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，電主軸可實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速，齒輪主軸可實現(xiàn)大功率、大扭矩。現(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方案，主軸外形尺寸較大、質(zhì)量較大，這使機床的進給速度較低;另外齒輪主軸軸承采用脂潤滑，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)動電機1，齒輪軸4 通過聯(lián)軸器2 與電機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;并且通過不同的兩對齒輪嚙合(兩級三擋變速)，達到從驅(qū)動電機1 到主軸14 的傳動。

由于軸承10、13、15、16、17 的潤滑形式采用了油氣潤滑，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。

2 兩級三擋變速實現(xiàn)示意圖

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

撥叉9 處于最右端位置時，如圖2 所示:齒輪軸4 與齒輪6 嚙合，齒輪6 帶動花鍵軸8 轉(zhuǎn)動，花鍵軸8 帶動齒輪7 轉(zhuǎn)動，齒輪7 與齒輪12 嚙合，齒輪12帶動主軸14 轉(zhuǎn)動，完成整個傳動過程。兩對嚙合齒輪均為減速傳動，使主軸實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速、大扭矩傳動(低速擋)。

三位汽缸推動撥叉9，撥叉9 處于中間位置時，如圖3 所示:齒輪軸4 與齒輪6 嚙合，齒輪6 帶動花鍵軸8 轉(zhuǎn)動，齒輪6 同時與齒輪11 嚙合，齒輪11 帶動主軸14 轉(zhuǎn)動，完成整個傳動過程。兩對嚙合齒輪一對為減速傳動，一對為增速傳動，使主軸實現(xiàn)中間轉(zhuǎn)速、中間扭矩傳動(中速擋)。

三位汽缸推動撥叉9，撥叉9 處于最左端位置時，如圖4 所示:齒輪3 與齒輪5 嚙合，齒輪5 帶動花鍵軸8 轉(zhuǎn)動，花鍵軸8 帶動齒輪6 轉(zhuǎn)動，齒輪6 與齒輪11 嚙合，齒輪11 帶動主軸14 轉(zhuǎn)動，完成整個傳動過程。兩對嚙合齒輪均為增速傳動，使主軸實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速、低扭矩傳動(高速擋)。

圖1 齒輪主軸結(jié)構(gòu)簡圖

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 采用了油氣潤滑，提升了主軸14 的最高轉(zhuǎn)速。在采用兩級齒輪傳動結(jié)構(gòu)的情況下，實現(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

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 采用了油氣潤滑，使得該結(jié)構(gòu)實現(xiàn)2 045 N·m 的大扭矩、6 000 r/min的高轉(zhuǎn)速。

【1】機械設(shè)計手冊委員會.機械設(shè)計手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1991.

【2】大連組合機床研究所.組合機床設(shè)計［M］.2 版.北京:機械工程出版社，1985.

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

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

【5】王超.機械可靠性工程［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1992.

【6】崔玉杰. 典型齒輪箱故障振動特征與診斷策略研究［J］.天津冶金，2004(5):27 －30.