Y=0；由载荷性质，轻载有冲击故取当量载荷：。因为所以可知其寿命轴承也符合刚度要求。4.2 电主轴轴承的校核计算4.2.1滚动轴承寿命计算由于设计的是高速切削机床，所以在运转上是最容易出现问题的，在使用滚动轴承的时候，实际的运转时，更容易出现各种各样的轴承失效的情况，使得疲劳点点蚀造成滚动轴承的基本失效情况，也可以作用轴承在使用上的对寿命的一个考核的指标。在轴承发生点蚀后破坏后，工作中的运转时，整个的传动系统的出现比较强的不正常振动、发出很大的噪声和整体结构会出现发热的现象。电主轴的滚动轴承，使用的寿命是指高速机床的轴承在接触点上出现点蚀之前，工作中的轴承的时间的转数和轴承的相应的传动式小时数时，轴承的承载能力和轴承的寿命就会有一定的影响。 图4-2滚动轴承的寿命曲线和一般的传动结构的性质一样，轴承的疲劳寿命也是一样的，在滚动轴承时间工作中的疲劳寿命达到的离散性也是相对比较大的，在工程上，一般定义为具有90的工作寿命和基本的使用寿命就为可靠的轴承寿命。 4.2.2电主轴轴承静载荷及极限转速1 轴承的静载荷大小的计算轴承在静载荷的作用下，一般是指轴承在工作中，套圈的相对转速会作用在轴承的载荷上，需对轴承进行静载荷的时间大小的计算。C0C0r=S0P0 (4-2)上式计算中：C0-指基本的工作额定的静载荷，N；指C0r-在计算基本的额定工作上的静载荷，N；指P0-在实际工作上的时间静载荷，N；指S0-轴承在工作中的安全工作系数。2.轴承的极限工作转速机床电主轴的传动中，实现滚动轴承的高速转速，会产生摩擦面的相互之间的温度升高，影响润滑剂在实际工作中的作用，导致轴承机配件的热处理在不断的发生回火等，所有在实际的工作中，选择的许用工作转速值的计算设计，可按文献公式计算 ：N0=f1f2N0上式计算中： N-实际工作的许用转速，r/min；N0-轴承在工作中的极限运转的转速，r/min；f1-轴承的载荷工作系数（图4-3）；f2-轴承的载荷在工作中分布的系数（图4-3）。 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 图4-3 轴承的载荷工作系数关系第五章 电主轴工作系统的设计5.1电主轴润滑技术在高速电主轴的使用过程中，主要的润滑是主轴轴承的润滑，基本的电主轴的润滑油润滑脂的润滑和油雾润滑。采用润滑脂润滑对于电主轴的结构上来说是比较简单的一种润滑方式，使用的时候比较方便，没有什么污染等情况。当主轴温度升高时，会降低使用寿命。在实际的工作中，高速机床的电主轴上，润滑油量的过多或过少都会造成不利的影响，不利于主轴的转速和实际的使用寿命。现在市场上的很多的润滑剂，质量是比较好的，可靠性比较高，实际证明，使用润滑剂已经成为国际上的一种常用而流行的方式。5.2热源分析及冷却高速切削机床，在电主轴的工作原理上，是将电能在工作中转化为传动的机械能的作用。在转化的同时，还有一部分是转化为热能的，所有在高速运转下，这些热能将无法正常的通过散热风扇排出，所有在长期工作下，这些热能是需要考虑的，在设计中，需要考虑热能对主轴轴承的影响，以免会再受热情况下发生精度的变化和电主轴的损坏，影响轴承的使用寿命。5.3电主轴轴的动平衡分析5.3.1动平衡机原理电主轴的动平衡测量的设备，叫工作平衡机，是一种实现旋转物体的不平衡和相对位置检测的设备。检测的原理是在采用转子在工作中会实现绕轴线进行旋转工作时，由于转子的相对于轴线工作质量的分布会出现不均匀的情况，出现离心的作用，会造成不平衡的问题，影戏轴承的振动，产生噪音和磨损的情况，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，所以在设计上，需要进行动平衡的检测才能使用在实际的运用中。5.3.2平衡机的使用一般的动平衡机的使用的方法，是需要专业的技术人员来进行检查的，常用的检查方法根据查阅资料可知，一般有去重法检测和增重发来检测，小型的电主轴在普通的机床上使用的一般使用去重法来检测，增重法是今年来使用在高速电主轴上的一种方法。才有电机的转子，在两端结构上设计一个平衡盘的结构，使得平衡盘的传动实现圆周方向上的均布，用螺纹孔进行转子的安装。得到主轴整体组件的动平衡时，在平衡盘上进行去重，使得螺纹孔内进行拧入相应的螺钉，以螺钉的实际的拧入的深度，以及轴向的相对的位置，来进行平衡主轴结构的组件的偏心量分析来衡量动平衡的大小，如图5-1所示。 图4-1平衡螺钉拧入示意图5.4电主轴的运动控制在设计的数控机床电主轴的使用中，一般电主轴的运动控制的形式有边皮调速的方式，目前有三种控制的方式：1、 才有普通的变频为实际运动标量的驱动和实现控制的方式。这种结构简单，一般运用于普通铣床和磨床等。2、 矢量控制的方式
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