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(全套dwg图纸)机床高速电主轴的结构设计(含毕业论文) (全套dwg图纸)机床高速电主轴的结构设计(含毕业论文)

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机床高速电主轴的结构设计摘要,单独生产,标准化程度低,价格较高,使用维护较为复杂,目前在超高速主轴单元中较少应用。磁悬浮轴承磁悬浮轴承又称为磁力轴承,它的原理是在轴颈圆周方向上布置多个互为度的电磁铁,在轴的径向产生多对均布的吸力或斥力,从而把主轴悬浮在空气中,其工作原理如图.所示。磁悬浮轴承是非接触式轴承,轴承与轴颈的径向间隙约为毫米。主轴工作时,因受力而发生个极为微弱的空间位置改变,对应的位置传感器可以测出这变化值,然后传递给反馈与自动控制装置,控制装置通过调节相应位置的磁力,使主轴快速的回到理想位置,从而实现主轴始终绕理想回转中心高速旋转的目的。磁悬浮轴承是目前唯投入实用的可以实现主动控制的先进轴承,具有许多传统轴承不可比拟的优点转速极高摩擦损失小寿命长,维护成本低不需要润滑系统,结构紧凑,无污染能够进行实时监控和智能反应,具有极高的可控性,可以实现工作性能的最优化。磁悬浮支承电主轴的缺点是需要辅助支承额外的传感器和控制系统,机械结构复杂发热问题更突出,必须有很好的冷却系统价格昂贵,通常是普通电主轴的两倍。所以目前磁悬浮电主轴的实际应用并不是很多,但它是种很有发展前途的电主轴,随着相关技术的不断发展,其成本的不断降低和性能的不断提高,会在实际生产中得到越来越广泛的应用。滚动轴承滚动轴承具有刚度高高速性能好结构简单紧凑标准化程度高品种规格繁多便于维修更换等优点,因而在电主轴中得到最广泛的应用。但是随着高速机床技术水平的发展,电主轴的速度和功率较以往有很大的提高,使用环境和条件与过去相比更加苛刻和复杂,普通的滚动轴承已逐渐不能适应使用要求。滚珠离心力的大小与轴承转速的平方成正比关系,滚珠陀螺力矩与轴承转速和自转速度成正比关系,轴承在高速运行时,滚珠产生的巨大陀螺力矩和离心力会加剧轴承的磨损和温升,导致轴承使用寿命的降低。要想减小陀螺力矩和离心力,通常有减少滚珠直径如已经标准化的系列主轴轴承和选用轻质材料制造滚珠这两种方法。减少滚珠直径会降低轴承的刚度,而且会使轴承结构变得复杂,而后者相对来说是更可取的,采用氮化硅陶瓷材料代替钢制成滚动体,而其他部分仍采用钢作为材料的滚动轴承,称之为混合陶瓷轴承,简称陶瓷轴承。工程陶瓷材料耐热耐腐蚀和耐磨性能优异,而且重量轻,可以适应高速电主轴轴承的严酷工作环境。与普通钢制滚动轴承相比,混合陶瓷轴承有以下优点质量轻刚性好线性膨胀系数低硬度高耐高温绝缘等。与同精度等级同规格钢质滚动轴承相对比,虽然陶瓷轴承价格约为后者的.倍,但可提高的速度,温升降低,寿命是后者的倍,陶瓷滚动轴承的最高工作极限•值可高达.。另外,由于陶瓷材料性能的特殊,陶瓷轴承可采用小直径滚珠高密度排列的结构形式,在提高其动态载荷性能的同时还可以减小轴承宽度,节省材料。由此可见混合陶瓷轴承性能卓越,性价比较高,综合来看,具有较高的社会和经济效益,所以其在高速电主轴方面应用日益广泛,已逐渐取代传统的钢制轴承成为电主轴的主流配置,本设计的前后支承都采用混合陶瓷轴承。轴承的布置与预紧轴承的布置形式应根据电主轴的使用工况来选择,在本研究中,需满足高速加工中心大转速高刚度大功率高负载的要求。为保证主轴的刚度,同时具有相应的高速特性,主轴的整体支承结构可采用端轴向固定端轴向游动的方式,其中主轴前端为固定端,后端为游动端,采用这种布置形式,可以较好的适应主轴向后热伸长的需要,同时具有较高的刚度和较好的高速性能。用于高速电主轴的滚动轴承有圆柱滚子轴承圆锥滚子轴承和角接触球轴承等多种轴承形式,其中以角接触球轴承应用最多。角接触轴承可以同时承受轴向径向联合载荷及方向不明确的附加载荷,且允许的极限转速较高,对于作用在主轴上的载荷可做到速度和刚度之间的最佳匹配,因此可以达到精密电主轴的高速高刚度大功率高效的要求,可以作为要求较高的前端支承。为提高刚度,角接触球轴承般采用多联的配置方式,而同轴承组中的每个轴承的误差不尽相同,配对数的增加会降低整个轴承组的转速,从而影响主轴能达到的最高速度。成对的接触球轴承最好采用背对背安装,因为这种安装方式下同轴承组中的两个轴承的接触点之间有更大的距离,可以产生个更大的抗弯力矩,能够提高支承的总体刚度,从而提高了主轴刚度。后端支承只承受径向力,不承受轴向力,选用圆柱滚子轴承作为游动端。图.结合利弊,前端选用压力角为
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