減速器論文解讀

1、目錄1. 緒論 .41.1 減速器現(xiàn)狀41.2 課題研究的內(nèi)容及擬采取的技術(shù)、方法42. 彈簧 .62.1 彈簧概述62.2 簧絲力學(xué)計算93. 彈簧卷制機(jī) .103.1 減速器的作用103.2 減速器的種類103.3 蝸輪蝸桿傳動113.4 主要參數(shù)及選擇 .124. 蝸輪蝸桿傳動 .204.1 蝸桿傳動的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則及常用材料204.2 蝸桿傳動的受力分析214.3 蝸桿傳動強(qiáng)度計算224.4 蝸桿的剛度計算 .264.5 普通圓柱蝸桿傳動的精度等級及其選擇265. 卷制機(jī)的附件描述 .275.1 選擇電動機(jī)275.2 離合器的選擇275.3 芯軸的設(shè)計28寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院200

2、8 屆畢業(yè)設(shè)計6設(shè)計思路 .297. 結(jié)論 .318. 參考文獻(xiàn) .329. 謝辭 .33寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計摘要概要：本文通過對彈簧卷制機(jī)即單級蝸桿減速器的結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行分析，得出總體方案。主要針對實際生產(chǎn)中客戶對彈簧的使用要求而做出的彈簧卷制機(jī)設(shè)計，面向的對象是非標(biāo)準(zhǔn)、小批量、小規(guī)模的手工加工。關(guān)鍵詞：彈簧；減速器；蝸輪蝸桿Abstract:In thispaper, the author analysisthe springrollingmachine, namedsingle-stage worm reducer, including its shape and th

3、e structure of the reducer.Then writerget the overallplan.The plan mainly faced to the customers who requestactual spring production; the kind of the spring rolling machine design is theobject-oriented, non-standard, low-volume, small-scale manual processing.Keywords: spring; reducer; worm gear寧夏大學(xué)機(jī)

4、械工程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計1. 緒論彈簧廣泛應(yīng)用于機(jī)械、儀表、電器、交通運(yùn)輸工具以及日常生活器具等，所以它是一個影響面比較大的基礎(chǔ)零件。今年來，國內(nèi)外在彈簧的研究和生產(chǎn)技術(shù)方面都有很大的發(fā)展，本文就生產(chǎn)實際中的彈簧卷制過程以及彈簧卷制機(jī)的設(shè)計計算；彈簧應(yīng)用廣泛、類型繁多，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和要求，新的類型不斷出現(xiàn)。本文就實際生活多應(yīng)用較多的圓柱螺旋彈簧及其卷制機(jī)的設(shè)計做出計算，面向的是小批量，間歇的工作方式，主要針對1-4的簧絲，以滿足客戶的使用要求為主。1.1 減速器現(xiàn)狀1.1.1 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(jī)械效率過

5、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(jī)械效率高等這些基本要求。1.1.2 國外發(fā)展概況國外的減速器，以德國、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，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(dāng)今的減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機(jī)械效率以及使用壽命長的方向發(fā)展。1.2課題研究的內(nèi)容及擬采取的技術(shù)、方法本設(shè)計是彈簧卷制機(jī)的設(shè)計，設(shè)計主要針對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動展開。為了達(dá)到要求的運(yùn)動精度和生產(chǎn)率，必須

6、要求傳動系統(tǒng)具有一定的傳動精度并且各傳動元件之間應(yīng)滿足一定的關(guān)系，以實現(xiàn)各零部件的協(xié)調(diào)動作。該設(shè)計均采用新國標(biāo)，運(yùn)用模塊化設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容包括傳動件的設(shè)計，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計及設(shè)備零部件等的設(shè)計。本設(shè)計通過用三維實體造型軟件SolidWorks 來對彈簧卷制機(jī)進(jìn)行實體造型。更加清晰寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計的向大家展示作者的設(shè)計思路及其思考問題的方式方法。寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計2. 彈簧彈簧是一種利用彈性來工作的機(jī)械零件。一般用彈簧鋼制成。用以控制機(jī)件的運(yùn)動、緩和沖擊或震動、貯蓄能量、測量力的大小等，廣泛用于機(jī)器、儀表中。按形狀分，主要有螺旋彈簧、渦卷彈簧、板彈簧等。

7、其主要功能有： 控制機(jī)械的運(yùn)動， 如內(nèi)燃機(jī)中的閥門彈簧、 離合器中的控制彈簧等。吸收振動和沖擊能量，如汽車、火車車廂下的緩沖彈簧、聯(lián)軸器中的吸振彈簧等。儲存及輸出能量作為動力，如鐘表彈簧、槍械中的彈簧等。用作測力元件，如測力器、彈簧秤中的彈簧等。彈簧的載荷與變形之比稱為彈簧剛度，剛度越大，則彈簧越硬。按受力性質(zhì)，彈簧可分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧，按形狀可分為碟形彈簧、環(huán)形彈簧、板彈簧、螺旋彈簧、截錐渦卷彈簧以及扭桿彈簧等。普通圓柱彈簧由于制造簡單，且可根據(jù)受載情況制成各種型式，結(jié)構(gòu)簡單，故應(yīng)用最廣。彈簧的制造材料一般來說應(yīng)具有高的彈性極限、疲勞極限、沖擊韌性及良好的熱處理性能等

8、，常用的有碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼、不銹彈簧鋼以及銅合金、鎳合金和橡膠等。彈簧的制造方法有冷卷法和熱卷法。彈簧絲直徑小于 8 毫米的一般用冷卷法，大于 8 毫米的用熱卷法。有些彈簧在制成后還要進(jìn)行強(qiáng)壓或噴丸處理，可提高彈簧的承載能力。2.1 彈簧概述彈簧是機(jī)械和電子行業(yè)中廣泛使用的一種彈性元件，彈簧在受載時能產(chǎn)生較大的彈性變形，把機(jī)械功或動能轉(zhuǎn)化為變形能，而卸載后彈簧的變形消失并回復(fù)原狀，將變形能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功或動能。1. 彈簧的主要功用有： 測力，如彈簧秤和測量計的彈簧等；控制運(yùn)動，如離合器、制動器和閥門控制彈簧；減振和緩沖，如緩沖器、減振器的彈簧等；儲能或輸能，如鐘表、儀表和自動控制機(jī)構(gòu)上的彈

9、簧等。2彈簧的類型：彈簧的類型很多，常見的有壓縮彈簧、拉伸彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和金屬線成型等。（1）壓力彈簧：寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計壓力彈簧的設(shè)計數(shù)據(jù)，除彈簧尺寸外，更需要計算出最大負(fù)荷及變位尺寸的負(fù)荷；彈簧常數(shù)：以 k 表示，當(dāng)彈簧被壓縮時，每增加 1mm距離的負(fù)荷 (kgf/mm) ；彈簧常數(shù)公式（單位： kgf/mm）： K=(G ) （ ）G=線材的鋼性模數(shù)： 琴鋼絲 G=8000 ；不銹鋼絲 G=7300；磷青銅線 G=4500 ；黃銅線 G=3500 d=線徑 Do=OD=外徑 Di=ID= 內(nèi)徑 Dm=MD=中徑 =Do-d N= 總?cè)?shù) Nc= 有效圈數(shù) =N-2彈

10、簧常數(shù)計算范例 : 線徑 =2.0mm , 外徑 =22mm , 總?cè)?shù) =5.5 圈 , 鋼絲材質(zhì) =琴鋼絲K=(G ) （ ）（ ）（ ）（2）拉力彈簧：拉力彈簧的k 值與壓力彈簧的計算公式相同。拉力彈簧的初張力：初張力等于適足拉開互相緊貼的彈簧并圈所需的力，初張力在彈簧卷制成形后發(fā)生。拉力彈簧在制作時，因鋼絲材質(zhì)、線徑、彈簧指數(shù)、靜電、潤滑油脂、熱處理、電鍍等不同，使得每個拉力彈簧初始拉力產(chǎn)生不平均的現(xiàn)象。所以安裝各規(guī)格的拉力彈簧時，應(yīng)預(yù)拉至各并圈之間稍為分開一些間距所需的力稱為初張力。初張力 =P-（kF1） =最大負(fù)荷 - （彈簧常數(shù)拉伸長度）（3）扭力彈簧：彈簧常數(shù)：以k表示 ,

11、當(dāng)彈簧被扭轉(zhuǎn)時，每增加1扭轉(zhuǎn)角的負(fù)荷(kgf/mm).彈簧常數(shù)公式（單位： kgf/mm）: K=( ) （）E=線材之鋼性模數(shù)：琴鋼絲E=21000 , 不銹鋼絲 E=19400 , 磷青銅線 E=11200,黃銅線E=11200 d= 線徑 Do=OD=外徑 Di=ID= 內(nèi)徑 Dm=MD=中徑 =Do-d N= 總?cè)?shù) R= 負(fù)荷作用的力臂p=3.1416寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計3. 彈簧各部分名稱及尺寸關(guān)系 :（1）談彈簧絲直徑d: 制造彈簧的鋼絲直徑。（2）彈簧外徑 D:彈簧的最大外徑。（3）彈簧內(nèi)徑 D1：彈簧的最小外徑。（4）彈簧中徑D2：彈簧的平均直徑。它們的計

12、算公式為：D2（ DD1） 2D1 d Dd（5）t: 除支撐圈外，彈簧相鄰兩圈對應(yīng)點在中徑上的軸向距離成為節(jié)距，用t 表示。（6）有效圈數(shù) n: 彈簧能保持相同節(jié)距的圈數(shù)。（7）支撐圈數(shù) n2：為了使彈簧在工作時受力均勻，保證軸線垂直端面、制造時，常將彈簧兩端并緊。并緊的圈數(shù)僅起支撐作用，稱為支撐圈。一般有1.5T 、2T、2.5T ，常用的是 2T。（8）總?cè)?shù) n1: 有效圈數(shù)與支撐圈的和。即n1=n+n2.（9）自由高 H0:彈簧在未受外力作用下的高度。 由下式計算：H0=nt+(n2-0.5)d=nt+1.5d(n2=2 時)（10）彈簧展開長度L：繞制彈簧時所需鋼絲的長度。Ln1

13、( D2)2+n2 ( 壓簧 ) L= D2 n+鉤部展開長度（拉簧）（11）螺旋方向：有左右旋之分，常用右旋，圖紙沒注明的一般用右旋。4彈簧的規(guī)定畫法：（1）在平行螺旋彈簧線的視圖上，各圈的輪廓線畫成直線。寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計（2）有效圈數(shù)在 4 圈以上的彈簧，可只畫出其兩端12 圈（不含支撐圈）。中間用通過彈簧鋼絲中心的點畫線連起來。（3）在圖樣上，當(dāng)彈簧的旋向不作規(guī)定時，螺旋彈簧一律畫成右旋，左旋彈簧也畫成右旋，但要注明“左”字。2.2 簧絲力學(xué)計算針對客戶需要，我們所選用的是碳素彈簧鋼絲（B 級 GB4357）, 抗拉強(qiáng)度b=1320MPa，根據(jù)材料力學(xué)彎扭相關(guān)知識

14、，max=T/Wt, 其中max為最大切應(yīng)力，Wt 為抗扭截面系數(shù)， T 為所承受的扭矩，而 Wt= D4/32 ，代入公式，我們就可以得出 T 的具體數(shù)值，進(jìn)而為選用電機(jī)做出必要的理論準(zhǔn)備。寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計3. 彈簧卷制機(jī)此次設(shè)計所涉及到的彈簧加工工藝主要指冷加工卷制過程，即廣泛使用的是各種規(guī)格的減速器，本章就有關(guān)減速器的知識做出介紹。減速器是一種動力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將馬達(dá)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖 3.1 所示。3.1 卷制機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖3.1 減速器的作用1 ）降速同時提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機(jī)輸出乘減速比，

15、但要注意不能超出減速器額定扭矩。2 ）速同時降低了負(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)都有一個慣量數(shù)值。3.2 減速器的種類一般的減速器有斜齒輪減速器 ( 包括平行軸斜齒輪減速器、蝸輪減速器、錐齒輪減速器等等 ) 、行星齒輪減速器、擺線針輪減速器、蝸輪蝸桿減速器、行星摩擦式機(jī)械無級變速機(jī)等等。常見減速器的種類1）齒輪減速器是機(jī)械傳動中最主要的傳動之一，具有傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計可靠、使用壽命長，傳動比穩(wěn)定等特點，但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，不宜用于傳動距離過大的場合，而且齒輪傳動能夠?qū)崿F(xiàn)的傳動比往往有限。2）

16、蝸輪蝸桿減速器的主要特點是具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但是一般體積較大，傳動效率不高，精度不高。3）諧波減速器的諧波傳動是利用柔性元件可控的彈性變形來傳遞運(yùn)動和動力的，體積不大、精度很高，但缺點是柔輪壽命有限、不耐沖擊，剛性與金屬件相比較差。輸入轉(zhuǎn)速不能太高。4） 行星減速器其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長，額定輸出扭矩可以做的很大。但價格略貴。3.3 蝸輪蝸桿傳動普通圓柱蝸桿傳動普通圓柱蝸桿的齒面 ( 除 ZK 型蝸桿外 ) 一般是在車床上用直線刀刃的車刀車制的。根據(jù)車刀安裝位置的不同，所加工出的蝸桿齒面在不同

17、截面中的齒廓曲線也不同。根據(jù)不同的齒廓曲線，普通圓柱蝸桿可分為阿基米德蝸桿(ZA 蝸桿 ) 、漸開線蝸桿 (ZI 蝸桿 ) 、法向直廓蝸桿 (ZN 蝸桿 ) 和錐面包絡(luò)圓柱蝸桿 (ZK 蝸桿 ) 等四種。 GB10085-88 推薦采用 ZI 蝸桿和 ZK蝸桿兩種?，F(xiàn)將上述四種普通圓柱蝸桿傳動所用的蝸桿及配對的蝸輪齒形分別介紹于后：阿基米德蝸桿 (ZA 蝸桿 ) 這種蝸桿，在垂直于蝸桿軸線的平面 ( 即端面 ) 上，齒廓為阿基米德螺旋線 ( 圖阿基米德蝸桿 ) ，在包含軸線的平面上的齒廓 ( 即軸向齒廓 ) 為直線，其齒形角 0=20。它可在車床上用直線刀刃的單刀 ( 當(dāng)導(dǎo)程角 3時 ) 或雙

18、刀 ( 當(dāng)3時 ) 車削加工。安裝刀具時，切削刃的頂面必須通過蝸桿的軸線，如圖阿基米德蝸桿所示。這種蝸桿磨削困難，當(dāng)導(dǎo)程角較大時加工不便。法向直廓蝸桿 (ZN 蝸桿 )這種蝸桿的端面齒廓為延伸漸開線( 圖) ，法面 (N-N) 齒廓為直線。 ZN 蝸桿也是用直線刀刃的單刀或雙刀在車床上車削加工。刀具的安裝形式如圖 所示。這種蝸桿磨削起來也比較困難。漸開線蝸桿 (ZI 蝸桿 ) 這種蝸桿的端面齒廓為漸開線 ( 圖 ), 所以它相當(dāng)于一個少齒數(shù) ( 齒數(shù)等于蝸桿頭數(shù) ) 、大螺旋角的漸開線圓柱斜齒輪。ZI 蝸桿可用兩把直線刀刃的車刀在車床上車削加工。刀刃頂面應(yīng)與基圓柱相切，其中一把刀具高于蝸桿軸線

19、，寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計另一把刀具則低于蝸桿軸線，如圖 所示。刀具的齒形角應(yīng)等于蝸桿的基圓柱螺旋角。這種蝸桿可以在專用機(jī)床上磨削。錐面包絡(luò)圓柱蝸桿 (ZK 蝸桿 ) 這是一種非線性螺旋曲面蝸桿。它不能在車床上加工，只能在銑床上銑制并在磨床上磨削。加工時，除工件作螺旋運(yùn)動外，刀具同時繞其自身的軸線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動。這時，銑刀 ( 或砂輪 ) 回轉(zhuǎn)曲面的包絡(luò)面即為蝸桿的螺旋齒面 ( 圖 ) ，在 I-I 及 N-N 截面上的齒廓均為曲線 ( 圖) 。這種蝸桿便于磨削，蝸桿的精度較高，應(yīng)用日漸廣泛。至于與上述各類蝸桿配對的蝸輪齒廓，則完全隨蝸桿的齒廓而異。蝸輪一般是在滾齒機(jī)上用滾刀或飛刀

20、加工的。為了保證蝸桿和蝸輪能正確嚙合，切削蝸輪的滾刀齒廓，應(yīng)與蝸桿的齒廓一致；深切時的中心距，也應(yīng)與蝸桿傳動的中心距相同。圖 3.2 表示的是一般蝸輪蝸桿的傳動示意圖。3.2 蝸輪蝸桿傳動示意圖3.4 主要參數(shù)及選擇3.4.1 主要參數(shù)由于在主平面上蝸桿傳動相當(dāng)于漸開線齒輪與齒條的傳動，所以蝸桿傳動的計算，以主平面內(nèi)的參數(shù)為準(zhǔn)，并直接應(yīng)用齒輪傳動的幾何關(guān)系進(jìn)行幾何計算。1. 模數(shù)和壓力角：在主平面上模數(shù)和壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值。且：寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計m a1 m t2 ma1 t2 2蝸桿頭數(shù) Z1Z1 1 4，單頭蝸桿傳動比i ，但效率 ，蝸桿 Z1 可根據(jù)傳動比和效率決定。3

21、蝸輪齒數(shù) Z2Z2 應(yīng)根據(jù)傳動 i 和 Z 1選取，一般 Z2 80 ，否則會加大蝸桿支承間距，使蝸桿剛度下降。4蝸桿升角 蝸桿旋向常用右旋，蝸桿分度圓柱面上螺旋線的切線與蝸桿端面的夾角稱為升角。5 蝸桿直徑系數(shù)q在滾齒機(jī)上加工齒輪時，是根據(jù) m， 選取刀具的。蝸轉(zhuǎn)也是在滾齒輪機(jī)上加工的，選取蝸輪滾刀時，不僅考慮 m和 還應(yīng)考慮蝸桿的直徑以便加工出蝸輪的圓弧齒寬。在中為減少和限制滾刀數(shù)目便于刀具的標(biāo)準(zhǔn)化。令： qZ1/tg 為一些簡單的數(shù)，稱 q 為蝸桿直徑系，可查表 。6 傳動比在主平面上蝸輪上節(jié)圓的圓周速度V2 應(yīng)等于蝸桿上輪齒的軸向直線速度Va1 。則：7蝸桿傳動的標(biāo)準(zhǔn)中心距寧夏大學(xué)機(jī)械

22、工程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計具體數(shù)值見附表 3.1 （普通圓柱蝸桿傳動基本幾何尺寸計算關(guān)系式）、表3.2 （蝸輪寬度 B、頂圓直徑 de2 及蝸桿齒寬 b1 的計算公式）以及表3.3 （普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與蝸輪參數(shù)的匹配）3.4.2 蝸桿傳動變位的特點變位前后蝸輪的分度圓始終與節(jié)圓重合。因為變位前后垂直于齒廊的基圓切線只有一條，交點 p 只有一個。蝸桿傳動變位的目的是為配湊中心距和改變傳動比，而提高蝸桿傳動的承載能力及效率是次要的。本文所設(shè)計的蝸輪蝸桿減速器沒有涉及到變位，故其變位系數(shù)為0。3.4.3 蝸桿傳動的幾何計算幾何尺寸計算及標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)都是在中間平面（主平面）內(nèi)進(jìn)行。寧夏大學(xué)

23、機(jī)械工程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計表 3.1 普通圓柱蝸桿傳動基本幾何尺寸計算關(guān)系式名稱代號計算關(guān)系式說明中心距aa=(d1+d2+2x2m)/2=102按規(guī)定選取 100蝸桿頭數(shù)z11按規(guī)定選取蝸桿齒數(shù)z241按傳動比確定齒形角a=20或 n=20按蝸桿類型確定模數(shù)mm=ma=mn/cos =4按規(guī)定選取傳動比ii=41=n1/n2蝸桿為主動，按規(guī)定選取齒數(shù)比uu=z2/z1 當(dāng)蝸桿主動時， i=u蝸輪變位系數(shù)x20蝸桿直徑系數(shù)qq=d1/m=10蝸桿軸向齒距papa=m=12.56蝸桿導(dǎo)程pzPz=12.56mm=mz1蝸桿分度圓直徑d1d1=mq=40按規(guī)定選取蝸桿齒頂圓直徑da1da1=

24、d1+2ha1=d1+2 ha*m蝸桿齒根圓直徑df1df1=d1-2hf1=d1-2(ha*m+c)頂隙cc=c*m按規(guī)定漸開線蝸桿基圓直徑db1db1=d1tan /tan b=mz1/tan b蝸桿齒頂高h(yuǎn)a1ha1= ha* m=0.5(da1-d1)按規(guī)定蝸桿齒根高h(yuǎn)f1hf1=( ha*+c*)m=0.5(d1-df1)蝸桿齒高h(yuǎn)1h1=ha1+hf1=0.5(da1-df1)蝸桿導(dǎo)程角tg =mz1/d1=z1/q5.71漸開線蝸桿基圓導(dǎo)程bcosb=coscosn角蝸桿齒寬b1見下表 53.84由設(shè)計確定蝸輪分度圓直徑d2d2=mz2=2a-d1-2x2m152寧夏大學(xué)機(jī)械工程

25、學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計蝸輪喉圓直徑da2da2=d2+2ha2160蝸輪齒根圓直徑df2df2=d2-2hf2142蝸輪齒頂高h(yuǎn)a2ha2=0.5(da2-d2)=m(ha*+x2)4蝸輪齒根高h(yuǎn)f2hf2=0.5(d2-df2)=m(ha*-x2+c*)5蝸輪齒高h(yuǎn)2h2=ha2+hf2=0.5(da2-df2)9蝸輪咽喉母圓半徑rg2rg2=a-0.5da2蝸輪齒寬b236由設(shè)計確定蝸輪齒寬角 2arcsin(b2/d1)蝸桿軸向齒厚sasa0.5 m6.28蝸桿法向齒厚snsn=sa cos蝸輪齒厚st按蝸桿節(jié)圓處軸向齒槽寬 ea 確定蝸桿節(jié)圓直徑d1d1=d1+2x2m=m(q+2x

26、2)40蝸輪節(jié)圓直徑d2d2=d2152寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計表z1B3.2蝸輪寬度 B、頂圓直徑 de2 及蝸桿齒寬 b1 的計算公式de2x2b110.75da1240.67da10(11+0.06z2)m da2+2m-0.5(8+0.06z2)m-1.0(10.5+0.06z1)mda2+1.5m0.5(11+0.1z2)m1.0(12+0.1z2)m0 (12.5+0.09z2)m-0.5 (9.5+0.09z2)mda2+m -1.0 (10.5+z1)m當(dāng)變位系數(shù) x2 為中間值時， b1取 x2 鄰近兩公式所求值的較大者。經(jīng)磨削的蝸桿，按左式所求的長度應(yīng)再增加

27、下列值：當(dāng) m16mm時，增加 50mm；0.5 (12.5+0.1z2)m1.0(13+0.1z2)m寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計表 3.3普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與蝸輪參數(shù)的匹配中心距 模數(shù) 分度圓直徑蝸桿頭直徑系數(shù) 分度圓導(dǎo)程角 蝸輪齒數(shù)變位系數(shù)數(shù)a(mm) m(mm)d1(mm)()z1q( )z2x24011818118.003104762050820402031.2516.003343549-0.500501.2522.435117.923113862+0.0406382+0.440143426502051.2212.509052551-0.5001.6417 4

28、441632871.68117.503161461+0.1258082+0.2504015060829-0.100(50)22.489.6211.2010 0729(39)(-0.100)419 39142(63)628 1043 (51)(+0.400)8035.5142117.753132862+0.125100825015060829-0.100(63)28175211.2010 0729(39)(+0.100)2.5419 3914(80)628 1043(53)(-0.100)10045281.25118.0031047620633.1535.5352.25111.275041529

29、-0.1349210 0348寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計(80)419 3229 (39)(+0.2619)(100)628 0150(53)(-0.3889)12556555.56117.7783131062-0.20638015423831-0.500(100)40640210.0011 1836(41)(-0.500)4421 4805(125)630 5750 (51)(+0.750)160711136117.753132862+0.12510015423831-0.500(125)501250210.0011 1836 (41)(-0.500)(160)5421 480

30、5 (53)(+0.500)(180)630 5750 (61)(+0.500)200902250118.003104762012515423831-0.6587(160)632500.47210.0011 1836 (41)(-0.1032)(180)6.3421 4805 (48)(-0.4286)(200)630 5750 (53)(+0.2460)2501124445.28117.7783131061+0.293716015423831-0.500(200)8805120210.0011 1836 (41)(-0.500)(225)421 4805 (47)(-0.375)(250)6

31、30 5750(52)(+0.250)注： 1）本表中導(dǎo)程角 小于 330的圓柱蝸桿均為自鎖蝸桿。2）括號中的參數(shù)不適用于蝸桿頭數(shù)z16 時。3）本表摘自 GB100851988。寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計4. 蝸輪蝸桿傳動4.1 蝸桿傳動的失效形式、設(shè)計準(zhǔn)則及常用材料和齒輪傳動一樣，蝸桿傳動的失效形式也有點蝕 ( 齒面接觸疲勞破壞 ) 、齒根折斷、曲面膠合及過度磨損等。由于材料和結(jié)構(gòu)上的原因，蝸桿螺旋齒部分的強(qiáng)度總是高于蝸輪輪齒的強(qiáng)度，所以失效經(jīng)常發(fā)生在蝸輪輪齒上。 因此，一般只對蝸輪輪齒進(jìn)行承載能力計算。由于蝸桿與蝸輪齒面間有較大的相對滑動，從而增加了產(chǎn)生膠合和磨損失效的可能

32、性，尤其在某些條件下 ( 如潤滑不良 ), 蝸桿傳動因齒面膠合而失效的可能性更大。因此，蝸桿傳動的承載能力往往受到抗膠合能力的限制。在開式傳動中多發(fā)生齒面磨損和輪齒折斷，因此應(yīng)以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為開式傳動的主要設(shè)計準(zhǔn)則。在閉式傳動中，蝸桿副多因齒面膠合或點蝕而失效。因此，通常是按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計， 而按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。 此外，閉式蝸桿傳動， 由于散熱較為困難，還應(yīng)作熱平衡核算。由上述蝸桿傳動的失效形式可知，蝸桿、蝸輪的材料不僅要求具有足夠的強(qiáng)度，更重要的是要具有良好的磨合和耐磨性能。蝸桿一般是用碳鋼或合金鋼制成。高速重載蝸桿常用 15Cr 或 20Cr，并經(jīng)滲碳淬火；也

33、可用 40、45 號鋼或 40Cr 并經(jīng)淬火。這樣可以提高表面硬度，增加耐磨性。通常要求蝸桿淬火后的硬度為 40 55HRC，經(jīng)氮化處理后的硬度為 5562HRC。一般不太重要的低速中載的蝸桿，可采用 40 或 45 號鋼，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其硬度為 220300HBS。常用的蝸輪材料為鑄造錫青銅(ZCuSnlOPl， ZCuSn5Pb5Zn5)、鑄造鋁鐵青銅（ ZCuAl10Fe3)及灰鑄鐵 (HTl5O、HT2OO)等。錫青銅耐磨性最好，但價格較高，用于滑動速度 Vs 3m/s 的重要傳動；鋁鐵青銅的耐磨性較錫青銅差一些，但價格便宜，一般用于滑動速度 Vs4m/s 的傳動；如果滑動速度不高 (

34、Vs2m/s) ，對效率要求也不高時，可采用灰鑄鐵。為了防止變形，常對蝸輪進(jìn)行時效處理。寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計4.2 蝸桿傳動的受力分析蝸桿傳動的受力分析和斜齒圓柱齒輪傳動相似。在進(jìn)行蝸桿傳動的受力分析時，通常不考慮摩擦力的影響。圖所示是以右旋蝸桿為主動件，并沿圖示的方向旋轉(zhuǎn)時，蝸桿螺旋面上的受力情況。設(shè)Fn 為集中作用于節(jié)點P 處的法向載荷，它作用于法向截面Pabc內(nèi) ( 圖a) 。Fn 可分解為三個互相垂直的分力，即圓周力Ft 、徑向力Fr 和軸向力 Fa。顯然，在蝸桿與蝸輪間， 相互作用著 Ft1 與 Fa2、Fr1 與 Fr2 和 Fa1 與 Ft2 這三對大小相等、

35、方向相反的力 ( 圖 c) 。在確定各力的方向時，尤其需注意蝸桿所受軸向力方向的確定。因為軸向力的方向是由螺旋線的旋向和蝸桿的轉(zhuǎn)向來決定的, 如圖 a 所示，該蝸桿為右旋蝸桿，當(dāng)其為主動件沿圖示方向( 由左端視之為逆時針方向) 回轉(zhuǎn)時，如圖 b 所示，蝸桿齒的右側(cè)為工作面( 推動蝸輪沿圖c 所示方向轉(zhuǎn)動 ), 故蝸桿所受的軸向力 Fa1( 即蝸輪齒給它的阻力的軸向分力) 必然指向左端 ( 見圖 c 下部 ) 。如果該蝸桿的轉(zhuǎn)向相反，則蝸桿齒的左側(cè)為工作面( 推動蝸輪沿圖 c 所示方向的反向轉(zhuǎn)動 ), 故此時蝸桿所受的軸向力必指向右端。至于蝸桿所受圓周力的方向，總是與它的轉(zhuǎn)向相反的；徑向力的方向

36、則總是指向軸心的。關(guān)于蝸輪上各力的方向，可由圖c 所示的關(guān)系定出。當(dāng)不計摩擦力的影響時，各力的大小可按下列各式計算：式中： T1、 T2分別為蝸桿及蝸輪上的公稱轉(zhuǎn)矩；d1、 d2分別為蝸桿及蝸輪的分度圓直徑。寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計4.3 蝸桿傳動強(qiáng)度計算l 蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的原始公式仍來源于赫茲公式。接觸應(yīng)力式中 : Fn嚙合齒面上的法向載荷，N；L0接觸線總長，mm；K 載荷系數(shù)；ZE材料的彈性影響系數(shù)，將以上公式中的法向載荷，青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿配對時，取 ZE=160Fn 換算成蝸輪分度圓直徑d2 與蝸輪轉(zhuǎn)矩 T2 的關(guān)系式，再。將 d

37、2、L0、等換算成中心距的函數(shù)后，即得蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的驗算公式為式中： Z蝸桿傳動的接觸線長度和曲率半徑對接觸強(qiáng)度的影響系數(shù)，簡稱接觸系數(shù)，可從圖 中查得。K載荷系數(shù)， K=KAKKv，其中 KA為使用系數(shù)，查下表 ； K 為齒向載荷分布系數(shù) , 當(dāng)蝸桿傳動在平穩(wěn)載荷下工作時，載荷分布不均現(xiàn)象將由于 工作表面良好的磨合而得到改善， 此時可取 K=1；當(dāng)載荷變化較大， 或有沖擊、振動時，可取 K=1.3 1.6 ；Kv 為動載系數(shù)，由于蝸桿傳動一般較平穩(wěn)，動載荷要比齒輪傳動的小得多，故 Kv 值可取定如下 : 對于精確制造， 且蝸輪圓周速度 v23m/s 時，取 Kv=1.0 1.1 ；

38、v23m/s 時，Kv=1.11.2 。 H蝸輪齒面的許用接觸應(yīng)力。表 4.1 使用系數(shù) KA工作類型IIIIII載荷性質(zhì)均勻，無沖擊不均勻，小沖擊不均勻，大沖擊每小時起動次數(shù)50起動載荷小較大大KA11.151.2當(dāng)蝸輪材料為灰鑄鐵或高強(qiáng)度青銅（B300MPa）時，蝸桿傳動的承載能力主要取決于齒面膠合強(qiáng)度。但因日前尚無完善的膠合強(qiáng)度計算公式，故采用接觸強(qiáng)度計算是一種寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計條件性計算，在查取蝸輪齒面的許用接觸應(yīng)力時，要考慮相對滑動速度的大小。由于膠合不屬于疲勞失效， H 的值與應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 無關(guān)，因而可直接從表 中查出許用接觸應(yīng)力 H 的值。若蝸輪材料為強(qiáng)

39、度極限 B300MPa的錫青銅，因蝸輪主要為接觸疲勞失效， 故應(yīng)先從表 中查出蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力 H ，再接 H =KHN H ，算出許用接觸應(yīng)力的值。上面 KHN為接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)。其中，應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N=60jn2Lh，此處 n2 為蝸輪轉(zhuǎn)速 r/min ； Lh 為工作壽命 h；j 為蝸輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個輪齒嚙合的次數(shù)。表 4.2灰鑄鐵及鑄鋁鐵青銅蝸輪的許用接觸應(yīng)力 H(MPa)材料滑動速度 vs(m/s)蝸桿蝸輪45HRC鑄錫磷青銅砂模鑄造150180ZCuSn10P1金屬模鑄造220268鑄錫鋅鉛青銅砂模鑄造113135ZCuSn5Pb5Zn5金屬模鑄造128140寧夏大學(xué)機(jī)械工

40、程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計77時，需將表注: 錫青銅的基本許用接觸應(yīng)力為應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N=10時之值，當(dāng) N 10中數(shù)值乘以壽命系數(shù) KHN；當(dāng) N25時，取 N=25；當(dāng) N2.6時，取 N=2.6。從蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的驗算公式中可得到按蝸輪接觸疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計計算的公式為從上式算出蝸桿傳動的中心距 a 后，可根據(jù)預(yù)定的傳動比 i(z2/z1) 從表 中選擇一個合適的 a 值，以及相應(yīng)的蝸桿、蝸輪的參數(shù)。2. 蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算蝸輪輪齒因彎曲強(qiáng)度不足而失效的情況，多發(fā)生在蝸輪齒數(shù)較多( 如 z290 時 ) 或開式傳動中。因此，對閉式蝸桿傳動通常只作彎曲強(qiáng)度的校核計算， 但這種計算

41、是必須進(jìn)行的。因為校核蝸輪輪齒的彎曲強(qiáng)度決不只是為了判別其彎曲斷裂的可能性，對那些承受重載的動力蝸桿副，蝸輪輪齒的彎曲變形量還要直接影響到蝸桿副的運(yùn)動平穩(wěn)性精度。由于蝸輪輪齒的齒形比較復(fù)雜，要精確計算齒根的彎曲應(yīng)力是比較困難的，所以常用的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算方法就帶有很大的條件性。通常是把蝸輪近似地當(dāng)做斜齒圓柱齒輪來考慮，于是得蝸輪齒根的彎曲應(yīng)力為式中 : 蝸輪輪齒弧長， , 其中 為蝸輪齒寬角 ( 參看圖 ) ，按表 中的公式計算； mn法向模數(shù)， mn=mcos，mm；Ysa2齒根應(yīng)力校正系數(shù)，放在 F 中考慮；Y彎曲疲勞強(qiáng)度的重合度系數(shù)，取Y=0.667 ；Y螺旋角影響系數(shù)， Y=1- /120 。將以上參數(shù)代入上式得寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2008 屆畢業(yè)設(shè)計式中：YFa2蝸輪齒形系數(shù)， 可由蝸輪的當(dāng)量齒數(shù)及蝸輪的變位系數(shù)x2 從圖 中查得。 F 蝸輪的許用彎曲應(yīng)力， MPa。 F= F KFN，其中 F 為計入齒根應(yīng)力校正系數(shù) YSa2 后蝸輪的基本許用應(yīng)力，由下表中選取； KFN為壽命系數(shù)，其中應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 的計算方法同前。表 4.4 蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力（MPa）單側(cè)工作蝸輪材料鑄造方法雙側(cè)工作鑄錫青銅 ZCuSn10P1砂模鑄造4029金屬模鑄造5640鑄錫鋅鉛青銅 ZCuSn5Pb5Zn5砂模鑄造2622金屬模鑄造