蝸輪蝸桿測繪、設計計算及圖紙標注

蝸輪蝸桿的測繪 蝸輪蝸桿的測繪 一、蝸輪、蝸桿齒輪的功用與結構 一、蝸輪、蝸桿齒輪的功用與結構 蝸輪、蝸桿的功用主要用于傳遞交錯軸間運動和動力，通常，軸交角90。其優(yōu)點是傳動 比大，工作較平穩(wěn)，噪聲低，結構緊湊，可以自鎖；缺點是當蝸桿頭數(shù)較少時，傳動效率低，常需 要采用貴重的減摩有色金屬材料，制造成本高。 蝸輪是回轉形零件，蝸輪的結構特點和齒輪基本相似，直徑一般大于長度，通常由外圓柱面、 內環(huán)面、內孔、鍵槽（花鍵槽） 、輪齒、齒槽等組成。根據(jù)結構形式的不同，齒輪上常常還有輪緣、 輪轂、腹板（孔板） 、輪輻等結構。按結構不同蝸輪可分為實心式、腹板式、孔板式、輪輻式等多種 型式。 蝸桿的結構和軸相似，其結構特點是長度一般大于直徑，通常由外圓柱面、圓錐面、螺紋及階 梯端面等所組成。蝸桿上嚙合部分的輪齒呈螺旋狀，有單頭和多頭之分， 單頭蝸桿的自鎖性能好、 易加工，但傳動效率低。 由于圓柱蝸桿工藝性好，尤其是阿基米德圓桿蝸桿，因此，圓柱蝸桿獲得了廣泛應用。 二、普通圓柱蝸輪、蝸桿的測繪步驟 二、普通圓柱蝸輪、蝸桿的測繪步驟 蝸輪、蝸桿的測繪比較復雜，要想獲得準確的測繪數(shù)據(jù)，就必須具備較全面的蝸桿傳動方面的 知識。同時應合理選擇測量工具及必要的檢測儀器，掌握正確的測量方法，并對所測量的數(shù)據(jù)進行 合理的分析處理，提出接近或替代原設計的方案，直接為生產服務。 測繪蝸輪、蝸桿時，主要是確定蝸桿軸向模數(shù) ma（即蝸輪端面模數(shù) mt） ，蝸桿的直徑系數(shù) q 和 導程角(即蝸輪的螺旋角)。 下面以普通圓柱蝸輪蝸桿測繪為例， 說明標準蝸輪蝸桿的基本測繪步 驟。 1. 首先對要測繪的蝸輪、蝸桿進行結構和工藝分析。 2. 畫出蝸輪、蝸桿的結構草圖和必須的參數(shù)表，并畫出所需標注尺寸的尺寸界線及尺寸線。 3. 數(shù)出蝸桿頭數(shù) z1和蝸輪齒數(shù) z2。 4. 測量出蝸桿齒頂圓直徑 dal、蝸輪喉徑 da2和蝸輪齒頂外圓直徑 dae。 5. 在箱體上測量出中心距 a。 6. 確定蝸桿軸向模數(shù) ma (即渦輪端面模數(shù) mt) 7. 確定蝸桿的導程角(蝸輪的螺旋角)，并判定及的方向。 根據(jù)計算公式 tg= z1ma / d1，因 d1 = da1-2ma 則 = tg -1 z1ma / (da1-2ma) 8. 確定蝸桿直徑系數(shù) q 根據(jù)計算公式 q = d1 / ma或 q = z1 / tg計算出 q 值， 且應按標準系列選取與其相近的標準數(shù)值。 9. 根據(jù)計算公式，計算出其它各基本尺寸，如齒根圓直徑 df1、df2，齒頂高 ha1、ha2，齒根高 hf1、 hf2等。 10. 所得尺寸必須與實測中心距 a 核對，且符合計算公式： a = ma / 2 (q+z2) 11. 測量其它各部分尺寸，如轂孔直徑、鍵槽尺寸等。 12. 根據(jù)使用要求，確定蝸輪、蝸桿的精度，一般為 79 級。 13. 用類比法或查資料確定配合處的尺寸公差和形位公差。 14. 用粗糙度量塊對比或根據(jù)各部分的配合性質確定表面粗糙度。 15. 尺寸結構核對無誤后，繪制零件圖。 三、普通圓柱蝸桿、蝸輪的測繪 三、普通圓柱蝸桿、蝸輪的測繪 1. 幾何參數(shù)的測量 （1）蝸桿頭數(shù) z1齒數(shù))、蝸輪齒數(shù) z2 目測確定 z1，并數(shù)出 z2。 （2）蝸桿齒頂圓及蝸輪喉圓直徑 da1，da2 可用高精度游標卡尺或千分尺直接測量，用游標卡尺測量蝸輪喉圓直徑 da2的方法如圖 8-16 所 示。測量時，可在三、四個不同直徑位置上進行，取其中的最大值。當蝸輪齒數(shù)為偶數(shù)時，齒頂圓 直徑就是將卡尺的讀數(shù)減去兩端量塊高度之和，當蝸輪的齒數(shù)為奇數(shù)時，可按圓柱齒輪奇數(shù)齒所介 紹的方法進行。 （3）蝸桿齒高 h l 蝸桿齒高 hl可按以下方法測量： 用高精度游標卡尺的深度尺或其他深度測量工具直接測量蝸桿齒高，如圖 8-17 所示。 圖 8-16 蝸輪喉圓直徑 da2的測量 圖 8-17 蝸桿齒高 h l的測量 用游標卡尺測量蝸桿的齒頂圓直徑 da1 和蝸桿齒根圓直徑 df1 ，并按下式計算： a1f1 1 d d h 2 （4）蝸桿軸向齒距 pz 測量蝸桿軸向齒距 pz 可以用直尺或游標 卡尺在蝸桿的齒頂圓柱上沿軸向直接測量，如圖 8-18 所示。為了精確起見，最好多跨幾個軸向齒距， 然后將所測得的數(shù)除以跨齒數(shù)，就是蝸桿的軸向齒 圖 8-18 蝸桿軸向齒距的測量 距。 （5）蝸桿齒形角 蝸桿齒形角可用角度尺或齒形樣板在蝸桿的軸向剖面和法向剖面內測量，將兩個剖面的數(shù)值 都記錄下來，作確定參數(shù)時的參考。也可以用不同齒形角的蝸輪滾刀插入齒部作比較來判斷。 （6）蝸桿副中心距 蝸桿副中心距的測量對蝸桿傳動嚙合參數(shù)的確定以及對校核所定參數(shù)的正確性都是很重要的。 因此，應該仔細測量，力求精確。需要注意的是：只有當根據(jù)測繪的幾何參數(shù)所計算出來的中心距 與實測的中心距 a相一致時，才能保證蝸桿傳動的正確嚙合。 測量中心距時，可利用設備原有的蝸桿和蝸輪軸，清洗后重新裝配進行測量。測量時，首先要 測量這些軸的本身尺寸(1，D 2)與形位公差，以便作為修正測量結果的參考。 常用的測量方法有： 用高精度游標卡尺或千分尺， 測出兩軸外側間的距 離 L ，如圖 8-19 所示，并按下式計算中心距： 12 DD aL 2 用內徑千分尺測出兩軸內側間的距離 M ，如 圖 8-20 所示，并按下式計算中心距。 12 DD aM 2 當中心距不大，用上述方法測量有困難時，可用 量塊測量兩軸內側間的距離 K，如圖 8-21 所示，并按下式計算中心距。 圖 8-19 測蝸桿蝸輪軸外側間的距離 L 圖 8-20 測蝸桿蝸輪軸內側間的距離 L 圖 8-21 用量塊測量兩軸內側間的距離 12 DD aK 2 在劃線平臺上測出 L 1及 L2，如圖 8-22 所示，再分別測出蝸桿、蝸輪軸徑 D1， D2，并按下式計算中心距： 12 12 DD aLL 22 2. 基本參數(shù)的確定 （1）蝸桿齒面齒形的判別 普通圓柱蝸桿根據(jù)齒面齒廓曲線的不同 分為阿基米德蝸桿(ZA)、 法向直廓蝸桿(ZN)、 漸開線蝸桿(ZI)和錐面包絡蝸桿(ZK)等四 圖 8-22 在平臺上測蝸輪蝸桿軸線間的距離 種。測量時以直廓樣板進行試配。 當蝸桿軸向齒形是直線齒廓時，該蝸桿為阿基米德蝸桿。 當蝸桿法向齒形是直線齒廓時，該蝸桿為法向直廓蝸桿傳動。 當蝸桿在某一基圓柱的切面上剖切齒形是直線齒廓時，該蝸桿為漸開線蝸桿傳動。 當以直廓樣板試配的過程中與上述三種類型不符， 蝸桿軸向或法向齒廓也不呈中凹， 就應該 考慮是否屬于錐面包絡蝸桿。 在缺乏條件的情況下測繪，要準確判斷蝸桿齒形是很困難的，所以對要求保證傳動精度的蝸桿 副的更換，建議采用成對更換的方法。 （2）模數(shù) 確定蝸桿的模數(shù)有四種方法。 可根據(jù)測量的蝸桿軸向齒距 pz查表 8-2 來確定， 根據(jù)計算公式 h = 2.2ma，則 a h m 2 ma= h/2.2 表 8-2 蝸桿軸向齒距 pz、模數(shù) m 和齒距對照表 pz /mm m/mm pz /mm m/mm 3.142 1 15.870 5.053 3.175 1.011 15.950 5.080 3.325 1.058 17.460 5.559 3.627 1.155 18.850 6 3.990 1.270 19.050 6.064 4.433 1.411 19.950 6.350 4.712 1.500 20.640 6.569 4.763 1.516 21.990 7 4.987 1.588 22.220 7.074 5.700 1.814 22.800 7.257 6.283 2 23.810 7.580 6.350 2.021 25.130 8 6.650 2.116 25.400 8.085 7.254 2.309 26.500 8.467 7.854 2.500 26.990 8.590 7.938 2.527 28.270 9 7.980 2.540 28.580 9.095 8.856 2.822 29.020 9.236 9.425 3 30.160 9.061 9.525 3.032 31.420 10 9.975 3.175 31.750 10.106 11 3.500 31.920 10.159 11.110 3.537 33.340 10.612 11.400 3.625 34.930 11.117 12.570 4 35.470 11.289 12.700 4.043 36.510 11.622 13.300 4.233 37.700 12 14.140 4.500 38.100 12.127 14.290 4.548 39.900 12.700 15.710 5 41.270 13.138 如圖 8-17 所示，用游標卡尺的深度尺或其他測量工具直接量得 h，則 ma即可算出。 根據(jù)計算公式 da2 = mt (z2+2) ，則 a2 ta 2 d mm z2 如圖 8-18 所示，用鋼直尺測量蝸桿的軸向齒距 pz，根據(jù)計算公式 pz= ma，則 z a p m 以上四種方法求出的 ma，均應按標準模數(shù)系列選取與其相近的標準模數(shù)。 如果計算結果與標準的模數(shù)不相符，那么這個蝸輪可能是變位的蝸輪，需要進一步確定變位系 數(shù) x2。 （3）壓力角 a 國家標準對普通圓柱蝸桿的壓力角規(guī)定為：阿基米德蝸桿軸向壓力角取標準值 aa20，法向 直廓蝸桿、漸開線蝸桿、錐面包絡蝸桿的法向壓力角取標準值n20。 （4）蝸桿分度圓直徑 d1 為使蝸輪滾刀標準化，蝸桿直徑 d1值必須標準化，測繪時應該注意這一點。具體系列請參看有 關手冊。 （5）齒頂高系數(shù) ha*、頂隙系數(shù) c* 在測得全齒高 h1和模數(shù)a后，般可先試取齒頂高系數(shù) ha*1，頂隙系數(shù) c* 0.2，按公 式 hl2 ha*ma+c*ma核算所得數(shù)值。如果 hlh1 ，說明齒頂高系數(shù) ha*和頂隙系數(shù) c*取值不正確， 應當重新確定。 我國規(guī)定 ha*1，導程角30時，為滿足高速重載傳動的需要，可采用短齒制，取 ha1* 0.8。對漸開線蝸桿、蝸輪可分別取為 ha1*1，ha2*2cos-1。 為保證蝸輪滾刀的壽命，c* 值可能大于 0.2，某些特殊傳動要求 c*值小于 0.2，因此國家標準 規(guī)定 c*=0.2，但還可在 0.150.35 之間取值。 重新選取 ha*和 c*后，再用 hl的計算公式核算，直到測得的值 h1與計算值 hl相符，即可最后 確定 ha*和 c* 135 國家標準對普通圓柱蝸桿的壓力角規(guī)定為： 阿基米德蝸桿軸向壓力角取標準值aa20， 法向直廓蝸桿、漸開線蝸桿、錐面包絡蝸桿的法向壓力角取標準值n20。 （4）蝸桿分度圓直徑d1 為使蝸輪滾刀標準化，蝸桿直徑d1值必須標準化，測繪時應該注意這一點。具體系列請 參看有關手冊。 （5）齒頂高系數(shù)ha*、頂隙系數(shù)c* 在測得全齒高h1和模數(shù)a后，般可先試取齒頂高系數(shù)ha*1，頂隙系數(shù)c* 0.2， 按公式hl2 ha*ma+c*ma核算所得數(shù)值。 如果hlh1 ， 說明齒頂高系數(shù)ha*和頂隙系數(shù)c*取值 不正確，應當重新確定。 我國規(guī)定ha*1，導程角30時，為滿足高速重載傳動的需要，可采用短齒制，取 ha1*0.8。對漸開線蝸桿、蝸輪可分別取為ha1*1，ha2*2cos-1。 為保證蝸輪滾刀的壽命，c* 值可能大于 0.2，某些特殊傳動要求 c*值小于 0.2，因此國 家標準規(guī)定 c*=0.2，但還可在 0.150.35 之間取值。 重新選取ha*和c*后，再用hl的計算公式核算，直到測得的值h1與計算值hl相符，即可 最后確定ha*和c* 蝸輪蝸桿設計計算蝸輪蝸桿設計計算 1、選擇材料 由于蝸桿傳動功率較小，速度較小，故蝸桿用 45 鋼；因需要效率高，耐磨性較高，故蝸桿螺旋齒面 要求淬火，硬度為 4555HRC。 渦輪用鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1，金屬模鑄造。由于渦輪尺寸較小，開采用整體澆鑄式。 2、按齒面接觸疲勞強度進行設計 3、 根據(jù)開式蝸桿傳動設計準則，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。 傳動中心距： 2 3 H PEZ Z KTa （1）確定作用在渦輪上的轉矩 2 T 按2 1 z 估取效率8 . 0，則 2 T=mN in P n P 59.217 15 300 8 . 0567. 0 1055. 9 / 1055. 91055. 9 6 2 6 2 2 6 （2）確定載荷系數(shù) K 因為工作載荷不穩(wěn)定，取載荷不均系數(shù)3 . 1 K；由機械設計 （西北工業(yè)大學編）表 115 選取使用系數(shù)15. 1 A K；由于轉速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)05 . 1 v K； 則：K=5698. 105. 13 . 115. 1 vA KKK （3）確定彈性影響系數(shù) E Z 由于鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1 渦輪與 45 鋼蝸桿相配，取 2 1 160MPaZE （4）確定接觸系數(shù) p Z 先假設蝸桿分度圓直徑 1 d和傳動中心距a的比值35. 0 1 a d ，從圖 1118 知 Z=2.9 （5）確定許用接觸應力 H 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度大于 45HRC，可以從表 117 中差得渦輪的基本許用應力MPa H 268 。 應力循環(huán)次數(shù) 7 2 108 . 110000 10 300 16060 h LjnN 壽命系數(shù) 9292 . 0 108 . 1 10 8 7 7 HN K 則 MPaK HHNH 2492689292. 0 （6）計算中心距 5894.10 249 9 . 2160 59.2175698. 1 2 3 a 考慮制作工藝性，將中心距a取為 40mm5894.10mm 根據(jù)表 112 中心距a為 40mm，取1m，蝸桿分度圓直徑mmd18 1 。這時45. 0 40 18 1 a d ， 從圖 1118 中可查接觸系數(shù)60. 2 Z； 由于 ZZ ，因此以上計算結果可用。 4、蝸桿渦輪的主要參數(shù)和幾何尺寸 （1）蝸桿 軸向齒距mmmPa28 . 6 214 . 3 ； 直徑系數(shù)2 .11q； 齒頂圓直徑mmhdd aa 4 . 2622 4 . 222 111 ； 齒根圓直徑mmhdd ff 6 .1722 . 124 .222 111 ； 分度圓導程角 927010 ； 蝸桿軸向齒厚 mmmsa14. 3214. 3 2 1 2 1 ； 蝸桿齒寬 mmZb74.122906. 01106. 011 21 （2）渦輪 渦輪齒數(shù) 29 2 z； 變位系數(shù)1 . 0 2 x； 驗算傳動比5 .14 2 29 1 2 z z i，這時傳動比誤差為%3 15 5 .1415 ，允許； 渦輪分度圓直徑 mmmzd58292 22 ； 渦輪喉圓直徑 mmhdd aa 6222582 222 ； 渦輪齒根圓直徑 mmhdd ff 2 .5322 . 12582 222 ； 渦輪咽喉母圓半徑 mmdar ag 962 2 1 40 2 1 22 ； 5、校核齒根彎曲強度 HFaF YY mdd KT