花生聯(lián)合收割機齒輪箱的設計含7張CAD圖

花生聯(lián)合收割機齒輪箱的設計含7張CAD圖,花生,聯(lián)合收割機,齒輪箱,設計,cad 高速加工機械主軸調(diào)速齒輪箱的最佳設計 摘要：有很多不同的解決方法升級傳統(tǒng)機床高速切削加工(HSM)，其中最便宜的解決方案是使用機械主軸超速。機械主軸超速允許增加一個有變速箱手段的機床，并已成功應用于各種加工過程，如鉆，銑，攻絲甚至磨。它們主要用于模具和模具行業(yè)，因為它們提供一個有效的解決方案升級現(xiàn)有的較低速度的機床。在這項工作中，在所有行星齒輪列車設計（PGTs）中，現(xiàn)有的機械主軸優(yōu)化是通過減小體積和動能齒輪箱，它們的功能直接取決于這些兩個標準。在作者看來，其結果可能有很大為主軸調(diào)速裝置制造商的利益考慮。 關鍵字：主軸調(diào)速變速箱設計、行星齒輪變速機構的行星、高速切削加工、優(yōu)化。 詞匯：σH ：赫茲接觸應力 σF 彎曲應力 σHP 許用赫茲接觸應力 σFP 允許彎曲應力 σHO 名義赫茲接觸應力 σFO 名義彎曲應力 σHlim 最大允許的赫茲接觸應力 σFlim 最大允許的彎曲應力 α壓力角 Ft切向齒輪力 b面寬度 β螺旋角 d節(jié)圓直徑 m模塊 KA應用因素 KHα反式.負載共享因素抗點蝕 KHβ長.負載共享因素抗點蝕 KFα反式.負載共享因子對彎曲強度 KFβ長.負載共享因子對彎曲強度 YFa形狀因子為彎曲強度 YNT生活的彎曲強度因子 YRrel相對粗糙度的因素 YSa應力集中系數(shù) YST應力集中系數(shù) YX彎曲強度的大小因素 u之間的比例直徑的齒輪嚙合，大于1 rugosity在小規(guī)模的變化測量身體表面的高度 YδrelT 缺口相對靈敏度因子 Yε聯(lián)系抗彎強度比因素 Yβ抗彎強度的螺旋角因子 ZE物質(zhì)因素 ZH耐點蝕性能的幾何因素 ZL粘度系數(shù) ZN耐點蝕的生活因素 ZR粗糙度因子為耐點蝕 ZV速度因子 ZW硬度比因子 ZX耐點蝕的大小因素 Zβ耐點蝕性能的螺旋角因子 Zε聯(lián)系耐點蝕的比例因子 KV動態(tài)因素 Np行星齒輪的數(shù)量 KE動能的行星系統(tǒng) ωi齒輪i的的角速度 v4行星齒輪的速度 mi質(zhì)量齒輪I Ii慣性矩的齒輪 Zi齒輪的數(shù)量 Znl齒輪副齒比連接形成的n和l η 行星齒輪變速機構的行星的效率(主軸飛行) η0 普通或固定齒輪副效率 1介紹 以目前的發(fā)展趨勢，高速加工（HSM）以知識為基礎的系統(tǒng)旨在最大限度地提高生產(chǎn)能力。?HSM正在迅速增長，它提供了幾個比較傳統(tǒng)的加工，如減少加工時間，減少機械應力，減少加熱工件表面質(zhì)量高，使用更小的工具等，這增加了HSM的行業(yè)的必要性，增加大幅金額在這一領域的研究[1-4]。此外，HSM代表一個良好的加工解決方案，輕金屬（鋁，鎂汽車和航空航天領域），陶瓷加工鑄鐵插入，加工復合材料和其他材料，包括可伐，鈦，鉻鎳鐵合金等。 有很多不同的解決機床HSM的方案，這里提供了一個優(yōu)秀的、低成本的方案，可以節(jié)省大量的投資資本。最便宜的解決方案之一是使用機械主軸超速。主軸超速以其可靠的性能，應用于各種開發(fā)加工過程，如鉆，銑，攻絲甚至磨?？傮w上，機械主軸超速是一個低成本的選擇，允許常規(guī)機的速度增加HSM的高速工具。 主軸是其中一個主要的機械部件，因為它的設計直接影響工件的加工生產(chǎn)率和加工質(zhì)量。因此，對主軸設計（靜態(tài)和動態(tài)剛度，尺寸，軸軸承的設計配置等）進行了研究，在深入[5-8]。?“機械主軸超速的功能取決于主要傳輸?shù)膬?yōu)化設計需要速比和功率。特別是，有兩個因素必須考慮到，因為他們的重要性，主軸調(diào)速體積最小的優(yōu)化設計：傳輸和最小的動能。 主軸調(diào)速裝置的體積必須是最小的低體重并沒有減少操作空間機床。但是，同樣，機械主軸超速必須設計的工作壽命長，所以，動能能量的傳輸必須是最小的，以確保最佳功能。 主軸調(diào)速裝置設計這些要求基于行星齒輪行列使用的傳輸（PGTs），由于PGTs提供一個非常緊湊和高效解決方案（減少重量和體積比較普通齒輪），結合高速率和高效率。?PGTs也用在許多機床電機變速箱配備的不斷擴大機床主軸驅動電機在低功率范圍速度。近來，他們的設計已被作者優(yōu)化[9]。 常見的機械主軸設計是一個多元化攔截因子，3.5到8,這取決于制造商。一個廠商提供了一個機械主軸飛行，這臺機器的速度能增加10倍以上,有最大飛行40000每分鐘轉速和輸出2 kW的能力。圖1顯示一個機械主軸飛行。本文的目標是讓一組最佳機械主軸超速，設計不同的權力和速度的比率，尤其是主軸調(diào)速裝置的配置。目前對制造商使用的所有研究力量和速度比、銷售范圍，以及 這些配置的優(yōu)化設計（每個電源速度之比）對所有的范圍進行了比較。 2機械主軸超速設計的注意事項 在本節(jié)中，我們解釋了一些重要的因素，然后主軸調(diào)速裝置必須考慮，機械主軸超速由四人設計PGT，這是使用最廣泛的配置商業(yè)，因為它幾乎覆蓋了整個范圍受聘于工業(yè)應用的速度比，即簡單PGT建設。此PGT有六個不同的施工方案，取決于這些成員如何設計。這六個方案中顯示在圖2中，即施工圖的六個解決方案。?2可以考慮為主軸調(diào)速設計。 圖1 a會員的行星齒輪行列(PGT)。b是一個機械主軸飛行 PGTs成員的不同類型,而且他們會的被稱為太陽、吊環(huán)、?臂和行星在目前的工作(見圖1)。 在圖2、會員3是一只手臂和4和4′成員的行星上。會員1和2是不同的成員,根據(jù)建筑解決方案,所以會員1是一個太陽齒輪結構解在圖2 a、c、d等多個行業(yè)是一個環(huán)形齒輪。在同樣的方式,成員在2號是一個太陽齒輪結構。圖2 b， d, e,這是一個環(huán)形齒輪在其余的構造的解圖2。對齒輪的鏈接，會員之間1和4、會員之間2和4′。與轉彎的副臂之間的聯(lián)系(會員3)和行星。在現(xiàn)在的工作,但表達"簡單行星”將用于配置一個單一的一顆行星齒輪,比如行星的圖2 a,b,“雙星”，一個由兩檔,如行星圖2 c-f。一個更詳細的解釋PGTs結構可能會發(fā)現(xiàn)在[9、11]。 2.1效率考慮 基于四個PGT較高,以證實乘數(shù)的效率是可能的,它是設計與一個輸入的手臂(會員3)。這是為什么四名成員PGTs所有的機械設計為主軸超速手臂輸入乘數(shù)。 2.2經(jīng)濟和經(jīng)營方面的考慮 雙行星配置的解決方案（圖2C-F）該圖。?2D是從經(jīng)濟更有趣的角度來看，是有一定的優(yōu)勢的，因為它提供了齒圈。這樣做的原因是，主軸調(diào)速齒輪必須硬化，回火和地面，以避免高加熱，地面環(huán)形齒輪比更昂貴地面非齒圈。此外，如果不勤，齒圈熱量積聚在較短的時間內(nèi)發(fā)生，這加熱限制和減少輸入的速度和轉矩。 施工圖的解決方案。?2A提出的構造簡單的行星（圖2b）在齒圈固定成員的其他解決方案的優(yōu)勢。出于這個原因，施工圖的解決方案。?2b是不是用于機械主軸調(diào)速設計，因為它增加的主軸調(diào)速裝置的動能相當。這同樣的道理，建筑圖解決方案。?2E，F(xiàn)是不恰當?shù)呐渲秒p行星構造的解決方案。 2.3行星成員考慮 主軸調(diào)速裝置的設計，它是很重要的選擇所需的力量和速度的行星的最佳數(shù)量 比率?？梢詮膬蓚€行星成員的數(shù)量（NP）三，四個，甚至更多，取決于應用程序它的設計。例如，機械主軸調(diào)速裝置圖。?1A有三個行星成員（NP =3）。這 必須盡可能小，以減少重量和動能的傳輸，而確保一個良好的負載分布到地球的每個齒輪。無論的情況下，行星必須始終獎學的主軸同心周圍安排平衡的質(zhì)量分布。 總之，為機械主軸超速，只施工圖的解決方案。?2A，C，D，必須考慮最佳主軸調(diào)速設計。特別是，這些施工方案是最常見的那些用于制造商。 3機械主軸調(diào)速設計上的約束 在本節(jié)中，機械主軸的限制調(diào)速裝置的設計進行了闡述。他們被分為三個 套，根據(jù)約束類型。它們是： -?涉及齒輪尺寸和幾何形狀的約束 -?嚙合要求獎學 -?接觸和彎曲應力 3.1涉及齒輪的大小和幾何約束 第一個約束是一個范圍內(nèi)的實際限制接受面寬度b。這個約束如下： 9m ≤b≤14m （1） 其中m是模塊。模塊表示齒的大小，是齒的齒輪節(jié)圓直徑的比例。網(wǎng)的齒輪，他們的模塊必須是平等的。齒輪ISO標準和設計方法的基礎上的模塊。所有的運動學和動力學參數(shù)傳輸依賴于齒比Znl值，Znl就是形成齒輪副的齒比聯(lián)成員n和l。特別是，Znl被定義為 Znl = 對于齒比的定義，以滿足威利斯方程，Znl必須是積極的，如果是外部的齒輪（嚙合齒輪）和消極的，如果它是內(nèi)部的（網(wǎng)格齒圈齒輪）[10，11]。圖列車。?2A，一個必須采取Z14> 0和Z24<0。 從理論上講，齒比可以采取任何價值，但在實踐中，他們主要是由于技術原因的限制因為在組裝一個外齒輪的困難齒比的一定范圍內(nèi)。在這項工作中，齒比為機械主軸超速的設計相當接近米勒[12]和美國的建議齒輪制造商協(xié)會（AGMA）的規(guī)范[13]，是： 0.2 < Znl < 5 (3) -7 < Znl < -2:2 (4) 定式的約束。?3存在外部齒輪和式。?4內(nèi)部齒輪。重要的是要注意這些限制是設計有效的，具有不同行星號（NP）。在尊重這些價值觀，一實現(xiàn)了機械主軸調(diào)速設計更小，更輕，更便宜。 另外的設計上，將施加的約束雙行星主軸超速的比例構成一個雙行星齒輪的直徑是： 其中d4’行星齒輪的直徑與網(wǎng)格成員2和D4是行星齒輪的直徑，與成員1的網(wǎng)格（見圖2）。 在施工機械主軸超速上獎學圖。?2C，D，齒比Z14和Z240 構成行星齒輪的半徑有關。特別是，以下的幾何關系，必須滿意在主軸調(diào)速裝置配置圖。?2C： (6) 對上述方程模塊齒輪，它是直接找到的比例直徑齒輪4和4'條件Z14和價值Z24’：這個比例是： (7) 同樣，獲得配置的情況下圖2d的表達： （8） 最后，假設最小的齒輪齒數(shù)： Zmin ≥18 （9） 3.2行星齒輪傳動嚙合要求 嚙合要求AGMA規(guī)范[13]。以下約束（式10）是設計圖2a： （10） Z1是哪里的齒數(shù)太陽齒輪(會員1)是和本體的齒數(shù)環(huán)形齒輪(會員2)。上Eq。10取決于轉向太陽和環(huán)形齒輪用胳膊修好了。負面的標志時一定要用太陽和環(huán)形齒輪，胳膊成員方向不變。行星系統(tǒng)必須采用雙行星。11低于(見AGMA標準[13]) an integer （11） 其中P1和P2的分子和分母束縛分數(shù)相當于分數(shù)Z4’/Z4的,其中Z4’是行星齒輪的齒數(shù)量與網(wǎng)格成員2和Z4是行星齒輪的齒數(shù)量成員1，網(wǎng)格（見圖2）： 3.3聯(lián)系人和彎曲應力 對每個建議主軸調(diào)速齒輪的扭矩設計考慮功率損耗計算。這方面，允許一個真正優(yōu)化的機械主軸調(diào)速裝置設計，不同的優(yōu)化研究這些損失不考慮[14，15]。?“ 獲得的扭矩和程序的整體效率主軸調(diào)速裝置所描述由卡斯蒂略[11]。 對于每個主軸調(diào)速配置的齒輪，以下約束相對Hertz接觸必須滿足和彎曲應力: σH<σHP (12) σF<σFP (13) 為齒輪的計算，ISO標準其次。式壓力值。?12日和13日本規(guī)范定義為 (14) (15) σHP和σFP值給出： (16 ) (17) 重要的是要強調(diào)，切向力FT獲得的力矩采取的計算考慮功率損耗。包括在功率損失 整體效率的計算，我們使用的概念普通效率[10，11]，這是什么效率,如果齒輪副臂與行星是固定的。通過這種效率，一個介紹到PGT整體效率計算采取在每個齒輪副的摩擦損失。對于這一點，η0 =0.98普通效率的價值，即2％的動力傳遞通過每個齒輪副丟失這些齒輪之間的摩擦。在不采取的研究考慮到這個功率損耗，切向值力量只是近似，可能是完全不同的因為權力的可能性的情況下PGTs再循環(huán)[10]。 由于機床的啟動特性在一般情況下，我們采取的KA=1的應用因素。壓力角是偽=20擄。齒輪選擇的材料是： 最后，負載分布，每個受到被確定使用行星齒輪分布的因素，建議在艾格瑪6123?A -? 88規(guī)范[13]作為一個行星（NP）的數(shù)量的功能。 4目標函數(shù)和設計變量 各項工作都提出了優(yōu)化方法傳統(tǒng)的傳輸[14-23]，但只有少數(shù)研究提出了優(yōu)化技術 設計PGTs[20，21]。此外，這些研究PGTs[24，25]，計算準確的力矩每個齒輪承受，因為他們不考慮中的獎學不同的齒輪副的功率損失。不過，據(jù)了解，在這些力量的損失傳輸可能比在一個更大的[10，11]，因此，最佳的普通齒輪傳動設計必須考慮到這個因素。事實上，不考慮功率損耗，以及確保最佳的機械主軸調(diào)速設計，阻礙從確切知道它的整體效率。 在本節(jié)中，我們描述了目標函數(shù)和設計變量。目標函數(shù)是音量功能和動能功能。重要的是要牢記這些功能有不同的表達，這取決于所采用的施工解決方案主軸調(diào)速裝置設計。尤其是音量功能用簡單的行星的建筑解決方案（圖2a）表示如下： (18) 其中，Va代表齒輪的總量。同一施工圖的解決方案為目標函數(shù)。?2C另一種形式，并表示如下 （19） 施工圖的解決方案。?2D，表示為： （20） 其中B14是齒輪1和4面寬度，和B240齒輪2和4'臉的寬度。動能功能也不同 施工方案簡單和雙行星，可以很容易地推導出。建筑的功能圖解決方案。?2A表現(xiàn)在以下表格： （21） I4中，W4和m4的慣性矩，轉動速度和質(zhì)量的行星齒輪，分別和v4行星齒輪中心的翻譯速度。在上述表達，I1是太陽的慣性力矩成員和NP是行星齒輪的數(shù)量。 為相同的目標函數(shù)的構造圖解決方案。?2C，D表示如下 （22） 在方程。21日和22日，一直手臂的能量被忽視的，因為這個成員可以在不同的設計變量形式，因為它是大大低于的行星系統(tǒng)。施工方案的設計變量選擇圖。?2A，C，D，行星齒輪（NP），齒輪（MI），齒數(shù)模塊每個齒輪（子），臉的寬度（BI）和螺旋角（βi）。當這些設計參數(shù)的確定通過減少上述目標的功能，GTA完美定義。 5結果和討論 機械主軸超速的優(yōu)化問題。本文描述了一套不同設計主軸超速，即不同的速度比 覆蓋整個銷售范圍。表1和2總結所有的個案研究的基礎上，設計施工圖的解決方案。?2a和顯示最佳設計。在這些表中，第一和第二列的列表速比，輸入功率和最大輸出每個設計的速度。第一列也表明了齒數(shù)體積最小和最小動能解決方案的每個成員。例如，對于速度之比為1:3.5時，我們選擇了兩個乘法器的設計，為10千瓦和16千瓦的功率，不同的最大輸出速度，這是8000轉，10,000 RPM，分別。對于這種設計，最佳齒數(shù)根據(jù)目標函數(shù)是：Z1的輸出成員= 24，行星齒輪Z4的= 18，Z2的齒圈= 60。對應的兩行相同的功率和最大輸出速度對應的體積最小，最小動能解決方案。 第三，第四和第五列給出模塊，列出寬度和螺旋角。第六列列出了由齒輪和占用體積第七和第八列的動能當它與兩個（KE2）或設計的齒輪系統(tǒng)三（KE3）行星齒輪。動能表示獨立的特定值的密度鋼用在齒輪。單位，因此，mm5/s2。最后，第九列給出的總直徑行星齒輪傳動。 繼續(xù)與速比1:3.5的情況下，特別是為10千瓦，8000轉，它可以看到，體積最小和最小的動能設計，齒輪模塊為1.25。為最低體積設計，所有齒輪必須擁有11.91毫米的臉的寬度必須構建一個25°螺旋角。相反，如果你想設計動能最低限度，臉的寬度必須是14.84毫米，螺旋角14°。從這個數(shù)據(jù)，任何齒輪的直徑可以直截了當?shù)赝茖?。例如，直徑成員1的行星的直徑33.10毫米，24.82毫米和齒圈直徑為82.75毫米體積最小的解決方案。對于這部分的具體設計主軸調(diào)速裝置（1:3.5，10千瓦和8000轉），它可以是核實最低的動能解決方案，有8.6％體積比體積最小的解決方案。?最小體積設計，然而，只有5.5％。比最佳的動能設計的動能。 從表1和2，有幾個結論可以獲得。舉例來說，重要的是要牢記，如果體積最小和最低的動能設計為一個特定的主軸調(diào)速設計對應不同的模塊，齒輪之間的差異這兩個設計是更大的。在主軸超速集這項工作的研究，這個速度兩例發(fā)生在比為1:6。特別是，這些都是設計：2.5千瓦，18000轉，和7千瓦和5000轉。在第一種情況，即1:6，2.5千瓦，18,000 rpm的，它可以驗證這一比例之間的體積最小的動能設計和最低的動能設計，為30.14％。然而，這兩個量之間的比率設計是只有1.82％。在第二種情況下，即1:6，7千瓦5000轉，結果是相似的：這些百分比看上稍大，分別為33.85％和4.00％。在總結時，這兩個最佳的齒輪設計有不同的模塊，在動力學的差異兩個設計的能量大于案件這兩項擬議設計的齒輪具有相同的模塊。在這些情況下，機械設計主軸最低的動能解決方案的基礎上進行設計。 另一個重要的結果是1:4的設計，45千瓦和8000轉，1:5，7千瓦和24,000 RPM只有一個解決方案，即體積最小和最低動能設計是同一個。他們是唯一的情況下，在這兩個設計不謀而合。表1中，這些主軸設計，以及優(yōu)化設計，設計相應的β= 0。 最后，優(yōu)化設計結果的基礎上，施工圖的解決方案。?2A（1和表2）顯示，總直徑最小的動能設計始終是小于最小直徑量主軸調(diào)速設計，是可以預期的1先驗。 表3和表4總結主軸調(diào)速裝置設計根據(jù)施工圖的解決方案。?2C，D，分別。與這些建筑的解決方案，只有少數(shù)表1和2中提出的設計進行了分析。這種情況的主要原因是，這些解決方案只提出優(yōu)勢速度比大于1:12 [10]，這是不是在機械主軸超速的范圍。在這些情況下，每個主軸調(diào)速裝置設計（速比，功率和最大輸出速度），只有一個解決方案給定的，因為任何主軸調(diào)速裝置的設計，這些建筑的解決方案是比這些更壞的結果得出上圖。?2A，從點的看法乘數(shù)的功能。這種設計對應一個之間的最小體積和妥協(xié)的解決辦法最小動能設計。例如，對于一個1時05機械主軸調(diào)速裝置，5千瓦和13000轉速，適當?shù)脑O計基礎上的建筑圖解決方案。表3給出了2C。第一列本表列出的速比，功率和最大的輸出速度。第二至第六列給出了螺旋角，模塊，臉的寬度和所有齒輪的直徑。在這主軸調(diào)速裝置設計，齒輪相應的數(shù)據(jù)形成對齒輪1和4：24°螺旋角，模塊0.9，臉寬11.08毫米，19.75毫米，直徑和24.69毫米，分別為。形成齒輪2和齒輪副4，有8°螺旋角，0.8模塊，臉寬9.98毫米，直徑64.64毫米和20.20毫米，分別。?“在最下面一行顯示每個齒輪的齒數(shù)這個主軸調(diào)速設計。它們分別是：Z1 = 20，Z2 = 80，Z4的= 25和Z40?25：第七和第八列給齒輪系統(tǒng)的體積和動能。最后，第九列給出了機械的總直徑主軸調(diào)速裝置。以同樣的方式，有關的信息機械主軸調(diào)速裝置基礎上的建筑圖解決方案。?2D是在表4。 分析表3和4所提供的資料和比較表1和2的信息，有些機械優(yōu)化設計的有趣的結論可以得出主軸超速。這種比較是合成圖。?3。 從圖?3，可以推斷，主軸超速必須設計施工圖的解決方案的基礎上。?2A，自其他兩個可能的有趣建筑解決方案有更大的體積和動能。此外，施工圖的解決方案。?2D是一個貧窮的解決方案比圖。?2C，很容易推導出圖。?3。這是這主要是因為地球自轉速度是較高設計圖。在圖中所提出的設計比2D。2C相同的速度比。這個建筑的解決方案（圖2D）只介紹不使用齒圈的優(yōu)勢，這是一個比一個功能考慮經(jīng)濟。這就是為什么這個建筑的解決方案中使用的原因其他變速箱機床（見[9]圖2b），變速箱設計的情況下延長機床主軸驅動電機恒功率范圍。 另一個值得注意的結果是，之間的比率數(shù)量和動能下降的速度比增加。事實上，在1:10的情況下，數(shù)量和動能主軸調(diào)速裝置的基礎上設計圖。?2C少比數(shù)量和獲得的動能根據(jù)設計施工圖的解決方案。?2A（見表2和表3）。這也是值得注意的是，總直徑主軸調(diào)速裝置的基礎上，施工圖的解決方案。2C的速度比為1:6，1:8和1:10不到，基于上圖。?2A（見表2和3），是類似的獲得的速度比1:5（見表1和3）。 最后，所有的建議的整體效率機械主軸調(diào)速設計計算已考慮功率損失[11]不同的普通效率。結果總結于表5。 6結論 據(jù)在這項工作中所取得的成果，也可以是得出的結論是，在一般情況下，最好的機械設計主軸調(diào)速裝置的基礎上的建筑解決方案圖2A，這是最經(jīng)常使用的機械主軸調(diào)速裝置制造商。在所有可能的主軸調(diào)速裝置基礎上的建筑設計圖解決方案。?2A每個速比，功率和最大輸出速度，在表1中給出的結果和2提供最合適的解決方案，即最低體積最小動能解決方案。在作者認為，這些結果可能是極大的興趣涉及制造商和營銷工程師機械主軸超速和設計。此外，重要的是要注意的施工圖解決方案。?2C可用于高速率（速度比值比為1:10更大）