一種用于臥式加工中心的齒輪主軸結(jié)構(gòu)

楊銘東，王俸林

( 大連華根機(jī)械有限公司，遼寧大連116620)

現(xiàn)有的用于加工中心的主軸主要為電主軸和齒輪主軸兩種形式，電主軸可實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速，齒輪主軸可實(shí)現(xiàn)大功率、大扭矩?，F(xiàn)有的扭矩2 000 N·m 以上的齒輪主軸轉(zhuǎn)速在4 500 r/min 以下，這往往限制了作為通用加工設(shè)備的加工中心的使用范圍，更限制了生產(chǎn)效率的提高。原因是大扭矩(2 000 N·m 以上)齒輪主軸普遍采用大減速比的齒輪傳動(dòng)方案，主軸外形尺寸較大、質(zhì)量較大，這使機(jī)床的進(jìn)給速度較低;另外齒輪主軸軸承采用脂潤(rùn)滑，這大大限制了主軸回轉(zhuǎn)速度(例如主軸軸承直徑110 mm 采用脂潤(rùn)滑主軸最大轉(zhuǎn)速在4 500 r/min 以下)。因此現(xiàn)有的齒輪主軸工作效率低，使用范圍受限。文中提供一種外形尺寸較小、最高轉(zhuǎn)速更高的用于臥式加工中心的齒輪主軸結(jié)構(gòu)，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

1 主軸結(jié)構(gòu)介紹

提出的結(jié)構(gòu)是用于臥式加工中心的齒輪主軸結(jié)構(gòu)，它包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)1，齒輪軸4 通過(guò)聯(lián)軸器2 與電機(jī)1 連接，齒輪3 套裝在齒輪軸4 上，組成Ⅰ軸;齒輪5、6、7 安裝在花鍵軸8 上，組成Ⅱ軸;齒輪11、12 安裝在主軸14 上，組成Ⅲ軸;軸承10、13、15、16、17 支撐Ⅲ軸;并且通過(guò)不同的兩對(duì)齒輪嚙合(兩級(jí)三擋變速)，達(dá)到從驅(qū)動(dòng)電機(jī)1 到主軸14 的傳動(dòng)。

由于軸承10、13、15、16、17 的潤(rùn)滑形式采用了油氣潤(rùn)滑，使得用于臥式加工中心的齒輪主軸結(jié)構(gòu)具有大扭矩、高轉(zhuǎn)速的雙重優(yōu)點(diǎn)。

2 兩級(jí)三擋變速實(shí)現(xiàn)示意圖

如圖1 所示:I 軸通過(guò)聯(lián)軸器2 與電機(jī)1 連接，電機(jī)1 帶動(dòng)齒輪3、齒輪軸4 轉(zhuǎn)動(dòng)。

撥叉9 處于最右端位置時(shí)，如圖2 所示:齒輪軸4 與齒輪6 嚙合，齒輪6 帶動(dòng)花鍵軸8 轉(zhuǎn)動(dòng)，花鍵軸8 帶動(dòng)齒輪7 轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪7 與齒輪12 嚙合，齒輪12帶動(dòng)主軸14 轉(zhuǎn)動(dòng)，完成整個(gè)傳動(dòng)過(guò)程。兩對(duì)嚙合齒輪均為減速傳動(dòng)，使主軸實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速、大扭矩傳動(dòng)(低速擋)。

三位汽缸推動(dòng)撥叉9，撥叉9 處于中間位置時(shí)，如圖3 所示:齒輪軸4 與齒輪6 嚙合，齒輪6 帶動(dòng)花鍵軸8 轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪6 同時(shí)與齒輪11 嚙合，齒輪11 帶動(dòng)主軸14 轉(zhuǎn)動(dòng)，完成整個(gè)傳動(dòng)過(guò)程。兩對(duì)嚙合齒輪一對(duì)為減速傳動(dòng)，一對(duì)為增速傳動(dòng)，使主軸實(shí)現(xiàn)中間轉(zhuǎn)速、中間扭矩傳動(dòng)(中速擋)。

三位汽缸推動(dòng)撥叉9，撥叉9 處于最左端位置時(shí)，如圖4 所示:齒輪3 與齒輪5 嚙合，齒輪5 帶動(dòng)花鍵軸8 轉(zhuǎn)動(dòng)，花鍵軸8 帶動(dòng)齒輪6 轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪6 與齒輪11 嚙合，齒輪11 帶動(dòng)主軸14 轉(zhuǎn)動(dòng)，完成整個(gè)傳動(dòng)過(guò)程。兩對(duì)嚙合齒輪均為增速傳動(dòng)，使主軸實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速、低扭矩傳動(dòng)(高速擋)。

圖1 齒輪主軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖2 齒輪主軸低轉(zhuǎn)速區(qū)域

圖3 齒輪主軸中轉(zhuǎn)速區(qū)域

圖4 齒輪主軸高轉(zhuǎn)速區(qū)域

支撐主軸14 的軸承10、13、15、16、17 采用了油氣潤(rùn)滑，提升了主軸14 的最高轉(zhuǎn)速。在采用兩級(jí)齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的情況下，實(shí)現(xiàn)了主軸轉(zhuǎn)速范圍:35 ～6 000 r/min，主軸最大扭矩:2 045 N·m，最大程度減小了主軸的外形尺寸和質(zhì)量。以上指標(biāo)均優(yōu)于現(xiàn)有的相近系列的用于臥式加工中心的齒輪主軸結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)束語(yǔ)

提出了一種用臥式加工中心的齒輪主軸結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的軸承10、13、15、16、17 采用了油氣潤(rùn)滑，使得該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)2 045 N·m 的大扭矩、6 000 r/min的高轉(zhuǎn)速。

【1】機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)委員會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

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【3】劉濤，劉偉.變速箱殼體銷孔加工組合機(jī)床設(shè)計(jì)［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2001(7):24 －25.

【4】馮辛安.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)［M］. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

【5】王超.機(jī)械可靠性工程［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1992.

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