機械專業(yè)外文文獻翻譯-外文翻譯--主軸驅動器變速箱的優(yōu)化設計 中文版

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外文資料名稱： 主軸驅動器變速箱的優(yōu)化設計 外文資料出處： 2008) 37:851 附 件： 指 導教師評語： 簽名： 年 月 日 1 主軸驅動器變速箱的優(yōu)化設計 D. R. . J. 帥譯 摘要 ： 許多機床都配備自動變速箱以便擴大機器在刀具主軸低速運行下的恒功率范圍。目前，依據(jù)最新的主軸電機驅動技術，變速箱被布置在水冷發(fā)動機和機床撞錘之間。主軸變速箱的功能還要看它的結構和驅動方式。主軸 變速箱的優(yōu)化也考慮到了這一點。作者也由此認為這會引起主軸驅動變速箱生產商的極大興趣。 關鍵詞 ： 主軸箱設計 優(yōu)化設計 最低消耗 最優(yōu)解 1 引言 主軸是主要零部件之一，在加工中心，它的設計直接影響到工件的完成質量和加工效率。因此，許多工程項目里面的主軸設計至關重要。除非電動機的功率比很大，一般機床在其轉速范圍內不能輸出高扭矩。另外，超大電動機提供超范圍的扭矩這不僅增加了成本，而且維護困難。此外，發(fā)動機的重量會阻礙變速箱的設計。因此，主軸齒輪變速箱應運而生。 圖 1 機床主軸變速箱允許使用恒功率范圍大的電機。圖 1是在此范圍內的功率和扭矩的說明，其中虛線表示擴展時減速器的狀況。圖 1 1些變速箱中使用的常規(guī)馬達和自身的開關一般用帶、鏈或者齒輪來連接?，F(xiàn)在，變速箱被布置在水冷發(fā)動機和機床撞錘之間。這樣使之和機床撞錘共享冷卻系統(tǒng)。這種緊湊質量輕的結構可以提供高效率，同時最大限度的降低了震 2 動和噪音。目前還在就這種設計的配置問題做進一步的研究。值得注意的是，在符合變速箱綜合設計的條件下，優(yōu)化設計主要取決于設計傳輸所需要的速率和功耗。主軸的設計同樣鑒于這種原因，主軸的驅動變速箱 還需要進一步的優(yōu)化設計研究。因此，為了加工過程中的最好功效和長期運轉工作，設計的最主要的因素是主軸驅動變速箱的最小傳動功耗。用于變速箱設計的行星齒輪和普通齒輪相比，它提供了更加緊湊的結構和更高的效率、速率。所以現(xiàn)在很多主軸變速箱生產商這在研究變速箱配置的功率和輸出速度的比率，和優(yōu)化配置設計，提供更多的變速范圍。 2 主軸驅動變速箱的設計 圖 2 在本節(jié)中，我們解釋主軸變速設計中一些必須考慮的重要因素。行星齒輪有三種類型，它們的區(qū)分主要取決與彼此間的運動和嚙合情況。按照它們工作情況，各部件稱為行星齒輪、中心齒 輪、支架。兩種不同的行星齒輪配置的主軸也不同。如圖 2a 和 b 所示。在圖中， 1和 2 表示中心齒輪， 3是支架， 4和 4′代表行星齒輪。 圖 2主軸變速箱配置的優(yōu)勢在于它是更有趣的經濟，因為它不包括齒圈 . 原因是，主軸變速箱齒輪齒圈要硬化、鍛造、避免氧化。此外，如果齒圈不圓，熱量會迅速積聚，降低了輸出速度和扭矩。 另一個主軸箱設計中有趣的是，行星齒輪的配置會有更高的效率。這就是為什么所有的主軸箱設計中的減速器和行星齒輪用作輸出，如圖 2a和 主軸變速箱設計時，如何選擇最 佳行星輪的力量和速度比率是很重要的。在此背景下， 3 一些在一個行星輪 的就是其中一些安排在 主軸上的齒輪。例如，如圖2速箱中有兩個行星輪，即 。 取值要盡量的小，以盡量減小重量和傳動，同時保證每個行星齒輪負載分配合理。這個數(shù)值根據(jù)不同的需求，可取 2、3、 4，甚至更大。所有情況下，行星輪的安排始終要讓 3 主軸變速箱設計的制約 本節(jié)主要介紹在主軸變速箱設計過程中與遇到的制約因素。它們根據(jù)限制的類型分為三類。它們是： 第一個制約因素是齒面寬度 一制約因素如下： 9m≤ b≤ m 所有的運動和動力參數(shù)都取決于齒輪齒數(shù)比 大小，而齒數(shù)比 Z 齒輪副大小齒輪的齒數(shù)比 ,公式是： 齒數(shù)比的定義滿足了威利斯方程， 須是主動輪上的齒數(shù)。如圖 2a 所示，必須采用 0和 0。 理論上講，齒輪的齒數(shù)可以是任意值，但是實踐中由于限于技術原因，齒數(shù)比超過一定的范圍齒輪就很難裝配。在這項工作中，齒數(shù)比在設計時最好要和主軸變速箱的接近。他們是： 均衡器 3)是為了約束外部齒輪齒輪，另外均衡器 4)是用于內部齒輪的。這樣就不存在齒輪之間的干涉了。 另一個制約因素，是構成行星齒輪的齒輪所用的直徑比例（ 4和 4′）： 4 這些 必須滿足其他幾何關系。例如，在 圖 2a 中所示，齒數(shù)比相關的 24夠成的行星齒輪。特別是上述方程中的的模塊齒輪必須滿足下面的幾何關系，這 便發(fā)現(xiàn)齒輪 4和 4′的直徑比例數(shù)值和 4的條件兩者之間的關系了。這個比例是： 重要的需要強調的是，電力損失從力矩計算中考慮到重新 獲得切向力 包括電源損失的整體效率的計算中，我們使用了普通效率的概念【 5， 10】，這是中心齒輪固定時齒輪副和臂掛鉤的效率。這一效率的引進實際上主軸變速箱的摩擦損失發(fā)生在每一個齒輪副之間。例如，如果η 14=么 2%的電力通過齒輪副組成的成員 1號齒輪和 4號齒輪之間的摩擦損失掉了。 在設計過程中，我們采用了效率值η 0=普通效率。研究中沒有考慮只有總體效率這方面的問題，可能因為權力回流【 5】 啟動特殊機床總體來講，我們采用了一個應力 ，壓力角α =20°。齒輪選擇的材料是σ 1630 N/ σ 500 N/密度是 700 0 kg/鋼。 最后，每一個行星齒輪分配到的負載受到決心使用分配因素中所建議的齒輪制造學會 6123一 88規(guī)范 [ 7 ]作為一個函數(shù)的數(shù)目行星（ 。 表 1 5 結果和討論 本文介紹主軸驅動變速箱的優(yōu)化問題適合用于一組涵蓋市場銷售范圍的 24 個設計（即不同的速度比和功率）。表 1 列出這些設計和數(shù)字識別碼。在這些代碼段，速度比這個數(shù)字的定義是輸出扭矩和最大輸入速度。例如，代碼 表主軸變速箱的 速比為 1，名義扭矩為 2300大輸入速度是 6500轉。 5 表 2 表 2和表 3分別總結了主軸變速箱設計基礎上的不同結構的最佳結果。在這些表格的第一欄根據(jù)表 1 的設計代碼給出了具體的主軸變速箱。第二，三和第四欄分別是螺旋角，模數(shù)和齒輪 1和 4分別對應的齒輪寬度。以下三個表欄提供 2和 4′相同的信息。第八和第九欄是每個最佳主軸變速箱設計時的齒數(shù)。最后， 10 到 13欄分別給予目前最佳的主軸變速箱設計中的慣性，數(shù)量和直徑的信息。例如，對于表格 計（速比 3:1 ，名義扭矩 230牛米，最大輸入速度每分鐘 轉速 8000 ）中，主軸變速箱優(yōu)化設計的基礎配置是 20 ， 22 ， 88 ，和 = 40。那齒輪 6 表 3 1和 4的螺旋角是 模數(shù)是 寬 他齒輪對，即齒輪 2和 4′，螺旋角是 ，模數(shù) 寬 樣，優(yōu)化設計的 24個不同主軸箱研究，給出了 2兩種配置（表 2和表 3）。請注意這兩個軸的配置的比較結果，圖 2外，轉動慣量在圖 2而，重要的是最大減速比 ，即 5： 1，圖 2a 的轉動慣量直徑是更大的兩個設計。表4 總結了兩個配置的優(yōu)化設計的比較。特別是，表 4 分別提供圖 2a 和 b 設計基礎上的動能（ 轉動慣量（ J），生產量（ 和直徑（φ）的平均數(shù)值。 7 表 4 分析信息表 4，重要的是要注意到，盡管圖 2兩個主軸變速箱設計真的沒有太多不同的機械機構，我們應該注意到兩個優(yōu)化設計之間的轉動慣量（ J），生產量（ 總直徑（φ）。圖 2b 的動能高于其他行星齒輪變速箱設計，是因為它轉速更高干擾因素更多。圖 3顯示的是兩個主軸變速箱的優(yōu)化設計下 的行星齒輪間的速度和輸入速度。 依據(jù)這些成果，現(xiàn)在可以評估選擇一個更好的主軸變速箱設計。第一分析因素是高效率，因為這一因素更多的參與兩方案的某些價值評估。事實上，人們看到在表 4中 1和 1 的速度比率有很高的價值，特別是 1的方案。在這種情況下，轉動慣量 J，生產量 徑φ就顯得過大，因此圖 2反的， 5： 1 的高速率價值小，甚至 J， φ都不合理。在這種情況下，圖 2外它還有一個優(yōu)點就是成本較低。 6 結論 本文介紹了怎樣確定最佳的主 軸變速箱設計方法的框架。這個方法采用了 24 種工業(yè)中應用的不同工業(yè)設計。實驗證明該框架確實是合適的設計方法。結果可以得出以下結論： 此，必須優(yōu)化設計這些行星齒輪。 大輸入速度，理論輸出速度，速度比）和配置成本。 個主軸變速箱設計的參數(shù)值 KE(b/a)J(b/a)b/a)和φ (b/a)是不是很高（和表 2，圖 3、 4 中的數(shù)值比較），較好的主軸變速箱設計應符 8 合圖 因素，如果這些數(shù)值比較大，就對照圖 者認為，該結果會引起參與主軸變速箱設計和銷售的制造商和工程師的極大興趣。