内置式静压电主轴轴系设计
电主轴设计的一些要点
电主轴设计的一些要点电主轴是工业生产中常见的一种装置，用于驱动工具进行旋转，广泛应用于机床、数控机床、木工机械、切割、打磨和加工中心等领域。
电主轴设计要考虑多个方面的因素，下面将详细介绍一些电主轴设计的要点。
首先，设计电主轴时需要根据具体工艺要求确定最大转速。
最大转速决定了工具的加工速度和加工质量。
根据工具直径和材料性质，可以计算出所需的最大转速。
其次，电主轴设计要考虑工作时产生的热量。
电主轴在高速运转过程中会产生大量的热量，如果不能有效散热，会导致电主轴温度升高，进而影响工具的使用寿命和样品质量。
因此，设计中应考虑适当的散热装置，如风扇和散热器，以保持电主轴的温度在合理范围内。
第三，电主轴的振动问题需要被重视。
高速运转时产生的振动会影响加工质量和工具的寿命。
为了减小振动，可以采用精确平衡和减震装置来提高电主轴的稳定性。
此外，可以采用颈缩小、减小惯性和增加刚度等措施来减小振动。
第四，选择合适的电机和轴承也是电主轴设计中的重要要点。
电机的功率和转矩必须满足工件需要的加工力矩，并能够提供所需的最大转速。
轴承的选择要考虑到负荷、转速和寿命等因素，以确保电主轴的正常运行。
第五，电主轴的刚性也是设计中需要考虑的重要因素。
刚性直接影响加工精度和稳定性。
为了提高刚性，应使用高强度材料，增加结构的强度和刚性，并采用适当的支撑结构。
第六，安全性是电主轴设计的重要考虑因素之一、应根据安全标准和规范设计相关保护装置，如限位开关、紧急停机按钮和防护罩等。
第七，电主轴的维护和保养也需要考虑在设计中。
电主轴使用一段时间后需要定期维护和保养，以延长使用寿命和保证性能稳定性。
设计时应考虑易维修和拆卸的结构，以便更好地进行维修和保养。
此外，电主轴还需要考虑重量、大小、制造成本等因素。
设计时应根据具体的应用场景和要求进行综合考虑。
综上所述，电主轴设计需要考虑转速、散热、振动、电机和轴承、刚性、安全性、维护和保养等方面的因素。
只有综合考虑这些要点，才能设计出性能优良、稳定可靠、安全高效的电主轴。
电主轴结构
电主轴结构
电主轴结构是电机的核心部分，是电机运行及传动性能的重要组成部分。
电主轴结构包括两个基本部分：一是内部的内芯，二是外部的壳体。
内芯通常由钢材制成，它是电机中电磁感应特性强的核心部件，其中包含有特殊的绕组，能够将电能转换成机械能。
外壳就是容纳内芯的外壳，外壳包括机壳、绝缘层和触发器。
内芯穿出机壳外，两侧支撑独立绝缘层，上面支撑启动器装置，它们可以控制启动和停止电机，从而控制电机的传动性能。
内芯由轴中央的绕线片、轴芯、启动片、空载转子构成。
绕线片是核心组成部件，它将电能转换成机械能。
轴芯的作用是连接绕线片和轴承，启动片的作用是控制电机的启动和停止，从而控制电机的传动性能。
空载转子的作用是调节电流，确保电机的平衡运行。
在电机的外壳中，还安装有波纹管、电缆、接线端子等部件，电缆是将电机连接电源的桥梁，波纹管能够对电机进行润滑，接线端子用来接收导线，方便对电机进行驱动控制。
总之，电主轴结构是电机运动特性及传动性能的核心部分，考虑到电机的使用要求，电机的支承、散热、润滑、控制等多方面的要求，电主轴的设计既要考虑质量和效率，也要考虑精度和可靠性。
电主轴轴承的结构设计
却性能差。 环境， 成本低。 油量润滑， 成本较高。 本高， 不实用于立式主轴。
用途 适用低速 很少采用 广泛采用
特殊场合
很少采用
电主轴轴承的设计除以上所讨论的内容外， 还包括
主轴与电机转子间的配合、主轴轴颈尺寸的确定等， 设计
过程中还需进行主轴系统的静、动态特性分析与处理， 轴
承受力分析， 轴承静刚度的计算， 轴承轴向预紧后的刚度
迄今， 陶瓷滚动轴承允许的工作 极 限 ｄｍｎ（ ｄｍ： 轴承 节 圆直径， ｎ： 主轴转速） 可高达 ３．０×１０６。由于陶瓷轴承采用小 直径密珠精密钢轴承的结构形式和尺寸系列， 同时因其结 构简单、成本低、刚度大、高速性好、使用维护方便， 国内外 广泛选用混合陶瓷球滚动轴承作为支承方式。当前或在相 当长一段时间里， 仍然是电主轴的首选主轴部件。
统。电主轴的设计， 通常要针对一定的主轴性能要求， 包
括回 转 精度 、动 平 衡 精 度 、转 速 、变 速 范 围 、套 筒 温升 、噪
声 、刚 度 、振 动 速 度 和 使 用 寿 命 值等， 其 设 计 包 括 多 方 面
的内容， 本文主要从轴承设计的几个侧重点进行介绍。
１ 轴承的选择
电主轴的轴承应满足高速运动的要求， 具有较高的
［ ４］ 周延佑， 李中行．电 主轴的 基本 参数 与结 构（ 一）［ Ｊ］ ．制 造技 术与
机床， ２００３（ ７） ： ６４－ ６７．
［ ５］ 栾景美， 黄红武， 等．超高速 电主 轴结 构综 述［Ｊ］．精密 制造 与自 动
化， ２００２， １１５（ ３） ： ４－ ８．
（ 编辑 启 迪）
!!!!!!!!!! 作者简介： 孙涛（ １９８０－ ） ， 男， 兰州理工大学在读硕士研究 生， 助 教， 研
静压电主轴
静压电主轴静压电主轴是一种利用静电力来实现轴向定位和旋转的机械设备。
它主要由静电轴承、静电驱动器、传感器和控制系统等组成。
静压电主轴具有高精度、高刚度、低摩擦、低噪音等优点，在精密加工、光学仪器、半导体设备等领域有着广泛的应用。
静电轴承是静压电主轴中的关键部件，它通过静电力来支撑和定位主轴。
静电轴承由静电气膜和静电传感器组成。
静电气膜是由静电电极和绝缘层构成的，当电极上加上电压时，静电气膜中的电荷分布会改变，从而产生静电力。
静电传感器用于检测静电气膜中的电荷分布，以实现对主轴位置的控制。
静电驱动器是静压电主轴的动力源，它通过控制静电轴承上的电压来调节静电力的大小。
静电驱动器的控制系统可以根据传感器的反馈信号来调整电压，使得静电轴承中的静电力与外部负载相平衡，从而实现对主轴位置的精确控制。
静电驱动器一般采用闭环控制，通过不断调整电压来维持主轴在设定位置上的稳定运动。
静压电主轴具有高精度的定位能力，这得益于静电力的特性。
静电力是一种非接触力，在主轴和静电轴承之间不需要直接接触，因此可以避免摩擦和磨损。
同时，静电力的大小可以通过电压的调节来控制，可以实现对主轴位置的微调。
这使得静压电主轴在高精度加工和定位任务中具有很大的优势。
静压电主轴的应用非常广泛。
在精密加工领域，静压电主轴可用于精密磨削、车削、铣削等加工过程中，以实现高精度的加工效果。
在光学仪器领域，静压电主轴可用于光学分子束平台、光纤拉伸机等设备中，以实现对光学元件的精确定位。
在半导体设备领域，静压电主轴可用于半导体切割机、半导体封装机等设备中，以实现对半导体芯片的精确操作。
静压电主轴是一种利用静电力来实现轴向定位和旋转的机械设备。
它通过静电轴承和静电驱动器的配合，实现对主轴位置的高精度控制。
静压电主轴具有高精度、高刚度、低摩擦、低噪音等优点，在精密加工、光学仪器、半导体设备等领域有着广泛的应用前景。
随着技术的不断发展，静压电主轴将会在更多领域中发挥重要作用，为工业生产和科学研究提供更多可能性。
动静压电主轴——【电主轴的设计与选型】
动压轴承的结构特点
1 具有一定的初始间隙 2 润滑油有一定的粘度 3 轴表面与轴承表面有 相对速度 4 工作时要有偏心距 5 有供油装置
静压轴承的结构特点
1 具有一定的初始间隙 2 具有多个静压腔 3 轴表面与轴承表面无 相对速度 4 工作时要无偏心距 5 有供油装置 6 具有能够自动调节油腔 间压力差的零件，一般为节 流器。
动静压轴承的结构优点
1 当主轴静止或速度低于某一 临界值时，利用静压将主轴悬 浮，避免启动、停车或低速时 出现干摩擦。
2 当正常运行时，若动压效 应不足以承受外载荷，开启静 压系统，以平衡载荷
静压腔
出油口
前轴承
后轴承
1小孔节流器
定义；直径在0.35-1.2mm 长度小于3mm 压降与流量成正比
动静压电主轴讲解目录主体结构主要结构分析动静轴承压定义动压轴承的结构特点轴表面与轴承表面有相对速度有供油装置静压轴承的结构特点轴表面与轴承表面无相对速度具有能够自动调节油腔间压力差的零件一般为节当主轴静止或速度低于某一临界值时利用静压将主轴悬浮避免启动停车或低速时出现干摩擦
动静压电主轴讲解
目录动静Biblioteka 承压定义 主体结构节流孔2液压油进油口
液压油进口
3 液压油出油口
液压油出口
3 液压油出油口
出油 缝隙
出油口
3 液压油出油口
出油 缝隙
出油口
4 冷却油油路
冷却油 进口
出油口
5 轴向压力平衡结构
左侧压 力油
压力环 形槽
5 轴向压力平衡结构
测压孔
节流器 右侧压 力油进 口
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加工中心用电主轴结构设计及其仿真分析
加工中心用电主轴结构设计及其仿真分析一、综述随着科技的不断发展，加工中心在制造业中的地位越来越重要。
加工中心作为一种高效、高精度、高自动化的加工设备，已经成为现代制造业的重要支柱。
然而加工中心在使用过程中，电主轴作为其核心部件，其结构设计和性能对加工中心的整体性能具有重要影响。
因此对加工中心用电主轴的结构设计及其仿真分析进行研究，对于提高加工中心的性能和降低生产成本具有重要意义。
电主轴是一种将交流电源转换为高速旋转并带传动功能的电动机。
它具有结构简单、重量轻、惯性小、响应速度快等优点，广泛应用于数控机床、加工中心等机械设备中。
电主轴的结构设计主要包括电机、减速器、轴承、冷却系统等部分。
其中电机是电主轴的核心部件，其性能直接影响到整个电主轴的性能；减速器用于降低电机转速，提高扭矩；轴承用于支撑转子并实现转动；冷却系统用于降低电机温度，保证电主轴的正常运行。
为了提高加工中心的性能，需要对电主轴的结构进行优化设计。
首先应选择合适的电机类型和参数，以满足加工中心的工作要求。
其次应合理选择减速器类型和参数，以保证电主轴具有较高的转速和扭矩输出。
此外还应考虑轴承的选择和配置，以确保电主轴具有较低的噪声和振动。
冷却系统的设计也至关重要，应根据加工中心的工作环境和工艺要求，选择合适的冷却方式和参数。
为了验证电主轴结构设计的合理性和性能，可以采用仿真分析方法对其进行评估。
通过建立数学模型，对电主轴的结构参数进行优化设计，并利用仿真软件对其进行模拟分析。
仿真分析可以帮助我们了解电主轴在不同工况下的性能表现，为实际应用提供依据。
同时仿真分析还可以发现结构设计中的潜在问题，为改进设计提供参考。
加工中心用电主轴结构设计及其仿真分析是一项重要的研究工作。
通过对电主轴结构的设计优化和仿真分析，可以提高加工中心的性能，降低生产成本，为现代制造业的发展做出贡献。
1.1 研究背景和意义随着现代制造业的飞速发展，加工中心在工业生产中扮演着越来越重要的角色。
硬车削大功率静压轴承电主轴设计分析
２ 几个关键结构设计 ．
（ ）轴 承 浮 动 支 承 结 构 电主 轴 的 定 子 和 转 １
子被设置在静压轴承的尾部 ，由于主轴尾部悬伸比
图２ 轴承外圈采用浮动支承
（ ２） 装 卸 夹 紧 工
结构形式
件 的 自 动 卡 盘 动 力 装 裱动 轴承 ２ ・ 密封圈 ３ 由 座 ．承 车 置 普 通 车床 自动 卡 盘 ，当油缸 中通 入 压 力油 时 ，
本 项 目 电 主 轴 要 求 切 削 工 件 的表 面 粗 糙 度 值 尺 ≤０ ． ４“ｍ，采 用Ｐ Ｂ Ｃ Ｎ刀具 ，设 计 最 高转 速 达 到 ４０ ０／ ｎ ０ ｒ ｍｉ ，内 装伺 服 主 轴 电 动机 额 定 功 率 ８ Ｗ ， ｋ
二 静压轴承的设计计算
１ 液体静压径 向轴 承的设计计算 ．
液体 静 压 轴 承可 以分 为 液体 静 压 径 向轴 承 和 液 体 静 压止 推 轴 承 ，根 据 车床 电主 轴 的用 途 ，采 用小
孔节流隧道式静压轴承 ，其结构如图５ 所示。
弹 力能够使卡盘顶杆产生拉 紧力，作用到车床卡盘
构 的原 因，密封端盖 装配调试 到位后注意 定位锁 死 ，只要能保持密封 间隙的可靠性 ，运行 中一般不
需 要额 外 加 以维 护 。
簧为动力。如图３ 所示 ，Ｄ为进 （ 出）油 口， 为 出 Ｅ
（ ）油 口，Ｆ 压 缩 空 气 入 口。在 夹 紧 工 件 的 时 进 为 候 ，活 塞 ５ 与卡 盘 顶 杆 ８ 开 接 触 ， 同时 定 心 套 ２ 脱 在 空 气 弹 簧的 作 用下 ，带 动活 塞 缸４ 配油 盘 １ 、 和卡 爪 ６ 一起 滑移 ，致 使 卡 爪 滑 移 后 实 际 上 是 空 套 在 反 扣 环 ７ ，也 就 是 主轴 ９ 油缸 脱 离 。而 蝶 形 弹 簧 １的 上 与 ０
电主轴的设计
引言2005年，我国机床产值达到了51亿美元，跃居世界第三，其中数控机床产量达59600台。
在长足发展的背后，与发达国家机床产业相比，差距依然明显，尤其是以电主轴为代表的关键功能部件，无论是从产品品种、技术水平、可靠性和产业化程度等方面均与国外有明显差距，不得不60%依靠进口，成为我国数控机床发展的软肋。
电主轴实际上是诸多学科、众多高新技术应用的综合体，它涉及机械、电子、自动控制等。
由于在高速轴承技术、精密加工技术、电机技术、驱动控制技术上与国外先进水平有差距，才影响了国产电主轴的市场竞争力。
由于高速加工不但可以大幅度提高加工效率，而且还可以显著提高工件的加工质量，所以其应用领域非常广泛，特别是在航空航天、汽车和模具等制造业中。
于是，具有高速加工能力的数控机床已成为市场新宠。
目前，国内外各著名机床制造商在高速数控机床中广泛采用电主轴结构，特别是在复合加工机床、多轴联动、多面体加工机床和并联机床中。
电主轴是高速数控加工机床的“心脏部件”，其性能指标直接决定机床的水平，它是机床实现高速加工的前提和基本条件。
本毕业设计主要介绍了电主轴的工作原理、轴的设计、轴承技术以及关键技术等。
电主轴就是直接将空心的电动机转子装在主轴上，定子通过冷却套固定在主轴箱体孔内，形成一个完整的主轴单元，通电后转子直接带动主轴运转。
它主要应用在复合加工机床、多轴联动、多面体加工机床和并联机床中。
第一章电主轴概述1.1电主轴工作原理高速电主轴电机的绕组相位互差120°，通以三相交流电后，三相绕组各自形成一个正弦交变磁场，这三个对称的交变磁场互相迭加，合成一个强度不变，磁极朝一定方向恒速旋转的磁场，磁场转速就是电主轴的同步转速。
异步电动机的同步转速n由输入电机定子绕组电流的频率f和电机定子的极对数P决定（n=60f/p）。
电主轴就是利用变换输入电动机定子绕组的电流的频率和激磁电压来获得各种转速。
在加速和制动过程中，通过改变频率进行加减速，以免电机温升过高。
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式中 ０ 、０ ２ 为 中心 半角 ； （ ７ ） 确 定供 油 压力 Ｐ ｓ ，取 Ｐ ｓ ＝ ２ ． ５ Ｍｐ ａ ； （ ８ ） 确定润 滑 油黏 度 玎 ， 根据 经 验选 用 ２号主 轴 油 。在 ５ ０ ℃时 其密 度 ｐ ＝ ８ ６ ０ ｋ ｇ ／ ｍ３ ，运 动 黏 度
（ ４ ） 确 定轴 的 内直 径 ２ ＲＡ ，取 ２ Ｒ Ａ ＝ ９ １ ｍｎ ｌ ； （ ５ ） 确 定轴承 沟槽 的 内直径 ２ ， 取２ Ｒ Ｂ ＝ ９ ８ ｌ ｎ ｌ Ｔ ｌ ；
（ １ ）
式（ １ ） 中， ｄ为轴 的直径 ， ｒ ｎ ｌ Ｔ ｌ ；Ｐ为 电动机功 率 ， ｋ Ｗ；
值代入 式 （ １ ） 后 得 到 满 足 强 度 要 求 的最 小 轴 径 为 １ ６ ． １ ｒ ｎ ｎ ｑ ，考虑 到电主轴 的精度要 求和 生产实 际等 因
素 ，主 轴直 径 取 ８ ０ ｒ Ｉ ｌ ｆ Ｉ １ 。
（ ８ ） 确 定润滑 油 黏度 值 ， 选 用与主 轴径 向轴 承
（ ２ ） 确 定 轴 承 直 径 Ｄ ，根 据 初 步 结 构 方 案 取
（ ３ ） 确 定 轴 承 长 度 三，对 于 高 速 轴 承 通 常 取
／ Ｄ ： １ ，即取 Ｌ ＝ ９ ０ Ｉ ｌ ｌ ｌ Ｔ Ｉ ；
膜 刚度 ，忽 略其 余部分 的刚度 ，主轴 则可 能会达 不 到很 高 的 回转 精度 。 对 于双支 撑 主轴 ，如 果不计 接触 变形 ，主轴 受 力 点 的位 移 为 主 轴 弹 性 形 变 引 起 的 位 移 与 轴 承 油 膜 刚 性 引起 位 移 的叠 加 ，在 变 形 很 小 时 ，位 移 满 足 线 性 相 加 原 理 ，即 ：先 将 静 压 轴 承 看 成 刚 性
相 同 的 ２号主 轴 油 。
２ ． ２ 高速静压轴承参数计算
根 据主轴直径 ，径 向轴承采用 了四油腔结构 ，止
推轴 承采用环 状单油腔 结构 ，供 油时采用恒 压方式 。
２ ， ２ ． １ 前 径 向静压 轴承 参数 计算
３ 电 主轴结 构设 计
３ ． １ 利用主轴系统刚度选择结构尺寸
２ ． ２ ． ２ 止 推轴 承 参数计 算
在 高速液 体 静压轴 承 中 ， 由于 离心 力作 用 的影 响 ，采用 常规 止推 轴承 设 计 的油腔 腔压 下 降显著 ，
这 里推 荐 采 用文 献 ［ ４ ］ 中高速 液 体静 压止 推轴 承 的
图 ２ 主轴 系统位移
设计 公 式 ，其 计 算过程 如 下 ： （ １ ） 确定 轴 向最大 外载 荷
杜
雄
内置式 静压 电主 轴轴 系设 计
速为 １ ０ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ的 内置式静 压 电主轴 来 说 ，满 足
强度 条件 的轴 径 为 ：
≥ （ ９ ． ５ ５× １ ０ ６ ｐ／ ｏ２ ｆ ］ ， ｚ ） “ ＝ Ｃ（ Ｐ ／ ｎ ） “
．
（ ３ ） 确 定轴承 的承 载面 积 ， 根 据初 步确 定 的封 油面 宽度 比值 Ｃ ＝ ｏ ． ２ 、面积 系数 ０ ． ８和节 流 比 ２ 来计 算承 载面 积 ；
支 撑 ，求 出 主 轴 在 外 力 作 用 下 的弹 性 变 形 ，再 将 主 轴 作 为 刚 体 ，求 出静 压 轴 承 油 膜 刚 性 引起 的位 移 ，这 两部 分位 移值 在磨 削力 的方 向上通 过线 性相
（ ４ ） 确 定 半径计经 验
用相 同值 ，取 一 ２ ． ５ Ｍｐ ａ ：
图２ 中 Ｄ点是对 砂轮 安装位 置 处所 受磨 削力简
，‰ ＝ ｌ ２ ５ ０ Ｎ；
化 而 得到 的点 ，其位 移 为 ：
（ ２ ） 确 定供 油压 力 尸 ｓ ，在 理 论上 与径 向轴承 选
＝ ２ ５ ０ ０ Ｎ； 主 轴 系 统 刚 度 除 了包 括 静 压 轴 承 的 油膜 刚 度 外 ，还 包括 主轴 本身 的刚度 和在 主轴 部件 中有关 零
件 的接触 刚度 。在 设计 中如 果只 注意 静压 轴承 的油
（ １ ） 确 定最 大 的外载 荷 Ｆ ｍ ，取
Ｄ ＝９ ０ １ Ｔ ｌ ｎｌ ；
（ １ ． ２ ￣２ ） × １ ０ ～ｃ ｍＺ ／ ｓ 。以 ｖ ＝ １ ． ６ ｘ １ ０ 之ｃ ｍ２ ／ ｓ代入 得
叩 ・ ｖ ＝１ ． ３ ７ ６￣１ ０ 一Ｐａ ・ Ｓ ；
加 后就 得到 主轴 系统 受 力 点的位 移 ，如 图 ２所 示 。
后轴 承 的参 数计算 与 前轴 承 的类似 ，这 里就 不 再赘 述 。
取 厅 ０ ＝ ０ ． ０ ３ ５ ｍｌ Ｔ ｌ ￣
（ ５ ） 确 定封 油 面宽度 ， １ 和 ｂ １ ，考 虑 到有 利于 散
热取 ， １ ＝ ６ ｌ － ５ ｍｌ ｒ ｌ ￣
（ ６ ） 计算有 效 承载 面积 。 ，
Ａ 。 ＝ ２ Ｒ （ Ｌ ＋ ｌ １ ） ｓ ｉ ｎ （ ０ １ ＋ ０ ２ ） ／ ２ ＝ ４ ７ ７ ５ ． ９ ８ １ ＇ ， ｎ ｌ Ｔ ｌ ２
ｎ为轴 的转速 ，ｒ ／ ｍｉ ｎ ；［ Ｔ ］ 为许 用扭转切应力 ，ＭＰ ａ ； Ｃ为 由许用 扭转 切应 力确 定 的系 数 。
（ ６ ）确 定 轴 承 沟 槽 的 外 直 径 ２ Ｒ ， 按 。 ＝ ［ ０ ． ８ ／ Ｉ Ｌ ４ ｔ ＋ （ Ｒ Ｂ ２ ＋ Ｒ ｃ ２ ） ］ ” 计算 ，取 Ｒ ｃ ＝ ７ ２ ． ５ ｍｍ； 主轴材料选用 ９ Ｍｎ ２ Ｖ 合 金 工 具钢 ，将 其 Ｃ Ｒ （ ７ ）确 定 轴 承 的 外 直 径 ２ Ｒ Ｄ， 按 Ｒ Ｄ ＝ （ ０ ． ４ ／ ｚ Ａ ｔ ＋ Ｒ ｅ ２ ） ” 计 算 ，取 Ｒ Ｄ ＝ ７ ５ ｍｌ ｒ ｌ ；