4.3th6213機(jī)床zf減速箱熱變形分析
在機(jī)床主軸運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)熱、各齒輪軸高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量以及變 速齒輪嚙合面產(chǎn)生的摩擦熱，都是減速箱的主要熱源。在這些熱源的作用下，齒輪軸 產(chǎn)生變形，嚙合齒輪產(chǎn)生變形，以及減速箱箱體也產(chǎn)生變形，在這些變形的疊加作用 下，傳動(dòng)軸的間距產(chǎn)生變化，甚至影響傳動(dòng)，使機(jī)床主軸無(wú)法正常工作。本節(jié)則對(duì)變 速箱在熱源作用下的熱變形進(jìn)行定量分析。
4_3_1 zf箱熱變形分析
減速箱與主軸箱部件裝配關(guān)系的約束設(shè)定：減速箱采用螺紋緊固連接的方式固定 在主軸箱上，底面6個(gè)自由度被限定；減速箱下部嵌入到主軸箱體里面，幾個(gè)方向的 變形也受到限定。
選定齒輪軸軸線為y軸，計(jì)算后可得減速箱的熱變形情況。結(jié)果見(jiàn)圖4.8。圖示為 減速箱總體在兩個(gè)方向上的熱變形云圖，減速箱上端面邊緣產(chǎn)生較大的變形，與主軸 箱連接處變形較小，這是因?yàn)闇p速箱與主軸箱采用螺釘緊固連接，限制了中間部分的 變形。而下部陷入到主軸箱之中，所以，變形也受到限制，只有上端面暴露在空氣中， 沒(méi)有變形限制，從而產(chǎn)生了向四周延伸的較大的變形。
把減速箱熱變形量分解到x、y、z三個(gè)坐標(biāo)方向，以達(dá)到量化減速箱熱變形結(jié)果 的目的，見(jiàn)圖4.9,減速箱在x方向產(chǎn)生的熱變形量較大，大值出現(xiàn)在側(cè)邊處，約為
124pm; y方向上，熱變形大處出現(xiàn)在遠(yuǎn)離電機(jī)的側(cè)邊處，約為133pm;而在z方向 上，熱變形的大值就出現(xiàn)在上端蓋處，約為160um。
4.3.2zf減速箱嚙合齒輪及齒輪軸熱變形分析
如果減速箱齒輪軸在熱源作用下產(chǎn)生過(guò)大的熱變形，齒輪副的正常工作將會(huì)受到 影響。為了探宄熱平衡狀態(tài)下變速箱是否能維持正常工作，對(duì)減速箱嚙合齒輪及齒輪 軸進(jìn)行熱一結(jié)構(gòu)耦合分析。
在zf減速箱中，齒輪軸通過(guò)軸承與箱體安裝配合。所以，當(dāng)減速箱箱體在熱源 作用下產(chǎn)生熱變形，齒輪軸的約束也會(huì)受到影響，從而干擾到其正常工作。接下來(lái)對(duì) 齒輪軸的熱變形情況進(jìn)行分析。
表4.7所示為齒輪軸熱變形分析結(jié)果，齒輪的安裝位置用箭頭指出。觀察表中數(shù) 據(jù)，齒輪軸的熱變形趨勢(shì)表明齒輪軸在熱源作用以及減速箱體約束作用下，產(chǎn)生一定 程度的彎曲變形。表4.8所示為各軸齒輪安裝位置熱變形量。
表4.8各齒輪軸安裝位置熱變形量
軸號(hào)
x(|im)
z(|im)
i
2.15 ?12.78
12.36 ?37.60
ii
0.76 ?9.64
2.02 ?11.35
觀察圖4.10、圖4.11所示嚙合齒輪熱變形分析結(jié)果可知，對(duì)于軸i、軸ii上的一 對(duì)嚙合齒輪，嚙合位置所形成的大的熱變形量約為0.028mm;對(duì)于軸ii、主軸上的 一對(duì)嚙合齒輪，嚙合位置所形成的大熱變形量約為0.035_。為了避免熱變形導(dǎo)致 的齒輪卡死現(xiàn)象，在齒輪副安裝的過(guò)程中事先留有間隙，根據(jù)th6213減速箱齒輪的 安裝中心距以及模數(shù)，由th6213產(chǎn)品計(jì)算說(shuō)明書(shū)可以得到，軸i、軸ii嚙合齒輪的 額定間隙為〇.〇6_，而軸ii、主軸嚙合齒輪的額定間隙為0.059_。考察有限元分析 結(jié)果可知，熱變形量均小于小間隙值即額定間隙，所以，變速箱可以正常工作。
4.4本章小結(jié)
在本章中，首先對(duì)減速箱齒輪的嚙合情況進(jìn)行了分析，接著對(duì)齒輪嚙合面的受力 情況進(jìn)行了分析，通過(guò)計(jì)算確定了在齒輪工作過(guò)程中嚙合面產(chǎn)生的熱力密度的大小， 并對(duì)其溫度場(chǎng)進(jìn)行了有限元計(jì)算。接著計(jì)算了各嚙合齒輪以及齒輪軸的熱流密度、軸 承的發(fā)熱量以及各換熱面的對(duì)流系數(shù)，分析了減速箱工作時(shí)的溫度場(chǎng)，為機(jī)床熱誤差 的補(bǔ)償以及冷卻回路的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。并用熱穩(wěn)態(tài)的溫度場(chǎng)進(jìn)行熱-結(jié)構(gòu)耦合 計(jì)算，得到減速箱以及內(nèi)部嚙合齒輪、齒輪軸在正常工作狀態(tài)下的熱變形，與th6213 產(chǎn)品計(jì)算書(shū)所規(guī)定的額定間隙進(jìn)行比對(duì)，得到變形小于小間隙的結(jié)論，證明了在熱 源作用下，機(jī)床減速箱仍能正常工作。