电主轴内部结构拆解6篇

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2024年3月6日发(作者：)

电主轴内部结构拆解6篇

以下是网友分享的关于电主轴内部结构拆解的资料6篇，希望对您有所帮助，就爱阅读感谢您的支持。

第一篇

宏碁P3内部揭秘

那么接下来我们将对宏碁P3进行详细拆解，对内部设计和布局进行详细分析，让用户了解到哪里是处理器，哪里是风扇位置，哪里的发热量可能会更高一些，让大家更加了解这款产品的优秀到底在哪里。

拆机首要步骤卸除屏幕

拆机首要步骤卸除屏幕

宏碁Aspire P3使用了一块11.6英寸的IPS 显示屏，垂直和水平的可视角度最高达到178°，分辨率为1366×768。拆分之后，平板可以独立使用，预装的是Windows 8操作系统，可以通过虚拟键盘实现临时性的文字输入，这样一来便携性 1

提高了不少，但需要大量文字输入的应用环境下，还可以插回保护套里使用键盘操作。

宏碁P3外观的完整度十分高

机身背面也设计得十分完整

没有裸露的螺丝，需要先拆除这条白色塑料挡板

隐藏在挡板之下有三颗固定螺丝

通过拆机撬棒将屏幕取下

屏幕与机身之间的卡扣去掉

屏幕取下工作完成

总的来说，取下屏幕这一步骤还是十分简单的，但是要注意机身后面的白色塑料挡板比较脆弱，用力不当容易折断。卸除固定螺丝之后，沿着屏幕与机身之间的缝隙借助拆机撬棒适当的撬起，屏幕与机身之间的卡扣即可解开，同时还得注意屏线连接不要用蛮力使之断裂。

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取下屏幕在看主板

取下屏幕在看主板

接下来的步骤就是取下宏碁P3的屏幕与主板模块。主板方面宏碁P3还是有着较足用料的，主板可分为两个模块，一个是核心设备模块，另一个是扩展接口模块（耳机接口与后置摄像头）。首先拆除扩展接口模块，这一模块通过排线与核心设备模块相连，并且有两个固定螺丝。

首先断开电池与主板之间的连线

断开屏幕与主板之间的连接

镜面屏幕容易留下指纹

整块屏幕面板的背面样貌

音频接口以及前置摄像头

整个逻辑主板模块

主板背面样貌

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散热器

处理器与板载内存

南桥芯片

板载无线网络模块

mSATA 接口可安装SSD 固态硬盘

内置USB3.0接口

最后拆卸下来的便是宏碁P3体内的主角，整个 PCB 板有 CPU、内存、南桥芯片等等。不仅如此，宏碁P3的电源供电模块与电池供电模块也都位于这主板之上，因此这块

PCB 板算是核心硬件模块。

看设计来说散热续航

看设计来说散热续航

从温度分布图来看，该机的绝大部分热量都堆积在屏幕上方与散热出风口位置，不过掌托由于完全独立所以几乎没有热度，所以在连接底座的时候，使用体验是非常好的，热风垂直向上散出，用户几乎感受不到热度。

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机身背部热量分布

在机身背面，热度同样集中在出风口处，当大部分热量堆积于散热通风口附近位置，且其他部位的温度没有高于

37℃，这限制了我们在移动使用的时候，手持部位只能拖着机身底部，而上方设计了出风口，平板电脑刚刚拆分的时候，可能还是会存留一定的热浪。

拆卸下来的散热风扇

散热风扇背面设计

板载与主板之上的凌动处理器

40Wh 容量锂聚合物电池

续航能力测试结果

将电源调节至省电模式，经过一段时间的测试后，最终得到5小时30分的测试成绩，如果算上剩余电量和测试前后的误差的话，正常使用时间应该在6小时以上。 最后评价：

从拆解的结果来看，宏碁P3确实是一款不错的产品，满足了移动办公的需求，平板部分只有764g ，是超过了所有 5

超极本的成绩，让我们可以轻松移动，如果和iPad 相比，做工的精细程度也丝毫不落后，这也是P3身上相对比较厚道的地方。

第二篇

电脑主机结构部分拆解报告

班级：10化学 学号：101001059 姓名：刘春 实验时间：2011年03月13号 星期日

得分:

实验目的：通过插解主板上的CPU 、内存、硬盘、显卡更好的了解主机的组成。 实验器材及条件：电脑主机、数码相机，螺丝刀等。

实验步骤：1:打开主机箱，看到主板，

2把机箱打开，会看到主板，就是最大的那块板。上面一般有个大风扇，风扇下面是个散热片，而散热片下面才是CPU。要拆了才能看到的。

3拆开主机箱，一般位于光驱的下面，通过线和主板连着 6

长方体，长宽高约为15cm.7cm.3cm

4机箱盖拆下 主板上有两个长的插槽 一般只有一个上插有内存条，就是那个

拔下来就

5找到显示器后面的两根先，一根是电源的插头线。另外一根为显卡的数据连接线。顺着这根先看此线的插头在主机的哪个位置

行

6驱动器

7安装CPU和风扇在我们安装：CPU时先拉起插座的手柄，把 CPU按正确方向放进插座，使每个接脚插到相应的孔里，注意要放到底，但不必用力给CPU施压，然后把手柄按下，这样，CPU就被牢牢地固定在主板上了，然后安装上CPU风扇，风扇是用一个弹性铁架固定在插座上

8安装内存条：内存条装起来还是很简单的，把插槽的两端白色的卡子扳开，DDR的内存条中间有个缺口，把那个缺口对准插槽中间的一个小横杠杠，再把内存条插进去，然 7

后把卡子压紧就行了。

9安装显卡：将显卡插入对应的插槽中，然后拧紧螺丝。

10安装硬盘：卸下固定架硬盘插入固定架中，拧紧螺丝固定，将固定架装回到机箱里，用螺丝固定好。

11.安装启动器：从面板上拆下一个5寸槽口的挡板,把光驱安装在5寸固定架上，保持光驱的前面和机箱面板齐平，拧紧两侧螺丝。

12按照原来的样子连好数据线，将主板放到机箱盒中，连好鼠标等器材，接通电源，电脑组装好了。

实验结果：了解了电脑内部的主要结构和位置，以及组装它们。

实验总结：通过这次的电脑拆解和组装实验，懂的了要先预习好实验后再去拆解电脑主机比价容易点，同时也感受到实践比理论难的多，以后应加强电脑方面得手动能力，更好的了解电脑。

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第三篇

汽车安全带总成，由于气囊引爆，安全带也不能使用

安全带还很新 基本上看不出使用痕迹

多角度拍照好好看看安全带

安全带还是可以二次利用的 制作马扎很好的选择

安全带上面标识 可惜都是外文不懂 不过拆后我知道了是警告的意思

拆开蓝色上盖 奉劝大家安全带没有归位的时候千万不要打开 这个是有很大危险的。蓝盖下面是螺旋弹簧 我想很多拆过闹表的同学都是这个弹簧的厉害吧

螺旋弹簧特写 当时幸亏开盖没有对着自己 也没有看 弹簧足足蹦出一米多远弹到墙上啊

弹簧卡座 固定弹簧安装在中轴上面

继续拆 蓝色上盖下面的底座就是一个盖子没有任何作用

安全带螺旋弹簧示意图 螺旋弹簧主要作用就是旋转卷轴让安全带保持紧绷

继续拆解 拆解安全带锁定装置 拆开这个上盖就可以看见锁定装置结构了

拆开上盖的样子 看上去还是很复杂的

锁定装置复位方式采取弹簧复位

复位弹簧特写

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锁止方式特写

第四篇

拆解MacBook 电源适配器 内部构成非常复杂

MacBook 的电源适配器，内部究竟长什么样？近日，曾经拆解并过正品和山寨 iPad 电源适配器的Ken Sheriff又进行了MacBook 电源适配器的拆解，让我们清晰窥探到MacBook 电源适配器的内部。

从拆解的图片可以看出，这款适配器包含了大量的电路，同时还内含了一个微处理器，Sheriff 表示：

“本次拆解的 MacBook 适配器为 85W ，型号为 A1172（所以由此可推测是 MacBook Pro 的电源适配器），这些图片可以有助于你区分正品和山寨充电器：苹果 logo 在外壳上，金属（不是塑料）接地插头在右边，而序列号则在接地插头旁。

这看起来很奇怪，我发现打开一个充电器最好的方法是敲击木凿周围的缝隙。随着外壳打开，就可以看到适配器的金 10

属散热器，散热器可以帮助冷却适配器内的大功率半导体。适配器另一边则显示了电路板，底部为电源输出，一些微型的零部件也可以看得见，但大多数的电路还是被金属散热器覆盖着，被黄色的绝缘胶带固定着。

麻雀虽小但五脏俱全，苹果的每一个部件组成部分都值得我们细心雕琢和研究。

第五篇

智能电表内部构造深度拆解：电表如何智能？

2012年08月22日 10:21 来源：电子发烧友 作者：秩名 我要评论

(3) 在电力及燃气等能源领域，具备通信功能并能够远程读取数据的“智能仪表”受到的关注越来越高。其原因是，这种仪表有望用于多种用途，如能源使用情况的“可视化”、使用抄表数据提供咨询服务，将来还有望用于家用设备控制等。

那么，这种智能仪表由哪些部件构成，并由哪些厂商供应主要部件？与智能手机等便携终端相比，人们几乎没有机会了解智能仪表的内部构造。因此，为了弄清楚这些内部情况， 11

拆解组决定购买美国的“智能电表”产品，并进行内部分析。

此次是在从事过多款产品拆解调查的Fomalhaut

Technology Solutions公司的协助下进行拆解分析的。下面首先以具备有线通信功能的智能仪表为主，分析一下使用部件的厂商名称及部材成本等。

具备以太网通信功能

此次拆解的产品是美国仪表厂商Itron 的“Sentinel

SS5S2L”（以下称Sentinel ）与美国通用电气的“KV2”，二者均为支持120V ～480V 电压的电表，具备以太网或电话线通信功能（表 1）。此外，为了便于参考，同时还分析了瑞士兰吉尔（Landis+Gyr）公司的不具备通信功能的“AXS4”的内部情况，并一起列在下表中。

表1 此次拆解分析的电表

这三款仪表的共同点是，均为电表，而且可使用液晶面板显示数据。其不同点是，具备通信功能的两款机型在内部安装了三块基板，而不具备通信功能的 AXS4则将主要部件集成在了一块基板上。而且，AXS4的部材成本推测值最低。拆解时可以看出，其他两款机型因嵌入了通信功能，部材成本有所增加。

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使用三块基板

下面我们看一下内部具体构造。首先分析一下安装在Sentinel 内部基板上的MCU 等。 Sentinel 与其他智能电表一样采用圆筒形状，乍看上去就像一个稍大的罐头盒。取下外面的塑料壳，并拆除下部的加固部材后，可以看到两块安装有各种部件的基板（图1）。里面还有一块基板，该电表共由三块基板构成。其中一块是进行以太网等通信处理的基板，另

一块是安装主要MCU 的主基板。每块基板均由树脂制成。

图1 Itron公司的Sentinel

取下外壳并拆掉下部的加固部材后，可以看到两块基板。此外，里面还有一块基板。 负责通信处理的基板上最引人注目的部件是，进行以太网信号与串行信号转换的美国创力（Lantronix ）公司的超小型设备服务器“XPort”（图 2）。XPort 的内部嵌入了可进行串行数据及以太网数据转换处理及网络控制处理的电路，可以利用以太网线传输信号。位于其周围的瑞萨电子的MCU 等估计是进行通信处理的。

还有可能安装了备用电路

主基板上安装了多个MCU （图3）。特点是采用了多款日本厂商生产的MCU ，包括瑞萨电子的16bit 产品与NEC

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电子的产品注1）。此外还有欧美厂商的产品，如美国爱特梅尔的8bit 产品，荷兰恩智浦半导体的液晶驱动器IC 等。

注1）本文涉及到的厂商均为电表上市时的名称，其中包括现已更名的企业。

图3 使用瑞萨等公司的MCU

主基板上安装了瑞萨电子及爱特梅尔等的MCU 。

另一个特点是具备两个相似的电路块，分别以瑞萨与NEC

的MCU 为中心，安装了美国PDI 公司的晶体振荡器以及各种防噪音部件等。对此，Fomalhaut Technology Solutions的主管柏尾南壮指出，“因为是使用寿命长达10年的产品，所以使其具备了备用电路职能”。这样就具备了冗余性，发生故障时，能够利用另一个电路块继续进行处理。

日本产品较多的原因

除基板外，电表内部还嵌入了两个圆筒形锂离子充电电池。其形状并非笔记本电脑等使用的直径18mm 高65mm 的“18650”，而是接近5号干电池。使用这种电池之后，当因某种原因断电时，电路能够继续工作。

此外，还使用了尼吉康的铝电解电容器等，明显日本厂商的部件较多。对此，Fomalhaut 的柏尾认为，“因为是长期使用的工业设备，所以选择了长期可靠性较高的日本产部件”。据该公司推测，这些基板与构成部件合计后的部材成 14

本为5551.32日元。

电表如何智能：Elster REX2智能电表拆解实录

电表是一个连接到电网的设备，任何公司或者家庭都要用到它，采用的技术可以追溯到19世纪后期。然而，工程师们最近开发出一种固态电子式电能表，能够无线发送用电读数。这种新的电表，消除了人为错误，也能更准确地监测其系统。

这里展示了iFixit 网站上对Elster REX2智能仪表的拆解，我们来看看它是由哪些设备构成，揭秘他们的硬件结构。

第一步

这里介绍先进的电能表：Elster REX2电度表。

REX22智能仪表在非编程电表的基础上做得的几项改进：

-- 1，000，000次写周期的非易失性内存

-- 完整的128位AES 加密造就了先进的安全性

-- 远程升级

-- 支持900兆赫和2.4 GHz ZigBee通信

-- 可选：附加通量电容

第二步

下面的拆解功能由专业人员或认为自己是专业人士的来执行。

-- 进入电表内部之前，必须首先拆除安全封条。如图。

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-- 取出安全密封条后，扭动手腕揭开透明塑料盖。

第三步 -- 标记类型为R2S 是Elster REX2智能电表。 2S模式经营的额定电压240V ，192V 到288V ，标称频率为60赫兹。

-- 智能电表将有一个LAN ID ，基于IP 的智能电网的EnergyAxis 网络都必须连接到一个LANID 。

-- Elster 的电表都是用控制路径网运作在902-928 MHz

ISM频段的25个渠道。

-- 当“控制网络”建立时，Elster REX2能够发现自己和其他电网之间的最佳路径，使重复信号的噪声和重复最少。

-- 如果客户对电表作为中继器有所担忧，可以联系Elster

公司，要求他们的Elster 电表传送功率读数。

第四步

-- 一个组件的两部分是由四个塑料夹子卡住的。

-- 夹子被压紧时，上下两部分“弹开”就可以看到内部结构了。

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-- 第一眼看到分开的两部分你会为内部组件的简单感到惊讶。

第五步

-- 当把唯一的一根导线断开后，我们就可以很清楚地看到了智能电表的电源连接。

-- 用尖嘴钳夹住用来连接电源和后盖的固定夹，就可以很容易的拆开这部分。

-- 轻摇之后就可以将电源连接部分拿出来。

第六步

-- 极厚的铜导线允许电表串联到主电源上。它们可以承受200安培的电流。

-- 有趣的是，电表是靠一个连接导线的黑色环形电流变压器向主板发送功耗信号的。

-- 电流互感器就是通过铜导线来测量电流，同时为主板提供电表输出。 -- 长的金属压片可以承受电源240V 的交流 17

电。

第七步 -- 令人惊讶的是在整个设备只有一个螺丝，而且很难找到Philips 1。

-- 当移除前面几个部分后，主板就可以很容易的拆下来了。

第八步

位于主板前端的IC 包括：

-- Teridian公司的71M6531 SoC与微处理器核心，RTC ，FLASH 和LCD 驱动器 -- 德州仪器LM2904低功耗双运算放大器

-- RMFD RF2172中等功率高效率放大器IC

-- 低于1GHz 系统单晶片的德州仪器CC1110F32MCU

和32kB 闪存

-- 附近的两个板通道是用来传输从顶部到电路板铜导线的240V 交流电，并将蓝色变压器部分降到10v ，这里完成了交流电压整流和为主板提供合适直流分量的工作。

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第九步

-- 智能电表的真正创新在于它的继电器电源消费统计与电表读数器是无接触的，这项创新Elster 电表是通过向900

MHz ISM频段发送加密信号实现的。

-- Elster设计的天线模式能使信号远离办公楼。

-- Elster 电表在与网络中的其他电表通信时只传递信息。他们产生的辐射量仅为1/4w，远远低于手机辐射。

-- Elster设计的电表可以每六个小时传递一次数据，传递时间仅为40毫秒。 第十步

-- 对智能电表的争议在于额外的无线电频率（RF ）信号是否会对人体健康产生影响。 -- 一方面，请愿者指出智能电表比起由当今众多设备产生的“电子烟雾”，所产生的射频信号已经是微乎其微。

-- 另一方面，反对者似乎不考虑智能电表的运作特点，就指出在长时间内智能电表会产生大量无线电波辐射。

-- 因此，如果该设备始终存在，就有可能会引起人们的关注。

第十一步

-- 最后，我们可以拆除液晶显示屏。

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-- 正如所见，单色LCD 没有任何带状电缆连接到主板。

-- 它似乎是通过底部的黑条与主板上的焊盘接触，从而产生图像来运作的。 -- 这种液晶连接的方法是很常见的，黑色和粉红色地带被称为“斑马接头”。 第十二步

-- 通常我们在最后一步会给出一个可修复分数，但我们又会觉得不合适，毕竟，电表表面有一个防篡改安全封条。

-- 即便如此，我们还是很高兴地了解到，智能电表不容易易碎的内部组件，这样也可以帮助授权的维修技师解除困惑。

第六篇

14000r/min数控铣床电主轴的结构设计

摘要

本文主要介绍了电主轴的工作原理、轴的设计、轴承技术 20

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。本设计通过利用网络工具、图书馆的书籍和各类期刊、杂志查阅了电主轴的相关知识，确定本设计符合要求，满足需要。设计方法有：查阅资料产生电主轴机械设计的基本思路，确定合理的电主轴结构；重点对电主轴的轴进行了设计，对轴承进行了分析选配，确定了电主轴轴承的选配原则；且充分利用相关知识按要求对本课题进行具体设计。

本设计采用的方法是理论设计与经验设计相结合的方案，所运用的资料来源广泛，内容充足。实现本方案的可行性高。实践表明，所设计的MS24015铣床主轴满足使用要求。

关键词 电主轴/定子/转子/关键技术/动平衡

The mechanic designs of electric spindles

Abstract

The designs and working principle of electric spindles 、bearing technical as well as crucial technology and so on was

introduced in this paper . Electrical spindles is being made

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by a direct motor rotor of be hollow pack in main shaft on

and stator knows super-cooling but cover fixes, which form a

complete unit of main shaft in the casing hole of main shaft,

and then the electricity rotor directly drive the operation of

main shaft. Its main application is being compound process

machine tool and much axle to unite to move, polyhedron

processing machine tool and the machine tool of parallel

connection in. This design cut the related knowledge of

central fuselage according with requirement through using

network tool and magazines , each kind of periodical and the

books in the library and then determining the design, which

satisfies the needs. The design method is as follows: First,

look up information to produce the basic thought of the

electrical mechanical design of main shaft, determine the

reasonable electrical structure of main shaft. Then, the key

axle for electrical main shaft is designed, and analyze and

choose the match for bearing, the electrical bearing of main

shaft choose to match principle have determined; Use

related knowledge finally fully press requirement for this

program carry out specific design.

The method of designing adopted the scheme theoretical

design and experience design, and the data sources utilized

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was adequate content extensively . Feasibility of realize the

scheme is high. Practice shows that the MS24015 main shaft

of milling machine design satisfies the request.

Keywords Electrical main shaft, Stator, Rotor, Crucial

technology, Dynamic balancing

1 引言

高速加工技术越来越受到人们的关注，它不仅可获得更大的生产率，而且还可获得很高的加工质量，并可降低生产成本，因而被认为是21世纪最有发展前途的先进制造技术之一。当代4大先进制造技术之一的超高速切削具有高切削速度、高进给速度和高加工精度的特性。是继数控技术之后使制造技术产生又一次重大变革的一项高新技术，具有极高的生产效率。而研制和开发超高速机床，是实现超高速加工的基本前提，其中实现高速加工最根本、最关键的技术是实现高的切削速度，而高速切削的主要执行者高速主轴就在所难免的担起了主要的作用。高速电主轴是高速加工机床的核心功能部件，开发拥有自主知识产权的电主轴是机械加工行业的迫切需求。电主轴是最近几年在机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，在中高档数控机床中应用广泛。它与直线电机技术、高速刀具技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。

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我国高速电主轴的设计制造技术刚刚起步, 目前尚未形成批量生产规模, 电主轴的各项性能指标和国外尚有较大的差距。虽然现在能够生产高速切削机床的企业已有约20多家，但大多部分以引进技术为主，基本上靠调整加工中心来实现轴的变化，没有自己的独特产品。我国大型数控车床用实用型电主轴的开发始于1998年，目前正以蓬勃的发展势头迎头追赶世界水平。洛阳轴承研科技股分有限公司作为国内电主轴领域的龙头企业，基本代表了国同机床的电主轴的最高水平。其他厂商如安阳RABBIT 、无锡机床厂、济宁博特精密丝杠、汉江机床厂、北京机床所、北京-机床、北京三机床等一批企业也在数控机床用电主轴的一发与研究方面也作出了很好的尝试。

在电主轴的设计中有几个要特别注意的，如电机的放置形式、轴承的选用、润滑系统、冷却系统、动平衡等。它们是决定电主轴是否能实现高速旋转的关键因素。

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。

2 电主轴概述

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电主轴的结构

2.1 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。由于电机旋转磁场的方向取决于输入定子三相交流电的相序，故改变电主轴输入电流的相序，便可改变电主轴的旋转方向。

电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直线电机技术、高速刀具技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。 电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置。而电主轴本身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。

电主轴所融合的技术：

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高速轴承技术：电主轴通常采用复合陶瓷轴承，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍；有时也采用电磁悬浮轴承或静压轴承，内外圈不接触，理论上寿命无限。 高速电机技术：电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，电动机的转子即为主轴的旋转部分，理论上可以把电主轴看作一台高速电动机。关键技术是高速度下的动平衡；

润滑：电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑；也可以采用脂润滑，但相应的速度要打折扣。所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注一次油。所谓定量，就是通过一个叫定量阀的器件，精确地控制每次润滑油的油量。而油气润滑，指的是润滑油在压缩空气的携带下，被吹入陶瓷轴承。油量控制很重要，太少，起不到润滑作用；太多，在轴承高速旋转时会因油的阻力而发热。

冷却装置：为了尽快给高速运行的电主轴散热，通常对电主轴的外壁通以循环冷却剂，冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。

内置脉冲编码器：为了实现自动换刀以及刚性攻螺纹，电主轴内置一脉冲编码器，以实现准确的相角控制以及与进给的配合。

自动换刀装置：为了应用于加工中心，电主轴配备了自动换刀装置，包括碟形簧、拉刀油缸等；

高速刀具的装卡方式：广为熟悉的BT 、ISO 刀具，已被 26

实践证明不适合于高速加工。这种情况下出现了HSK 、SKI

等高速刀具。

高频变频装置： 要实现电主轴每分钟几万甚至十几万转的转速，必须用一高频变频装置来驱动电主轴的内置高速电动机，变频器的输出频率必须达到上千或几千赫兹。

2.2 电主轴的主要参数

2.2.1 电主轴主要参数

电主轴的主要参数有：(1)主轴最高转速和恒功率转速范围：(2)主轴的额定功率和最大扭矩：(3)主轴前轴颈直径和前后轴承的跨距等。其中主轴最高转速、前轴颈直径和额定功率是基本参数。电主轴通常装备在高速加工中心上，在设计电主轴时要根据用户的工艺要求，采用典型零件统计分析的方法来确定这些参数。机床厂对同一尺寸规格的高速机床，一般会分两大类型，即“高速型”和“高刚度型”分别进行设计。前者主要用于航空、航天等工业加工轻合金、复合材料和铸铁等零件：后者主要用于模具制造、汽车工业中高强度钢或耐热合金等难加工材料和钢件的高效加工。在设计电主轴时，还要注意选择有较好扭矩———功率特性和有足够宽调速范围的变频电动机及其控制模块。

2.2.2 电主轴优点

一般说来 ,高速机床都是数控机床和精密机床 ,其传动结构的最大特点是实现了机床的“零传动”。从机床的主传动系 27

统来看 ,这种传动方式取消了从主电动机到主轴之间一切中间的机械传动环节 (如皮带、齿轮、离合器等 ) , 实现了主电动机与机床主轴的一体化。这种传动方式有以下优点 :(1)机械结构最为简单 传动惯量小 ,因而快速响应性好 ,能实现极高的速度、加 (减 )速度和定角度的快速准停 (Ｃ轴控制 )。(2)采用交流变频调速和矢量控制的电气驱动技术 ,输出功率大 ,调速范围宽。有比较理想的扭矩———功率特性

(图1-1右) , 一次装夹既可实现粗加工又可进行高速精加工。

图1-1 扭矩—功率特性

电主轴的刚性好、回转精度高、快速响应性好，能够实现极高的转速和加、减速度及定角度的快速准停（C 轴控制），调速范围宽。不同类型输出功率相差较大，高速加工机床主轴需要在极短的时间内实现升降速，并在指定 位置快速准停。这就需要主轴有很高的角减速度和角加速度。如果通过皮带等中间环节，不仅会在 高速状态下打滑、产生振动和噪音，而且增加转动惯量，给机床快速准停造成很大困难。目前，多数高速机床主轴采用内装式主轴电机一体化的主轴单元，即所谓内装式电机主轴，简称“电主轴”。它采用无外壳电机，将带有冷却套的电机定子装配 在主轴单元的壳体内，转子和机床主轴的旋转部件做成一体，主轴的变速范围完全由变频交流电机控制，使变频电机和机床主轴合二为 28

一。高速电主轴结构特点高速电主轴要获得好的动态性能和使用寿命，必须对高速电主轴各个部分进行精心设计和制造。

它按应用于不同机床中分为 :钻铣主轴、加工中心主轴、雕刻机主轴、磨床用电主轴等。

2.3 电主轴装配注意问题

2.3.1 轴承的安装

2.3.1.1 安装

轴承属于精密的机械部件，在安装前请勿打开包装，避免生锈。对已经脂润滑的轴承及双侧具油封或防尘盖，密封圈轴承可直接安装，不必清洗。 轴承的安装过程中，必须掌握一个原则，即只能通过相应套圈来传递安装力或力矩。

(1) 压入配合

轴承内圈与轴使紧配合，外圈与轴承座孔是较松配合时，可用压力机将轴承先压装在轴上，然后将轴连同轴承一起装入轴承座孔内，压装时在轴承内圈端面上，垫一软金属材料做的装配套管(铜或软钢) 。

轴承外圈与轴承座孔紧配合，内圈与轴为较松配合时，可将轴承先压入轴承座孔内，这时装配套管的外径应略小于座孔的直径。

如果轴承套圈与轴及座孔都是紧配合时，安装室内圈和外圈要同时压入轴和座孔，装配套管的结构应能同时押紧轴承 29

内圈和外圈的端面。

(2) 加热配合

通过加热轴承或轴承座，利用热膨胀将紧配合转变为松配合的安装方法。是一种常用和省力的安装方法。此法适于过盈量较大的轴承的安装，热装前把轴承或可分离型轴承的套圈放入油箱中均匀加热80-100℃，然后从油中取出尽快装到轴上，为防止冷却后内圈端面和轴肩贴合不紧，轴承冷却后可以再进行轴向紧固。轴承外圈与轻金属制的轴承座紧配合时，采用加热轴承座的热装方法，可以避免配合面受到擦伤。

用油箱加热轴承时，在距箱底一定距离处应有一网栅，用钩子吊着轴承，轴承不能放到箱底上，以防沉杂质进入轴承内或不均匀的加热，油箱中必须有温度计，严格控制油温不得超过100℃，以防止发生回火效应，使套圈的硬度降低。 推力轴承的周全与轴的配合一般为过渡配合，座圈与轴承座孔的配合一般为间隙配合，因此这种轴承较易安装，双向推力轴承的中轴泉应在轴上固定，以防止相对于轴转动。

轴承的安装方法，一般情况下是轴旋转的情况居多，因此内圈与轴的配合为过赢配合，轴承外圈与轴承室的配合为间隙配合。

轴承安装好后要进行检查，应保证轴承安装到位，旋转灵活，无卡滞现象，如轴承安装不当，会使轴承温度迅速上升而损坏，发生轴承卡死断裂等重大事故。

30

2.3.1.2 轴承的使用和保管

(1)在轴承使用时，保持周围环境的洁净，不要粘上手汗和污物。规定由熟悉轴承的人员使用，特别需要小心伤、压痕、欠损等。为保证轴承的使用性能，应根椐设备的作业标准，定期对轴承进行维护、保养和检修，内容包括监控运行状态、补充润滑剂、定期拆卸检查。

(2)轴承不得直接在地上储存(需离地30cm 以上) ，避免直射光线和阴冷的墙壁。为了防止生锈，保管在温度20℃左右、湿度65％以下的环境中，轴承放置在酸性空气中，容易生锈、变色，要用手套、木棉回丝擦拭轴承、轴、外壳，垃圾进入轴承内部和配合部分是发生异常的原因，因此需要注意。

2.3.2 电主轴MS24015装配顺序及工时

1. 配隔垫 0：20

2. 清洗壳体，油路 0：40

3. 试水套，清孔 0：24

4. 入定子 0：30

5. 动平衡 1：00

6. 装轴 4：00

7. 拉轴，调试，打字 8. 接打件，焊插座：10

9. 包装

可见，其中用时最长的是装轴，因为轴的某些精度就的靠装配来保证的。其次是动平衡。高速轴的动平衡一定要做好， 31

否则轴的旋转精度没法保证。

2.3.3 几个部位的修配

一般修配的零件尺寸为尺寸链中的封闭环。在铣床所用电主轴MS24015中的 修配部位主要是前小盖的高度尺寸。

3 电主轴轴的设计

3.1 电主轴轴的设计

3.1.1 电主轴轴材料的选择

在MS24015这根铣床轴的材料我们选择42CrMo 。这是因为：

3.1.1.1 从微观组织性能角度讲

(1)合金元素Cr 、Mo 对钢中基本相的影响

Cr 、Mo 属于合金元素，这两种元素强化效果较弱，可溶于渗碳体形成合金渗碳体或与碳形成特殊碳化物。合金渗碳体和特殊碳化物具有较高的熔点和稳定性。在加热至高温时也不易溶入奥氏体，因此可起阻止奥氏体晶粒长大的作用。另外，

它们又具有较高的硬度。当它们在钢中弥散分布时，可大大提高钢的强度，硬度及耐磨性，而不降低韧性，这对提高工件的使用性能极为有利。

(2)合金元素Cr 、Mo 对F e F e 3C 相图的影响

在碳钢中加入合金元素，将使Fe-Fe3C 相图发生改变。加 32

入Cr 、Mo 这两种合金元素会使奥氏体区缩小。而缩小奥氏体区的合金元素，使A 1和A 3温度升高，S 点和

E 点向左上方移动。含碳量相同的合金钢和碳钢相比，具有不同的显微组织。在一般的合金钢中，虽然合金元素总量减少，但由于S 点左移，在退火状态合金钢中珠光体的相对量较相同含碳量的碳钢多。因此钢的强度也较高。

(3)合金元素对钢相变过程的影响

对于大多数合金钢来说，所要求的性能主要是通过合金元素对相变过程的作用来实现的。

① 合金元素对奥氏体形成的影响

碳化物形成元素Cr 、Mo ，显著降低碳的扩散速度而大大降低奥氏体的形成速度。除Mn 、P 外几乎所有合金元素都能阻止奥氏体晶粒长大，起细化晶粒作用。合金元素形成物的倾向越大，所形成的碳化物的熔点越高、越稳定，在加热时越难溶于奥氏体中，而是存在与奥氏体晶界上，强烈地阻止奥氏体晶粒的长大。而弱碳化物形成元素Cr 、Mo 作用中等。

② 合金元素对过冷奥氏体转变的影响

合金元素对过冷奥氏体转变的影响, 表现在改变A 体等温转变图的位置、形状和改变M s 、M f 点。除Co 外，几乎所有合金元素溶于奥氏体后都会降低原子扩

散速度，增大过冷奥氏体的稳定性，从而使A 体等温转变 33

图在温度-时间坐标中的位置向右移。这样降低了钢的马氏体临界冷却速度，从而提高了钢的淬透性。Cr 、Mo 就是常用的提高钢的淬透性的合金元素。

③ 合金元素对回火转变的影响

合金元素对回火转变的 影响主要表现在 以下三个方面；提高回火稳定性；产生二次硬化；引起回火脆性。而Cr 、Mo 这两种合金元素提高回火稳定性作用较强，易产生二次硬化，可避免引起回火脆性。

3.1.1.2从宏观的角度讲

轴材料的选择首先应有足够的强度，对应力集中敏感性低；还应满足刚度、耐磨性、耐腐蚀性及良好的加工性。常用的材料主要有碳钢、合金钢、球墨铸铁和高强度铸铁。

选择轴的材料时，应考虑轴所受载荷的大小和性质、转速高低、周围环境、轴的形状和尺寸、生产批量、重要程度、材料机械性能及经济性等因素，选用时注意如下几点：

（1） 碳钢有足够高的强度，对应力集中敏感性较低，便于进行各种热处理及机械加工，价格低、供应充足，故应用最广。一般机器中的轴，可用30、40、45、50等牌号的优质中碳钢制造，尤以45号钢经调质处理最常用。

（2） 合金钢机械性能更高，常用于制造高速、重载的轴，或受力大而要求尺寸小、重量轻的轴。至于那些处于高温、低温或腐蚀介质中工作的轴，多数用合金钢制造。常用的合 34

金钢有：12CrNi2、12CrNi3、20Cr 、40Cr 、38SiMnMo 等。

（3） 通过进行各种热处理、化学处理及表面强化处理，可以提高用碳钢或合金钢制造的轴的强度及耐磨性。特别是合金钢，只有进行热处理后才能充分显示其优越的机械性能。

（4） 合金钢对应力集中的敏感性高，所以合金钢轴的结构形状必须合理，否则就失去用合金钢的意义。另外，在一般工作温度下，合金钢和碳钢的弹性模量十分接近，因此依靠选用合金钢来提高轴的刚度是不行的，此时应通过增大轴径等方式来解决。

（5） 球墨铸铁和高强度铸铁的机械强度比碳钢低，但因铸造工艺性好，易于得到较复杂的外形，吸振性、耐磨性好，对应力集中敏感性低，价廉，故应用日趋增多。

综合宏观和其微观这两方面，该铣床主轴的材料选择42CrMo 。

3.1.2 轴的结构设计

轴的结构设计的任务，就是在满足强度、刚度和振动稳定性的基础上，根据轴上零件的定位要求及轴的加工、装配工艺性要求，合理地定出轴的结构形状和全部尺寸。

轴主要由轴颈、轴头、轴身三部分组成。轴上被支承部分叫做轴颈；安装轮毂部分叫做轴头；连接轴颈和轴头的部分叫轴身。

35

3.1.2.1 零件在轴上的定位

零件在轴上的轴向定位：零件在轴上的轴向定位方法，主要取决于它所受轴向力的大小。此外，还应考虑轴的制造及轴上零件装拆的难易程度、对轴强度的影响及工作可靠性等因素。

常用轴向定位方法有：轴肩、套筒、圆螺母、挡圈、圆锥形轴头等。

由于铣床所用电主轴MS24015要求转速高，转矩小，故轴向定位我们选择轴肩，轴环，圆螺母定位。

（1）轴肩：轴肩由定位面和过度圆角组成。为保证零件端面能靠紧定位面，轴肩圆角半径必须小于零件毂孔的圆角半径或倒角高度；为保证有足够的强度来承受轴向力，轴肩高度值为h=(2-3)R。

（2）轴环：轴环的功用及尺寸参数与轴肩相同，宽度b

≥1.4h 。若轴环毛坯是锻造而成，则用料少、重量轻。若由圆钢毛坯车制而成，则浪费材料及加工工时。

（3）圆螺母：当轴上两个零件之间的距离较大，且允许在轴上切制螺纹时，可用圆螺母的端面压紧零件端面来定位。

2.1.2.2 零件在轴上的周向定位

定位方式根据其传递转矩的大小和性质、零件对中精度的高低、加工难易等因素来选择。常用的周向定位方法有：键、花键、弹性环、销、过盈等联结，通称轴毂联结。

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由于该主轴转速很高，在轴上不允许出现不对称的结构，而键、花键、弹性环、销等结构要不是出现不对称结构要不是在轴上开槽，降低轴的刚度，故轴的周向定位我们选择过盈联结。

另外，轴的结构应尽量简单，有良好的加工和装配工艺性，以利减少劳动量，提高劳动生产率及减少应力集中，提高轴的疲劳强度。

轴的结构设计须在经过初步强度计算，已知轴的最小直径以及轴上零件尺寸（主要是毂孔直径及宽度）后才进行。其主要步骤为；

①确定轴上零件装配方案

②确定轴上零件定位方式

③确定各轴段直径

④确定各轴段长度

⑤确定轴的结构细节

⑥确定轴的加工精度、尺寸公差、形位公差、配合、表面粗糙度及技术要求

⑦画出轴的工作图见附图MS24015-05。

2.1.3 轴的校核

轴在实际工作中，承受各种载荷。设计计算是确保轴可以承受载荷、可靠工作的重要保证。根据轴的失效形式，对轴的计算内容通常为强度计算、刚度计算和临界转速计算。

37

2.1.3.1 轴的强度计算--按扭转强度计算

该方法只按轴所受的扭矩来计算轴的强度，如果轴还受有不大的弯矩，则用降低许用扭转切应力的方法予以考虑。在作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。对于不大重要的轴，也可作为最后计算结果。轴的扭转强度条件为：

T

W 9550000≈0.2d 3P n ≤τ[]T τT = (2-1)

式中： τT ——扭转切应力，MPa ；

T ——轴所受的扭矩，N mm ；

W T ——轴的扭转截面系数，m m 3；

n ——轴的转速，r/min；

P ——轴传递的功率,kW ；

d ——计算截面处轴的直径，mm ；

[τT ]——许用扭转切应力，MPa ，见下表；

表2-1轴常用几种材料的[τ]T及A0值

注：1) 表中

τT 是考虑了弯矩影响而降低了的许用扭转切应力。

2)在下述情况时，[τT ]取较大值，A0取较小值：弯矩较小或只受扭矩

作用、载荷较平稳、无轴向载荷或只有较小的轴向载荷、减速器的低速轴、轴只作单向旋转；反之， [τT ]取较小值，A0取较大值。

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d ≥由上式可的轴的直径：

A 0=

=

=A 0（2-2）式中

查上表。对于空心轴，则：

d ≥A （2-3）

式中β＝d1/d，即空心轴的内径d1与外径d 之比，通常取β＝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d ＞100mm 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d ≤100mm 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dmin 。

通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸、轴上零件的位置、以及外载荷和支反力的作用位置均已确定，轴上的载荷（弯矩和扭矩）已可以求得，因而可按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。一般的轴使用这种方法计算即可。其计算步骤如下：

•作出轴的计算简图（即力学模型）

轴所受的载荷是从轴上零件传来的。计算时，常将轴上的分布载荷简化为集中力, 其作用点取为载荷分布段的中点。 39

作用在轴上的扭矩，一般从传动件轮毂宽度的中点算起。通常把轴当作置于铰链支座上的梁，支反力的作用点与轴承的类型与布置方式有关。

在作计算简图时，应先求出轴上受力零件的载荷，并将其分解为水平分力和垂直分力，然后求出各支承处的水平反力FRH 和垂直反力FRV 。

•作出弯矩图

根据上述简图，分别按水平面和垂直面计算各力产生的弯矩，并按计算结果分别作出水平面上的弯矩MH 图和垂直面上的弯矩MV 图，然后按下式计算总弯矩并作出M 图。

•作出扭矩图

作出轴所受的扭矩图（为了使扭矩图符合下述强度计算公式，图中把T 折算为αT) 。

•作出计算弯矩图

根据已作出的总弯矩和扭矩图，求出计算弯矩Mca ，并作出Mca 图，Mca 的计算公式为：

M ca = (2-4)

式中α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。因通常由弯矩所产生的弯曲应力是对称循环的变应力，而扭转所产生的扭转切应力则常常不是对称循环的变应力，故在求计算弯矩时，必须计及这种循环特性差异的影响。即当扭转切应力为静应力时取α≈0.3；扭转切应力 40

为脉动循环变应力时，取α≈0.6；若扭转切应力亦为对称循环变应力时，则取α＝1。

2.1.3.2 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：

σca =M ca W =W ≤[σ-1] (2-5)

式中： W——轴的抗弯截面系数m ，各种截面计算公式见表。

[σ-1]——轴的许用弯曲应力，其值按表选用。

由于心轴工作时只承受弯矩而不承受扭矩，所以在应用上式时，应取T ＝0，亦即Mca=M。转动心轴的弯矩在轴截面上所引起的应力是对称循环变应力；对于固定心轴，考虑起动、停车等的影响，弯矩在轴截面上所引起的应力可视为脉动循环变应力, 所以在应用上式时, 其许用应力应为[

的许用弯曲应力),[σ0σ0]([σ0]为脉动循环变应力时]≈1.7[[σ-1]。

因所设计的轴强度裕度不大，在加上有实际经验，故此轴不必在进行结构修改。最后绘制轴的零件图（见附手工图MS24015-05）

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2.2 电主轴轴端的设计

随着机床向高速、高精度、大功率方向发展，机床的结构刚性越来越好，而主轴与刀具的结合面多年来仍沿用标准化的7/24锥度配合。分析表明，刀尖25%～50%的变形来源于7/24锥度连接，只有40%左右的变形源于主轴和轴承。 高速加工要求确保高速下主轴与刀具连接状态不能发生变化。但是，高速主轴的前端由于离心力的作用会使主轴膨胀(如图2-1) ，

图2-1 轴端锥孔

由于高速主轴组件对动平衡要求非常高，所以刀具及夹紧机构也需精密动平衡。但是，传递转矩的键和键槽很容易破坏动平衡。结合面的公差带会使刀具产生径向跳动，引起不平衡。键是用来传递转矩和进行角向定位的，有人试图研究一种刀/轴连接方式能在连接处产生很大的摩擦力来实现转矩传递，用在刀柄上作标记的方法实现安装的角向定位，达到取消键的目的。

在众多的高速刀/轴连接方案中，已被DIN 标准化的HSK

短锥刀柄结构比较适合高速主轴。这种刀柄采用1∶10的锥度，比标准的7/24锥度短，锥柄部分采用薄壁结构，刀柄利用短锥和端面同时实现轴向定位(如图2-2) 。这种结构对主轴和刀柄连接处的公差带要求特别严格，仅为2～6μm ，由 42

于短锥严格的公差和具有弹性的薄壁，在拉杆轴向拉力的作用下，短锥会产生一定的收缩，所以刀柄的短锥和法兰端面较容易与主轴相应的结合面紧密接触，实现锥面与端面同时定位，因而具有很高的连接精度和刚度。当主轴高速旋转时，尽管主轴轴端会产生一定程度的扩张，使短锥的收缩得到部分伸张，但是短锥与主轴锥孔仍保持较好的接触，主轴转速对连接性能影响很小。

图2-2轴向定位

2.3 电主轴过盈联结装置的设计

高速主轴单元是机床实现高速切削的关键。采用电主轴结构，取消了一切中间传动环节，可实现很高的极限转速。对电主轴进行结构设计时，需要考虑以下几个问题：首先，它是一种精密部件，主轴轴承需要调整或更换，要求轴上零件便于装拆。其次，主轴轴承是在预紧力作用下工作的，轴承的定位元件在高速下需承受一定的轴向力；电机的转子安装在主轴上，它与主轴的结合面要传递电机的转矩。第三，主轴在高速下运转时，动平衡要求非常高，电机转子与机床主轴之间不宜采用键联结来传递扭矩。为了解决上述问题，我们在电主轴的结构设计中采用了新型的过盈联结结构，并设计成阶梯套的形式。阶梯过盈套作为定位紧固元件，与螺纹联结及键联结相比有以下优点：①不会在轴上产生弯曲和扭 43

转应力，因而对轴的旋转精度没有影响。②易保证零件定位端与轴心线的垂直度，对轴承预紧时，不会引起轴承受力不均，不影响轴承的寿命。③过盈套质量均匀，主轴动平衡易得到保证。④常用热套法进行安装，注入压力油的方法进行拆卸，对主轴无损害。⑤定位可靠，可提高主轴的刚度。实践证明，过盈联结特点适合于对旋转精度要求很高的高速主轴精密零件的定位与扭矩传递。

3 电主轴轴承技术

高速加工技术越来越受到人们的关注，它不仅可获得更大的生产率，而且还可获得很高的加工质量，并可降低生产成本，因而被认为是21世纪最有发展前途的先进制造技术之一。在先进工业国家，此项技术已广泛应用于航空、航天及模具行业。在近五年中，我国的该项技术也取得了长足的进步。

3.1 电主轴轴承的选择

滚动轴承是广泛运用的机械支承。其功能是在保证轴承有足够寿命的条件下，用以支承轴及轴上的零件，并与机座作相对旋转、摆动等运动，使转动副之间的摩擦尽量降低，以获得较高传动效率。常用的滚动轴承已制定了国家标准，只需根据工作条件选用合适的滚动轴承类型和型号进行组合结构设计。

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3.1.1 类型的选择

1. 在机械设计中，滚动轴承选择的一般过程如下图所示

图3-1 轴承类型选择过程示意图

2. 滚动轴承类型选择应注意的问题:

（1）考虑轴承的承受载荷情况

方向：受径向力时，用向心轴承；受轴向力时，用推力轴承；径向力和周向力联合作用时，用向心推力轴承；

大小：受到较大载荷时，可用滚子轴承，或尺寸系列较大的轴承；受到较小载荷时，可用球轴承，或尺寸系列较小的轴承

（2）考虑对轴承尺寸的限制

当对轴承的径向尺寸严格限制时，可选用滚针轴承；

（3）考虑轴承的转速

一般来讲，球轴承比滚子轴承能适应更高的转速，轻系列的轴承比重系列的轴承能适应更高的转速；此外，各类推力轴承的极限转速很低，不易用于高转速的情况。

（4）考虑对轴承的调心性要求

调心球轴承和调心滚子轴承均能满足一定的调心要求（即：轴心线与轴承座孔心线可适当偏转），而圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承满足调心要求的能力几乎为零。

3.1.2 轴承的工况分析

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滚动轴承工作时，并非所有滚动体都同时受载。滚动体同时受载的程度与轴承所受的轴向力的大小有关。实际应用中，一般以控制半圈滚动体受载为宜。滚动体与套圈均受交变应力作用, 其中不动圈的最低点的受力状况最为恶劣。

向心推力轴承在纯径向力F r 的作用下会产生派生的轴向力F d

F d =F r tg α

(单个滚动体受力) （3-1）

当有半圈滚动体受载时，派生轴向力如下计算：

表3-1轴承受载公式

注：表中

和由载荷系数表中查取，是对应表中a ／r ＞的值

Fd:内部派生的轴向力；

Fae:外部施加于轴系的轴向力；

Fa:轴承实际所受轴向力，由于向心推力轴承在工作时是不应沿轴向窜动的，因此Fa 应取决于Fd 与Fae 中较大者，即：Fa=max{Fae,Fd}即：F a =max{F ae , F d }

3.2 电主轴轴承的校核计算

3.2.1 滚动轴承寿命计算

滚动轴承在运转时可能出现各种类型的失效形式，但是套圈和滚动体表面的疲劳点蚀是滚动轴承的一种最基本和常见的失效形式，也是通常作为滚动轴承寿命计算的依据。轴 46

承发生点蚀破坏后，在运转时通常会出现较强的振动、噪声和发热现象。

滚动轴承的寿命是指轴承的滚动体或套圈首次出现点蚀之前，轴承的转数或相应的运转小时数。滚动轴承的承载能力计算主要是指轴承的寿命计算。

图3-2滚动轴承的寿命曲线

与一般结构的疲劳寿命一样，滚动轴承的疲劳寿命的离散性也是相当大的。工程中定义具有90％可靠度的轴承寿命为轴承的基本额定寿命。

在工程实际中，通常是以轴承的基本额定动载荷来衡量一个轴承的承载能力。所谓轴承的基本额定动载荷是指:使轴承的基本额定寿命恰好为100万转时，轴承所能承受的载荷值，用字母C 表示。轴承的基本额定动载荷是依实验与理论分析相结合而得出的，其值可在滚动轴承手册中查得。

一个滚动轴承的基本额定寿命(L 10) 与轴承的基本额定动载荷C 、轴承所受的外加

载荷（当量动载荷P ）等有关，可依据额定寿命计算公式确定。

滚动轴承寿命计算中的一项重要内容是进行当量动载荷的计算和轴向力F a 的计算。

3.2.2 电主轴轴承静载荷及极限转速

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3.2.2.1 静载荷计算

静载荷是指轴承套圈相对转速为零时作用在轴承上的载荷。为了限制滚动轴承在静载荷作用下产生过大的接触应力和永久变形，需进行静载荷计算。按额定静载荷选择轴承，其基本公式为

C 0≥C 0r=S0P 0 (3-2)

式中C 0-基本额定静载荷，N ；C 0r-计算额定静载荷，N ；P 0-当量静载荷，N ；S 0-安全系数。

静止轴承、缓慢摆动或转速极低的轴承，安全系数可参考《机械设计手册》选取。 旋转轴承的安全系数S 0可参考表5。若轴承转速较低，对运转精度和摩擦力矩要求不高时，允许有较大的接触应力，可取S 0滚动轴承转速过高时会使摩擦面间产生高温，影响润滑剂性能，破坏油膜，从而导致滚动体回火或元件胶合失效。 滚动轴承的极限转速No 是指轴承在一定的工作条件下，达到所能承受最高热平衡温度时的转速值。轴承的工作转速应低于其极限转速。滚动轴承性能表中所给出的极限转速值分别是在脂润滑和油润滑条件下确定的。

适用于0级公差、润滑冷却正常、与刚性轴承座和轴配合、轴承载荷P ≤0.1C （C 为轴承的基本额定动载荷，向心轴承只受径向载荷，推力轴承只受轴向载荷）的轴承。 当滚动轴承载荷P>0.1C时，接触应力将增大；轴承承受联合载荷 48

时，受载滚动体将增加，这都会增大轴承接触表面间的摩擦，使润滑状态变坏。此时，极限转速值应修正，实际许用转速值可按下式计算 N0=f1f2N0 式中 N-实际许用转速，r/min；N0-轴承的极限转速，r/min；f1-载荷系数（图3-3）；f2-载荷分布系数（图3-3）。

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3-3 载荷系数关系

3.3 电主轴轴承的组合设计

在确定了轴承的类型和型号以后，还必须正确的进行滚动轴承的组合结构设计，才能保证轴承的正常工作。轴承的组合结构设计包括：轴系支承端结构；轴承与相关零件的配合；轴承的润滑与密封；提高轴承系统的刚度。

3.3.1 支承端结构形式

为保证滚动轴承轴系能正常传递轴向力且不发生窜动，在轴上零件定位固定的基础上，必须合理地设计轴系支点的轴向固定结构。典型的结构形式有三类。 3.3.1.1 两端单向固定

普通工作温度下的短轴（跨距L铣床所用电主轴MS24015的固定形式为两端单向固定。

3.3.2 轴承的配合

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