臥式鏜銑加工中心主軸ZF變速箱機構以及齒輪副建模分析
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。