龍門銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、龍門銃床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)銃床是在一般機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具傳動(dòng)系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)是主傳動(dòng)系 統(tǒng)。銃床的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由傳動(dòng)系統(tǒng)、支承部件、分度臺(tái)等部分組成。傳動(dòng)系統(tǒng) 的作用是把運(yùn)動(dòng)和力由動(dòng)力源傳遞給機(jī)床執(zhí)行件， 而且要保證傳遞過程中具有良 好的動(dòng)態(tài)特性。傳動(dòng)系統(tǒng)在工作過程中，經(jīng)常受到激振力和激振力矩的作用， 使 傳動(dòng)系統(tǒng)的軸組件產(chǎn)生彎曲振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，影響了機(jī)床的工作性能。隨著機(jī)床 切削速度的提高和自動(dòng)化方向的發(fā)展，傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成越來越簡(jiǎn)單。三坐標(biāo)雙柱龍門銃床簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖為如下：銃床的主傳動(dòng)系統(tǒng)的布局可分成集中傳動(dòng)和分離傳動(dòng)兩種類型。主傳動(dòng)系統(tǒng)的全部變速結(jié)構(gòu)和主軸組件集中裝在同一個(gè)箱體內(nèi)，

2、 稱為集中傳動(dòng)布局；傳動(dòng)件 和主軸組件分別裝在兩個(gè)箱體內(nèi)，中間采用帶或鏈傳動(dòng)，稱為分離傳動(dòng)布局。集 中傳動(dòng)式布局的機(jī)床結(jié)構(gòu)緊湊， 便于實(shí)現(xiàn)集中操控，且只用一個(gè)箱體，但傳動(dòng)結(jié)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)中的振動(dòng)和熱變形。當(dāng)采用輪傳動(dòng)時(shí)，皮帶將高速直接傳給主軸，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，加工質(zhì)量好，低速時(shí)經(jīng)輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，轉(zhuǎn)矩大，適應(yīng)粗加工要求。1、變速機(jī)構(gòu)變速方式分為有級(jí)變速和無級(jí)變速。有級(jí)變速機(jī)構(gòu)有下列幾種： 交換齒輪變速機(jī)構(gòu) 這種變速機(jī)構(gòu)的變速簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，主要用于大批量生產(chǎn)的自動(dòng)或半自動(dòng)機(jī)床，專用機(jī)床及組合機(jī)床等； 滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)這種變速機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于通用機(jī)床和一部分專用機(jī)床中； 離合器變速運(yùn)動(dòng) 在離合器變速機(jī)構(gòu)中應(yīng)用較多的有

3、牙嵌式離合器，齒輪式離合器和摩擦片式離合器。2、齒輪的布置與排列變速度組的滑移齒輪一般布置在主軸上，為了避免同一滑移齒輪變速組內(nèi)兩對(duì)齒輪同時(shí)嚙合，兩個(gè)固定齒輪的間距應(yīng)大于滑移齒輪的總寬度，即留有一定的間隙（1-2mm） , 如無特殊情況，應(yīng)盡量縮小齒輪軸向排列尺寸?；讫X輪的軸向位置排列通常有窄式和寬式兩種，一般窄式排列軸向長(zhǎng)度較?。粸榱藴p小變速箱的尺寸，既需縮短軸向尺寸，又要縮短徑向尺寸，它們之間往往是相互聯(lián)系的，應(yīng)該根據(jù)具體情況考慮全局，恰當(dāng)?shù)亟鉀Q齒輪布置問題；在強(qiáng)度允許的條件下，盡量選取較小的齒數(shù)和使齒輪的降速傳動(dòng)比大于1/4。這樣，既縮小了本變速組軸間距離，又不妨礙其它變速組的軸間距離

4、。3、主傳動(dòng)的開停、制動(dòng)裝置開停裝置開停裝置是用來控制主軸的啟動(dòng)與停止的機(jī)構(gòu)，開停方式有直接開、停電動(dòng)機(jī)和離合器開、停兩種。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率較少時(shí)，可直接開停電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率較大時(shí)，可以用離合器實(shí)現(xiàn)主軸的啟動(dòng)和停止。制動(dòng)裝置在裝卸工件、測(cè)量被加工面尺寸、更換刀具及調(diào)整機(jī)床時(shí)，常希望機(jī)床主運(yùn)動(dòng)執(zhí)行件盡量快速停止運(yùn)動(dòng)。所以主傳動(dòng)系統(tǒng)必須安裝制動(dòng)裝置，一般可采用電機(jī)反接制動(dòng)，閘帶制動(dòng)，閘瓦制動(dòng)。機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，是由機(jī)械和液壓聯(lián)合傳動(dòng)的。液壓傳動(dòng)具有運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無級(jí)調(diào)速方便， 易自動(dòng)化及換向可能較平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，所以在磨床的工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)、橫向快退及切入進(jìn)給等方面應(yīng)用比較廣泛。1432A®機(jī)床中，除了工

5、作臺(tái)的縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，砂輪的快速進(jìn)退和周期自動(dòng)切入進(jìn)給，尾架頂尖套筒的縮回是液壓傳動(dòng)外，其余的都是由機(jī)械運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)銃床生產(chǎn)功能的最主要的部分， 它的主傳動(dòng)系統(tǒng)主要由動(dòng) 力源（電機(jī)），傳動(dòng)鏈或者是傳動(dòng)輪，主軸及主軸組件，各級(jí)軸和軸承等結(jié)構(gòu)組 成。具體傳動(dòng)零件和結(jié)構(gòu)如下圖所示：基于建立傳動(dòng)系統(tǒng)的模型，是將各軸上的齒輪，卡盤及軸等先計(jì)算其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， 再平均分配到軸的兩端，中間用彈性元件連接，彈性元件的扭轉(zhuǎn)剛度等價(jià)于原軸 的扭轉(zhuǎn)剛度。傳動(dòng)系統(tǒng)慣性元件的確定慣性元件是指各軸及軸上的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量， 如齒輪、皮帶輪、卡盤及軸上直徑較 大的凸緣等盤類零件.當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)，它們對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)作用

6、主 要反映在他們的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量方面，所以稱為慣性元件.一根軸上的慣性元件可以這樣處理：將這些質(zhì)量（包括軸本身的質(zhì)量）集中到軸的兩端，形成兩個(gè)等效圓盤，忽其 扭轉(zhuǎn)變形，將其假設(shè)為剛性圓盤.其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：I=mp2式中，I 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量m 一等效圓盤的質(zhì)量p 一等效圓盤的等效直徑傳動(dòng)系統(tǒng)彈性元件的確定彈性元件是指兩等效圓盤之間的軸段，它對(duì)系統(tǒng)的影響在于本身的扭轉(zhuǎn)剛度。 而軸段的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以疊加到剛性圓盤上，按式 （2）計(jì)算軸的扭轉(zhuǎn)剛度：K=W? GJ /L式中，M 一扭矩?一扭轉(zhuǎn)角G 一 剪切彈性模量，取G=81GPJ 一極慣性矩L 一軸段長(zhǎng)度 傳動(dòng)系統(tǒng)模型的建立根據(jù)傳遞矩陣法建模的理論，將軸上的齒輪作為

7、只有慣性而無彈性的慣性元件，轉(zhuǎn)換到軸的兩端；將各軸段的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量疊加到軸的兩慣性元件上（一般可平均分配），而軸的扭轉(zhuǎn)剛度轉(zhuǎn)換成一個(gè)彈性軸的扭轉(zhuǎn)剛度；將各軸上的兩彈性軸 段和剛性圓盤，轉(zhuǎn)換到同一軸線上，構(gòu)成單一軸線的當(dāng)量圓盤系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué) 模型；各齒輪嚙合處的彈性變形很小， 嚙合處的彈性元件可以忽略，所以相嚙合 的一對(duì)齒輪可以合并成一個(gè)慣性元件； 最后，根據(jù)實(shí)際情況，將以上參數(shù)轉(zhuǎn)化到 輸出軸上；不計(jì)電機(jī)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的影響，建立動(dòng)力學(xué)模型如圖2所示，圖中，1,3, 5為彈性元件，2, 4, 6為慣性元件。246八hh傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)由以上布局之后進(jìn)行參數(shù)轉(zhuǎn)換，即根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞矩陣建模理論，將軸的

8、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和扭轉(zhuǎn)剛度轉(zhuǎn)換到輸出軸 3上，在得到系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型的各個(gè)參數(shù) 之后，則可以建立傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。需要修改的是元件3的剛度和元件6的質(zhì)量，即提高元件3的剛度，減小元件6的質(zhì)量。從建模的過程可知，元件 3是中間軸，元件6是一對(duì)嚙合的齒輪和輸出軸的慣量的分配。影響傳動(dòng)軸剛 度的的因素主要是軸本身的剛度，軸承的剛度以及軸承之間的跨距，與軸的材料 的關(guān)系不大。因此，為提高中間軸的剛度，要從增加中間軸的直徑、增加軸承的 剛度以及減小軸承跨距人手。影響質(zhì)量的因素是在材料一定時(shí)，與體積有關(guān)系。減小質(zhì)量，就要減小軸的質(zhì)量和齒輪的質(zhì)量，如將軸的長(zhǎng)度縮短，直徑減小，改 變齒輪輪轂結(jié)構(gòu)等等。根據(jù)以上建立的

9、數(shù)學(xué)模型，求解固有頻率，振幅和勢(shì)能分布率以及模態(tài)柔度， 運(yùn)算得到傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)固有頻率，勢(shì)能分布率和模態(tài)柔度等。各階頻率對(duì)應(yīng)的模態(tài)柔度處于一個(gè)數(shù)量級(jí)別下，在靜態(tài)柔度一定的情況下， 彈性元件和慣性元件各階模態(tài)柔度處于平衡狀態(tài)，說明傳動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量和剛度得 到了合理的匹配。另外，根據(jù)模態(tài)柔度和能量平稀奇原理的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，阻尼的分配也 是其中很重要的一個(gè)部分。由于組尼一般都很小，因此，對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)在其第階固有頻率附近振動(dòng)時(shí)，若各階模態(tài)的耦合不緊密，上式也可用于多自由度的振動(dòng)系統(tǒng)。從而，阻尼分配的原則是：要增大第 r階模態(tài)的對(duì)數(shù)縮減，最有效的途徑是增大第r 階模態(tài)的彈性能分布率較大的子結(jié)構(gòu)的阻尼，而不是等同的增大所有子結(jié)構(gòu)的阻尼。在傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，由于阻尼的復(fù)雜性，這里只是指出阻尼分配的原則，而沒有對(duì)阻尼的分配進(jìn)行進(jìn)一步的討論。傳動(dòng)系統(tǒng)在工作中主要是扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，用傳遞矩陣法建立傳動(dòng)系統(tǒng)的集中質(zhì)量模型， 是通過將軸上的零件，轉(zhuǎn)化為慣性元件，而將軸轉(zhuǎn)化為彈性元件和慣性元件的組合，并將各軸轉(zhuǎn)化的慣性元件，平均分配到各個(gè)軸的兩端，最后， 將慣性元件和彈性元件一同轉(zhuǎn)化到輸出軸上，建立傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)傳遞矩陣模型，來分析其扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。與有限元模型相比較，在滿