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南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)
作 者:
學(xué) 號(hào)：
系 部:
機(jī)械工程系
專(zhuān) 業(yè):
機(jī)械工程及自動(dòng)化
題 目:
CA6150數(shù)控車(chē)床主軸箱及傳動(dòng)系統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
高級(jí)工程師
指導(dǎo)者：
評(píng)閱者：
2013 年 5 月
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中文摘要
CA6150機(jī)床主要部件有：主軸箱、刀架、尾座、進(jìn)給箱、溜板箱以及床身。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)CA6150機(jī)床的主軸箱進(jìn)行設(shè)計(jì)。機(jī)床主軸箱是一個(gè)比較復(fù)雜的傳動(dòng)部件。設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括確定機(jī)床的主要參數(shù)，擬定傳動(dòng)方案和傳動(dòng)系統(tǒng)圖，計(jì)算和校核了主要零部件，并且利用專(zhuān)業(yè)制圖軟件進(jìn)行了零件的設(shè)計(jì)和處理。
數(shù)控是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)。數(shù)控加工在現(xiàn)代化生產(chǎn)中顯示出很大的優(yōu)越性。對(duì)于現(xiàn)代制造業(yè)，數(shù)控機(jī)床非常適合那些形狀復(fù)雜、精密和批量小的零件,而一般的普通機(jī)床根本無(wú)法滿(mǎn)足這個(gè)要求?，F(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床其突出的優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行高精度加工和多樣化加工，完全可以取代其他的加工方法。
關(guān)鍵詞 數(shù)控機(jī)床 機(jī)械設(shè)計(jì) 數(shù)控系統(tǒng) 主軸箱
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要
Title CA6150 CNC Main Axle Box Design
Abstract
CA6150machine tool major component includes: headstoCA, tool slide, tailstoCA, feedbox, apron and bed. This design mainly aims at the headstoCA of the CA6150 machine tool .The headstoCA of machine tool is a quite complex transmission part. The design content mainly includes determines the machine tools main parameter, Draws up the transmission plan and the transmission scheme, Calculated and examined the main spare part，And used specialized charting software to carry on the components design and processing.
NC advanced manufacturing technology is the basis of technology. NC in the modernization of production showed great superiority. To the modern manufacturing, numerical control machine tools suitable for those who shape very complex, sophisticated and small quantities of parts, And general machine tools simply can not meet this requirement. Modern CNC machine tools highlight the advantages of high-precision processing can be carried out and diversification of processing, can replace the other processing methods.
Keywords CNC machine mechanical design CNC system main axle box
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
指導(dǎo)老師
課題名稱(chēng)CA6150車(chē)床主軸箱設(shè)計(jì)
目錄
1、 概述
2、 主運(yùn)動(dòng)的方案選擇與主運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)
3、 確定齒輪齒數(shù)
4、 選擇電動(dòng)機(jī)
5、 皮帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
6、 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算
7、 主軸調(diào)速系統(tǒng)的選擇計(jì)算
8、 主軸剛度的校核
一、概述
主傳動(dòng)系統(tǒng)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)，它應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速（速度）和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同的材料，不同尺寸，不同要求的工件，并能方便的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開(kāi)停，變速，換向和制動(dòng)等。
數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)相比在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)承擔(dān)，剩去了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，有些只有二級(jí)或三級(jí)齒輪變速系統(tǒng)用以擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的范圍。
1.1數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)
與普通機(jī)床比較，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)具有下列特點(diǎn)。
4 轉(zhuǎn)速高、功率大。它能使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大功率切削和高速切削，實(shí)現(xiàn)高效率加工。
5 變速范圍寬。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)有較寬的調(diào)速范圍，一般Ra>100，以保證加工時(shí)能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。
6 主軸變速迅速可靠，數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。由于直流和交流主軸電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，所以不僅能夠方便地實(shí)現(xiàn)寬范圍無(wú)級(jí)變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。
7 主軸組件的耐磨性高，使傳動(dòng)系統(tǒng)具有良好的精度保持性。凡有機(jī)械摩擦的部位，如軸承、錐孔等都有足夠的硬度，軸承處還有良好的潤(rùn)滑。
1.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求
① 主軸具有一定的轉(zhuǎn)速和足夠的轉(zhuǎn)速范圍、轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開(kāi)停、變速、換向和制動(dòng)，以滿(mǎn)足機(jī)床的運(yùn)動(dòng)要求。
② 主電機(jī)具有足夠的功率，全部機(jī)構(gòu)和元件具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以滿(mǎn)足機(jī)床的動(dòng)力要求。
③ 主傳動(dòng)的有關(guān)結(jié)構(gòu)，特別是主軸組件要有足夠高的精度、抗震性，熱變形和噪聲要小，傳動(dòng)效率高，以滿(mǎn)足機(jī)床的工作性能要求。
④ 操縱靈活可靠， 維修方便，潤(rùn)滑密封良好，以滿(mǎn)足機(jī)床的使用要求。
⑤ 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，工藝性好，成本低，以滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)性要求。
1.3 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)配置方式
數(shù)控機(jī)床的調(diào)速是按照控制指令自動(dòng)執(zhí)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。在主傳動(dòng)系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動(dòng)機(jī)和直流主軸電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。為擴(kuò)大調(diào)速范圍，適應(yīng)低速大轉(zhuǎn)矩的要求，也經(jīng)常應(yīng)用齒輪有級(jí)調(diào)速和電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速相結(jié)合的調(diào)速方式。
數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要有四種配置方式，如圖3-1所示。
⑴ 帶有變速齒輪的主傳動(dòng) 大、中型數(shù)控機(jī)床采用這種變速方式。如圖3-1（a）所示，通過(guò)少數(shù)幾對(duì)齒輪降速，擴(kuò)大輸出轉(zhuǎn)矩，一滿(mǎn)足主軸低速時(shí)對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。數(shù)控機(jī)床在交流或直流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無(wú)級(jí)變速?；讫X輪的移位大都采用液壓缸加撥叉，或者直接由液壓缸帶動(dòng)齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。
⑵ 通過(guò)帶傳動(dòng)的主傳動(dòng) 如圖3-1（b）所示，這種傳動(dòng)主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機(jī)床。電動(dòng)機(jī)本身的調(diào)速能夠滿(mǎn)足要求，不用齒輪變速，可以避免齒輪傳動(dòng)引起的振動(dòng)與噪聲。它適用于高速、低轉(zhuǎn)矩特性要求的主軸。常用的是V帶和同步齒形帶。
⑶ 用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸 如圖3-1（c）所示，這是上述兩種方式的混合傳動(dòng)，具有上述兩種性能。高速時(shí)電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶輪直接驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)；低速時(shí)，另一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過(guò)兩級(jí)齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，齒輪起到降速和擴(kuò)大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴(kuò)大了變速范圍，克服了低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不夠且電動(dòng)機(jī)功率不能充分利用的缺陷。
⑷ 內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 如圖3-1（d）所示，這種主傳動(dòng)方式大大簡(jiǎn)化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸影響較大。
1.4 主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是將傳動(dòng)方案“結(jié)構(gòu)化”，向生產(chǎn) 提供主傳動(dòng)部件裝配圖，零件工作圖及零件明細(xì)表等。
在機(jī)床初步設(shè)計(jì)中，考慮主軸變速箱機(jī)床上位置，其他部件的相互關(guān)系，只是概略給出形狀與尺寸要求，最終還需要根據(jù)箱內(nèi)各元件的實(shí)際結(jié)構(gòu)與布置才確定具體方案，在可能的情況下，設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減小主軸變速箱的軸向和徑向尺寸，以便節(jié)省材料，減輕質(zhì)量，滿(mǎn)足使用要求。設(shè)計(jì)中應(yīng)注意對(duì)于不同情況要區(qū)別對(duì)待，如某些立式機(jī)床和搖臂鉆床的主軸 箱；要求較小的軸向尺寸而對(duì)徑向尺寸要求并不嚴(yán)格；但有的機(jī)床，如臥式銑鏜床、龍門(mén)銑床的主軸箱要沿立柱或橫梁導(dǎo)軌移動(dòng)，為減少其顛覆力矩，要求縮小徑向尺寸。
機(jī)床主傳動(dòng)部件即主軸變速箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：主軸組件設(shè)計(jì)，操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，傳動(dòng)軸組件設(shè)計(jì)，其他機(jī)構(gòu)（如開(kāi)停、制動(dòng)及換向機(jī)構(gòu)等）設(shè)計(jì)，潤(rùn)滑與密封裝置設(shè)計(jì)，箱體及其他零件設(shè)計(jì)等。
主軸變速箱部件裝配圖包括展開(kāi)圖、橫向剖視圖、外觀圖及其他必要的局部視圖等。給制展開(kāi)圖和橫向剖視圖時(shí)，要相互照應(yīng)，交替進(jìn)行，不應(yīng)孤立割裂地設(shè)計(jì)，以免顧此失彼。給制出部件的主要結(jié)構(gòu)裝配草圖之后，需要檢查各元件是否相碰或干涉，再根據(jù)動(dòng)力計(jì)算的結(jié)果修改結(jié)構(gòu)，然后細(xì)化、完善裝配草圖，并按制圖標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加深，最后進(jìn)行尺寸、配合及零件標(biāo)注等。
二、主運(yùn)動(dòng)的方案選擇與主運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)
1、機(jī)床的工藝特性
1.1 工藝范圍
精車(chē)、半精車(chē)外圓、車(chē)螺紋、車(chē)端面
1.2 刀具材料
硬質(zhì)合金、高速鋼
1.3 加工工作材料
鋼、鑄鐵
1.4 尺寸范圍
0～500㎜
2、確定主軸轉(zhuǎn)速
2.1 最高轉(zhuǎn)速 nmax
采用硬質(zhì)合車(chē)刀半精車(chē)小直徑鋼材的外圓時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速最高。參考切削用量資料：
Vmax =150～200 m/s K = 0.5 Rd =0.2～0.25
dmax =K·D =0.5×400 =200㎜
dmin =Rd ·dmax =0.2×200 =40㎜
nmax = = =1592.36
2.2最低轉(zhuǎn)速：
①用高速鋼車(chē)刀，粗車(chē)鑄鐵材料的端面時(shí)，參考切削用量資料：
Vmax =15～20 m/s
nmin = = =31.8
②用高速鋼車(chē)刀，精車(chē)合金鋼材料的絲杠時(shí)，參考資料：
直徑500㎜普通車(chē)床加工絲杠的最大直徑是50㎜，
Vmin =1.5 米/分
nmin = = =11.9轉(zhuǎn)/分
因此：取最低轉(zhuǎn)速nmin=11.9轉(zhuǎn)/分
③轉(zhuǎn)速范圍
Rn= ==133.8
由于高速鋼車(chē)刀少用低速，且為了避免結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，因此取轉(zhuǎn)速范圍Rn=1592.36/31.8=50
④主運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖
三、確定齒輪齒數(shù)
1、 根據(jù)分度圓直徑選齒數(shù)： d=mz
a組： Za1 = 64
Za2 = 54
Z = 34
b組:
Zb1 = 95
Zb2 = 30
2、 齒輪的各參數(shù)
a組：
模數(shù)m = 4
壓力角 α=20°
齒距 P = πm =12.56
齒厚 s = πm/2 = 6.28
齒槽寬 e =πm/2 = 6.28
頂隙 c = cm =1.2
齒頂高 h = hm = 4
齒根高 h = (h+ c)m = 5.2
全齒高 h = h+ h=(2h+ c)m = 9.2
中心距 a1 = (d1+d2)/2 = 240
a2 = (d1+d3)/2 = 178
b組: 模數(shù)m = 3.5
壓力角 α=20°
齒距 P = πm =12.56
齒厚 s = πm/2 = 6.28
齒槽寬 e =πm/2 = 6.28
頂隙 c = cm =1.2
齒頂高 h = hm = 4
齒根高 h = (h+ c)m = 5.2
全齒高 h = h+ h=(2h+ c)m = 9.2
中心距 a = (d4+d5)/2 = 240
四、選擇電動(dòng)機(jī)
1、 電動(dòng)機(jī)功率
N電=7.5kw 轉(zhuǎn)速n電=1450轉(zhuǎn)/分
2、 電機(jī)型號(hào)
J02—51—4 電機(jī)軸徑=38㎜
五、皮帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算：
設(shè)一天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間=8～10小時(shí)（按小帶輪計(jì)算）
1、 計(jì)算功率Pc = KA·P = 1.2×7.5 = 9kw
2、 選膠帶型別為：B型
3、 選小帶輪直徑d1=140㎜(實(shí)心輪)
大帶輪直徑d2=280㎜(四孔板輪)
4、 帶速：
V===10.6米/秒
（B型：Vmax=25米/秒）
5、 實(shí)際傳動(dòng)比：
i= 取ε=005
i==4<7
6、 初定中心距
=（1～0.95）d2=(1～0.95)×280=280～266
取=270
7、 初定膠帶節(jié)線長(zhǎng)度
Lop=2+(d1+d2)+
=2×270+×(140+280)+
=1218
取Lp=1290 Li=1250
8、 計(jì)算中心距
=+=270+=306㎜
9、 小帶輪包角
≈180°-×60°
=180°-×60°=152.5°>120°
10、 單根膠帶傳遞的功率：
P0=2.03kw
11、 單根膠帶傳遞功率的增量：
ΔP0=kb·n1·(1-)
=1.99×10×1450×(1-)
=2.8
12、 膠帶根數(shù)：
由于需要傳遞的功率N=7kw， 因此需膠帶4根
13、 單根膠帶初拉力： F0=18公斤
14、 有效圓周力： Ft===91.8公斤
15、 作用在軸上的力：
F=2F0·Z·sin=2×18×4×sin
=134公斤
16、 帶輪寬：
B=（Z-1）e+2f=(4-1)×20+2×12.5=85㎜
六、 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算：
1、傳動(dòng)比：
i= 1.19
2、傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)：
Ⅰ軸（電動(dòng)機(jī)軸）：
P=Pd=7.5 kw
n=1450r/min
T=9550×=9550×=49.4 N·m
Ⅱ軸（主軸）：
P= Pη=7.5×0.96=7.2 kw
n= = = 1218 r/min
T=9550×=9550×=56.45 N·m
Ⅲ軸（編碼器）：
P= Pη=7.2×0.99×0.97=6.9 kw
n= = = 766 r/min
T=9550×=9550×=86.02 N·m
七、 主軸調(diào)速系統(tǒng)的選擇計(jì)算
1、 對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的基本考慮:
a.由于調(diào)速范圍廣，且要求有較硬的機(jī)械特性。所以，以選用矢量控制方式為宜。對(duì)于普通車(chē)床來(lái)說(shuō)，由于對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求不高，用“無(wú)反饋矢量控制”方式已經(jīng)足夠。
b.因?yàn)檎{(diào)速范圍廣，且高速與低速段機(jī)械特性的特點(diǎn)不一樣，故工作頻率范圍應(yīng)不限于額定頻率以下。
c.電動(dòng)機(jī)的容量一般應(yīng)比原拖動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)容量為大。
d.在低速段，可能出現(xiàn)較大的沖擊過(guò)載，容易引起變頻器的跳閘。所以，變頻器的容量以比電動(dòng)機(jī)的容量大一檔為好。
2、 一檔傳動(dòng)比，且方案
基本工作情況
a. 電動(dòng)機(jī)和主軸之間的傳動(dòng)比只有一檔,傳動(dòng)比
b. 變頻器的最大輸出頻率等于電動(dòng)機(jī)的額定頻率。從而，電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速等于其額定轉(zhuǎn)速，它折算到負(fù)載軸上的值應(yīng)大于負(fù)載要求的最大轉(zhuǎn)速:
=
c. 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的折算值(折算到負(fù)載軸上的轉(zhuǎn)矩)；
綜上所述，電動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩線如圖3.2的曲線2所示，
圖3.2
曲線1是車(chē)床的機(jī)械特性曲線。為了便于比較，
圖中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均為折算到負(fù)載軸上的值。
電動(dòng)機(jī)的容量在圖3.2中，負(fù)載所需功率
其大小與面積成正比。而電動(dòng)機(jī)的容量則與面積成正比，其大小為：
可見(jiàn),采用了變頻調(diào)速后,電動(dòng)機(jī)的容量需增大倍以上。
3、 電動(dòng)機(jī)的工作頻率范圍
a. 最高頻率。
b. 最底頻率因?yàn)橹挥幸粰n轉(zhuǎn)速，故頻率調(diào)節(jié)范圍為：
當(dāng)時(shí), ；
當(dāng)時(shí)，。
異步電動(dòng)機(jī)在這樣低的頻率下連續(xù)工作，如不用負(fù)載反饋，是比較困難的。
4、 一檔傳動(dòng)比，且方案
基本工作情況
a. 電動(dòng)機(jī)和主軸之間的傳動(dòng)比仍只有一檔，但變頻器的最高輸出頻率
允許超過(guò)額定頻率。但一般不宜超過(guò)額定頻率的1.5倍(即：).
設(shè)最大調(diào)頻比
則:電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速也約為額定轉(zhuǎn)速的倍：
b. 電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速
電動(dòng)機(jī)有效轉(zhuǎn)矩線圈如圖中的曲線2所示。曲線1為車(chē)床的機(jī)械特性曲線。
電動(dòng)機(jī)的容量如圖，電動(dòng)機(jī)的容量與面積成正比，其大小為
可見(jiàn),頻率范圍擴(kuò)大之后,電動(dòng)機(jī)的容量可 以比減小倍,但與負(fù)載功率相比,仍需增大很多。
5、 電動(dòng)機(jī)的工作頻率范圍
設(shè)：最高頻率為，則最低頻率為
當(dāng)時(shí)，；
當(dāng)時(shí)，。
6、兩檔傳動(dòng)比，且方案
基本工作情況
將電動(dòng)機(jī)和主軸之間的傳動(dòng)比分成兩檔(和)，使變頻器的輸出頻率、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)速之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表4-1
表4-1 頻率、電動(dòng)機(jī)與負(fù)載轉(zhuǎn)速之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系
工作頻率
電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速
低檔傳動(dòng)比
負(fù)載轉(zhuǎn)速
高檔傳動(dòng)比
負(fù)載轉(zhuǎn)速
表中，是兩檔轉(zhuǎn)速分界點(diǎn)的“中間速”。在抵擋時(shí)，傳動(dòng)比為，當(dāng)從
到（到）時(shí)，從到；在高檔時(shí)，傳動(dòng)比為，當(dāng)從到 (從到)時(shí), 從到。
忽略電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率的變化的因素，則有：
圖3.3
作為兩檔中間的分界轉(zhuǎn)速（中間速）
所以,電動(dòng)機(jī)工作頻率的范圍
可見(jiàn),采用兩檔傳動(dòng)比后,在負(fù)載的速度范圍不變的情況下,工作頻率的調(diào)節(jié)范圍大大的縮小了。采用兩檔傳動(dòng)比后，在全頻率范圍內(nèi)的有效轉(zhuǎn)矩線如圖3.3中之曲線2所示，曲線1為車(chē)床的機(jī)械特性曲線?？梢钥闯鰞烧咭呀?jīng)十分接近了。
7 、動(dòng)機(jī)的容量
電動(dòng)機(jī)的容量與面積成正比,如圖3所示。其大小為：
可見(jiàn),采用兩檔傳動(dòng)比后,電動(dòng)機(jī)容量可比減小倍。
電動(dòng)機(jī)的工作頻率范圍
設(shè)：最高頻率為，則最低頻率為
當(dāng)時(shí)
當(dāng)時(shí)
可見(jiàn),最低工作頻率增大了很多,使變頻調(diào)速系統(tǒng)在最低速時(shí)的工作穩(wěn)定性大大改善了.
8、 調(diào)速系統(tǒng)的選擇
經(jīng)上述分析，主軸拖動(dòng)系統(tǒng)在不更換電動(dòng)機(jī)的條件下，要實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速的無(wú)級(jí)調(diào)速，可以采用機(jī)械多檔變速傳動(dòng)，與變頻器調(diào)速相結(jié)合的方法。
原拖動(dòng)與系統(tǒng)概況。
電動(dòng)機(jī)的主要數(shù)據(jù)
電動(dòng)機(jī)額定功率：7.5KW
電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速：1450rpm
主軸轉(zhuǎn)速范圍：10—2000r/min
計(jì)算數(shù)據(jù)
a. 調(diào)速范圍
b. 負(fù)載轉(zhuǎn)矩
n/(r/min)
1.恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的最大轉(zhuǎn)速
143.25
T/(N/m)
35.8
500
2000
2.恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的轉(zhuǎn)矩
3.恒功率區(qū)的最小轉(zhuǎn)矩
3.3.9普通籠型異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)的性能分析
普通籠型異步電動(dòng)機(jī)是按工頻電源條件下運(yùn)行所設(shè)計(jì)制造的，用變頻器對(duì)其進(jìn)行調(diào)速時(shí)，因變頻器輸出波形中含有諧波的影響，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)、效率均有下降，電流與線圈溫升將有所增高，電機(jī)在額定頻率以下連續(xù)進(jìn)行時(shí)，影響其帶負(fù)載能力的主要因素是溫升，在額定頻率以上連續(xù)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)允許最高頻率受軸承的極限轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)件的強(qiáng)度限制，因此初步選定電機(jī)的變頻范圍在10Hz～75Hz之間。最大頻率調(diào)節(jié)比
因此在不變換主軸電機(jī)的條件下，主軸拖動(dòng)系統(tǒng)需采用機(jī)械三檔以上變速傳動(dòng)比在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，三檔與四檔變速傳動(dòng)的方案相似，而采用四檔變速對(duì)電機(jī)的調(diào)速更為合適，因此決定利用機(jī)械四檔變速傳動(dòng)方案。
確定傳動(dòng)比
拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械四檔變速分配
傳動(dòng)比
檔次
低
中
高
最高
電機(jī)
工作區(qū)
恒轉(zhuǎn)矩
恒功率
恒轉(zhuǎn)矩
恒功率
恒轉(zhuǎn)矩
恒功率
恒轉(zhuǎn)矩
恒功率
主軸轉(zhuǎn)速r/min
10 50
50
72.5
72
360
360
540
540
1080
1080
1620
1620
1800
1800
2160
電機(jī)
頻率Hz
10
50
50
75
10
50
50
75
22.5 50
50
75
45
50
50
55
電機(jī)轉(zhuǎn)r/min
290
1450
1450
2175
290
1450
1450
2175
725
1450
1450
2175
1305
1450
1450
1595
低速傳動(dòng)比
取
中速傳動(dòng)比
取
高速傳動(dòng)比
取
最高速傳動(dòng)比
取
電機(jī)負(fù)荷性能核算
恒轉(zhuǎn)矩區(qū)折算至負(fù)載軸的轉(zhuǎn)矩
恒功率區(qū)折算至負(fù)載軸的轉(zhuǎn)矩
、、、調(diào)整后。拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械四檔調(diào)速分配及帶負(fù)載核算如下表：
傳動(dòng)比
檔次
低
中
高
最高
電機(jī)
工作區(qū)
恒轉(zhuǎn)矩
恒功率
恒轉(zhuǎn)矩
恒功率
恒轉(zhuǎn)矩
恒功率
恒轉(zhuǎn)矩
恒功率
主軸轉(zhuǎn)速r/min
10
50
50
72.5
72
360
360
540
540
1080
1080
1620
1620
1800
1800
2160
電機(jī)
頻率Hz
10
50
50
75
10
50
50
75
22.5
50
50
75
45
50
50
55
電機(jī)轉(zhuǎn)速r/min
290
1450
1450
2175
290
1450
1450
2175
725
1450
1450
2175
1305
1450
1450
1595
電機(jī)
調(diào)頻比
0.2
1
1
1.5
0.2
1
1
1.5
0.5
1
1
1.5
0.9
1
1
1.1
折算
轉(zhuǎn)矩N·M
1432.5
1432.5
955
198
198
132
66
66
44
39
39
36
核算結(jié)果表明：在不變換主軸電機(jī)的條件下，主軸拖動(dòng)系統(tǒng)采用機(jī)械四檔變速傳動(dòng)比的方案滿(mǎn)足要求。
注：
狀態(tài)
輸入
低檔（K10）
中檔（K11）
高檔（K12）
最高檔（K10、K12）
SQ15
1
0
0
1
SQ16
0
1
0
0
SQ17
0
0
1
1
八、主軸鋼度的校核
1、 計(jì)算切削力和驅(qū)動(dòng)力
① 切削力的計(jì)算（Pz）
a、切削功率：N切=NⅣ·=6.3×0.98=6.05kw
b、切削轉(zhuǎn)矩：M=9550×=9550×=638.7N·M
c、切削力：Pz= 取=130
Pz==9.8×10N
d、Py=0.4Pz=0.4×9.8×10=3.92×10N
Px=0.25Pz=0.25×9.8×10=2.45×10N
② 驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算（Qr）
a、 齒輪的傳遞功率
N齒= NⅣ·η齒=6.57×0.98=6.44kw
b、 齒輪的傳遞轉(zhuǎn)距
M=9550×=9550×=173.3N·m
c、 驅(qū)動(dòng)力 QT===4304.2N
Qr= QT·tgα=4304.2×tg20°=1566.6N
③ 切削力Pz與驅(qū)動(dòng)力QT的位置關(guān)系，由機(jī)床個(gè)軸位置布置關(guān)系可知：
β=20°
Qz=QTcosβ+Qrsinβ=4304.2×cos20°+1566.6×sin20°=4580.4N
Qy=QTsinβ-Qrcosβ=4304.2×sin20°-1566.6×cos20°=0
2、 主軸的受力分析
① Z方向
三軸承支撐可簡(jiǎn)化為如圖所示靜不定系統(tǒng)
式中： 卡盤(pán)長(zhǎng)L卡=150㎜
工件長(zhǎng)LⅠ=160㎜
a=100㎜ b=65㎜ c=456㎜
L1=285㎜ L2=236㎜ L=521㎜
Mz=Pz(L卡+ LⅠ)=9800×(150+160)=3.038×10N·㎜
E=2.1×10
I=（D平-d）=3870571.2
a、 在Pz作用下，B處的撓度：
（yB）Pz=
b、 在Mz作用下，B處的撓度：
（rB）MZ=
c、 在QZ作用下，B處的撓度：
（YB）QZ=-
所以YB=+-
d、 在（RB）Z作用B處的撓度：
（Y′B）=
由于B處軸承是剛性支承
所以YB= Y′B
+-
=
由上式可求出（RB）Z
（RB）Z=
=22330N
② r方向：
三軸承支承可簡(jiǎn)化為如圖所示靜不定系統(tǒng)：
（RB）y=
式中：My=Py·(L卡+ LⅠ)=1215200N·㎜
Mx=Px·=147000N·㎜
Qy=0
（RB）y=10510.5N
3、 主軸撓度計(jì)算：
① Z方向
Y=--++
=-[9800×100×(521+100)
+--
=-0.06
② Y方向
Y=---+
=-[3920×100×(521+100)
+ -]
=-0.025
③ 計(jì)算總撓度：Y===0.065
[Y]=0.002l=0.002×521=0.104
計(jì)算結(jié)果：Y〈[Y] 主軸撓度合格
4、 軸承處轉(zhuǎn)角的校核
① Z方向：
Qz=+-
其中：a′=a+ l卡+ lⅠ=100+150+160=410㎜
Qz=-0.00033
② Y方向：
Qy=--;( Qy=0)
=-0.00012
③ 計(jì)算總轉(zhuǎn)角
Q==0.00035〈0.001rad
因此機(jī)床主軸的剛度是合適的