第四章机床ZF变速箱有限元建模及温度场分析
随着工业发展水平的不断提高，大型镗铣加工中心所要达到的不仅仅是高速的切 削，同时也要实现大扭矩的切削。一般情况下，扭矩与转速这二者成反比，也就是说 很难在同一台加工中心上实现这二者的结合。而在主轴传动系统中应用ZF减速箱就 能很好地解决这个问题。TH6213卧式镗铣加工中心，采用的是ZF两级齿轮箱减速, 主轴电机经过联轴器与I轴相连,将扭矩传递给减速箱，再由I轴通过齿轮传动，将扭 矩传递给II轴，最终，由II轴再次通过齿轮传动将扭矩传递到主轴,完成两级变速过程。 在这个扭矩传递的过程中，传动齿轮之间因相互啮合而产生热量，同时,齿轮轴安装轴 承也会因高速运转而产生热量，二者构成了变速箱热量的主要来源。
变速箱在工作过程中，如果产生的温度过高，将会对传动齿轮的使用寿命产生影 响，造成其发生热变形，进而影响齿轮传动比；同时，减速箱直接安装在机床主轴箱 上面，热量以热传导的方式传递给主轴，影响主轴的热平衡。本章主要对机床ZF减 速箱进行有限元建模分析，为接下来机床主轴箱的温度场建模提供条件。
4.1 TH6213主轴ZF变速箱机构以及齿轮副建模分析

4.1.1 TH6213主轴ZF变速箱结构
ZF变速箱可以实现对柔性材料的高速加工，同时保证较高的工作效率；也可以 实现对硬质材料的高切削力加工；当ZF变速箱采用1:1的传动比时，可获得较高的主 轴转速，若是采用1:4或1:1.5的传动比，则可以实现低转速大转矩[6Q]。
TH6213卧式镗铣加工中心ZF变速箱的外观如图4.1、4.2所示，内部构造如图4.3 所示。由图中可以看出，传动过程并不复杂，由两级斜齿轮传动构成。由电机直接带 动齿轮，这种方式具有传动功率受电机功率限制，无磨损间隙的特点；同时，齿轮传 动相比带轮传动具有结构紧凑、效率高以及寿命长等特点。
主轴ZF减速箱内部齿轮啮合情况如图4.4所示，轴I通过联轴器与电机相连，扭 矩通过联轴器传递给轴I，然后轴I通过啮合齿轮传递给轴II，轴II再将扭矩传递给镗铣加工屮心主轴部件热特性分析第四章机床ZF变速箱有限元建模及温度场分析
主轴，期间通过啮合齿轮齿数的变化来调整转速，最终完成减速过程。本文考虑机床 跑车一般转速，取转速2500r/min。
如图4.5所示，在一对齿轮的啮合过程中，轮齿啮合的起始点为从动轮齿顶圆与 嗤合线（州奶）的交点，即52。嗤合传动进行中，齿廓嗤合点沿嗤合线移动，一直到 出，即主动轮齿顶圆与啮合线的交点。然后两齿脱离。所以，并不是全部的齿廓都参 与齿轮的啮合，实际参与啮合的只是图中所示的阴影部分，这一部分也是发生摩擦的 部分。