296 蝸桿箱設(shè)計(jì)

296 蝸桿箱設(shè)計(jì),蝸桿,設(shè)計(jì) 1目錄2摘要3Abstract4第一章 引言1.1 課題的意義幾 乎 在 各 式 機(jī) 械 的 傳 動(dòng) 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(jī) 車 ， 建 筑 用 的 重 型 機(jī) 具 ， 機(jī) 械 工 業(yè) 所用 的 加 工 機(jī) 具 及 自 動(dòng) 化 生 產(chǎn) 設(shè) 備 ， 到 日 常 生 活 中 常 見 的 家 電 ， 鐘表 等 等 .其 應(yīng) 用 從 大 動(dòng) 力 的 傳 輸 工 作 ， 到 小 負(fù) 荷 ， 精 確 的 角 度 傳 輸都 可 以 見 到 減 速 機(jī) 的 應(yīng) 用 ， 且 在 工 業(yè) 應(yīng) 用 上 ， 減 速 機(jī) 具 有 減 速 及增 加 轉(zhuǎn) 矩 功 能 。 因 此 廣 泛 應(yīng) 用 在 速 度 與 扭 矩 的 轉(zhuǎn) 換 設(shè) 備 。 減 速 機(jī)的 作 用 主 要 有 ： 圖 1-1 蝸 桿 箱1） 降 速 同 時(shí) 提 高 輸 出 扭 矩 ， 扭 矩 輸 出 比 例 按 電 機(jī) 輸 出 乘 減 速比 ， 但 要 注 意 不 能 超 出 減 速 機(jī) 額 定 扭 矩 。 2） 減 速 同 時(shí) 降 低 了 負(fù) 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(jī) 都 有 一 個(gè) 慣 量 數(shù) 值 。 蝸 桿 箱 分 類 ：5主 要 型 號(hào) ： 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(wèn) 題 及 分 析一 、 常 見 問(wèn) 題 及 其 原 因 。 (1)減 速 機(jī) 發(fā) 熱 和 漏 油 ， (2)蝸 輪 磨 損 ， (3)傳 動(dòng) 小 斜 齒 輪 磨 損 ， (4)軸 承 (蝸 桿 處 )損 壞 。 1、 減 速 機(jī) 發(fā) 熱 和 漏 油蝸 輪 減 速 機(jī) 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(dòng) 摩 擦 傳 動(dòng) ， 在 運(yùn) 行 過(guò) 程 中 ， 就 會(huì)產(chǎn) 生 較 高 的 熱 量 ， 使 減 速 機(jī) 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(diǎn) ， 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(rùn) 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6蝸 輪 一 般 采 用 錫 青 銅 ， 配 對(duì) 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(jī) 正 常 運(yùn) 行 時(shí) ， 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(lái) 說(shuō) ， 這 種 磨 損很 慢 ， 象 某 廠 有 些 減 速 機(jī) 可 以 使 用 10 年 以 上 。 如 果 磨 損 速 度 較快 ， 就 要 考 慮 減 速 機(jī) 的 選 型 是 否 正 確 ， 是 否 有 超 負(fù) 荷 運(yùn) 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(dòng) 小 斜 齒 輪 磨 損一 般 發(fā) 生 在 立 式 安 裝 的 減 速 機(jī) 上 ， 主 要 跟 潤(rùn) 滑 油 的 添 加 量 和潤(rùn) 滑 油 的 選 擇 有 關(guān) 。 立 式 安 裝 時(shí) ， 很 容 易 造 成 潤(rùn) 滑 油 油 量 不 足 ，當(dāng) 減 速 機(jī) 停 止 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 電 機(jī) 和 減 速 機(jī) 間 傳 動(dòng) 齒 輪 油 流 失 ， 齒 輪 得不 到 應(yīng) 有 的 潤(rùn) 滑 保 護(hù) ， 啟 動(dòng) 或 運(yùn) 轉(zhuǎn) 過(guò) 程 中 得 不 到 有 效 的 潤(rùn) 滑 導(dǎo) 致機(jī) 械 磨 損 甚 至 損 壞 。 4、 蝸 桿 軸 承 損 壞減 速 機(jī) 發(fā) 生 故 障 時(shí) ， 即 使 減 速 箱 密 封 良 好 ， 該 廠 還 是 經(jīng) 常 發(fā)現(xiàn) 減 速 機(jī) 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(jī) 在 運(yùn) 停 過(guò) 程 中 ， 齒 輪 油 由 熱 變 冷 后 產(chǎn) 生 的 水 分 凝 聚造 成 ;當(dāng) 然 ， 也 和 軸 承 質(zhì) 量 ， 裝 配 工 藝 方 法 密 切 相 關(guān) 。 蝸 桿 箱 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn)7TP 型 平 面 包 絡(luò) 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(jí) 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(jī) （ JB/T6387-1992） WD 型 圓 柱 蝸 桿 減 速 機(jī) （ 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(jī) （ JB2318-79） 平 面 包 絡(luò) 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(wèn) 題 原 因 分 析 ： 齒 輪 -蝸 桿 箱 是 一 種 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 、傳 動(dòng) 比 大 ， 在 一 定 條 件 下 具 有 自 鎖 功 能 的 傳 動(dòng) 機(jī) 械 。 而 且 安 裝 方便 、 結(jié) 構(gòu) 合 理 ， 得 到 越 來(lái) 越 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 它 是 在 蝸 輪 蝸 桿 減 速 器輸 入 端 加 裝 一 個(gè) 斜 齒 輪 減 速 器 ， 構(gòu) 成 的 多 級(jí) 減 速 器 可 獲 得 非 常 低的 輸 出 速 度 ， 比 單 級(jí) 蝸 輪 減 速 機(jī) 具 有 更 高 的 效 率 ， 而 且 振 動(dòng) 小 、噪 聲 及 能 低 。 常 見 問(wèn) 題 及 其 原 因1 減 速 機(jī) 發(fā) 熱 和 漏 油 。 為 了 提 高 效 率 ， 蝸 輪 減 速 機(jī) 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(dòng) 摩 擦 傳動(dòng) ， 運(yùn) 行 中 會(huì) 產(chǎn) 生 較 多 的 熱 量 ， 使 減 速 機(jī) 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(rùn) 滑 油 液 由 于 溫 度 的 升8高 變 稀 ， 易 造 成 泄 漏 。 造 成 這 種 情 況 的 原 因 主 要 有 四 點(diǎn) ， 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(rùn) 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(duì) 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 Ra0.8 m。 減 速 機(jī) 正 常 運(yùn) 行 時(shí) 磨 損 很 慢 ， 某 些 減 速 機(jī) 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(fù) 荷 運(yùn) 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(dòng) 小 斜 齒 輪 磨 損 。 一 般 發(fā) 生 在 立 式 安 裝 的 減 速 機(jī) 上 ， 主要 與 潤(rùn) 滑 油 的 添 加 量 和 油 品 種 有 關(guān) 。 立 式 安 裝 時(shí) ， 很 容 易 造 成 潤(rùn)滑 油 量 不 足 ， 減 速 機(jī) 停 止 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 電 機(jī) 和 減 速 機(jī) 間 傳 動(dòng) 齒 輪 油 流失 ， 齒 輪 得 不 到 應(yīng) 有 的 潤(rùn) 滑 保 護(hù) 。 減 速 機(jī) 啟 動(dòng) 時(shí) ， 齒 輪 由 于 得 不到 有 效 潤(rùn) 滑 導(dǎo) 致 機(jī) 械 磨 損 甚 至 損 壞 。 4 蝸 桿 軸 承 損 壞 。 發(fā) 生 故 障 時(shí) ， 即 使 減 速 箱 密 封 良 好 ， 還 是經(jīng) 常 發(fā) 現(xiàn) 減 速 機(jī) 內(nèi) 的 齒 輪 油 被 乳 化 ， 軸 承 生 銹 、 腐 蝕 、 損 壞 。 這是 因 為 減 速 機(jī) 在 運(yùn) 行 一 段 時(shí) 間 后 ， 齒 輪 油 溫 度 升 高 又 冷 卻 后 產(chǎn) 生的 凝 結(jié) 水 與 水 混 合 。 當(dāng) 然 ， 也 與 軸 承 質(zhì) 量 及 裝 配 工 藝 密 切 相 關(guān) 。 解 決 方 法1 保 證 裝 配 質(zhì) 量 。 可 購(gòu) 買 或 自 制 一 些 專 用 工 具 ， 拆 卸 和 安 裝減 速 機(jī) 部 件 時(shí) ， 盡 量 避 免 用 錘 子 等 其 他 工 具 敲 擊 ； 更 換 齒 輪 、 蝸9輪 蝸 桿 時(shí) ， 盡 量 選 用 原 廠 配 件 和 成 對(duì) 更 換 ； 裝 配 輸 出 軸 時(shí) ， 要 注意 公 差 配 合 ； 要 使 用 防 粘 劑 或 紅 丹 油 保 護(hù) 空 心 軸 ， 防 止 磨 損 生 銹或 配 合 面 積 垢 ， 維 修 時(shí) 難 拆 卸 。 2 潤(rùn) 滑 油 和 添 加 劑 的 選 用 。 蝸 齒 減 速 機(jī) 一 般 選 用 220#齒 輪油 ， 對(duì) 重 負(fù) 荷 、 啟 動(dòng) 頻 繁 、 使 用 環(huán) 境 較 差 的 減 速 機(jī) ， 可 選 用 一 些潤(rùn) 滑 油 添 加 劑 ， 使 減 速 機(jī) 在 停 止 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) 齒 輪 油 依 然 附 著 在 齒 輪 表面 ， 形 成 保 護(hù) 膜 ， 防 止 重 負(fù) 荷 、 低 速 、 高 轉(zhuǎn) 矩 和 啟 動(dòng) 時(shí) 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(rùn) 滑 油 漏 。 3 減 速 機(jī) 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(shí) ， 潤(rùn) 滑 油 的 添 加 量 要 比 水 平 安 裝 多 很 多 ，易 造 成 減 速 機(jī) 發(fā) 熱 和 漏 油 。 4 建 立 潤(rùn) 滑 維 護(hù) 制 度 。 可 根 據(jù) 潤(rùn) 滑 工 作 “五 定 ”原 則 對(duì) 減速 機(jī) 進(jìn) 行 維 護(hù) ， 做 到 每 一 臺(tái) 減 速 機(jī) 都 有 責(zé) 任 人 定 期 檢 查 ， 發(fā) 現(xiàn) 溫升 明 顯 ， 超 過(guò) 40 或 油 溫 超 過(guò) 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(shí) ， 要 立 即 停 止 使 用 ，及 時(shí) 檢 修 ， 排 除 故 障 ， 更 換 潤(rùn) 滑 油 。 加 油 時(shí) ， 要 注 意 油 量 ， 保 證減 速 機(jī) 得 到 正 確 的 潤(rùn) 滑 。101.2 課題的國(guó)內(nèi)外背景一、國(guó)內(nèi)的發(fā)展概況 國(guó)內(nèi)的減速器多以齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過(guò)低的問(wèn)題。另外，材料品質(zhì)和工藝水平上還有許多弱點(diǎn)。由于在傳動(dòng)的理論上、工藝水平和材料品質(zhì)方面沒(méi)有突破，因此，沒(méi)能從根本上解決傳遞功率大、傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、機(jī)械效率高等這些基本要求。 二、國(guó)外發(fā)展概況 國(guó)外的減速器，以德國(guó)、丹麥和日本處于領(lǐng)先地位，特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)，減速器工作可靠性好，使用壽命長(zhǎng)。但其傳動(dòng)形式仍以定軸齒輪傳動(dòng)為主，體積和重量問(wèn)題，也未解決好。當(dāng)今的減速器是向著大功率、大傳動(dòng)比、小體積、高機(jī)械效率以及使用壽命長(zhǎng)的方向發(fā)展。11第二章 蝸桿傳動(dòng)簡(jiǎn)介2-1 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型蝸桿傳動(dòng)是由蝸桿和蝸輪組成的，用于傳遞空間交錯(cuò)兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。交錯(cuò)角一般為 90。傳動(dòng)中一般蝸桿是主動(dòng)件，蝸輪是從動(dòng)件。圖 2-1 蝸桿傳動(dòng)一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)：1傳動(dòng)比大，一般 i =1080，最大可達(dá) 1000；2重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低3結(jié)構(gòu)緊湊，可實(shí)現(xiàn)反行程自鎖；4蝸桿傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)齒面的相對(duì)滑動(dòng)速度大，效率低；5. 蝸輪的造價(jià)較高。主要用于中小功率，間斷工作的場(chǎng)合。廣泛用于機(jī)床、冶金、礦山及起重設(shè)備中。12二、蝸桿傳動(dòng)的類型三、蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí)分為 12 個(gè)精度等級(jí)，常用 59 級(jí)。蝸桿分左旋和右旋。圖 2-1 左旋蝸桿13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 2-5142-2 圓柱蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸1. 模數(shù) m 和壓力角 中間平面：通過(guò)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(dòng)中間平面內(nèi)蝸輪與蝸桿的嚙合就相當(dāng)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(dòng)相當(dāng)于齒輪齒條的嚙合傳動(dòng)。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 a1應(yīng)分別等于蝸輪的端面模數(shù) mt2 和端面壓力角 t2，即ma1 =mt2 =m a1= t2= 模數(shù) m 的標(biāo)準(zhǔn)值，見表 12-1；壓力角標(biāo)準(zhǔn)值為 20，ZA 蝸桿取軸向壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值，ZI 蝸桿取法向壓力角為標(biāo)準(zhǔn)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15輪分度圓直徑以 d2 表示。在兩軸交錯(cuò)角為 90的蝸桿傳動(dòng)中，蝸桿分度圓柱上的導(dǎo)程角 應(yīng)與蝸輪分度圓上的螺旋角 大小相等旋向相同，即=2. 傳動(dòng)比 i、蝸桿頭數(shù) z1 和蝸輪齒數(shù) z2設(shè)蝸桿頭數(shù)為 z1，蝸輪齒數(shù)為 z2，當(dāng)蝸桿轉(zhuǎn)一周時(shí)，蝸輪轉(zhuǎn)過(guò) z1 個(gè)齒( z1 / z2 周)。因此，其傳動(dòng)比為 z1 g效率 ，但加工困難。z1 傳動(dòng)比 i，但傳動(dòng)效率 。常取， z11，2，4，6。 可根據(jù)傳動(dòng)比，參考表 12-2 中的薦用值選取。 z2= i z1 。 如 z2 太小，將使傳動(dòng)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 z23280。 （ Z1 與 Z2 的薦用值表：12-2）3. 蝸桿直徑系數(shù) q 和導(dǎo)程角 由于蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對(duì)加工而成的，為了限制滾刀的數(shù)目，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)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：16d1 = q mz 1m 當(dāng)模數(shù) m 一定時(shí)， q 值增大則蝸桿直徑 d1 增大，蝸桿的剛度提高。因此，對(duì)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(dòng)的幾何尺寸計(jì)算表 2-1 蝸桿傳動(dòng)計(jì)算公式標(biāo)準(zhǔn)中心距徑向間隙蝸輪螺旋角蝸桿導(dǎo)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(jì)算公式符號(hào)名稱 dahfadfca1dmq2dmzah1.f1(2)aq2()adZ.4fm.4fmqZrctg1 0.2c1.5()()adqz2.3 蝸桿傳動(dòng)的失效形式、材料和結(jié)構(gòu)17一、蝸桿傳動(dòng)的失效形式及材料選擇1. 主要失效形式：膠合、磨損、點(diǎn)蝕等。在潤(rùn)滑良好的閉式傳動(dòng)中，若不能及時(shí)散熱，膠合是其主要的失效形式。在開式和潤(rùn)滑密封不良的閉式傳動(dòng)中，蝸輪輪齒的磨損尤其顯著。2. 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1）閉式傳動(dòng)：按蝸輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)；之后校核蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并進(jìn)行熱平衡計(jì)算。 2）開式傳動(dòng)：通常只計(jì)算蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。3.常用材料由于蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)，蝸桿副的材料不僅要求有足夠的強(qiáng)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(jié)構(gòu)由于蝸桿的直徑不大，所以常和軸做成一個(gè)整體（蝸桿軸） ，當(dāng)蝸桿的直徑較大時(shí)，可以將軸與蝸桿分開制作。18圖 2-6無(wú)退刀槽，加工螺旋部分時(shí)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(jié)構(gòu)的剛度 較前一種差。3.4 圓柱蝸桿傳動(dòng)的受力分析蝸桿傳動(dòng)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(dāng)兩軸交錯(cuò)角為 90時(shí)，各力大小為：19式中： T2=T1i， 為蝸桿傳動(dòng)的效率。2.力的方向當(dāng)蝸桿主動(dòng)時(shí)，各力方向判斷如下： 蝸桿上的圓周力 Ft1 的方向與蝸桿轉(zhuǎn)向相反。 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。 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） 。 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。 蝸桿和蝸輪上的徑向力 Fr1 、 Fr2 的方向分別指向各自的軸20心。蝸桿傳動(dòng)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(qiáng)度計(jì)算缺乏可靠的方法和數(shù)據(jù)，因而通常沿用接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的承載能力，而在選用許用應(yīng)力時(shí)適當(dāng)考慮膠合和磨損失效因素的影響，故其強(qiáng)度計(jì)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(qiáng)度又很高，因而失效總是出現(xiàn)在蝸輪上，所以蝸桿傳動(dòng)只需對(duì)蝸輪輪齒進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。1. 蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算目的：防止“點(diǎn)蝕”和“膠合”失效。強(qiáng)度條件： H H以蝸桿蝸輪節(jié)點(diǎn)為計(jì)算點(diǎn)，計(jì)算齒面接觸應(yīng)力 H 。校核公式:21設(shè)計(jì)公式：上兩式 中 KA 為載荷系數(shù)，一般取 KA=1.11.3。當(dāng)載荷平穩(wěn)，蝸輪圓周速度 v23m/s 和 7 級(jí)精度以上時(shí)，取小值，否則取大值。當(dāng)蝸輪材料為錫青銅時(shí)，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(diǎn)蝕，其承載能力取決于輪齒的接觸疲勞強(qiáng)度。因此，許用接觸應(yīng)力與應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N、材料及相對(duì)滑動(dòng)速度 v2 有關(guān)?？砂幢?12-4 選擇。當(dāng)蝸輪材料為無(wú)錫青銅、黃銅或鑄鐵時(shí)，材料的強(qiáng)度較高，抗點(diǎn)蝕能力強(qiáng)，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(yīng)力循環(huán)次數(shù)無(wú)關(guān)，因此，許用接觸應(yīng)力可從表 12-5查取。 2. 蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算目的：防止“疲勞斷齒” 。強(qiáng)度條件： F F校核公式：22設(shè)計(jì)公式：蝸桿的剛度計(jì)算:蝸桿較細(xì)長(zhǎng)，支承距離大，若受力后產(chǎn)生的撓度過(guò)大，則會(huì)影響正常的嚙合傳動(dòng)。蝸桿產(chǎn)生的撓度應(yīng)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(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算一、蝸桿傳動(dòng)的效率與齒輪傳動(dòng)類似，閉式蝸桿傳動(dòng)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(dòng)箱體內(nèi)潤(rùn)滑油的油阻損耗。其總效率為： = 1 2 3其中最主要的是嚙合效率，當(dāng)蝸桿主動(dòng)時(shí)，嚙合效率可按螺旋23傳動(dòng)的效率公式求出。因此考慮 2 3 后，蝸桿傳動(dòng)的總效率為：式中： 為蝸桿導(dǎo)程角； 為當(dāng)量摩擦角， =arctg f 。當(dāng)量摩擦系數(shù) f 主要與蝸桿副材料、表面狀況以及滑動(dòng)速度等有關(guān)估計(jì)蝸桿傳動(dòng)的總效率時(shí)，可取下列數(shù)值：閉式傳動(dòng)： z1=1 2 4 =0.700.75 0.750.82 0.870.92開式傳動(dòng)： z1=1 、2 =0.600.70 二、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑目的：減摩、散熱。潤(rùn)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(duì)滑動(dòng)速度選擇潤(rùn)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(guò)深。蝸桿線速度v24m/s 時(shí)，常將蝸桿置于蝸輪之上，形成上置式傳動(dòng)，由蝸輪帶油潤(rùn)滑。24潤(rùn)滑方式的選擇：當(dāng) vs 510 m/s 時(shí)，采用油池浸油潤(rùn)滑。為了減少攪油損失，下置式蝸桿不宜浸油過(guò)深。當(dāng) v1 4 m/s 時(shí)，采用蝸桿在上的結(jié)構(gòu)。當(dāng) vs 1015 m/s 時(shí)，采用壓力噴油潤(rùn)滑。圖 2-8蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算：由于蝸桿傳動(dòng)效率低、發(fā)熱量大，若不及時(shí)散熱，會(huì)引起箱體內(nèi)油溫升高、潤(rùn)滑失效，導(dǎo)致輪齒磨損加劇，甚至出現(xiàn)膠合。因此對(duì)連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動(dòng)要進(jìn)行熱平衡計(jì)算。熱平衡：在單位時(shí)間內(nèi)，摩擦產(chǎn)生的熱量等與散發(fā)的熱量。在閉式傳動(dòng)中，熱量系通過(guò)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(guò)允許值式中： t溫度差， t=t-t0;25P1蝸桿傳遞功率，單位為 kW; t表面散熱系數(shù)，根據(jù)箱體周圍通風(fēng)條件，一般取 t =1017W/(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(duì)于箱體上的散熱片，其散熱面積按 50%計(jì)算； t溫差允許值，一般為 6070。并應(yīng)使油溫 t (=t0 + t) 小于 90 。如果超過(guò)溫差允許值，可采用下述冷卻措施： 增加散熱面積 合理設(shè)計(jì)箱體結(jié)構(gòu)，鑄出或焊上散熱片。 提高表面散熱系數(shù) 在蝸桿軸上裝置風(fēng)扇或在箱體油池內(nèi)裝設(shè)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：26圖 2-10 圓柱蝸桿傳動(dòng) 圖 2-11 環(huán)面蝸桿 圖 2-12 錐蝸桿 27第三章 蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 蝸桿傳動(dòng)類型的選擇由GB/T100851988 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(dòng)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4555HBC。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(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。（1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2設(shè)定T2=461608 Nmm（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)K=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(dòng)載系數(shù)KV=1.05；則K = KA K KV=111.05=1.0528（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)Z先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1 和傳動(dòng)中心距a 的比值d1/a=0.35，從圖11-18 中可查得Z=2.9（5）確定許用接觸應(yīng)力H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(yīng)力H=268MPa。工作壽命Lh 按300 個(gè)工作日，兩班制計(jì)算。每天工作十六小時(shí)！Lh=30020816=96000h應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：N = 60jn2Lh= 60116.2596000= 1.0264108壽命系數(shù)：KHN= =0.7497許用應(yīng)力：H= KHNH= 0.749726829= 200.9106MPa（6）計(jì)算中心距a 3 22 E H KT ( Z Z / ) =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(shí)d1/a=0.39，從圖11-18中可查得接觸系數(shù)Z=2.75，因?yàn)閆Z，因此以上計(jì)算結(jié)果可用。3.4 蝸桿傳動(dòng)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(dǎo)程角=111836。軸向齒距：Pa=m=3.146.3=19.782mm齒頂圓直徑：da1= d1+2ha*m=6326.3=75.6mm齒根圓直徑：df1= d1-2m( ha*+ c*)= 63-26.3(10.2)= 47.88mm30蝸桿軸向齒厚：Sa= 0.5m =0.519.782 = 9.891mm法向齒厚：Sn= Sacos = 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(yàn)算傳動(dòng)比：i = Z2 /Z1=41/2=20.5此時(shí)傳動(dòng)比誤差為（20.5-20）/20=2.5%是允許的。蝸輪分度圓直徑：d2 = m Z2=6.341=258.3mm蝸輪喉圓直徑：da2 = d2+2m(ha*+x2)= 258.3+26.3(1-0.1032)= 269.600mm蝸輪齒根圓直徑：df2 = d2-2m(ha*-x2+ c*)= 258.3-26.3(1-0.1032+0.2)31=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：B0.75da1=0.7575.6=56.7mm故取B=50mm.(3) 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度當(dāng)量齒數(shù)：zv2 = z2/cos3= 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)Y=1-/140=0.9192由表11-8 查得蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力：F=56MPa.壽命系數(shù)：KFN= 9 106 /N =0.5995許用彎曲應(yīng)力：32F= KFNF= 0.599556=33.57MPaF = 1.53K T2YFa Y/ d1 d2m= 18.55MPa因此，F(xiàn)F，滿足彎曲強(qiáng)度條件。3.5 蝸桿軸的設(shè)計(jì)計(jì)算3.5.1 初步確定軸的最小直徑3.5.1蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)（蝸桿軸系溫升較高，跨距較大，這種結(jié)構(gòu)比較合適），固定端采用一對(duì)圓錐滾子軸承，游動(dòng)端采用圓柱滾子軸承。圖32根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。（ 1 ）為了滿足開式皮帶傳動(dòng)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(gè)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(zhǎng)度為( 蝸桿齒形部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)) l=(11+0.0633Z2)m=84.798mm，取l=85mm. 與螺旋部分連接的軸段直徑d f -(24)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(duì)安裝為固定端，根據(jù)安裝段的直徑分別取30208 ， 其規(guī)格為dDT=40mm80mm19.75mm。（ 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(cè)總長(zhǎng)度為67.25mm，左右兩端對(duì)稱取左側(cè)與之相等，左側(cè)甩油盤與箱體內(nèi)壁對(duì)齊，且在35 的直徑上，左側(cè)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(cè)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(tái)及墊片厚度，綜合考慮得螺旋部分兩側(cè)的長(zhǎng)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245，圓角見圖，未注圓角為2mm。34第四章 校核計(jì)算4.1 效率驗(yàn)算已知=111836；v=arctanfv, 與相對(duì)滑動(dòng)速度有關(guān)Vs = d1 n1/601000cos= 3.1463267.650/60000/cos(11.31)= 1.0927m/s從表11-18 中用插值法查得：fv = 0.0441v = 2.4=（0.950.96）tan/tan(+v)=0.783因?yàn)?=0.78，滿足彎曲強(qiáng)度，因此不用重算。減速器結(jié)構(gòu)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35大，所以和軸作成一個(gè)整體,做成蝸桿軸。蝸桿分度圓的圓周速度： 11.07/600SdnV ms根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)v4-5m/s 時(shí)常將蝸桿放在下面，因此本方案采用蝸桿下置的設(shè)計(jì)方案。4.2 蝸桿軸的粗校核：36蝸桿與蝸輪的受力大小相等，方向相反F t = 834NF a = 3109NF r =1132N豎直面內(nèi)：如上圖支反力： F r = FNV1 +FNV 2 2()NV r allFlM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(jié)果：彎矩為：扭矩：如上圖T = 26262.8N.mm37總彎矩：按彎扭組合，第三強(qiáng)度理論進(jìn)行校核扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力取 =0.645#鋼的許用應(yīng)力 即軸滿足彎扭強(qiáng)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(yīng)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(jiǎn)化的力學(xué)模型中其跨距為 1269.85Ll m把階梯軸看成是當(dāng)量直徑為dv 光軸，然后再按材料力學(xué)中的公式計(jì)算。當(dāng)量直徑：38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=（0.08090.1214）mm,顯然，yy，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(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)角來(lái)表示，階梯軸扭轉(zhuǎn)角單位為()/m,計(jì)算公式為， ， 分別表示階梯軸第i 段上所受扭矩、長(zhǎng)度和極慣性矩。其中由于只有左半部分受扭矩,故：L= 130.05mm，G=8.1104Mpa 查表可得一般傳動(dòng)軸允許的撓度 =0.51()/m計(jì)算所得 =0.055()/m顯然， ，故上述結(jié)果可39總結(jié)40致謝41參考文獻(xiàn)42外文文獻(xiàn)原文：43外文文獻(xiàn)翻譯：44最后說(shuō)明由于每個(gè)部分有不同的人負(fù)責(zé)，時(shí)間比較急，難免會(huì)有一些錯(cuò)誤。我們都會(huì)給你認(rèn)真的更改，合作愉快！等你們向老師把具體的要求問(wèn)清了，根據(jù)要求把你們的摘要，Abstract，總結(jié)，等發(fā)給你們。如果需要外文翻譯，最后你們打印說(shuō)明書時(shí)也會(huì)發(fā)一份給你們，對(duì)于部分論文字?jǐn)?shù)不夠的不要緊在你們最后修改時(shí)會(huì)給你們添加好的，請(qǐng)放心！