外文翻译--主轴驱动器变速箱的优化设计 中文版.doc

外文资料名称：主轴驱动器变速箱的优化设计外文资料出处：IntJAdvManufTechnol(2008)37:851-860附件：1.外文资料翻译译文2.外文原文指导教师评语：签名：年月日1主轴驱动器变速箱的优化设计D.R.SalgadoF.J.Alonso丁帅译摘要：许多机床都配备自动变速箱以便扩大机器在刀具主轴低速运行下的恒功率范围。目前，依据最新的主轴电机驱动技术，变速箱被布置在水冷发动机和机床撞锤之间。主轴变速箱的功能还要看它的结构和驱动方式。主轴变速箱的优化也考虑到了这一点。作者也由此认为这会引起主轴驱动变速箱生产商的极大兴趣。关键词：主轴箱设计优化设计最低消耗最优解1引言主轴是主要零部件之一，在加工中心，它的设计直接影响到工件的完成质量和加工效率。因此，许多工程项目里面的主轴设计至关重要。除非电动机的功率比很大，一般机床在其转速范围内不能输出高扭矩。另外，超大电动机提供超范围的扭矩这不仅增加了成本，而且维护困难。此外，发动机的重量会阻碍变速箱的设计。因此，主轴齿轮变速箱应运而生。图1机床主轴变速箱允许使用恒功率范围大的电机。图1是在此范围内的功率和扭矩的说明，其中虚线表示扩展时减速器的状况。图1a表示功率变化趋势。图1b表示输出速度与扭矩的关系。这些变速箱中使用的常规马达和自身的开关一般用带、链或者齿轮来连接。现在，变速箱被布置在水冷发动机和机床撞锤之间。这样使之和机床撞锤共享冷却系统。这种紧凑质量轻的结构可以提供高效率，同时最大限度的降低了震2动和噪音。目前还在就这种设计的配置问题做进一步的研究。值得注意的是，在符合变速箱综合设计的条件下，优化设计主要取决于设计传输所需要的速率和功耗。主轴的设计同样鉴于这种原因，主轴的驱动变速箱还需要进一步的优化设计研究。因此，为了加工过程中的最好功效和长期运转工作，设计的最主要的因素是主轴驱动变速箱的最小传动功耗。用于变速箱设计的行星齿轮和普通齿轮相比，它提供了更加紧凑的结构和更高的效率、速率。所以现在很多主轴变速箱生产商这在研究变速箱配置的功率和输出速度的比率，和优化配置设计，提供更多的变速范围。2主轴驱动变速箱的设计图2在本节中，我们解释主轴变速设计中一些必须考虑的重要因素。行星齿轮有三种类型，它们的区分主要取决与彼此间的运动和啮合情况。按照它们工作情况，各部件称为行星齿轮、中心齿轮、支架。两种不同的行星齿轮配置的主轴也不同。如图2a和b所示。在图中，1和2表示中心齿轮，3是支架，4和4代表行星齿轮。2.1成本和经营图2主轴变速箱配置的优势在于它是更有趣的经济，因为它不包括齿圈.原因是，主轴变速箱齿轮齿圈要硬化、锻造、避免氧化。此外，如果齿圈不圆，热量会迅速积聚，降低了输出速度和扭矩。2.2效率另一个主轴箱设计中有趣的是，行星齿轮的配置会有更高的效率。这就是为什么所有的主轴箱设计中的减速器和行星齿轮用作输出，如图2a和b所示。2.3行星齿轮主轴变速箱设计时，如何选择最佳行星轮的力量和速度比率是很重要的。在此背景下，3一些在一个行星轮PGT上的就是其中一些安排在PGT的主轴上的齿轮。例如，如图2c所示，变速箱中有两个行星轮，即Np=2。Np的取值要尽量的小，以尽量减小重量和传动，同时保证每个行星齿轮负载分配合理。这个数值根据不同的需求，可取2、3、4，甚至更大。所有情况下，行星轮的安排始终要让PGT主轴质量平衡。3主轴变速箱设计的制约本节主要介绍在主轴变速箱设计过程中与遇到的制约因素。它们根据限制的类型分为三类。它们是：-约束涉及齿轮的大小和几何形状-行星轮系啮合要求-联系和弯曲应力3.1涉及齿轮大小和几何形状的制约因素第一个制约因素是齿面宽度b的范围。这一制约因素如下：9mbmM是模数所有的运动和动力参数都取决于齿轮齿数比Znl的大小，而齿数比Znl是齿轮副大小齿轮的齿数比,Znl的公式是：齿数比的定义满足了威利斯方程，Zn1必须是主动轮上的齿数。如图2a所示，必须采用Z140和Z240。理论上讲，齿轮的齿数可以是任意值，但是实践中由于限于技术原因，齿数比超过一定的范围齿轮就很难装配。在这项工作中，齿数比在设计时最好要和主轴变速箱的接近。他们是：均衡器Eq.(3)是为了约束外部齿轮齿轮，另外均衡器Eq.(4)是用于内部齿轮的。这样就不存在齿轮之间的干涉了。另一个制约因素，是构成行星齿轮的齿轮所用的直径比例（4和4）：