第四章機床ZF變速箱有限元建模及溫度場分析
隨著工業發展水平的不斷提高,大型鏜銑加工中心所要達到的不僅僅是高速的切 削,同時也要實現大扭矩的切削。一般情況下,扭矩與轉速這二者成反比,也就是說 很難在同一臺加工中心上實現這二者的結合。而在主軸傳動系統中應用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, 主軸電機經過聯軸器與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生熱量,同時,齒輪軸安裝軸 承也會因高速運轉而產生熱量,二者構成了變速箱熱量的主要來源。
變速箱在工作過程中,如果產生的溫度過高,將會對傳動齒輪的使用壽命產生影 響,造成其發生熱變形,進而影響齒輪傳動比;同時,減速箱直接安裝在機床主軸箱 上面,熱量以熱傳導的方式傳遞給主軸,影響主軸的熱平衡。本章主要對機床ZF減 速箱進行有限元建模分析,為接下來機床主軸箱的溫度場建模提供條件。
4.1 TH6213主軸ZF變速箱機構以及齒輪副建模分析
4.1.1 TH6213主軸ZF變速箱結構
ZF變速箱可以實現對柔性材料的高速加工,同時保證較高的工作效率;也可以 實現對硬質材料的高切削力加工;當ZF變速箱采用1:1的傳動比時,可獲得較高的主 軸轉速,若是采用1:4或1:1.5的傳動比,則可以實現低轉速大轉矩[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,內部構造如圖4.3 所示。由圖中可以看出,傳動過程并不復雜,由兩級斜齒輪傳動構成。由電機直接帶 動齒輪,這種方式具有傳動功率受電機功率限制,無磨損間隙的特點;同時,齒輪傳 動相比帶輪傳動具有結構緊湊、效率高以及壽命長等特點。
主軸ZF減速箱內部齒輪嚙合情況如圖4.4所示,軸I通過聯軸器與電機相連,扭 矩通過聯軸器傳遞給軸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的變化來調整轉速,最終完成減速過程。本文考慮機床 跑車一般轉速,取轉速2500r/min。
如圖4.5所示,在一對齒輪的嚙合過程中,輪齒嚙合的起始點為從動輪齒頂圓與 嗤合線(州奶)的交點,即52。嗤合傳動進行中,齒廓嗤合點沿嗤合線移動,一直到 出,即主動輪齒頂圓與嚙合線的交點。然后兩齒脫離。所以,并不是全部的齒廓都參 與齒輪的嚙合,實際參與嚙合的只是圖中所示的陰影部分,這一部分也是發生摩擦的 部分。
2024-11
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