速機床電主軸過盈配合量的計算

1、速機床電主軸過盈配合量的計算速機床電主軸過盈配合量的計算更新時間：2009080314:52:271前言前言高速機床是現(xiàn)代高速加工技術(shù)發(fā)展的需要，高速主軸單元作為高速機床的核心部件，應具有以下兩個基本特征［1］：首先，應具有較高的轉(zhuǎn)速。衡量主軸速度的指標是dm.n值，高速主軸的dm.n值一般要求達到1.0106以上，并具有較寬的恒功率調(diào)速范圍、良好的升降速特性和快速準停功能。目前，中等尺寸高速加工中心的最高主軸轉(zhuǎn)速為12000～6000

2、0r／min。其次，高速主軸應有較大的功率。盡管在高速切削條件下切削力會下降，切削過程會變得較輕松，但由于切削速度很高，單位時間內(nèi)消耗的能量也會明顯增大，因此需要有較大的功率。目前，高速加工中心的主電機功率為10～45kW。傳統(tǒng)的“主電機皮帶傳動齒輪變速”的主傳動方式，由于傳動鏈長，傳動效率低，而且在高速下傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量很大，使系統(tǒng)很難獲得較高的角加(減)速度；動態(tài)和熱態(tài)特性差，因此難以適應高速數(shù)控加工的要求。目前，能較好地適應高速

3、加工需要的主軸型式是電主軸，即采用無外殼電機直接驅(qū)動。在我校研制的GDⅡ型電主軸中，電機的轉(zhuǎn)子直接裝配在主軸上，電機的定子則與主軸單元的外殼配合，省去了皮帶輪和齒輪箱等一整套中間傳動環(huán)節(jié)，采用變頻器進行主軸的無級調(diào)速，實現(xiàn)了主軸系統(tǒng)的零傳動［2］。該主軸系統(tǒng)由于沒有中間傳動鏈，結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小，具有較好的動態(tài)響應特性，能實現(xiàn)快速啟動、變速、準停，并具有較好的C軸控制功能。為了保證高速切削，主軸應具有良好的運動精度和傳動能力，主軸零部件應

4、具有良好的加工精度和表面質(zhì)量，而且還應具有良好的裝配精度。為了易于達到精確的動平衡，電機轉(zhuǎn)子與機床主軸之間采用了無鍵過盈聯(lián)接，并以此形成扭矩傳遞能力。過盈量的大小直接影響電主軸的性能，過盈量過大會使主軸裝配困難，影響裝配精度，甚至破壞配合表面；過盈量過小則會影響主軸傳遞扭矩的能力。因此，必須對電機轉(zhuǎn)子與機床主軸間的過盈量進行認真研究，以適應高速電主軸設計工作的需要。2主軸轉(zhuǎn)子過盈量計算的原理主軸轉(zhuǎn)子過盈量計算的原理當電機轉(zhuǎn)子與機床主軸存

5、在過盈時，會在配合表面產(chǎn)生正壓力，使電機轉(zhuǎn)子的內(nèi)外徑擴張，主軸的內(nèi)外徑壓縮。由于電機轉(zhuǎn)子和主軸的軸向尺寸較大，軸向的伸長量可以忽略不計。因此，電主軸的配合可以簡化為兩個厚壁圓柱套筒的過盈配合。電機轉(zhuǎn)子與機床主軸間過盈量的大小，不僅與配合面的傳動能力密切相關(guān)，而且還受電主軸運動狀態(tài)的影響。在低速狀態(tài)下，離心力的影響可以忽略不計；而對于高速主軸，離心力則是影響電機轉(zhuǎn)子與機床主軸配合的關(guān)鍵因素。因此，電主軸的過盈量計算不僅應滿足靜態(tài)傳遞能力的

6、要求，而且還要考慮主軸動態(tài)特性的影響。2.1電主軸靜態(tài)過盈量的計算原理電主軸靜態(tài)過盈量的計算原理［3］如圖1，設電機轉(zhuǎn)子的內(nèi)孔半徑為a，外圓半徑為b，主軸配合面的半徑為a，內(nèi)孔半徑為c。若忽略軸向的端部效應，可認為配合面內(nèi)受均布壓力作用。由于電機轉(zhuǎn)子與主軸是軸對稱的，因此在極坐標系中，應力與位移是軸對稱的，則配合件的切向位移和剪應力τrθ為零。根據(jù)彈性力學原理，應力函數(shù)只是徑向尺寸r的函數(shù)，與極角無關(guān)。圖1主軸與轉(zhuǎn)子配合面的受力分析主軸

7、與轉(zhuǎn)子配合面的受力分析(a)電子轉(zhuǎn)子(b)機床主軸電機轉(zhuǎn)子內(nèi)孔受正壓力p作用，外圓面為自由面，如圖1a所示。因此邊界條件為：根據(jù)式(2)和式(4)，在靜態(tài)配合條件下，機床主軸與電機轉(zhuǎn)子間的過盈量Δs可由下式確定：（5）2.22.2電主軸動態(tài)過盈量的計算原理電主軸動態(tài)過盈量的計算原理電主軸在高速運轉(zhuǎn)時，必須考慮離心力對過盈量的影響。設厚壁圓筒受均布壓力作用，圓筒的轉(zhuǎn)速n，轉(zhuǎn)動體的平衡微分方程為：（6）式中ω——角速度，rad／sρ——材料