第四章機(jī)床ZF變速箱有限元建模及溫度場分析
隨著工業(yè)發(fā)展水平的不斷提高,大型鏜銑加工中心所要達(dá)到的不僅僅是高速的切 削,同時也要實(shí)現(xiàn)大扭矩的切削。一般情況下,扭矩與轉(zhuǎn)速這二者成反比,也就是說 很難在同一臺加工中心上實(shí)現(xiàn)這二者的結(jié)合。而在主軸傳動系統(tǒng)中應(yīng)用ZF減速箱就 能很好地解決這個問題。TH6213臥式鏜銑加工中心,采用的是ZF兩級齒輪箱減速, 主軸電機(jī)經(jīng)過聯(lián)軸器與I軸相連,將扭矩傳遞給減速箱,再由I軸通過齒輪傳動,將扭 矩傳遞給II軸,最終,由II軸再次通過齒輪傳動將扭矩傳遞到主軸,完成兩級變速過程。 在這個扭矩傳遞的過程中,傳動齒輪之間因相互嚙合而產(chǎn)生熱量,同時,齒輪軸安裝軸 承也會因高速運(yùn)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生熱量,二者構(gòu)成了變速箱熱量的主要來源。
變速箱在工作過程中,如果產(chǎn)生的溫度過高,將會對傳動齒輪的使用壽命產(chǎn)生影 響,造成其發(fā)生熱變形,進(jìn)而影響齒輪傳動比;同時,減速箱直接安裝在機(jī)床主軸箱 上面,熱量以熱傳導(dǎo)的方式傳遞給主軸,影響主軸的熱平衡。本章主要對機(jī)床ZF減 速箱進(jìn)行有限元建模分析,為接下來機(jī)床主軸箱的溫度場建模提供條件。
4.1 TH6213主軸ZF變速箱機(jī)構(gòu)以及齒輪副建模分析
4.1.1 TH6213主軸ZF變速箱結(jié)構(gòu)
ZF變速箱可以實(shí)現(xiàn)對柔性材料的高速加工,同時保證較高的工作效率;也可以 實(shí)現(xiàn)對硬質(zhì)材料的高切削力加工;當(dāng)ZF變速箱采用1:1的傳動比時,可獲得較高的主 軸轉(zhuǎn)速,若是采用1:4或1:1.5的傳動比,則可以實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩[6Q]。
TH6213臥式鏜銑加工中心ZF變速箱的外觀如圖4.1、4.2所示,內(nèi)部構(gòu)造如圖4.3 所示。由圖中可以看出,傳動過程并不復(fù)雜,由兩級斜齒輪傳動構(gòu)成。由電機(jī)直接帶 動齒輪,這種方式具有傳動功率受電機(jī)功率限制,無磨損間隙的特點(diǎn);同時,齒輪傳 動相比帶輪傳動具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高以及壽命長等特點(diǎn)。
主軸ZF減速箱內(nèi)部齒輪嚙合情況如圖4.4所示,軸I通過聯(lián)軸器與電機(jī)相連,扭 矩通過聯(lián)軸器傳遞給軸I,然后軸I通過嚙合齒輪傳遞給軸II,軸II再將扭矩傳遞給鏜銑加工屮心主軸部件熱特性分析 第四章機(jī)床ZF變速箱有限元建模及溫度場分析
主軸,期間通過嚙合齒輪齒數(shù)的變化來調(diào)整轉(zhuǎn)速,最終完成減速過程。本文考慮機(jī)床 跑車一般轉(zhuǎn)速,取轉(zhuǎn)速2500r/min。
如圖4.5所示,在一對齒輪的嚙合過程中,輪齒嚙合的起始點(diǎn)為從動輪齒頂圓與 嗤合線(州奶)的交點(diǎn),即52。嗤合傳動進(jìn)行中,齒廓嗤合點(diǎn)沿嗤合線移動,一直到 出,即主動輪齒頂圓與嚙合線的交點(diǎn)。然后兩齒脫離。所以,并不是全部的齒廓都參 與齒輪的嚙合,實(shí)際參與嚙合的只是圖中所示的陰影部分,這一部分也是發(fā)生摩擦的 部分。
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