鏈?zhǔn)絺鬏敊C(jī)傳動(dòng)裝置的工藝優(yōu)化

文/畢 薇 丁武陽(yáng)(合肥經(jīng)濟(jì)學(xué)院）

隨著社會(huì)生產(chǎn)力的進(jìn)步和機(jī)械制造業(yè)的進(jìn)步，鏈?zhǔn)絺鬏敊C(jī)也進(jìn)入了快速發(fā)展階段，其由于多種類(lèi)型、高速高效率、大功率大容量以及低能耗低成本等特點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用，尤其在重工業(yè)、智能物流、快遞及礦物運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)應(yīng)用得更多[1]。隨著電子信息技術(shù)和智能化物流的大力發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人和鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)相結(jié)合，將形成一體化大型人工智能生產(chǎn)鏈。因此，進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，降低制造成本和延長(zhǎng)機(jī)器使用壽命，從而提高整體工作性能成為鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)優(yōu)化完善的功能要求[1]。

一、鏈?zhǔn)絺鬏敊C(jī)概述

鏈?zhǔn)絺鬏敊C(jī)主要有四種類(lèi)型：懸掛鏈?zhǔn)絺鬏敊C(jī)、FU 鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、刮板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)，都是使用鏈傳動(dòng)作為傳動(dòng)裝置。鏈條結(jié)構(gòu)的多變性，材料選用的靈活性，保證了鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)具有傳輸物多樣、復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)、能耗低、工作壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

1.鏈?zhǔn)絺鬏敊C(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的分析

鏈?zhǔn)絺鬏敊C(jī)一般由原動(dòng)機(jī)、鏈板、傳動(dòng)裝置、張緊裝置、制動(dòng)裝置幾個(gè)部分組成[2]。其中傳動(dòng)裝置控制整體輸送的速度、功率及平穩(wěn)性，是鏈?zhǔn)絺鬏敊C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的核心[3]；原動(dòng)機(jī)為鏈?zhǔn)絺鬏敊C(jī)提供動(dòng)力，承載構(gòu)件用來(lái)承放物料；制動(dòng)裝置在突發(fā)事故時(shí)可進(jìn)行緊急制動(dòng)，確保工作安全；張緊裝置工作過(guò)程中將力傳遞給鏈條，為鏈條提供一定的張緊力，使其在傳動(dòng)中避免出現(xiàn)打滑。

傳動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)、減速器、鏈輪等組成[2]，是鏈?zhǔn)絺鬏敊C(jī)的動(dòng)力源，可以確保軸與軸間的夾角和距離在經(jīng)常變換的情況下傳遞可靠的動(dòng)力。

通常情況下，鏈?zhǔn)絺鬏敊C(jī)是通過(guò)許多鏈輪移動(dòng)鏈條來(lái)完成貨物的運(yùn)輸。其利用鏈傳動(dòng)作為傳動(dòng)裝置的主要構(gòu)件，借鏈條牽引鏈條上的鏈板運(yùn)輸貨物，再利用聯(lián)軸器傳遞牽引力，從而完成貨物的運(yùn)輸。其機(jī)械結(jié)構(gòu)原理類(lèi)似于帶式傳輸機(jī)，能避免帶傳動(dòng)中彈性滑動(dòng)和帶輪打滑，一定程度上可以降低能耗及成本[4]。

2.鏈?zhǔn)絺鬏敊C(jī)傳動(dòng)裝置的主要參數(shù)

鑒于工作場(chǎng)合及性能要求不同，鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)傳動(dòng)裝置中電動(dòng)機(jī)類(lèi)型常以三相籠型異步電動(dòng)機(jī)為主，其電壓為380V，Y 型[5]。應(yīng)用最為廣泛的是Y100L-2 三相異步電動(dòng)機(jī)。

機(jī)構(gòu)零部件中，構(gòu)件軸可以有效地傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力[1]。鏈?zhǔn)絺鬏敊C(jī)的傳動(dòng)裝置中最為重要的是三根軸（高速軸、中間軸和低速軸）和兩對(duì)齒輪（高速級(jí)齒輪、低速級(jí)齒輪）的精度和配合[2]。一般情況下，高速軸材料選擇40Cr 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為280 HBS；中間軸和低速軸的材料為45 號(hào)碳鋼（調(diào)質(zhì)），硬度是240 HBS[6]。高速級(jí)齒輪傳動(dòng)中，齒輪精度一般為7 級(jí)精度[7]，小齒輪采用40Cr 鋼（滲碳淬火）、齒數(shù)為26，大齒輪采用45號(hào)碳鋼（滲碳淬火）、齒數(shù)為127[1]。低速級(jí)齒輪傳動(dòng)中，齒輪精度為7 級(jí)精度[7]，小齒輪采用40Cr 鋼（滲碳淬火）、齒數(shù)為25，大齒輪采用45 號(hào)碳鋼（滲碳淬火）、齒數(shù)為91[1]。鏈條型號(hào)一般根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合決定。

聯(lián)軸器用來(lái)連接兩軸，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸與軸之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)且不可分離[2]。為減小工作過(guò)程中產(chǎn)生的震動(dòng)和沖擊，通常情況下選擇LT6 型彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器。該聯(lián)軸器制造簡(jiǎn)單，裝配方便，成本較低。

二、傳動(dòng)裝置零部件材料優(yōu)化

鏈?zhǔn)絺鬏敊C(jī)主要依靠其傳動(dòng)裝置來(lái)控制整體輸送的速度、功率及平穩(wěn)性。傳動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)、齒輪減速器、聯(lián)軸器和鏈輪等零部件組成，所以優(yōu)化傳動(dòng)裝置中主要零部件是優(yōu)化鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)整體性能的重點(diǎn)[3]。

軸類(lèi)零件可選的加工材料較多，其中在減速結(jié)構(gòu)中，通常選用45 號(hào)碳鋼，根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，優(yōu)化材料擬定為40Cr 鋼。

為了驗(yàn)證優(yōu)化材料的可行性，對(duì)選用不同金屬材料的軸，利用ANSYS 軟件進(jìn)行線性靜力分析（靜力分析圖略）。

通過(guò)分析ANSYS 的仿真數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)45 號(hào)碳鋼的屈服強(qiáng)度比40Cr 鋼更接近屈服極限強(qiáng)度，所以40Cr鋼的綜合性能比45 號(hào)碳鋼強(qiáng)，可使軸的使用壽命更長(zhǎng)。

在機(jī)械加工制造過(guò)程中，齒輪類(lèi)零部件的加工較為復(fù)雜，難度系數(shù)較大，但其可選的加工材料較多，其中應(yīng)用于減速結(jié)構(gòu)中的齒輪材料一般選用灰鑄鐵，根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，優(yōu)化材料擬定為45 號(hào)碳鋼。

為了驗(yàn)證優(yōu)化材料的可行性，對(duì)選用不同金屬材料的齒輪，利用ANSYS 軟件進(jìn)行線性靜力分析（靜力分析圖略）。

通過(guò)ANSYS 的仿真分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)灰鑄鐵的屈服強(qiáng)度比45 號(hào)碳鋼更接近屈服極限強(qiáng)度，所以45 號(hào)碳鋼的綜合性能比灰鑄鐵強(qiáng)，可在一定程度上延長(zhǎng)齒輪的使用壽命。

三、優(yōu)化的意義

鏈?zhǔn)絺鬏敊C(jī)主要依靠其傳動(dòng)裝置來(lái)控制整體輸送的速度、功率及平穩(wěn)性。鏈?zhǔn)絺鬏敊C(jī)的傳動(dòng)裝置主要由電動(dòng)機(jī)、二級(jí)減速器、鏈條等組成。因?yàn)楣ぷ鬟^(guò)程中，鏈?zhǔn)絺鬏敊C(jī)容易受到震動(dòng)、沖擊和磨損，針對(duì)鏈?zhǔn)絺鬏敊C(jī)傳動(dòng)裝置進(jìn)行分析研究，在設(shè)計(jì)并選定其主要參數(shù)的前提下，對(duì)其中的重要零部件進(jìn)行工藝材料上的優(yōu)化；通過(guò)對(duì)鏈?zhǔn)絺鬏敊C(jī)傳動(dòng)裝置的減速器中用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的齒輪、軸進(jìn)行不同材料的ANSYS線性靜力分析仿真，根據(jù)仿真數(shù)據(jù)的對(duì)比，驗(yàn)證優(yōu)化方案。傳動(dòng)裝置中，齒輪與軸起到重要作用，優(yōu)化齒輪與軸的使用性能，一定程度上可以避免工作過(guò)程中出現(xiàn)齒輪失效，降低沖擊的影響，并延長(zhǎng)齒輪、軸等零部件的使用壽命，使整個(gè)傳動(dòng)裝置的工作性能提升，進(jìn)而延長(zhǎng)鏈?zhǔn)絺鬏敊C(jī)整機(jī)的使用壽命并提高其工作的平穩(wěn)性。