專利名稱:一種新型無級調(diào)速金屬切削機(jī)床的制作方法
一種新型無級調(diào)速金屬切削機(jī)床特別是一種安裝著差動(dòng)式恒功率電磁無級調(diào)速交流感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)的無級調(diào)速金屬切削機(jī)床，涉及機(jī)械和機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域：
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眾所周知在電動(dòng)機(jī)——機(jī)床的機(jī)械負(fù)載不變的條件下改變電動(dòng)機(jī)——機(jī)床的轉(zhuǎn)速叫做調(diào)速，如轉(zhuǎn)速可以連續(xù)、平滑地改變就叫做無級調(diào)速。
現(xiàn)有技術(shù)中無級調(diào)速金屬切削機(jī)床就其采用的拖動(dòng)電機(jī)而言可以分為直流的和交流的兩大系列。
用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的金屬切削機(jī)床其調(diào)速特性好，調(diào)速范圍廣，輸出的機(jī)械特性好，又適合于自動(dòng)控制。故在無級調(diào)速金屬切削機(jī)床中占有突出的地位。但由于它的制造成本高、維護(hù)工作量大，又由于它的電源系統(tǒng)的資金占用額大，故其使用受到一定的限制。
用交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的無級調(diào)速金屬切削機(jī)床有① 安裝著通過改變電源頻率實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的；② 安裝著通過改變轉(zhuǎn)差率實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的；③ 安裝著與電磁滑差機(jī)構(gòu)相配套的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的；④ 安裝著與齒輪變速機(jī)構(gòu)相配套的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的；⑤ 安裝著與各種摩擦付配套的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的；⑥ 安裝著交流伺服電動(dòng)機(jī)的。
上述改變電源頻率的無級調(diào)速的方案，優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速性能好，輸出機(jī)械特性硬，缺點(diǎn)是電路復(fù)雜、制作成本高、維護(hù)工作量大，特別是在運(yùn)行時(shí)對電源有一定的干擾，故在使用上受到一定的限制。不過，目前由于電子技術(shù)的進(jìn)步，電子器件的價(jià)格下降，在有的國家(如日本)開發(fā)這類產(chǎn)品的呼聲漸高。
用改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率的方法實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速拖動(dòng)的方案和采用與電磁滑差機(jī)構(gòu)相配套的電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速拖動(dòng)的方案以及采用交流伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速拖動(dòng)的方案，這些方案固然也能實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，但它們共同的嚴(yán)重缺點(diǎn)是機(jī)械特性軟、輸出功率不恒定。
至于采用與齒輪變速機(jī)構(gòu)配套或與各種摩擦付配套的電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速拖動(dòng)的方案，缺點(diǎn)是機(jī)械效率低、能量損耗大，調(diào)速范圍窄、其體積重量均較大。
綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)的各種類型的無級調(diào)速金屬切削機(jī)床都分別存在一些缺點(diǎn)與不足之處。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種新型無級調(diào)速金屬切削機(jī)床，這種機(jī)床用一種新型的交流電動(dòng)機(jī)〔M〕來拖動(dòng)，這種電動(dòng)機(jī)〔M〕結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，造價(jià)低廉、操作簡便、它具有和三相交流異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相似的功率特性與硬的機(jī)械特性，又能在大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)行恒功率型的無級調(diào)速，特別是在不改變電動(dòng)機(jī)〔1〕的轉(zhuǎn)向和傳動(dòng)鏈的嚙合狀態(tài)的條件下機(jī)床可以實(shí)行不停車反轉(zhuǎn)調(diào)速。因此本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、機(jī)械效率高、節(jié)能效果好、操作維護(hù)十分方便、調(diào)速范圍寬，有利于提高加工效率和加工精度，并有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)床的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化，還可以大幅度降低金屬切削機(jī)床的造價(jià)。
以下先詳細(xì)說明上述新型電動(dòng)機(jī)〔M〕的結(jié)構(gòu)特征及實(shí)施方法，然后說明安裝著這種電動(dòng)機(jī)的新型無級調(diào)速金屬切削機(jī)床的結(jié)構(gòu)特征與實(shí)施方案。
一種新型交流無級調(diào)速電動(dòng)機(jī)，特別是一種新型三相交流異步差動(dòng)式恒功率電磁無級調(diào)速電動(dòng)機(jī)〔M〕，如附圖1所示，在普通三相交流感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)〔1〕的轉(zhuǎn)軸〔11〕上套有一個(gè)聯(lián)軸器〔6〕。太陽輪軸〔8〕插入聯(lián)軸器〔6〕的右端內(nèi)，聯(lián)軸器〔6〕保證轉(zhuǎn)軸〔11〕與太陽輪軸〔8〕同步轉(zhuǎn)動(dòng)。電樞〔2〕緊套在轉(zhuǎn)軸〔11〕上，也可以和聯(lián)軸器〔6〕做成一體。磁極〔3〕的中心有一根空心軸〔7〕，太陽輪軸〔8〕穿入其中，二者能相對轉(zhuǎn)動(dòng)。空心軸〔7〕的右端緊配合著一個(gè)行星輪架〔X〕，行星輪架〔X〕上安裝著若干個(gè)行星輪〔C〕，行星輪〔C〕的個(gè)數(shù)至少是兩個(gè)，最好是三個(gè)。太陽輪軸〔8〕的右端固定著一個(gè)太陽輪〔A〕，行星輪〔C〕和太陽輪〔A〕、內(nèi)齒輪〔B〕相嚙合。內(nèi)齒輪〔B〕的輪軸是功率輸出軸〔9〕，它支承在軸承〔12〕內(nèi)，軸承〔12〕和電動(dòng)機(jī)〔1〕最好做成一體，也可以與電動(dòng)機(jī)〔1〕分開制作、分立安裝，但二者不得有相對運(yùn)動(dòng)。勵(lì)磁線圈〔4〕牢固地安裝在磁極〔3〕內(nèi)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁線圈內(nèi)勵(lì)磁電流的大小即可改變磁極〔3〕與電樞〔2〕的轉(zhuǎn)速差(即滑差)。其工作原理參照已有技術(shù)國產(chǎn)JZTH系列電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)。
根據(jù)以上說明可以看出電動(dòng)機(jī)〔1〕的轉(zhuǎn)矩是經(jīng)兩條路徑傳遞至輸出軸〔9〕的。
第一條傳動(dòng)路徑是電動(dòng)機(jī)〔1〕→轉(zhuǎn)軸〔11〕→聯(lián)軸器〔6〕→太陽輪軸〔8〕→太陽輪〔A〕→行星輪〔C〕→內(nèi)齒輪〔B〕→輸出軸〔9〕。
第二條傳動(dòng)路徑是電動(dòng)機(jī)〔1〕→轉(zhuǎn)軸〔11〕→電樞〔2〕→磁極〔3〕→空心軸〔7〕→行星輪架〔X〕→行星輪〔C〕→內(nèi)齒輪〔B〕→輸出軸〔9〕。
上述第一條傳動(dòng)路徑是主要傳遞轉(zhuǎn)矩的運(yùn)動(dòng)鏈，該運(yùn)動(dòng)鏈從頭至尾是剛性連接著的，故其機(jī)械特性與功率特性和電動(dòng)機(jī)〔1〕的相似。第二條傳動(dòng)路徑中由于存在電樞〔2〕和磁極〔3〕之間的電磁滑差離合作用，所以只要調(diào)節(jié)勵(lì)磁線圈〔4〕的勵(lì)磁電流大小即可實(shí)現(xiàn)行星輪架〔X〕的無級調(diào)速。兩條運(yùn)動(dòng)鏈匯合到內(nèi)齒輪〔B〕上就構(gòu)成了一個(gè)可以對輸出軸〔9〕進(jìn)行無級調(diào)速的行星差動(dòng)系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)〔1〕的輸出功率，通過太陽輪軸〔8〕和行星輪架〔X〕的分解，再由太陽輪〔A〕和行星輪〔C〕合成、傳遞給內(nèi)齒輪〔B〕由輸出軸〔9〕輸出。
輸出軸〔9〕的轉(zhuǎn)矩隨其轉(zhuǎn)速的增減呈反比變化，具有轉(zhuǎn)速降低轉(zhuǎn)矩增大的可貴性質(zhì)。
所述的電動(dòng)機(jī)〔M〕呈恒功率無級調(diào)速特性的原因是輸出功率取決于電動(dòng)機(jī)〔1〕的輸入功率，在額定功率范圍內(nèi)它基本上是恒定的，與輸出轉(zhuǎn)速無關(guān)。
所述差動(dòng)式恒功率電磁無級調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)〔M〕的轉(zhuǎn)速計(jì)算公式是NB＝NX－(NA－NX) (ZA)/(ZB) (轉(zhuǎn)／分)式中NA——輸入軸的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)／分)NB——輸出軸的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)／分)NX——磁極〔3〕和行星輪架〔X〕的轉(zhuǎn)速(可調(diào))ZA——太陽輪〔A〕的齒數(shù)ZB——內(nèi)齒輪〔B〕的齒數(shù)。
差動(dòng)式恒功率電磁無級調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)〔M〕的機(jī)械效率η的計(jì)算公式是η＝1－︱ (NB-NX)/(NB) ︱φx式中φx＝∑φi——傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中各齒輪付嚙合損失系數(shù)之和。
φi＝2.3f( 1/(Z1) ± 1/(Z3) )式中f——齒面摩擦系數(shù)，取0.05～0.10Z1，Z2——齒輪付的齒數(shù)(Z2為從動(dòng)輪。外嚙合取正值，內(nèi)嚙合取負(fù)值)上述電動(dòng)機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)中的電動(dòng)機(jī)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)是解決了普通三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(無論是線繞式還是鼠籠式也無論是同步的還是異步的)在下列條件下的無級調(diào)速問題①成本低廉、簡單易行、操作簡便；②機(jī)械特性硬，輸出功率恒定、承載能力大；③機(jī)械效率高、節(jié)能效果好；④調(diào)速范圍寬，甚至在不改變電動(dòng)機(jī)〔1〕的轉(zhuǎn)向和傳動(dòng)鏈的嚙合狀態(tài)下可以實(shí)現(xiàn)輸出軸〔9〕反轉(zhuǎn)；⑤ 結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕；⑥ 工作平穩(wěn)，對電源無不良影響。
本電動(dòng)機(jī)的實(shí)施例電動(dòng)機(jī)〔1〕選用JO2三相交流異步鼠籠式，頻率50赫，4極，電壓380伏，額定轉(zhuǎn)速1420轉(zhuǎn)／分，功率7.5KW。
行星輪系中太陽輪〔A〕和內(nèi)齒輪〔B〕的齒數(shù)比不同時(shí)，可獲得不同的調(diào)速范圍，ZB／ZA＝4，5，6時(shí)調(diào)速范圍如下ZB／ZA調(diào)速范圍特 點(diǎn)4 －205～0～1145轉(zhuǎn)／分 反轉(zhuǎn)范圍大5 －140～0～1156轉(zhuǎn)／分 調(diào)速范圍符合一般需要6 －96～0～1163轉(zhuǎn)／分 正轉(zhuǎn)范圍大，但內(nèi)齒輪〔B〕的外徑大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)尺寸增大。
當(dāng)行星輪架〔X〕的轉(zhuǎn)速是1200，500，337，300，250，120轉(zhuǎn)／分時(shí)，輸出軸〔9〕的轉(zhuǎn)速和機(jī)械效率是行星輪架〔X〕的轉(zhuǎn)速 輸出軸〔9〕的轉(zhuǎn)速 機(jī)械效率(轉(zhuǎn)／分) (轉(zhuǎn)／分)1200 1156 99.89％500 316 98.38％337 120 94.76％300 76 91.55％250 16 51.59％120 －140(反轉(zhuǎn)) 94.76％注上述機(jī)械效率未計(jì)入電動(dòng)機(jī)〔1〕本身的效率和為軸承的摩擦損失。
此外，還有一個(gè)實(shí)施要領(lǐng)即太陽輪軸〔8〕的軸向以及行星輪架〔X〕與行星輪〔C〕的配合部位最好設(shè)計(jì)成浮動(dòng)狀態(tài)，例如在行星輪架〔X〕與行星輪〔C〕的連接處安裝浮動(dòng)軸承〔13〕，這對消除另件在制造和安裝過程中產(chǎn)生的誤差有利。
為看圖方便，現(xiàn)將附圖1的另部件清單列出如下
A——太陽輪 5——測速發(fā)電機(jī)B——內(nèi)齒輪 6——聯(lián)軸器C——行星輪 7——空心軸X——行星輪架 8——太陽輪軸1——普通交流電動(dòng)機(jī) 9——輸出軸2——電樞 11——轉(zhuǎn)軸3——磁極 12——軸承4——?jiǎng)?lì)磁線圈 13——浮動(dòng)軸承以下說明本實(shí)用新型的內(nèi)容，即一種新型無級調(diào)速金屬切削機(jī)床特別是一種安裝著差動(dòng)式恒功率電磁無級調(diào)速交流感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)〔M〕的無級調(diào)速金屬切削機(jī)床的設(shè)計(jì)方案如附圖2所示。
差動(dòng)式恒功率電磁無級調(diào)速交流感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)〔M〕經(jīng)聯(lián)軸物〔L〕和齒輪付〔φ〕相連，〔Z〕為機(jī)床主軸。聯(lián)軸物〔L〕可以是摩擦片離合器式的也可以是剛性的軸套式的或者是柔性皮帶式的。機(jī)床的齒輪付〔φ〕可以設(shè)計(jì)成低速型、中速型、高速型的〔如附圖2－(1～3)〕。
本實(shí)用新型的積極效果是簡化了金屬切削機(jī)床的結(jié)構(gòu)和制造工藝，大幅度降低了機(jī)床的造價(jià)。使機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、節(jié)省材料，還擴(kuò)大了機(jī)床調(diào)速的范圍，特別是可以在不改變電動(dòng)機(jī)〔1〕轉(zhuǎn)向以及傳動(dòng)鏈的嚙合狀態(tài)下機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)不停車反轉(zhuǎn)調(diào)速，有利于擴(kuò)大機(jī)床的功能，有利于提高機(jī)床的加工效率和加工精度，并且有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)床的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化。
附圖2即為本實(shí)用新型的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種新型無級調(diào)速金屬切削機(jī)床特別是一種安裝著差動(dòng)式恒功率電磁無級調(diào)速交流感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)[M]的無級調(diào)速金屬切削機(jī)床包括機(jī)床主軸[Z]，齒輪付[φ]，聯(lián)軸物[L]交流感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)[1]，電樞[2]，磁極[3]，勵(lì)磁線圈[4]，測速發(fā)電機(jī)[5]，轉(zhuǎn)軸[11]，太陽輪[A]，行星輪[C]，內(nèi)齒輪[B]其特征在于所安裝的電動(dòng)機(jī)[M]內(nèi)①有一個(gè)連接轉(zhuǎn)軸[11]和一端固定著太陽輪[A]的太陽輪軸[8]的聯(lián)軸器[6]，②有一根安裝在內(nèi)齒輪[B]上的輸出軸[9]，③有一根固定在磁極[3]的中心并且穿入了一根可以轉(zhuǎn)動(dòng)的太陽輪軸[8]的空心軸[7]，④有一個(gè)緊配合在空心軸[7]一端的行星輪架[X]，⑤有一個(gè)和電動(dòng)機(jī)[1]做成一體的軸承[12]。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的金屬切削機(jī)床，其特征在于所安裝的電動(dòng)機(jī)〔M〕有一個(gè)和電樞〔2〕做成一體的聯(lián)軸器〔6〕。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的金屬切削機(jī)床，其特征在于所安裝的電動(dòng)機(jī)〔M〕的行星輪架〔X〕和行星輪〔C〕的連接處安著浮動(dòng)軸承〔13〕。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1至2所述的金屬切削機(jī)床，其特征在于聯(lián)軸物〔L〕是摩擦片離合器式的也可以是剛性軸套式的或者是柔性皮帶式的。
專利摘要
一種新型無級調(diào)速金屬切削機(jī)床用一種新型交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)。該電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、造價(jià)低廉、操作簡便、它具有和三相交流異步感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)相似的功率特性與硬的機(jī)械特性又能在大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)行恒功率型的無級調(diào)速。因此本機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、操作、維護(hù)十分簡便、調(diào)速范圍寬(在不改變電機(jī)轉(zhuǎn)向和傳動(dòng)鏈的嚙合狀態(tài)下，機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)不停車反轉(zhuǎn)調(diào)速)。有利于提高加工效率和加工精度，并有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)床的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化，還可以大幅度降低機(jī)床的造價(jià)。
文檔編號B23Q5/16GK87205626SQ87205626
公開日1988年3月2日 申請日期1987年3月31日
發(fā)明者李培基 申請人:李培基導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan