应用2K_H型行星轮系原理改进结构设计_曲贵龙

1999年3月　机械设计与制造工程　第28卷　第2期

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应用2K-H型行星轮系原理改进结构设计

(丹东518内燃机配件总厂　辽宁丹东　118009)曲贵龙　刘立秋　吕凤民　　

【摘　要】　应用2K-H型行星轮系原理,对普通车床的皮带轮进行了改进设计,以满足生产需要对机床转速参数的要求,并对计算该种行星轮系的效率公式进行了理论推导,总结出计算效率的统一公式,简化了计算步

骤。

【关键词】　2K-H型　行星轮系原理　效率公式　改进设计

2　计算2K-H型行星轮系效率的通用公式

0　引　言

2K-H型行星轮系广泛应用于各种设备中。它的传

动型式很多,图1就是其中的一种。它由两个中心轮3、4(2K)和一个系杆H(带轮)组成。它具有构件数量少,速度变化范围广,传动方案多,设计容易等一系列优点,是生产中广泛应用的一种传动类型。1　问题的提出

我们在扶贫过程中,发现某乡镇企业,在精加工或半精加工细长轴零件时,由于主轴转速太高,振动较大,以致不能用百分表直接在工件旋转时找正中心和调整中心架,只

好用人力搬动车床卡盘旋转

工件来测量,由于生产批量图1　2KH型行星皮带大,不仅操作不方便,同时也　　　轮传动原理图

影响了工件质量,特别是在精1、2.行星轮　3.固定中心轮加工零件上的丝杠螺纹时,由　4.可动中心轮　H.系杆于转速高,常常使刀具瞬间自动切入工件,轻者影响工件质量,重者则使工件报废。为此我们利用2K-H型行星轮系原理,对车床的三角皮带轮进行了改装,加上了行星齿轮减速机构(见图2),使主轴转速得以降低,从而解决了上述问题,通过移动滑动齿轮,既可降速又可保持原机床的转速,不影响机床的原有性能

。

对于2K-H型行星轮系来说,特别是传递动力时其传动比和效率的计算非常重要。通过用传动比法推导,我们得出了计算2K-H型行星轮系效率的统一公式,只需代入转化机构的效率和传动比,就可以得出这种轮系的效率,不再需要查繁琐的公式表,简化了计算,其推导过程如下。2.1　用传动比法计算效率的基本关系式

采用传动比法计算轮系的效率时,不管其内部结构如何,都认为是三个基本构件(活动中心轮A、固定中心轮B和系杆H)同外界相联系。当机构处于静止或匀速转动状态时,机构上各构件所受的外扭矩应是平衡的。即:

MA+MB+MH=0由效率定义得:

η=

NrMrnr

=ddd

(2)(1)

式中:Nd、Nr为轮系输入功率和输出功率;Md、Mr为轮系中主、从动件上的外扭矩;nd、nr为轮系中主、从动件的转速。

假设主动件上的输入扭矩Md一定,从动件上的输出扭矩在有摩擦和设想无摩擦时的值分别为Mr和Mr0,由式(2)可得:

η=

Mr

Mr0

(3)

同理若输出扭矩Mr一定,也可得:

Md0

η=

Md

(4)

2.2　转化机构中效率和扭矩的关系

在转化机构中,系杆H固定,轮A和轮B中,一个为主动件dH,一个为从动件rH,则主动件的转速nHdH与外扭矩MdH同向,从动件的转速nHMdnd=rH与外扭矩MrH反向,即:MdHnHMrHnHdH,Mrnr=-rH

由式(2)得转化机构效率为:

-MrHnHrHH

η=MdHndH

所以:

图2　2K

H型行星皮带轮传动结构图

或

H

MdH=-MrHiHrd/η

HHHH

MrH=-ηMdHnHrH/ndH=-MdHidrη

(5)

(6)(7)

1.内齿圈Z内　2.外齿圈Z外　3.调速螺杆　4.固定螺母　5.轴Ⅰ　6.滑动齿轮　7.动轮Z4　8.星轮Z3　9.星轮Z2　10.定轮Z1　11.轴Ⅰ轴承套　12.车床主轴箱

H

式中:MdH、MrH为转化机构中主、从动件上的扭矩;nHdH、nrH

、;iHdr。

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iHrd

·改装与维修·　　曲贵龙　刘立秋　吕凤民　应用2K-H型行星轮系原理改进结构设计1=idr

式中:xyHxy

iHη)-1AB(η=[iAB-1

y

　　由于转化机构是假想给整个行星轮系附加一个(-nH)的公共转速而得到的,所以转化机构中各构件上的外扭矩与在行星轮系相同。即:

MrH=Mr　　　　MdH=Md

将其代入式(1)可得系杆H上的扭矩为:

MH=-MdH-MrH将式(6)或式(7)代入上式得:

H

MH=Md(iH)drη-1

-1　　　当0<iHAB<1时

+1　　　当iH0时或iH1时AB<AB>

-1　　　当系杆H为轮系的主动构件时

+1　　　当系杆H为轮系的从动构件时

中的活动中心轮标为A,固定中心轮标为B,求出其转化机构中从A到B的传动比iHAB,以及转化

(8)

H机构的效率η代入上式再根据算出的iHAB的大小确定x值,根据轮系中系杆H是主动件还是被动件,确定y值,代

或

H

MH=Mr(iH)rd/η-1

入上式,即可求出轮系效率。

3　2K-H型行星轮系在生产中的实际应用

根据2K-H型行星轮系原理,我们将普通车床主轴箱上的皮带轮改装为行星齿轮机构,其结构原理如下(见图2)。(1)降速时　当皮带轮转动时带动星轮8、9绕定轮10和动轮7作行星运动,星轮8、9作公转的同时也作自转运动,故在星轮8自转运动的带动下动轮7也跟着转动。又由于固定在动轮7上的外齿圈2是通过移动滑动齿轮6与主轴箱的传动轴5(轴I)连接在一起,故当动轮7转动时主轴箱的传动轴轴Ⅰ也随着一起转动,从而实现降速。(2)不需降速时　首先松开固定螺母4,旋转调速螺杆3,将滑动齿轮6与固定在动轮7上的外齿圈2脱离,然后让其与固定在皮带轮上的内齿圈1啮合,这时主轴箱上的传动轴Ⅰ就跟着皮带轮一起转动,这时行星轮系不起作用,星轮8、9和动轮7只作空运转,这样就恢复了车床原有的旋转速度。

(3)轮系的设计参数　我们设计的2K-H型行星轮系的主要参数是:定轮10、动轮7和星轮8、9的模数为m=3.25,齿数Z10=Z9=26,Z7=28,Z8=24。滑动齿轮的内、外齿轮模数m=3,齿数分别为Z外=44,Z内=32。为了使皮带轮保持平衡,星轮8、9应对称安装一对。皮带轮材料45钢,星轮及动、定轮的材料选用40Cr钢,齿面淬火HRC58～62,其余调质HRC27～33。

(4)星轮机构基本速比和传动效率的计算　此星轮机构是2K-H正号机构(星轮机构的转化机构速比为正值),定轮10是固定构件,皮带轮H(系杆)转动时即可带动星轮8、9转动,所以系杆H为主动件,y=-1,动轮7通过星轮8的自转而被带着运动,是机构的从动件,其转化机构的基本

H

速比iH107和效率η为:

iH10

7

2

=(-1)

将以上两式概括为:

Hu

MH=MA[iHη)-1]AB(

(9)

0　　　当设想无损耗时

式中:u+1　　当轮A在转化机构中为主动件时-1　　当轮A在转化机构中为从动件响时工2.3　中心轮A在转化机构中主、从动地位的确定

在转化机构中,中心轮A是主动件还是从动件,应由A上的外扭矩方向与其在转化机构中的转向相同还是相反来确定,而与它在行星轮系中的主、从动地位不尽相同,如果中心轮A在转化机构中的主、从动地位不变(即原来为主(从)动件,转化机构中仍为主(从)动件),中心轮A在机构转化后,前后的转动方向不变,设nA为正,则nHA亦为正。即:

nHA=nA-nH=nA-所以

<1

1-iHAB

(10)

nA1

=nA(1-0iAH1-iAB

　　当2K-H行星轮系满足(10)时,其活动中心轮A,由

行星轮系到转化机构的主、从地位不变,否则主、从动地位

H

发生改变,显然iHAB<0的负号机构和iAB>1的正号机构均

满足上式,而

iHAB<1

的正号机构不满足上式。

综上所述,只有当0<iHAB<1时,中心轮A在转化机构中的主、从动地位与在行星轮系时相反,而在其余情况不变。

2.4　行星轮系的效率

在2K-H型行星轮系中,当系杆H为从动件,轮A为主动件时,输出的扭矩为:

u

有摩擦时:MH=MA[iH(η)-1]AB

设想无摩擦时:MH0=MA(iH)AB-1然后将其代入式(3)得:

Hu

MHiHη)-1AB(η==H

MH0iAB-1

Z9Z726×28

==1.1666Z10Z826×24

7

iH10

(11)

>1,x=1

H

η=η95×0.95=0.9031η2=0.

同理,当系杆H为主动件,中心轮A为从动件时,由式(4)可得:

η=

M=MH

H

i-1Hu

iHη)-1AB(

式中ηη1、2分别为一对圆柱齿轮作外啮合传动时的效率,取

ηη95。1=2=0.

因为此机构为正号机构,传动形式H※7,此行星轮机构速比应为:

i10H7

=

iH10i7

7

(12)

、-1

=

1.1666

=7

16-1

1999年3月　机械设计与制造工程　第28卷　第2期

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1.8m数控卧车“Z”轴烧电机的分析及处理

王华耀　　(南京汽轮电机(集团)有限公司　南京　210037)

【摘　要】　修理数控机床的伺服电机一定要根据机床的工作性质灵活掌握,对于电机发出热量而产生的温

度,一定要控制在所用绝缘材料及漆包线的绝缘等级所规定的允许温度范围之内,温度越低电机的寿命越长。

【关键词】　电机　绝缘材料　绝缘等级　温度范围

时间:1994年9月,距离上次2年5个月后,这只绕组

又烧坏。

处理:送配件厂电机修理处修理,并提出用F级绝缘的漆包线,但配件厂的同志一致认为没有用过F级的绝缘及漆包线,并否认有F级的漆包线,由于任务紧,无更多的时间去等待。而我们国产电机也确实是使用B级或E级绝缘。在此之后,配件厂的同志使用B级绝缘的漆包线进行绕制,绝缘材料及浸漆也用B级。

我们在Z轴出现故障时,用半导体温度计测量了X、Z两个轴电机外壳的温度均为50多℃,Z轴磁场电压只有30V左右(已是不正常状态),X轴磁场为190V,两轴的晶闸管整流器的交流供给电压为460V。

X、Z轴电机磁场电压的交流供给电压,图纸上标明为266V,显然,两根交流输入线应以变压器星型接线的相线引出,而实际已将线电压接至晶闸管的输入端,交流电压增大了倍。

该机床三个轴的磁场电压均由单相半波晶闸管整流器提供磁场,磁场电压最高可达120V,X和Z轴电机外壳的温度相差无几,可几十年来运行依然正常,Z轴中的另一只磁场绕组及电枢绕组在同样的温度下也没有烧坏,证明绕组所用的漆包线及绝缘材料所用的等级起了相当大的作用,而晶闸管整流器的输入交流电压增大了倍,也加速了电机的损坏,对于运行了十几年的机床不应当出现这种接错线的现象,但由于维修人员已更换多次,无法知晓原因。我们按照图纸重新接线。修好的电机重新安装后,对改过线的X和Z轴磁场进行测量,X和Z轴两轴的磁场电压均为110V,完全符合要求,并对驱动系统的控制线路进行检查,均未发现问题,随即在磁场中串入直流电流表,随时观察电流变化的情况,为了减少发热量,我们将电流从2.6A(磁场最大电流为2.8A)降至2.2A,并作高低速运行,在不

在普通车床上若因加工需要,将主轴箱的皮带轮改装为行星齿轮降速机构是非常方便的,因为这样改进对机床

y

0　引　言

1.8m数控卧车是70年代从美国进口的用小型计算机

控制的机床。进给拖动电机均为一般的他励式直流电机,励磁磁场是由单相半波晶闸管整流提供的恒定磁场。从安装至今已运行了近20年,主轴及X轴电机一直运行正常,唯独Z轴电机,从1979年至1994年已是第5次烧坏(电机中励磁绕组共两只,烧坏的总是那一只),这在数控设备中是极少见的。从1979年至1994年,维修人员已更换过多人。本人经历了其中的第4次和第5次。如今经过大家的努力,已保证电机在不良的条件下能够正常的运转。以下就是5次烧坏电机的过程及分析,与同行们一起商讨。1　烧电机的时间及维修过程

第1次

时间:1980年3月,Z轴电机一个磁场绕组的一根引出线与接头连接处松动,引起火花,灼烧了6根漆包线。处理:将断线焊好,涂以环氧树脂,用绝缘带包扎浸漆烘干。

第2次时间:1992年4月,距上次12年后烧坏(原灼烧漆包线的那只)。电机铭牌标明绝缘等级为F级绝缘。处理:因厂内无F级绝缘的漆包线,只好用B级绝缘的漆包线代替,其他绝缘材料只有B级,只好使用B级绝缘材料代用,修好后,投入使用。

第3次时间:距上次一个星期后,原损坏绕组又烧坏。处理:重新修理,从外地买进F级绝缘的漆包线绕制,其它绝缘材料仍用B级。

第4次

式中:iH7为构件H※4相对于固定构件10的速比。

机械效率为:

Hxy

iHη)-1AB(η=[iAB-1

=

-1

主轴箱原有结构基本上没有改变,机床外观和原来一样,效果非常好。

=

曲贵龙　男,1964年2月生,毕业于辽宁广播电视大学机械制造工艺与设备专业,在丹东518内燃机配件总厂技术处工作,工程师。主要从事工艺及工艺装备设计和技术改造工作。已发表论文10余篇。

:[

+1)×(-1)

1.1666×0.903(-1

1.1666-1

[

1.2919-1

1.1666-1

-1

=0.57

式中:η为构件H※7相对于固定构件10的传动效率。

按上述计算,此星轮机构速比降低7倍,机构效率降为0