蝸桿箱設計

蝸桿箱設計,蝸桿箱設計,蝸桿,設計 目錄 摘要 Abstract 第一章 引言 1.1 課題的意義 　　幾乎在各式機械的傳動系統(tǒng)中都可以見到蝸桿箱的蹤跡，從交通工具的船舶、汽車、機車，建筑用的重型機具，機械工業(yè)所用的加工機具及自動化生產(chǎn)設備，到日常生活中常見的家電，鐘表等等.其應用從大動力的傳輸工作，到小負荷，精確的角度傳輸都可以見到減速機的應用，且在工業(yè)應用上，減速機具有減速及增加轉(zhuǎn)矩功能。因此廣泛應用在速度與扭矩的轉(zhuǎn)換設備。減速機的作用主要有： 圖1-1蝸桿箱 1）降速同時提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機輸出乘減速比，但要注意不能超出減速機額定扭矩。 　　2）減速同時降低了負載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。大家可以看一下一般電機都有一個慣量數(shù)值。 蝸桿箱分類： 　　主要型號：WP系列蝸桿箱、WH系列蝸桿箱和CW系列蝸桿箱等。 　　1.WP系列蝸桿箱包括WPA/WPS/WPW/WPE/WPZ/WPD 　　2.WH系列蝸桿箱包括WHT/WHX/WHS/WHC 　　3.CW系列蝸桿箱包括CWU/CWS/CWO 蝸桿箱的常見問題及分析 　　一、常見問題及其原因。 　　(1)減速機發(fā)熱和漏油， 　　(2)蝸輪磨損， 　　(3)傳動小斜齒輪磨損， 　　(4)軸承(蝸桿處)損壞。 1、減速機發(fā)熱和漏油 　　蝸輪減速機為了提高效率，一般均采用有色金屬做蝸輪， 采用較硬的鋼材，由于它是滑動摩擦傳動，在運行過程中，就會產(chǎn)生較高的熱量，使減速機各零件和密封之間熱膨脹產(chǎn)生差異，從而在各配合面產(chǎn)生間隙，而油液由于溫度的升高變稀，容易造成泄漏。主要原因有四點，一是材質(zhì)的搭配是否合理，二是嚙合磨擦面的表面質(zhì)量，三是潤滑油的選擇，添加量是否正確，四是裝配質(zhì)量和使用環(huán)境。 2、蝸輪磨損 　　蝸輪一般采用錫青銅，配對的蝸桿材料一般用45鋼淬硬至HRC45一55,還常用40C:淬硬HRC50一55，經(jīng)蝸桿磨床磨削至粗糙度RaO. 8 fcm,減速機正常運行時，蝸桿就象一把淬硬的“銼刀”，不停地銼削蝸輪，使蝸輪產(chǎn)生磨損。一般來說，這種磨損很慢，象某廠有些減速機可以使用10年以上。如果磨損速度較快，就要考慮減速機的選型是否正確，是否有超負荷運行，蝸輪蝸桿的材質(zhì)，裝配質(zhì)量或使用環(huán)境等原因。 3、傳動小斜齒輪磨損 　　一般發(fā)生在立式安裝的減速機上，主要跟潤滑油的添加量和潤滑油的選擇有關。立式安裝時，很容易造成潤滑油油量不足，當減速機停止運轉(zhuǎn)時，電機和減速機間傳動齒輪油流失，齒輪得不到應有的潤滑保護，啟動或運轉(zhuǎn)過程中得不到有效的潤滑導致機械磨損甚至損壞。 4、蝸桿軸承損壞 　　減速機發(fā)生故障時，即使減速箱密封良好，該廠還是經(jīng)常發(fā)現(xiàn)減速機內(nèi)的齒輪油已經(jīng)被乳化，軸承已生銹、腐蝕、損壞，這是因為減速機在運停過程中，齒輪油由熱變冷后產(chǎn)生的水分凝聚造成;當然，也和軸承質(zhì)量，裝配工藝方法密切相關。 蝸桿箱國家標準 　　TP型平面包絡環(huán)面蝸輪減速器（JB/T9051-1999） 　　CW系列圓弧圓柱蝸桿減速器（JB/T7935-1999） 　　ZC1型雙級蝸桿及齒輪-蝸桿減速器（JB/T7008-1993） 　　SCW軸裝式圓弧圓柱蝸桿減速機（JB/T6387-1992） 　　WD型圓柱蝸桿減速機（JB/ZQ4390-79） 　　CW系列圓弧圓柱蝸桿減速器（GB9147-88） 　　WH系列圓弧圓柱蝸桿減速機（JB2318-79） 　　平面包絡環(huán)面蝸桿減速器（ZBJ19021-89） 　　圓弧圓柱蝸桿減速器（GB9147-88） 　　圓柱蝸桿減速器（JB/ZQ4390-86） 　　蝸桿箱常見問題原因分析：齒輪-蝸桿箱是一種結構緊湊、傳動比大，在一定條件下具有自鎖功能的傳動機械。而且安裝方便、結構合理，得到越來越廣泛的應用。它是在蝸輪蝸桿減速器輸入端加裝一個斜齒輪減速器，構成的多級減速器可獲得非常低的輸出速度，比單級蝸輪減速機具有更高的效率，而且振動小、噪聲及能低。 常見問題及其原因 　　1．減速機發(fā)熱和漏油。為了提高效率，蝸輪減速機一般均采用有色金屬做蝸輪，蝸桿則采用較硬的鋼材。由于是滑動摩擦傳動，運行中會產(chǎn)生較多的熱量，使減速機各零件和密封之間熱膨脹產(chǎn)生差異，從而在各配合面形成間隙，潤滑油液由于溫度的升高變稀，易造成泄漏。造成這種情況的原因主要有四點，一是材質(zhì)的搭配不合理；二是嚙合摩擦面表面的質(zhì)量差；三是潤滑油添加量的選擇不正確；四是裝配質(zhì)量和使用環(huán)境差。 　　2．蝸輪磨損。蝸輪一般采用錫青銅，配對的蝸桿材料用45鋼淬硬至HRC4555，或40Cr淬硬HRC5055后經(jīng)蝸桿磨床磨削至粗糙度Ra0.8μm。減速機正常運行時磨損很慢，某些減速機可以使用10年以上。如果磨損速度較快，就要考慮選型是否正確，是否超負荷運行，以及蝸輪蝸桿的材質(zhì)、裝配質(zhì)量或使用環(huán)境等原因。 　　3．傳動小斜齒輪磨損。一般發(fā)生在立式安裝的減速機上，主要與潤滑油的添加量和油品種有關。立式安裝時，很容易造成潤滑油量不足，減速機停止運轉(zhuǎn)時，電機和減速機間傳動齒輪油流失，齒輪得不到應有的潤滑保護。減速機啟動時，齒輪由于得不到有效潤滑導致機械磨損甚至損壞。 　　4．蝸桿軸承損壞。發(fā)生故障時，即使減速箱密封良好，還是經(jīng)常發(fā)現(xiàn)減速機內(nèi)的齒輪油被乳化，軸承生銹、腐蝕、損壞。這是因為減速機在運行一段時間后，齒輪油溫度升高又冷卻后產(chǎn)生的凝結水與水混合。當然，也與軸承質(zhì)量及裝配工藝密切相關。 解決方法 　　1．保證裝配質(zhì)量。可購買或自制一些專用工具，拆卸和安裝減速機部件時，盡量避免用錘子等其他工具敲擊；更換齒輪、蝸輪蝸桿時，盡量選用原廠配件和成對更換；裝配輸出軸時，要注意公差配合；要使用防粘劑或紅丹油保護空心軸，防止磨損生銹或配合面積垢，維修時難拆卸。 　　2．潤滑油和添加劑的選用。蝸齒減速機一般選用220#齒輪油，對重負荷、啟動頻繁、使用環(huán)境較差的減速機，可選用一些潤滑油添加劑，使減速機在停止運轉(zhuǎn)時齒輪油依然附著在齒輪表面，形成保護膜，防止重負荷、低速、高轉(zhuǎn)矩和啟動時金屬間的直接接觸。添加劑中含有密封圈調(diào)節(jié)劑和抗漏劑，使密封圈保持柔軟和彈性，有效減少潤滑油漏。 　　3．減速機安裝位置的選擇。位置允許的情況下，盡量不采用立式安裝。立式安裝時，潤滑油的添加量要比水平安裝多很多，易造成減速機發(fā)熱和漏油。 　　4．建立潤滑維護制度。可根據(jù)潤滑工作“五定”原則對減速機進行維護，做到每一臺減速機都有責任人定期檢查，發(fā)現(xiàn)溫升明顯，超過40℃或油溫超過80℃，油的質(zhì)量下降或油中發(fā)現(xiàn)較多的銅粉以及產(chǎn)生不正常的噪聲等現(xiàn)象時，要立即停止使用，及時檢修，排除故障，更換潤滑油。加油時，要注意油量，保證減速機得到正確的潤滑。 1.2 課題的國內(nèi)外背景 一、國內(nèi)的發(fā)展概況 國內(nèi)的減速器多以齒輪傳動、蝸桿傳動為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動比大而機械效率過低的問題。另外，材料品質(zhì)和工藝水平上還有許多弱點。由于在傳動的理論上、工藝水平和材料品質(zhì)方面沒有突破，因此，沒能從根本上解決傳遞功率大、傳動比大、體積小、重量輕、機械效率高等這些基本要求。 二、國外發(fā)展概況 國外的減速器，以德國、丹麥和日本處于領先地位，特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢，減速器工作可靠性好，使用壽命長。但其傳動形式仍以定軸齒輪傳動為主，體積和重量問題，也未解決好。當今的減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機械效率以及使用壽命長的方向發(fā)展。 第二章 蝸桿傳動簡介 2-1 蝸桿傳動的特點和類型 蝸桿傳動是由蝸桿和蝸輪組成的，用于傳遞空間交錯兩軸之間的運動和動力。交錯角一般為90°。傳動中一般蝸桿是主動件，蝸輪是從動件。 圖2-1 蝸桿傳動 一、蝸桿傳動的特點： 1．傳動比大，一般 i =10~80，最大可達1000； 2．重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低 3．結構緊湊，可實現(xiàn)反行程自鎖； 4．蝸桿傳動的主要缺點齒面的相對滑動速度大，效率低； 5. 蝸輪的造價較高。 主要用于中小功率，間斷工作的場合。 廣泛用于機床、冶金、礦山及起重設備中。 二、蝸桿傳動的類型 三、蝸桿傳動的精度等級 分為12個精度等級，常用5～9級。 蝸桿分左旋和右旋。 圖2-1左旋蝸桿 圖2-3右旋蝸桿 蝸桿還有單頭和多頭之分。 圖2-4 蝸桿頭數(shù) 圓柱蝸桿 環(huán)面蝸桿 圓錐蝸桿 圖2-5 2-2圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸 1. 模數(shù)m和壓力角α 中間平面：通過蝸桿軸線并與蝸輪軸線垂直的平面。是蝸桿的軸面，是蝸輪的端面 蝸桿、蝸輪的參數(shù)和尺寸大多在中間平面（主平面）內(nèi)確定。 由于蝸輪是用與蝸桿形狀相仿的滾刀，按范成原理切制輪齒，所以ZA蝸桿傳動中間平面內(nèi)蝸輪與蝸桿的嚙合就相當于漸開線齒輪與齒條的嚙合。 在主平面內(nèi)，蝸輪蝸桿的傳動相當于齒輪齒條的嚙合傳動。蝸輪蝸桿正確嚙合條件是：蝸桿的軸面模數(shù) ma1和軸面壓力角αa1應分別等于蝸輪的端面模數(shù)mt2和端面壓力角αt2，即 ma1 =mt2 =m αa1=αt2= α 模數(shù)m的標準值，見表12-1；壓力角標準值為20°，ZA蝸桿取軸向壓力角為標準值，ZI蝸桿取法向壓力角為標準值。 如上圖所示，齒厚與齒槽寬相等的圓柱稱為蝸桿分度圓柱(或稱為中圓柱)。蝸桿分度圓(中圓)直徑用d1表示，其值見表12-1。蝸輪分度圓直徑以d2表示。 在兩軸交錯角為90°的蝸桿傳動中，蝸桿分度圓柱上的導程角γ應與蝸輪分度圓上的螺旋角β大小相等旋向相同，即 γ=β 2. 傳動比i、蝸桿頭數(shù)z1和蝸輪齒數(shù)z2 設蝸桿頭數(shù)為z1，蝸輪齒數(shù)為z2，當蝸桿轉(zhuǎn)一周時，蝸輪轉(zhuǎn)過 z1 個齒( z1 / z2周)。因此，其傳動比為 z1↑→g↑→效率 η↑，但加工困難。 z1↓→ 傳動比 i↑，但傳動效率 η↓。 常取，z1＝1，2，4，6。 可根據(jù)傳動比，參考表 12-2中的薦用值選取。z2= i z1 。 如 z2太小，將使傳動平穩(wěn)性變差。如 z2太大，蝸輪直徑將增大，使蝸桿支承間距加大，降低蝸桿的彎曲剛度。一般取 z2＝32～80。（Z1與Z2的薦用值表：12-2） 3. 蝸桿直徑系數(shù)q和導程角γ 由于蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對加工而成的，為了限制滾刀的數(shù)目，國家標準對每一標準模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)目的標準蝸桿分度圓直徑d1。 直徑d1與模數(shù)m的比值稱為蝸桿的直徑系數(shù)q。即： d1 = q m≠z1m 當模數(shù)m一定時，q值增大則蝸桿直徑d1增大，蝸桿的剛度提高。因此，對于小模數(shù)蝸桿，規(guī)定了較大的q值，以保證蝸桿有足夠的剛度。 蝸桿傳動的幾何尺寸計算 表2-1 蝸桿傳動計算公式 標準中心距 徑向間隙 蝸輪螺旋角 蝸桿導程角 齒根圓直徑 齒頂圓直徑 齒根高 齒頂高 分度圓直徑 蝸輪 蝸桿 計算公式 符號 名稱 2.3 蝸桿傳動的失效形式、材料和結構 一、蝸桿傳動的失效形式及材料選擇 1. 主要失效形式：膠合、磨損、點蝕等。 在潤滑良好的閉式傳動中，若不能及時散熱，膠合是其主要的失效形式。在開式和潤滑密封不良的閉式傳動中，蝸輪輪齒的磨損尤其顯著。 2. 設計準則 1）閉式傳動：按蝸輪的齒面接觸疲勞強度進行設計；之后校核蝸輪的齒根彎曲疲勞強度，并進行熱平衡計算。 2）開式傳動：通常只計算蝸輪的齒根彎曲疲勞強度。 3.常用材料 由于蝸桿傳動的特點，蝸桿副的材料不僅要求有足夠的強度，更重要的是具有良好的減摩耐磨和抗膠合性能。為此常采用青銅作蝸輪齒圈，并與淬硬磨削的鋼制蝸桿相匹配。 蝸桿的常用材料為碳鋼和合金鋼。高速重載的蝸桿常用15Cr、20Cr滲碳淬火，或45鋼、40Cr淬火。低速中輕載的蝸桿可用45鋼調(diào)質(zhì)。精度要求高的蝸桿需經(jīng)磨削。 二、蝸桿和蝸輪的結構 由于蝸桿的直徑不大，所以常和軸做成一個整體（蝸桿軸），當蝸桿的直徑較大時，可以將軸與蝸桿分開制作。 圖2-6 無退刀槽，加工螺旋部分時只能用銑制的辦法。 圖2-7 有退刀槽，螺旋部分可用車制，也可用銑制加工，但該結構 的剛度 較前一種差。 3.4 圓柱蝸桿傳動的受力分析 蝸桿傳動的受力分析與斜齒圓柱齒輪相似，輪齒所受法向力Fn可分解為：徑向力Fr、周向力Ft、軸向力Fa。 1. 力的大小 當兩軸交錯角為90°時，各力大小為： 式中：T2=T1iη，η為蝸桿傳動的效率。 2.力的方向 當蝸桿主動時，各力方向判斷如下： ① 蝸桿上的圓周力 Ft1的方向與蝸桿轉(zhuǎn)向相反。 ② 蝸桿上的軸向力 Fa1的方向可以根據(jù)蝸桿的螺旋線旋向和蝸桿轉(zhuǎn)向，用（左）右手定則判斷。 ③ 蝸輪上的圓周力 Ft2 的方向與蝸輪的轉(zhuǎn)向相同（與蝸桿上的軸向力 Fa1的方向相反）。 ④ 蝸輪上的軸向力 Fa2 的方向與蝸桿上的圓周力 Ft1的方向相反。 ⑤ 蝸桿和蝸輪上的徑向力 Fr1 、Fr2的方向分別指向各自的軸心。 蝸桿傳動的主要失效形式是膠合和磨損。但目前依據(jù)膠合和磨損的強度計算缺乏可靠的方法和數(shù)據(jù)，因而通常沿用接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度計算蝸桿傳動的承載能力，而在選用許用應力時適當考慮膠合和磨損失效因素的影響，故其強度計算公式是條件性的。 由于蝸桿齒是連續(xù)的螺旋，其材料的強度又很高，因而失效總是出現(xiàn)在蝸輪上，所以蝸桿傳動只需對蝸輪輪齒進行強度計算。 1. 蝸輪齒面接觸疲勞強度計算 目的：防止“點蝕”和“膠合”失效。 強度條件：σH≤[σH] 以蝸桿蝸輪節(jié)點為計算點，計算齒面接觸應力 σH 。 校核公式: 設計公式： 上兩式 中KA 為載荷系數(shù)，一般取KA=1.1~1.3。當載荷平穩(wěn)，蝸輪圓周速度 v2≤3m/s和 7級精度以上時，取小值，否則取大值。 當蝸輪材料為錫青銅時，其材料具有良好的抗膠合能力,蝸輪的損壞形式主要是疲勞點蝕，其承載能力取決于輪齒的接觸疲勞強度。因此，許用接觸應力與應力循環(huán)次數(shù)N、材料及相對滑動速度v2有關。可按表12-4 選擇。 當蝸輪材料為無錫青銅、黃銅或鑄鐵時，材料的強度較高，抗點蝕能力強，蝸輪的損壞形式主要是膠合，其承載能力取決于其抗膠合能力，與應力循環(huán)次數(shù)無關，因此，許用接觸應力可從表12-5查取。 2. 蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算 目的：防止“疲勞斷齒”。 強度條件：σF≤[σF] 校核公式： 設計公式： 蝸桿的剛度計算: 蝸桿較細長，支承距離大，若受力后產(chǎn)生的撓度過大，則會影響正常的嚙合傳動。蝸桿產(chǎn)生的撓度應小于許用撓度。 由切向力和徑向力產(chǎn)生的撓度分別為： 合成總撓度為： 2.5 圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算 一、蝸桿傳動的效率 與齒輪傳動類似，閉式蝸桿傳動的功率損耗包括三部分：輪齒嚙合摩擦損耗，軸承中摩擦損耗以及攪動箱體內(nèi)潤滑油的油阻損耗。其總效率為： η=η1η2η3 其中最主要的是嚙合效率，當蝸桿主動時，嚙合效率可按螺旋傳動的效率公式求出。 因此考慮 η2η3后，蝸桿傳動的總效率為： 式中：γ為蝸桿導程角；ρ′為當量摩擦角，ρ′=arctgf′。當量摩擦系數(shù) f′主要與蝸桿副材料、表面狀況以及滑動速度等有關 估計蝸桿傳動的總效率時，可取下列數(shù)值： 閉式傳動：z1=1 2 4 η=0.70~0.75 0.75~0.82 0.87~0.92 開式傳動：z1=1 、2 η=0.60~0.70 二、蝸桿傳動的潤滑 目的：減摩、散熱。 潤滑油的粘度和給油方法可參照表11-5選取。 一般根據(jù)相對滑動速度選擇潤滑油的粘度和給油方法。 為減小攪油損失，下置式蝸桿不宜浸油過深。蝸桿線速度v2>4m/s時，常將蝸桿置于蝸輪之上，形成上置式傳動，由蝸輪帶油潤滑。 潤滑方式的選擇： 當vs≤ 5~10 m/s時，采用油池浸油潤滑。為了減少攪油損失，下置式蝸桿不宜浸油過深。 當v1> 4 m/s時，采用蝸桿在上的結構。 當vs > 10~15 m/s時，采用壓力噴油潤滑。 圖2-8 蝸桿傳動的熱平衡計算： 由于蝸桿傳動效率低、發(fā)熱量大，若不及時散熱，會引起箱體內(nèi)油溫升高、潤滑失效，導致輪齒磨損加劇，甚至出現(xiàn)膠合。因此對連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動要進行熱平衡計算。 熱平衡：在單位時間內(nèi)，摩擦產(chǎn)生的熱量等與散發(fā)的熱量。 在閉式傳動中，熱量系通過箱殼散逸，且要求箱體內(nèi)的油溫t(℃) 和周圍空氣溫度 t0(℃) 之差不超過允許值 式中：△t——溫度差， △t=t-t0; P1——蝸桿傳遞功率，單位為 kW; αt——表面散熱系數(shù)，根據(jù)箱體周圍通風條件，一般取 αt =10~17W/(m2·℃)； A——散熱面積，單位為 m2 ，指箱體外壁與空氣接觸而內(nèi)壁被油飛濺到的箱殼面積，對于箱體上的散熱片，其散熱面積按50%計算； [△t]——溫差允許值，一般為 60~70℃。并應使油溫 t (=t0 +△t) 小于 90 ℃。 如果超過溫差允許值，可采用下述冷卻措施： ⑴ 增加散熱面積 合理設計箱體結構，鑄出或焊上散熱片。 ⑵ 提高表面散熱系數(shù) 在蝸桿軸上裝置風扇或在箱體油池內(nèi)裝設蛇形冷卻水管或用循環(huán)油冷卻。 圖2-9 按蝸桿的外形分類： 圖2-10 圓柱蝸桿傳動 圖2-11 環(huán)面蝸桿 圖2-12 錐蝸桿 第三章 蝸桿的設計計算 3.1 蝸桿傳動類型的選擇 由GB/T10085—1988 的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI）。 3.2 蝸桿選擇材料 考慮到蝸桿傳動功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45 鋼；因希望效率高些， 耐磨性好些， 故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 45~55HBC。蝸輪用鑄錫青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重 的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100 制造。 3.3 按齒面接觸疲勞強度進行設計 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，再校核齒根彎曲疲勞強度。 （1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2 設定T2=461608 N·mm （2）確定載荷系數(shù)K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數(shù)Kβ=1；由表11-5 選取使用系數(shù)KA=1；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)KV=1.05； 則 K = KA × Kβ× KV =1×1×1.05 =1.05 （3）確定彈性影響系數(shù)ZE 因選用的是鑄錫青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故ZE=160MPa1/2 (4) 確定接觸系數(shù)Zρ 先假設蝸桿分度圓直徑d1 和傳動中心距a 的比值d1/a=0.35，從圖11-18 中可查得Zρ=2.9 （5）確定許用接觸應力[σH] 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒 面硬度>45HRC，可從表11-7 中查得蝸輪的基本許用應力 [σH]′=268MPa。 工作壽命Lh 按300 個工作日，兩班制計算。每天工作十六小時！ Lh=300×20×8×16=96000h 應力循環(huán)次數(shù)： N = 60jn2Lh = 60×1×16.25×96000 = 1.0264×108 壽命系數(shù)： KHN= =0.7497 許用應力： [σH]= KHN×[σH]′ = 0.7497×268 = 200.9106MPa （6）計算中心距 a≥ 3 2 2 E H KT ( Z Z /[σ ] ) ρ =132.47mm 取中心距a=160mm，因i 蝸桿=20，故從表11-2 中取模數(shù)m=6.3mm， 蝸桿分度圓直徑d1=63mm。這時d1/a=0.39，從圖11-18 中可查得接觸系數(shù)Zρ′=2.75，因為Zρ′﹤Zρ，因此以上計算結果可用。 3.4 蝸桿傳動主要參數(shù)與幾何尺寸 （1）蝸桿 由表11-2 查得蝸桿頭數(shù)Z1=2 ， 直徑系數(shù)q=10， 分度圓導程角γ=11°18′36″。 軸向齒距： Pa=πm=3.14×6.3=19.782mm 齒頂圓直徑： da1= d1+2ha*m=63＋2×6.3=75.6mm 齒根圓直徑： df1= d1-2m( ha*+ c*) = 63-2×6.3×(1＋0.2) = 47.88mm 蝸桿軸向齒厚： Sa= 0.5πm =0.5×19.782 = 9.891mm 法向齒厚： Sn= Sa×cosγ = 9.699 mm 齒頂高： ha1= ha*m = 6.3 mm 齒頂高： hf1=( ha*＋c*) m=7.56mm (2) 蝸輪 由表11-2 查得蝸輪齒數(shù)Z2=41，變位系數(shù)x2=-0.1032 驗算傳動比： i = Z2 /Z1=41/2=20.5 此時傳動比誤差為（20.5-20）/20=2.5%是允許的。 蝸輪分度圓直徑： d2 = m Z2=6.3×41=258.3mm 蝸輪喉圓直徑： da2 = d2+2m(ha*+x2) = 258.3+2×6.3×(1-0.1032) = 269.600mm 蝸輪齒根圓直徑： df2 = d2-2m(ha*-x2+ c*) = 258.3-2×6.3×(1-0.1032+0.2) =241.88mm 蝸輪齒頂高： ha2= m(ha*+x2) = 5.650mm 蝸輪齒根高： h f2= m(ha*-x2+ c*)= 8.525mm 蝸輪輪寬的確定： B≤0.75da1=0.75×75.6=56.7mm 故取B=50mm. (3) 校核齒根彎曲疲勞強度 當量齒數(shù)： zv2 = z2/cos3γ = 41/cos311.31° =43.48mm 根據(jù)x2=-0.1032 和zv2=43.48，由圖11-19 查得YFa=2.48.螺旋角影響系數(shù)Yβ=1-γ/140°=0.9192 由表11-8 查得 蝸輪的基本許用彎曲應力： [σF]′=56MPa. 壽命系數(shù)： KFN= 9 106 /N =0.5995 許用彎曲應力： [σF]= KFN×[σF]′ = 0.5995×56 =33.57MPa σF = 1.53K T2YFa Yβ/ d1 d2m = 18.55MPa 因此，σF≤[σF]，滿足彎曲強度條件。 3.5 蝸桿軸的設計計算 3.5.1 初步確定軸的最小直徑 3.5.1蝸桿軸的結構設計 1．軸d I ??II 的值由帶輪的大小及聯(lián)接確定，裝配方案見圖2.2，采取一端固定一端游動（蝸桿軸系溫升較高，跨距較大，這種結構比較合適），固定端采用一對圓錐滾子軸承，游動端采用圓柱滾子軸承。 圖3 2．根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度。 （ 1 ）為了滿足開式皮帶傳動帶輪的軸向定位要求，I--II 軸段右端需制出一軸肩h=(0.07-0.1)dI--II，故取II--III 段的直徑dII--III=38mm。d III ??IV比dII--III 高出一個軸肩位置， 為了方便選取與軸承的配合， 取d III ??IV =40mm。 （ 2 ） 蝸桿螺旋長度為( 蝸桿齒形部分結構設計) l>=(11+0.06 Z2)m=84.798mm，取l=85mm. 與螺旋部分連接的軸段直徑d f -(2～ 4)mm，取軸環(huán)與蝸桿螺旋部分之間的直徑為dIV--V=dVI--VII=70mm,其中d f =47.88mm。 （ 3 ）初選軸承 選用深溝球軸承和圓錐滾子軸承，圓錐滾子軸承成對安裝為固定 端，根據(jù)安裝段的直徑分別取30208 ， 其規(guī)格為d×D×T=40mm×80mm×19.75mm。 （ 4 ）右箱體端蓋的厚度約為e=9.6mm，取其總尺寸度為24.6。得到 有段箱體內(nèi)壁到端蓋外側總長度為67.25mm，左右兩端對稱取左側與之相等，左側甩油盤與箱體內(nèi)壁對齊，且在Φ35 的直徑上，左側軸承的左端用彈性擋圈固定，彈性擋圈規(guī)格為：S=1.5mm，擋圈與軸肩距離n=3mm，所以可取得lIII--IV=33.5mm。取右側端蓋到帶輪距離為16.25mm，故lII--III=50mm。 （ 5 ）根據(jù)蝸輪的頂圓直徑取269，距箱體內(nèi)壁距離為12mm 箱體壁 厚10mm，再考慮到安裝端蓋的凸臺及墊片厚度，綜合考慮得螺旋部分 兩側的長度為lIV-V= lVI-VII=68.05mm。 3．確定軸上圓角和倒角尺寸。 參考表15-2，取軸端倒角為2×45°，圓角見圖，未注圓角為2mm。 第四章 校核計算 4.1 效率驗算 已知γ=11°18′36″；φv=arctanfv, 與相對滑動速度有關 Vs = πd1 n1/60×1000cosγ = 3.14×63×267.650/60000/cos(11.31°) = 1.0927m/s 從表11-18 中用插值法查得： fv = 0.0441 φv = 2.4° η=（0.95~0.96）tanγ/tan(γ+φv) =0.783 因為η>η3=0.78，滿足彎曲強度，因此不用重算。 減速器結構的確定 為了節(jié)約有色金屬，蝸輪采用裝配式；蝸桿螺旋部分的直徑不大， 所以和軸作成一個整體,做成蝸桿軸。 蝸桿分度圓的圓周速度： 根據(jù)經(jīng)驗，當v<4-5m/s 時常將蝸桿放在下面，因此本方案采用蝸桿下置的設計方案。 4.2 蝸桿軸的粗校核： 蝸桿與蝸輪的受力大小相等，方向相反 F t = 834N F a = 3109N F r =1132N 豎直面內(nèi)：如上圖 支反力： Fr = FNV1 +FNV 2 代入數(shù)值求得： F NV1 =224N F NV 2 =908N 求得彎矩為： 水平面內(nèi)：如上圖 求支反力： 求得結果： 彎矩為： 扭矩：如上圖 T = 26262.8N.mm 總彎矩： 按彎扭組合，第三強度理論進行校核 扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)應力取? =0.6 45#鋼的許用應力即軸滿足彎扭強度要求，但是剩余部分較大， 故將材料改為Q235-A 更加合適， 許用應力 。 4.3 蝸桿軸的精校核 1) 蝸桿軸的彎曲剛度校核 蝸桿軸簡化的力學模型中其跨距為 把階梯軸看成是當量直徑為dv 光軸，然后再按材料力學中的公式計 算。 當量直徑： 蝸桿撓度： 查表15-5 ， 選用一般用途的軸， 得到其允許的撓度[y]= （0.0003--0.0005）L=（0.0809—0.1214）mm,顯然，y<[y]，故滿足 剛度要求，合適。 2）蝸桿軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核 軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角∮來表示，階梯軸扭轉(zhuǎn)角∮[單位 為(·)/m],計算公式為 ，，分別表示階梯軸第i 段上所受扭矩、長度和極慣 性矩。 其中由于只有左半部分受扭矩,故： L= 130.05mm，G=8.1×104Mpa 查表可得一般傳動軸允許的撓度[? ]=0.5～1(·)/m 計算所得? =0.055(·)/m 顯然，? <[? ]，故上述結果可 總結 致謝 參考文獻 外文文獻原文： 外文文獻翻譯： 最后說明 由于每個部分有不同的人負責，時間比較急，難免會有一些錯誤。我們都會給你認真的更改，合作愉快?。?！ 等你們向老師把具體的要求問清了，根據(jù)要求把你們的摘要，Abstract，總結，等發(fā)給你們。 如果需要外文翻譯，最后你們打印說明書時也會發(fā)一份給你們，對于部分論文字數(shù)不夠的不要緊在你們最后修改時會給你們添加好的，請放心?。?！ 44 附錄二：外文翻譯 ZN型的環(huán)面蝸桿齒輪組的數(shù)學模型與蝸輪 齒工作面 陳冠宇a, Chung-Biau Tsayb a機械工程學系, 國立交通大學,新竹30010，臺灣，中華民國 b機械工程學系,明新科技大學，信欣路1號，新竹 30401，臺灣，中華民國 文章信息： 文章歷史： 2008年9月18日收到 2009年1月13日收到訂正形式 2009年2月10日接受 2009年3月21 日提交網(wǎng)上