295 蜗杆箱及其夹具(2个)
295 蜗杆箱及其夹具(2个),蜗杆,及其,夹具
1目录2摘要3Abstract4第一章 引言1.1 课题的意义几 乎 在 各 式 机 械 的 传 动 系 统 中 都 可 以 见 到 蜗 杆 箱 的 踪 迹 , 从交 通 工 具 的 船 舶 、 汽 车 、 机 车 , 建 筑 用 的 重 型 机 具 , 机 械 工 业 所用 的 加 工 机 具 及 自 动 化 生 产 设 备 , 到 日 常 生 活 中 常 见 的 家 电 , 钟表 等 等 .其 应 用 从 大 动 力 的 传 输 工 作 , 到 小 负 荷 , 精 确 的 角 度 传 输都 可 以 见 到 减 速 机 的 应 用 , 且 在 工 业 应 用 上 , 减 速 机 具 有 减 速 及增 加 转 矩 功 能 。 因 此 广 泛 应 用 在 速 度 与 扭 矩 的 转 换 设 备 。 减 速 机的 作 用 主 要 有 : 图 1-1 蜗 杆 箱1) 降 速 同 时 提 高 输 出 扭 矩 , 扭 矩 输 出 比 例 按 电 机 输 出 乘 减 速比 , 但 要 注 意 不 能 超 出 减 速 机 额 定 扭 矩 。 2) 减 速 同 时 降 低 了 负 载 的 惯 量 , 惯 量 的 减 少 为 减 速 比 的 平 方 。大 家 可 以 看 一 下 一 般 电 机 都 有 一 个 惯 量 数 值 。 蜗 杆 箱 分 类 :5主 要 型 号 : WP 系 列 蜗 杆 箱 、 WH 系 列 蜗 杆 箱 和 CW 系 列 蜗 杆 箱等 。 1.WP 系 列 蜗 杆 箱 包 括 WPA/WPS/WPW/WPE/WPZ/WPD 2.WH 系 列 蜗 杆 箱 包 括 WHT/WHX/WHS/WHC 3.CW 系 列 蜗 杆 箱 包 括 CWU/CWS/CWO 蜗 杆 箱 的 常 见 问 题 及 分 析一 、 常 见 问 题 及 其 原 因 。 (1)减 速 机 发 热 和 漏 油 , (2)蜗 轮 磨 损 , (3)传 动 小 斜 齿 轮 磨 损 , (4)轴 承 (蜗 杆 处 )损 坏 。 1、 减 速 机 发 热 和 漏 油蜗 轮 减 速 机 为 了 提 高 效 率 , 一 般 均 采 用 有 色 金 属 做 蜗 轮 , 采 用 较 硬 的 钢 材 , 由 于 它 是 滑 动 摩 擦 传 动 , 在 运 行 过 程 中 , 就 会产 生 较 高 的 热 量 , 使 减 速 机 各 零 件 和 密 封 之 间 热 膨 胀 产 生 差 异 ,从 而 在 各 配 合 面 产 生 间 隙 , 而 油 液 由 于 温 度 的 升 高 变 稀 , 容 易 造成 泄 漏 。 主 要 原 因 有 四 点 , 一 是 材 质 的 搭 配 是 否 合 理 , 二 是 啮 合磨 擦 面 的 表 面 质 量 , 三 是 润 滑 油 的 选 择 , 添 加 量 是 否 正 确 , 四 是装 配 质 量 和 使 用 环 境 。 2、 蜗 轮 磨 损6蜗 轮 一 般 采 用 锡 青 铜 , 配 对 的 蜗 杆 材 料 一 般 用 45 钢 淬 硬 至HRC45 一 55,还 常 用 40C:淬 硬 HRC50 一 55, 经 蜗 杆 磨 床 磨 削 至 粗糙 度 RaO. 8 fcm,减 速 机 正 常 运 行 时 , 蜗 杆 就 象 一 把 淬 硬 的 “锉刀 ”, 不 停 地 锉 削 蜗 轮 , 使 蜗 轮 产 生 磨 损 。 一 般 来 说 , 这 种 磨 损很 慢 , 象 某 厂 有 些 减 速 机 可 以 使 用 10 年 以 上 。 如 果 磨 损 速 度 较快 , 就 要 考 虑 减 速 机 的 选 型 是 否 正 确 , 是 否 有 超 负 荷 运 行 , 蜗 轮蜗 杆 的 材 质 , 装 配 质 量 或 使 用 环 境 等 原 因 。 3、 传 动 小 斜 齿 轮 磨 损一 般 发 生 在 立 式 安 装 的 减 速 机 上 , 主 要 跟 润 滑 油 的 添 加 量 和润 滑 油 的 选 择 有 关 。 立 式 安 装 时 , 很 容 易 造 成 润 滑 油 油 量 不 足 ,当 减 速 机 停 止 运 转 时 , 电 机 和 减 速 机 间 传 动 齿 轮 油 流 失 , 齿 轮 得不 到 应 有 的 润 滑 保 护 , 启 动 或 运 转 过 程 中 得 不 到 有 效 的 润 滑 导 致机 械 磨 损 甚 至 损 坏 。 4、 蜗 杆 轴 承 损 坏减 速 机 发 生 故 障 时 , 即 使 减 速 箱 密 封 良 好 , 该 厂 还 是 经 常 发现 减 速 机 内 的 齿 轮 油 已 经 被 乳 化 , 轴 承 已 生 锈 、 腐 蚀 、 损 坏 , 这是 因 为 减 速 机 在 运 停 过 程 中 , 齿 轮 油 由 热 变 冷 后 产 生 的 水 分 凝 聚造 成 ;当 然 , 也 和 轴 承 质 量 , 装 配 工 艺 方 法 密 切 相 关 。 蜗 杆 箱 国 家 标 准7TP 型 平 面 包 络 环 面 蜗 轮 减 速 器 ( JB/T9051-1999) CW 系 列 圆 弧 圆 柱 蜗 杆 减 速 器 ( JB/T7935-1999) ZC1 型 双 级 蜗 杆 及 齿 轮 -蜗 杆 减 速 器 ( JB/T7008-1993) SCW 轴 装 式 圆 弧 圆 柱 蜗 杆 减 速 机 ( JB/T6387-1992) WD 型 圆 柱 蜗 杆 减 速 机 ( JB/ZQ4390-79) CW 系 列 圆 弧 圆 柱 蜗 杆 减 速 器 ( GB9147-88) WH 系 列 圆 弧 圆 柱 蜗 杆 减 速 机 ( JB2318-79) 平 面 包 络 环 面 蜗 杆 减 速 器 ( ZBJ19021-89) 圆 弧 圆 柱 蜗 杆 减 速 器 ( GB9147-88) 圆 柱 蜗 杆 减 速 器 ( JB/ZQ4390-86) 蜗 杆 箱 常 见 问 题 原 因 分 析 : 齿 轮 -蜗 杆 箱 是 一 种 结 构 紧 凑 、传 动 比 大 , 在 一 定 条 件 下 具 有 自 锁 功 能 的 传 动 机 械 。 而 且 安 装 方便 、 结 构 合 理 , 得 到 越 来 越 广 泛 的 应 用 。 它 是 在 蜗 轮 蜗 杆 减 速 器输 入 端 加 装 一 个 斜 齿 轮 减 速 器 , 构 成 的 多 级 减 速 器 可 获 得 非 常 低的 输 出 速 度 , 比 单 级 蜗 轮 减 速 机 具 有 更 高 的 效 率 , 而 且 振 动 小 、噪 声 及 能 低 。 常 见 问 题 及 其 原 因1 减 速 机 发 热 和 漏 油 。 为 了 提 高 效 率 , 蜗 轮 减 速 机 一 般 均 采用 有 色 金 属 做 蜗 轮 , 蜗 杆 则 采 用 较 硬 的 钢 材 。 由 于 是 滑 动 摩 擦 传动 , 运 行 中 会 产 生 较 多 的 热 量 , 使 减 速 机 各 零 件 和 密 封 之 间 热 膨胀 产 生 差 异 , 从 而 在 各 配 合 面 形 成 间 隙 , 润 滑 油 液 由 于 温 度 的 升8高 变 稀 , 易 造 成 泄 漏 。 造 成 这 种 情 况 的 原 因 主 要 有 四 点 , 一 是 材质 的 搭 配 不 合 理 ; 二 是 啮 合 摩 擦 面 表 面 的 质 量 差 ; 三 是 润 滑 油 添加 量 的 选 择 不 正 确 ; 四 是 装 配 质 量 和 使 用 环 境 差 。 2 蜗 轮 磨 损 。 蜗 轮 一 般 采 用 锡 青 铜 , 配 对 的 蜗 杆 材 料 用 45钢 淬 硬 至 HRC4555, 或 40Cr 淬 硬 HRC5055 后 经 蜗 杆 磨 床 磨 削 至 粗糙 度 Ra0.8 m。 减 速 机 正 常 运 行 时 磨 损 很 慢 , 某 些 减 速 机 可 以 使用 10 年 以 上 。 如 果 磨 损 速 度 较 快 , 就 要 考 虑 选 型 是 否 正 确 , 是 否超 负 荷 运 行 , 以 及 蜗 轮 蜗 杆 的 材 质 、 装 配 质 量 或 使 用 环 境 等 原 因 。3 传 动 小 斜 齿 轮 磨 损 。 一 般 发 生 在 立 式 安 装 的 减 速 机 上 , 主要 与 润 滑 油 的 添 加 量 和 油 品 种 有 关 。 立 式 安 装 时 , 很 容 易 造 成 润滑 油 量 不 足 , 减 速 机 停 止 运 转 时 , 电 机 和 减 速 机 间 传 动 齿 轮 油 流失 , 齿 轮 得 不 到 应 有 的 润 滑 保 护 。 减 速 机 启 动 时 , 齿 轮 由 于 得 不到 有 效 润 滑 导 致 机 械 磨 损 甚 至 损 坏 。 4 蜗 杆 轴 承 损 坏 。 发 生 故 障 时 , 即 使 减 速 箱 密 封 良 好 , 还 是经 常 发 现 减 速 机 内 的 齿 轮 油 被 乳 化 , 轴 承 生 锈 、 腐 蚀 、 损 坏 。 这是 因 为 减 速 机 在 运 行 一 段 时 间 后 , 齿 轮 油 温 度 升 高 又 冷 却 后 产 生的 凝 结 水 与 水 混 合 。 当 然 , 也 与 轴 承 质 量 及 装 配 工 艺 密 切 相 关 。 解 决 方 法1 保 证 装 配 质 量 。 可 购 买 或 自 制 一 些 专 用 工 具 , 拆 卸 和 安 装减 速 机 部 件 时 , 尽 量 避 免 用 锤 子 等 其 他 工 具 敲 击 ; 更 换 齿 轮 、 蜗9轮 蜗 杆 时 , 尽 量 选 用 原 厂 配 件 和 成 对 更 换 ; 装 配 输 出 轴 时 , 要 注意 公 差 配 合 ; 要 使 用 防 粘 剂 或 红 丹 油 保 护 空 心 轴 , 防 止 磨 损 生 锈或 配 合 面 积 垢 , 维 修 时 难 拆 卸 。 2 润 滑 油 和 添 加 剂 的 选 用 。 蜗 齿 减 速 机 一 般 选 用 220#齿 轮油 , 对 重 负 荷 、 启 动 频 繁 、 使 用 环 境 较 差 的 减 速 机 , 可 选 用 一 些润 滑 油 添 加 剂 , 使 减 速 机 在 停 止 运 转 时 齿 轮 油 依 然 附 着 在 齿 轮 表面 , 形 成 保 护 膜 , 防 止 重 负 荷 、 低 速 、 高 转 矩 和 启 动 时 金 属 间 的直 接 接 触 。 添 加 剂 中 含 有 密 封 圈 调 节 剂 和 抗 漏 剂 , 使 密 封 圈 保 持柔 软 和 弹 性 , 有 效 减 少 润 滑 油 漏 。 3 减 速 机 安 装 位 置 的 选 择 。 位 置 允 许 的 情 况 下 , 尽 量 不 采 用立 式 安 装 。 立 式 安 装 时 , 润 滑 油 的 添 加 量 要 比 水 平 安 装 多 很 多 ,易 造 成 减 速 机 发 热 和 漏 油 。 4 建 立 润 滑 维 护 制 度 。 可 根 据 润 滑 工 作 “五 定 ”原 则 对 减速 机 进 行 维 护 , 做 到 每 一 台 减 速 机 都 有 责 任 人 定 期 检 查 , 发 现 温升 明 显 , 超 过 40 或 油 温 超 过 80 , 油 的 质 量 下 降 或 油 中 发 现较 多 的 铜 粉 以 及 产 生 不 正 常 的 噪 声 等 现 象 时 , 要 立 即 停 止 使 用 ,及 时 检 修 , 排 除 故 障 , 更 换 润 滑 油 。 加 油 时 , 要 注 意 油 量 , 保 证减 速 机 得 到 正 确 的 润 滑 。101.2 课题的国内外背景一、国内的发展概况 国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主,但普遍存在着功率与重量比小,或者传动比大而机械效率过低的问题。另外,材料品质和工艺水平上还有许多弱点。由于在传动的理论上、工艺水平和材料品质方面没有突破,因此,没能从根本上解决传递功率大、传动比大、体积小、重量轻、机械效率高等这些基本要求。 二、国外发展概况 国外的减速器,以德国、丹麦和日本处于领先地位,特别在材料和制造工艺方面占据优势,减速器工作可靠性好,使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主,体积和重量问题,也未解决好。当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。11第二章 蜗杆传动简介2-1 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的,用于传递空间交错两轴之间的运动和动力。交错角一般为 90。传动中一般蜗杆是主动件,蜗轮是从动件。图 2-1 蜗杆传动一、蜗杆传动的特点:1传动比大,一般 i =1080,最大可达 1000;2重合度大,传动平稳,噪声低3结构紧凑,可实现反行程自锁;4蜗杆传动的主要缺点齿面的相对滑动速度大,效率低;5. 蜗轮的造价较高。主要用于中小功率,间断工作的场合。广泛用于机床、冶金、矿山及起重设备中。12二、蜗杆传动的类型三、蜗杆传动的精度等级分为 12 个精度等级,常用 59 级。蜗杆分左旋和右旋。图 2-1 左旋蜗杆13图 2-3 右旋蜗杆蜗杆还有单头和多头之分。图 2-4 蜗杆头数圆柱蜗杆 环面蜗杆 圆锥蜗杆图 2-5142-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸1. 模数 m 和压力角 中间平面:通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。是蜗杆的轴面,是蜗轮的端面蜗杆、蜗轮的参数和尺寸大多在中间平面(主平面)内确定。由于蜗轮是用与蜗杆形状相仿的滚刀,按范成原理切制轮齿,所以 ZA 蜗杆传动中间平面内蜗轮与蜗杆的啮合就相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。在主平面内,蜗轮蜗杆的传动相当于齿轮齿条的啮合传动。蜗轮蜗杆正确啮合条件是:蜗杆的轴面模数 ma1 和轴面压力角 a1应分别等于蜗轮的端面模数 mt2 和端面压力角 t2,即ma1 =mt2 =m a1= t2= 模数 m 的标准值,见表 12-1;压力角标准值为 20,ZA 蜗杆取轴向压力角为标准值,ZI 蜗杆取法向压力角为标准值。如上图所示,齿厚与齿槽宽相等的圆柱称为蜗杆分度圆柱(或称为中圆柱)。蜗杆分度圆(中圆)直径用 d1 表示,其值见表 12-1。蜗15轮分度圆直径以 d2 表示。在两轴交错角为 90的蜗杆传动中,蜗杆分度圆柱上的导程角 应与蜗轮分度圆上的螺旋角 大小相等旋向相同,即=2. 传动比 i、蜗杆头数 z1 和蜗轮齿数 z2设蜗杆头数为 z1,蜗轮齿数为 z2,当蜗杆转一周时,蜗轮转过 z1 个齿( z1 / z2 周)。因此,其传动比为 z1 g效率 ,但加工困难。z1 传动比 i,但传动效率 。常取, z11,2,4,6。 可根据传动比,参考表 12-2 中的荐用值选取。 z2= i z1 。 如 z2 太小,将使传动平稳性变差。如 z2 太大,蜗轮直径将增大,使蜗杆支承间距加大,降低蜗杆的弯曲刚度。一般取 z23280。 ( Z1 与 Z2 的荐用值表:12-2)3. 蜗杆直径系数 q 和导程角 由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的,为了限制滚刀的数目,国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度圆直径 d1。直径 d1 与模数 m 的比值称为蜗杆的直径系数 q。即:16d1 = q mz 1m 当模数 m 一定时, q 值增大则蜗杆直径 d1 增大,蜗杆的刚度提高。因此,对于小模数蜗杆,规定了较大的 q 值,以保证蜗杆有足够的刚度。 蜗杆传动的几何尺寸计算表 2-1 蜗杆传动计算公式标准中心距径向间隙蜗轮螺旋角蜗杆导程角齿根圆直径齿顶圆直径齿根高齿顶高分度圆直径蜗轮蜗杆计算公式符号名称 dahfadfca1dmq2dmzah1.f1(2)aq2()adZ.4fm.4fmqZrctg1 0.2c1.5()()adqz2.3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构17一、蜗杆传动的失效形式及材料选择1. 主要失效形式:胶合、磨损、点蚀等。在润滑良好的闭式传动中,若不能及时散热,胶合是其主要的失效形式。在开式和润滑密封不良的闭式传动中,蜗轮轮齿的磨损尤其显著。2. 设计准则1)闭式传动:按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行设计;之后校核蜗轮的齿根弯曲疲劳强度,并进行热平衡计算。 2)开式传动:通常只计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。3.常用材料由于蜗杆传动的特点,蜗杆副的材料不仅要求有足够的强度,更重要的是具有良好的减摩耐磨和抗胶合性能。为此常采用青铜作蜗轮齿圈,并与淬硬磨削的钢制蜗杆相匹配。蜗杆的常用材料为碳钢和合金钢。高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr 渗碳淬火,或 45 钢、40Cr 淬火。低速中轻载的蜗杆可用 45 钢调质。精度要求高的蜗杆需经磨削。二、蜗杆和蜗轮的结构由于蜗杆的直径不大,所以常和轴做成一个整体(蜗杆轴) ,当蜗杆的直径较大时,可以将轴与蜗杆分开制作。18图 2-6无退刀槽,加工螺旋部分时只能用铣制的办法。图 2-7有退刀槽,螺旋部分可用车制,也可用铣制加工,但该结构的刚度 较前一种差。3.4 圆柱蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮相似,轮齿所受法向力 Fn可分解为:径向力 Fr、周向力 Ft、轴向力 Fa。1. 力的大小当两轴交错角为 90时,各力大小为:19式中: T2=T1i, 为蜗杆传动的效率。2.力的方向当蜗杆主动时,各力方向判断如下: 蜗杆上的圆周力 Ft1 的方向与蜗杆转向相反。 蜗杆上的轴向力 Fa1 的方向可以根据蜗杆的螺旋线旋向和蜗杆转向,用(左)右手定则判断。 蜗轮上的圆周力 Ft2 的方向与蜗轮的转向相同(与蜗杆上的轴向力 Fa1 的方向相反) 。 蜗轮上的轴向力 Fa2 的方向与蜗杆上的圆周力 Ft1 的方向相反。 蜗杆和蜗轮上的径向力 Fr1 、 Fr2 的方向分别指向各自的轴20心。蜗杆传动的主要失效形式是胶合和磨损。但目前依据胶合和磨损的强度计算缺乏可靠的方法和数据,因而通常沿用接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算蜗杆传动的承载能力,而在选用许用应力时适当考虑胶合和磨损失效因素的影响,故其强度计算公式是条件性的。由于蜗杆齿是连续的螺旋,其材料的强度又很高,因而失效总是出现在蜗轮上,所以蜗杆传动只需对蜗轮轮齿进行强度计算。1. 蜗轮齿面接触疲劳强度计算目的:防止“点蚀”和“胶合”失效。强度条件: H H以蜗杆蜗轮节点为计算点,计算齿面接触应力 H 。校核公式:21设计公式:上两式 中 KA 为载荷系数,一般取 KA=1.11.3。当载荷平稳,蜗轮圆周速度 v23m/s 和 7 级精度以上时,取小值,否则取大值。当蜗轮材料为锡青铜时,其材料具有良好的抗胶合能力,蜗轮的损坏形式主要是疲劳点蚀,其承载能力取决于轮齿的接触疲劳强度。因此,许用接触应力与应力循环次数 N、材料及相对滑动速度 v2 有关。可按表 12-4 选择。当蜗轮材料为无锡青铜、黄铜或铸铁时,材料的强度较高,抗点蚀能力强,蜗轮的损坏形式主要是胶合,其承载能力取决于其抗胶合能力,与应力循环次数无关,因此,许用接触应力可从表 12-5查取。 2. 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算目的:防止“疲劳断齿” 。强度条件: F F校核公式:22设计公式:蜗杆的刚度计算:蜗杆较细长,支承距离大,若受力后产生的挠度过大,则会影响正常的啮合传动。蜗杆产生的挠度应小于许用挠度。由切向力和径向力产生的挠度分别为:合成总挠度为:2.5 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算一、蜗杆传动的效率与齿轮传动类似,闭式蜗杆传动的功率损耗包括三部分:轮齿啮合摩擦损耗,轴承中摩擦损耗以及搅动箱体内润滑油的油阻损耗。其总效率为: = 1 2 3其中最主要的是啮合效率,当蜗杆主动时,啮合效率可按螺旋23传动的效率公式求出。因此考虑 2 3 后,蜗杆传动的总效率为:式中: 为蜗杆导程角; 为当量摩擦角, =arctg f 。当量摩擦系数 f 主要与蜗杆副材料、表面状况以及滑动速度等有关估计蜗杆传动的总效率时,可取下列数值:闭式传动: z1=1 2 4 =0.700.75 0.750.82 0.870.92开式传动: z1=1 、2 =0.600.70 二、蜗杆传动的润滑目的:减摩、散热。润滑油的粘度和给油方法可参照表 11-5 选取。一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法。为减小搅油损失,下置式蜗杆不宜浸油过深。蜗杆线速度v24m/s 时,常将蜗杆置于蜗轮之上,形成上置式传动,由蜗轮带油润滑。24润滑方式的选择:当 vs 510 m/s 时,采用油池浸油润滑。为了减少搅油损失,下置式蜗杆不宜浸油过深。当 v1 4 m/s 时,采用蜗杆在上的结构。当 vs 1015 m/s 时,采用压力喷油润滑。图 2-8蜗杆传动的热平衡计算:由于蜗杆传动效率低、发热量大,若不及时散热,会引起箱体内油温升高、润滑失效,导致轮齿磨损加剧,甚至出现胶合。因此对连续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计算。热平衡:在单位时间内,摩擦产生的热量等与散发的热量。在闭式传动中,热量系通过箱壳散逸,且要求箱体内的油温t() 和周围空气温度 t0() 之差不超过允许值式中: t温度差, t=t-t0;25P1蜗杆传递功率,单位为 kW; t表面散热系数,根据箱体周围通风条件,一般取 t =1017W/(m2);A散热面积,单位为 m2 ,指箱体外壁与空气接触而内壁被油飞溅到的箱壳面积,对于箱体上的散热片,其散热面积按 50%计算; t温差允许值,一般为 6070。并应使油温 t (=t0 + t) 小于 90 。如果超过温差允许值,可采用下述冷却措施: 增加散热面积 合理设计箱体结构,铸出或焊上散热片。 提高表面散热系数 在蜗杆轴上装置风扇或在箱体油池内装设蛇形冷却水管或用循环油冷却。图 2-9按蜗杆的外形分类:26图 2-10 圆柱蜗杆传动 图 2-11 环面蜗杆 图 2-12 锥蜗杆 27第三章 蜗杆的设计计算3.1 蜗杆传动类型的选择由GB/T100851988 的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)。3.2 蜗杆选择材料考虑到蜗杆传动功率不大,速度只是中等,故蜗杆用45 钢;因希望效率高些, 耐磨性好些, 故蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度为4555HBC。蜗轮用铸锡青铜ZCuSn10P1,金属模铸造。为了节约贵重的有色金属,仅齿圈用青铜制造,而轮芯用灰铸铁HT100 制造。3.3 按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则,先按齿面接触疲劳强度进行设计,再校核齿根弯曲疲劳强度。(1)确定作用在蜗轮上的转矩T2设定T2=461608 Nmm(2)确定载荷系数K因工作载荷较稳定,故取载荷分布不均匀系数K=1;由表11-5选取使用系数KA=1;由于转速不高,冲击不大,可取动载系数KV=1.05;则K = KA K KV=111.05=1.0528(3)确定弹性影响系数ZE因选用的是铸锡青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故ZE=160MPa1/2(4) 确定接触系数Z先假设蜗杆分度圆直径d1 和传动中心距a 的比值d1/a=0.35,从图11-18 中可查得Z=2.9(5)确定许用接触应力H根据蜗轮材料为铸锡青铜ZCuSn10P1,金属模铸造,蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,可从表11-7 中查得蜗轮的基本许用应力H=268MPa。工作寿命Lh 按300 个工作日,两班制计算。每天工作十六小时!Lh=30020816=96000h应力循环次数:N = 60jn2Lh= 60116.2596000= 1.0264108寿命系数:KHN= =0.7497许用应力:H= KHNH= 0.749726829= 200.9106MPa(6)计算中心距a 3 22 E H KT ( Z Z / ) =132.47mm取中心距a=160mm,因i 蜗杆=20,故从表11-2 中取模数m=6.3mm,蜗杆分度圆直径d1=63mm。这时d1/a=0.39,从图11-18中可查得接触系数Z=2.75,因为ZZ,因此以上计算结果可用。3.4 蜗杆传动主要参数与几何尺寸(1)蜗杆由表11-2 查得蜗杆头数Z1=2 , 直径系数q=10, 分度圆导程角=111836。轴向齿距:Pa=m=3.146.3=19.782mm齿顶圆直径:da1= d1+2ha*m=6326.3=75.6mm齿根圆直径:df1= d1-2m( ha*+ c*)= 63-26.3(10.2)= 47.88mm30蜗杆轴向齿厚:Sa= 0.5m =0.519.782 = 9.891mm法向齿厚:Sn= Sacos = 9.699 mm齿顶高:ha1= ha*m = 6.3 mm齿顶高:hf1=( ha*c*) m=7.56mm(2) 蜗轮由表11-2 查得蜗轮齿数Z2=41,变位系数x2=-0.1032验算传动比:i = Z2 /Z1=41/2=20.5此时传动比误差为(20.5-20)/20=2.5%是允许的。蜗轮分度圆直径:d2 = m Z2=6.341=258.3mm蜗轮喉圆直径:da2 = d2+2m(ha*+x2)= 258.3+26.3(1-0.1032)= 269.600mm蜗轮齿根圆直径:df2 = d2-2m(ha*-x2+ c*)= 258.3-26.3(1-0.1032+0.2)31=241.88mm蜗轮齿顶高:ha2= m(ha*+x2) = 5.650mm蜗轮齿根高:h f2= m(ha*-x2+ c*)= 8.525mm蜗轮轮宽的确定:B0.75da1=0.7575.6=56.7mm故取B=50mm.(3) 校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数:zv2 = z2/cos3= 41/cos311.31=43.48mm根据x2=-0.1032 和zv2=43.48,由图11-19 查得YFa=2.48.螺旋角影响系数Y=1-/140=0.9192由表11-8 查得蜗轮的基本许用弯曲应力:F=56MPa.寿命系数:KFN= 9 106 /N =0.5995许用弯曲应力:32F= KFNF= 0.599556=33.57MPaF = 1.53K T2YFa Y/ d1 d2m= 18.55MPa因此,FF,满足弯曲强度条件。3.5 蜗杆轴的设计计算3.5.1 初步确定轴的最小直径3.5.1蜗杆轴的结构设计1轴d I II 的值由带轮的大小及联接确定,装配方案见图2.2,采取一端固定一端游动(蜗杆轴系温升较高,跨距较大,这种结构比较合适),固定端采用一对圆锥滚子轴承,游动端采用圆柱滚子轴承。图32根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。( 1 )为了满足开式皮带传动带轮的轴向定位要求,I-II 轴段右端需制出一轴肩h=(0.07-0.1)dI-II,故取II-III 段的直径dII-III=38mm。d III IV比dII-III 高出一个轴肩位置, 为了方便选取与轴承的配合, 取d III IV =40mm。( 2 ) 蜗杆螺旋长度为( 蜗杆齿形部分结构设计) l=(11+0.0633Z2)m=84.798mm,取l=85mm. 与螺旋部分连接的轴段直径d f -(24)mm,取轴环与蜗杆螺旋部分之间的直径为dIV-V=dVI-VII=70mm,其中d f =47.88mm。( 3 )初选轴承选用深沟球轴承和圆锥滚子轴承,圆锥滚子轴承成对安装为固定端,根据安装段的直径分别取30208 , 其规格为dDT=40mm80mm19.75mm。( 4 )右箱体端盖的厚度约为e=9.6mm,取其总尺寸度为24.6。得到有段箱体内壁到端盖外侧总长度为67.25mm,左右两端对称取左侧与之相等,左侧甩油盘与箱体内壁对齐,且在35 的直径上,左侧轴承的左端用弹性挡圈固定,弹性挡圈规格为:S=1.5mm,挡圈与轴肩距离n=3mm,所以可取得lIII-IV=33.5mm。取右侧端盖到带轮距离为16.25mm,故lII-III=50mm。( 5 )根据蜗轮的顶圆直径取269,距箱体内壁距离为12mm 箱体壁厚10mm,再考虑到安装端盖的凸台及垫片厚度,综合考虑得螺旋部分两侧的长度为lIV-V= lVI-VII=68.05mm。3确定轴上圆角和倒角尺寸。参考表15-2,取轴端倒角为245,圆角见图,未注圆角为2mm。34第四章 校核计算4.1 效率验算已知=111836;v=arctanfv, 与相对滑动速度有关Vs = d1 n1/601000cos= 3.1463267.650/60000/cos(11.31)= 1.0927m/s从表11-18 中用插值法查得:fv = 0.0441v = 2.4=(0.950.96)tan/tan(+v)=0.783因为3=0.78,满足弯曲强度,因此不用重算。减速器结构的确定为了节约有色金属,蜗轮采用装配式;蜗杆螺旋部分的直径不35大,所以和轴作成一个整体,做成蜗杆轴。蜗杆分度圆的圆周速度: 11.07/600SdnV ms根据经验,当v4-5m/s 时常将蜗杆放在下面,因此本方案采用蜗杆下置的设计方案。4.2 蜗杆轴的粗校核:36蜗杆与蜗轮的受力大小相等,方向相反F t = 834NF a = 3109NF r =1132N竖直面内:如上图支反力: F r = FNV1 +FNV 2 2()NV r allFlM代入数值求得: F NV1 =224N F NV 2 =908N求得弯矩为:水平面内:如上图求支反力:求得结果:弯矩为:扭矩:如上图T = 26262.8N.mm37总弯矩:按弯扭组合,第三强度理论进行校核扭转切应力为脉动循环应力取 =0.645#钢的许用应力 即轴满足弯扭强度要求,但是剩余部分较大, 故将材料改为Q235-A 更加合适, 许用应力 。4.3 蜗杆轴的精校核1) 蜗杆轴的弯曲刚度校核蜗杆轴简化的力学模型中其跨距为 1269.85Ll m把阶梯轴看成是当量直径为dv 光轴,然后再按材料力学中的公式计算。当量直径:38蜗杆挠度:查表15-5 , 选用一般用途的轴, 得到其允许的挠度y=(0.0003-0.0005)L=(0.08090.1214)mm,显然,yy,故满足刚度要求,合适。2)蜗杆轴的扭转刚度校核轴的扭转变形用每米长的扭转角来表示,阶梯轴扭转角单位为()/m,计算公式为, , 分别表示阶梯轴第i 段上所受扭矩、长度和极惯性矩。其中由于只有左半部分受扭矩,故:L= 130.05mm,G=8.1104Mpa 查表可得一般传动轴允许的挠度 =0.51()/m计算所得 =0.055()/m显然, ,故上述结果可39总结40致谢41参考文献42外文文献原文:43外文文献翻译:44最后说明由于每个部分有不同的人负责,时间比较急,难免会有一些错误。我们都会给你认真的更改,合作愉快!等你们向老师把具体的要求问清了,根据要求把你们的摘要,Abstract,总结,等发给你们。如果需要外文翻译,最后你们打印说明书时也会发一份给你们,对于部分论文字数不够的不要紧在你们最后修改时会给你们添加好的,请放心!1目录2摘要3Abstract4第一章 引言1.1 课题的意义几 乎 在 各 式 机 械 的 传 动 系 统 中 都 可 以 见 到 蜗 杆 箱 的 踪 迹 , 从交 通 工 具 的 船 舶 、 汽 车 、 机 车 , 建 筑 用 的 重 型 机 具 , 机 械 工 业 所用 的 加 工 机 具 及 自 动 化 生 产 设 备 , 到 日 常 生 活 中 常 见 的 家 电 , 钟表 等 等 .其 应 用 从 大 动 力 的 传 输 工 作 , 到 小 负 荷 , 精 确 的 角 度 传 输都 可 以 见 到 减 速 机 的 应 用 , 且 在 工 业 应 用 上 , 减 速 机 具 有 减 速 及增 加 转 矩 功 能 。 因 此 广 泛 应 用 在 速 度 与 扭 矩 的 转 换 设 备 。 减 速 机的 作 用 主 要 有 : 图 1-1 蜗 杆 箱1) 降 速 同 时 提 高 输 出 扭 矩 , 扭 矩 输 出 比 例 按 电 机 输 出 乘 减 速比 , 但 要 注 意 不 能 超 出 减 速 机 额 定 扭 矩 。 2) 减 速 同 时 降 低 了 负 载 的 惯 量 , 惯 量 的 减 少 为 减 速 比 的 平 方 。大 家 可 以 看 一 下 一 般 电 机 都 有 一 个 惯 量 数 值 。 蜗 杆 箱 分 类 :5主 要 型 号 : WP 系 列 蜗 杆 箱 、 WH 系 列 蜗 杆 箱 和 CW 系 列 蜗 杆 箱等 。 1.WP 系 列 蜗 杆 箱 包 括 WPA/WPS/WPW/WPE/WPZ/WPD 2.WH 系 列 蜗 杆 箱 包 括 WHT/WHX/WHS/WHC 3.CW 系 列 蜗 杆 箱 包 括 CWU/CWS/CWO 蜗 杆 箱 的 常 见 问 题 及 分 析一 、 常 见 问 题 及 其 原 因 。 (1)减 速 机 发 热 和 漏 油 , (2)蜗 轮 磨 损 , (3)传 动 小 斜 齿 轮 磨 损 , (4)轴 承 (蜗 杆 处 )损 坏 。 1、 减 速 机 发 热 和 漏 油蜗 轮 减 速 机 为 了 提 高 效 率 , 一 般 均 采 用 有 色 金 属 做 蜗 轮 , 采 用 较 硬 的 钢 材 , 由 于 它 是 滑 动 摩 擦 传 动 , 在 运 行 过 程 中 , 就 会产 生 较 高 的 热 量 , 使 减 速 机 各 零 件 和 密 封 之 间 热 膨 胀 产 生 差 异 ,从 而 在 各 配 合 面 产 生 间 隙 , 而 油 液 由 于 温 度 的 升 高 变 稀 , 容 易 造成 泄 漏 。 主 要 原 因 有 四 点 , 一 是 材 质 的 搭 配 是 否 合 理 , 二 是 啮 合磨 擦 面 的 表 面 质 量 , 三 是 润 滑 油 的 选 择 , 添 加 量 是 否 正 确 , 四 是装 配 质 量 和 使 用 环 境 。 2、 蜗 轮 磨 损6蜗 轮 一 般 采 用 锡 青 铜 , 配 对 的 蜗 杆 材 料 一 般 用 45 钢 淬 硬 至HRC45 一 55,还 常 用 40C:淬 硬 HRC50 一 55, 经 蜗 杆 磨 床 磨 削 至 粗糙 度 RaO. 8 fcm,减 速 机 正 常 运 行 时 , 蜗 杆 就 象 一 把 淬 硬 的 “锉刀 ”, 不 停 地 锉 削 蜗 轮 , 使 蜗 轮 产 生 磨 损 。 一 般 来 说 , 这 种 磨 损很 慢 , 象 某 厂 有 些 减 速 机 可 以 使 用 10 年 以 上 。 如 果 磨 损 速 度 较快 , 就 要 考 虑 减 速 机 的 选 型 是 否 正 确 , 是 否 有 超 负 荷 运 行 , 蜗 轮蜗 杆 的 材 质 , 装 配 质 量 或 使 用 环 境 等 原 因 。 3、 传 动 小 斜 齿 轮 磨 损一 般 发 生 在 立 式 安 装 的 减 速 机 上 , 主 要 跟 润 滑 油 的 添 加 量 和润 滑 油 的 选 择 有 关 。 立 式 安 装 时 , 很 容 易 造 成 润 滑 油 油 量 不 足 ,当 减 速 机 停 止 运 转 时 , 电 机 和 减 速 机 间 传 动 齿 轮 油 流 失 , 齿 轮 得不 到 应 有 的 润 滑 保 护 , 启 动 或 运 转 过 程 中 得 不 到 有 效 的 润 滑 导 致机 械 磨 损 甚 至 损 坏 。 4、 蜗 杆 轴 承 损 坏减 速 机 发 生 故 障 时 , 即 使 减 速 箱 密 封 良 好 , 该 厂 还 是 经 常 发现 减 速 机 内 的 齿 轮 油 已 经 被 乳 化 , 轴 承 已 生 锈 、 腐 蚀 、 损 坏 , 这是 因 为 减 速 机 在 运 停 过 程 中 , 齿 轮 油 由 热 变 冷 后 产 生 的 水 分 凝 聚造 成 ;当 然 , 也 和 轴 承 质 量 , 装 配 工 艺 方 法 密 切 相 关 。 蜗 杆 箱 国 家 标 准7TP 型 平 面 包 络 环 面 蜗 轮 减 速 器 ( JB/T9051-1999) CW 系 列 圆 弧 圆 柱 蜗 杆 减 速 器 ( JB/T7935-1999) ZC1 型 双 级 蜗 杆 及 齿 轮 -蜗 杆 减 速 器 ( JB/T7008-1993) SCW 轴 装 式 圆 弧 圆 柱 蜗 杆 减 速 机 ( JB/T6387-1992) WD 型 圆 柱 蜗 杆 减 速 机 ( JB/ZQ4390-79) CW 系 列 圆 弧 圆 柱 蜗 杆 减 速 器 ( GB9147-88) WH 系 列 圆 弧 圆 柱 蜗 杆 减 速 机 ( JB2318-79) 平 面 包 络 环 面 蜗 杆 减 速 器 ( ZBJ19021-89) 圆 弧 圆 柱 蜗 杆 减 速 器 ( GB9147-88) 圆 柱 蜗 杆 减 速 器 ( JB/ZQ4390-86) 蜗 杆 箱 常 见 问 题 原 因 分 析 : 齿 轮 -蜗 杆 箱 是 一 种 结 构 紧 凑 、传 动 比 大 , 在 一 定 条 件 下 具 有 自 锁 功 能 的 传 动 机 械 。 而 且 安 装 方便 、 结 构 合 理 , 得 到 越 来 越 广 泛 的 应 用 。 它 是 在 蜗 轮 蜗 杆 减 速 器输 入 端 加 装 一 个 斜 齿 轮 减 速 器 , 构 成 的 多 级 减 速 器 可 获 得 非 常 低的 输 出 速 度 , 比 单 级 蜗 轮 减 速 机 具 有 更 高 的 效 率 , 而 且 振 动 小 、噪 声 及 能 低 。 常 见 问 题 及 其 原 因1 减 速 机 发 热 和 漏 油 。 为 了 提 高 效 率 , 蜗 轮 减 速 机 一 般 均 采用 有 色 金 属 做 蜗 轮 , 蜗 杆 则 采 用 较 硬 的 钢 材 。 由 于 是 滑 动 摩 擦 传动 , 运 行 中 会 产 生 较 多 的 热 量 , 使 减 速 机 各 零 件 和 密 封 之 间 热 膨胀 产 生 差 异 , 从 而 在 各 配 合 面 形 成 间 隙 , 润 滑 油 液 由 于 温 度 的 升8高 变 稀 , 易 造 成 泄 漏 。 造 成 这 种 情 况 的 原 因 主 要 有 四 点 , 一 是 材质 的 搭 配 不 合 理 ; 二 是 啮 合 摩 擦 面 表 面 的 质 量 差 ; 三 是 润 滑 油 添加 量 的 选 择 不 正 确 ; 四 是 装 配 质 量 和 使 用 环 境 差 。 2 蜗 轮 磨 损 。 蜗 轮 一 般 采 用 锡 青 铜 , 配 对 的 蜗 杆 材 料 用 45钢 淬 硬 至 HRC4555, 或 40Cr 淬 硬 HRC5055 后 经 蜗 杆 磨 床 磨 削 至 粗糙 度 Ra0.8 m。 减 速 机 正 常 运 行 时 磨 损 很 慢 , 某 些 减 速 机 可 以 使用 10 年 以 上 。 如 果 磨 损 速 度 较 快 , 就 要 考 虑 选 型 是 否 正 确 , 是 否超 负 荷 运 行 , 以 及 蜗 轮 蜗 杆 的 材 质 、 装 配 质 量 或 使 用 环 境 等 原 因 。3 传 动 小 斜 齿 轮 磨 损 。 一 般 发 生 在 立 式 安 装 的 减 速 机 上 , 主要 与 润 滑 油 的 添 加 量 和 油 品 种 有 关 。 立 式 安 装 时 , 很 容 易 造 成 润滑 油 量 不 足 , 减 速 机 停 止 运 转 时 , 电 机 和 减 速 机 间 传 动 齿 轮 油 流失 , 齿 轮 得 不 到 应 有 的 润 滑 保 护 。 减 速 机 启 动 时 , 齿 轮 由 于 得 不到 有 效 润 滑 导 致 机 械 磨 损 甚 至 损 坏 。 4 蜗 杆 轴 承 损 坏 。 发 生 故 障 时 , 即 使 减 速 箱 密 封 良 好 , 还 是经 常 发 现 减 速 机 内 的 齿 轮 油 被 乳 化 , 轴 承 生 锈 、 腐 蚀 、 损 坏 。 这是 因 为 减 速 机 在 运 行 一 段 时 间 后 , 齿 轮 油 温 度 升 高 又 冷 却 后 产 生的 凝 结 水 与 水 混 合 。 当 然 , 也 与 轴 承 质 量 及 装 配 工 艺 密 切 相 关 。 解 决 方 法1 保 证 装 配 质 量 。 可 购 买 或 自 制 一 些 专 用 工 具 , 拆 卸 和 安 装减 速 机 部 件 时 , 尽 量 避 免 用 锤 子 等 其 他 工 具 敲 击 ; 更 换 齿 轮 、 蜗9轮 蜗 杆 时 , 尽 量 选 用 原 厂 配 件 和 成 对 更 换 ; 装 配 输 出 轴 时 , 要 注意 公 差 配 合 ; 要 使 用 防 粘 剂 或 红 丹 油 保 护 空 心 轴 , 防 止 磨 损 生 锈或 配 合 面 积 垢 , 维 修 时 难 拆 卸 。 2 润 滑 油 和 添 加 剂 的 选 用 。 蜗 齿 减 速 机 一 般 选 用 220#齿 轮油 , 对 重 负 荷 、 启 动 频 繁 、 使 用 环 境 较 差 的 减 速 机 , 可 选 用 一 些润 滑 油 添 加 剂 , 使 减 速 机 在 停 止 运 转 时 齿 轮 油 依 然 附 着 在 齿 轮 表面 , 形 成 保 护 膜 , 防 止 重 负 荷 、 低 速 、 高 转 矩 和 启 动 时 金 属 间 的直 接 接 触 。 添 加 剂 中 含 有 密 封 圈 调 节 剂 和 抗 漏 剂 , 使 密 封 圈 保 持柔 软 和 弹 性 , 有 效 减 少 润 滑 油 漏 。 3 减 速 机 安 装 位 置 的 选 择 。 位 置 允 许 的 情 况 下 , 尽 量 不 采 用立 式 安 装 。 立 式 安 装 时 , 润 滑 油 的 添 加 量 要 比 水 平 安 装 多 很 多 ,易 造 成 减 速 机 发 热 和 漏 油 。 4 建 立 润 滑 维 护 制 度 。 可 根 据 润 滑 工 作 “五 定 ”原 则 对 减速 机 进 行 维 护 , 做 到 每 一 台 减 速 机 都 有 责 任 人 定 期 检 查 , 发 现 温升 明 显 , 超 过 40 或 油 温 超 过 80 , 油 的 质 量 下 降 或 油 中 发 现较 多 的 铜 粉 以 及 产 生 不 正 常 的 噪 声 等 现 象 时 , 要 立 即 停 止 使 用 ,及 时 检 修 , 排 除 故 障 , 更 换 润 滑 油 。 加 油 时 , 要 注 意 油 量 , 保 证减 速 机 得 到 正 确 的 润 滑 。101.2 课题的国内外背景一、国内的发展概况 国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主,但普遍存在着功率与重量比小,或者传动比大而机械效率过低的问题。另外,材料品质和工艺水平上还有许多弱点。由于在传动的理论上、工艺水平和材料品质方面没有突破,因此,没能从根本上解决传递功率大、传动比大、体积小、重量轻、机械效率高等这些基本要求。 二、国外发展概况 国外的减速器,以德国、丹麦和日本处于领先地位,特别在材料和制造工艺方面占据优势,减速器工作可靠性好,使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主,体积和重量问题,也未解决好。当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。11第二章 蜗杆传动简介2-1 蜗杆传动的特点和类型蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的,用于传递空间交错两轴之间的运动和动力。交错角一般为 90。传动中一般蜗杆是主动件,蜗轮是从动件。图 2-1 蜗杆传动一、蜗杆传动的特点:1传动比大,一般 i =1080,最大可达 1000;2重合度大,传动平稳,噪声低3结构紧凑,可实现反行程自锁;4蜗杆传动的主要缺点齿面的相对滑动速度大,效率低;5. 蜗轮的造价较高。主要用于中小功率,间断工作的场合。广泛用于机床、冶金、矿山及起重设备中。12二、蜗杆传动的类型三、蜗杆传动的精度等级分为 12 个精度等级,常用 59 级。蜗杆分左旋和右旋。图 2-1 左旋蜗杆13图 2-3 右旋蜗杆蜗杆还有单头和多头之分。图 2-4 蜗杆头数圆柱蜗杆 环面蜗杆 圆锥蜗杆图 2-5142-2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸1. 模数 m 和压力角 中间平面:通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面。是蜗杆的轴面,是蜗轮的端面蜗杆、蜗轮的参数和尺寸大多在中间平面(主平面)内确定。由于蜗轮是用与蜗杆形状相仿的滚刀,按范成原理切制轮齿,所以 ZA 蜗杆传动中间平面内蜗轮与蜗杆的啮合就相当于渐开线齿轮与齿条的啮合。在主平面内,蜗轮蜗杆的传动相当于齿轮齿条的啮合传动。蜗轮蜗杆正确啮合条件是:蜗杆的轴面模数 ma1 和轴面压力角 a1应分别等于蜗轮的端面模数 mt2 和端面压力角 t2,即ma1 =mt2 =m a1= t2= 模数 m 的标准值,见表 12-1;压力角标准值为 20,ZA 蜗杆取轴向压力角为标准值,ZI 蜗杆取法向压力角为标准值。如上图所示,齿厚与齿槽宽相等的圆柱称为蜗杆分度圆柱(或称为中圆柱)。蜗杆分度圆(中圆)直径用 d1 表示,其值见表 12-1。蜗15轮分度圆直径以 d2 表示。在两轴交错角为 90的蜗杆传动中,蜗杆分度圆柱上的导程角 应与蜗轮分度圆上的螺旋角 大小相等旋向相同,即=2. 传动比 i、蜗杆头数 z1 和蜗轮齿数 z2设蜗杆头数为 z1,蜗轮齿数为 z2,当蜗杆转一周时,蜗轮转过 z1 个齿( z1 / z2 周)。因此,其传动比为 z1 g效率 ,但加工困难。z1 传动比 i,但传动效率 。常取, z11,2,4,6。 可根据传动比,参考表 12-2 中的荐用值选取。 z2= i z1 。 如 z2 太小,将使传动平稳性变差。如 z2 太大,蜗轮直径将增大,使蜗杆支承间距加大,降低蜗杆的弯曲刚度。一般取 z23280。 ( Z1 与 Z2 的荐用值表:12-2)3. 蜗杆直径系数 q 和导程角 由于蜗轮是用与蜗杆尺寸相同的蜗轮滚刀配对加工而成的,为了限制滚刀的数目,国家标准对每一标准模数规定了一定数目的标准蜗杆分度圆直径 d1。直径 d1 与模数 m 的比值称为蜗杆的直径系数 q。即:16d1 = q mz 1m 当模数 m 一定时, q 值增大则蜗杆直径 d1 增大,蜗杆的刚度提高。因此,对于小模数蜗杆,规定了较大的 q 值,以保证蜗杆有足够的刚度。 蜗杆传动的几何尺寸计算表 2-1 蜗杆传动计算公式标准中心距径向间隙蜗轮螺旋角蜗杆导程角齿根圆直径齿顶圆直径齿根高齿顶高分度圆直径蜗轮蜗杆计算公式符号名称 dahfadfca1dmq2dmzah1.f1(2)aq2()adZ.4fm.4fmqZrctg1 0.2c1.5()()adqz2.3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构17一、蜗杆传动的失效形式及材料选择1. 主要失效形式:胶合、磨损、点蚀等。在润滑良好的闭式传动中,若不能及时散热,胶合是其主要的失效形式。在开式和润滑密封不良的闭式传动中,蜗轮轮齿的磨损尤其显著。2. 设计准则1)闭式传动:按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行设计;之后校核蜗轮的齿根弯曲疲劳强度,并进行热平衡计算。 2)开式传动:通常只计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度。3.常用材料由于蜗杆传动的特点,蜗杆副的材料不仅要求有足够的强度,更重要的是具有良好的减摩耐磨和抗胶合性能。为此常采用青铜作蜗轮齿圈,并与淬硬磨削的钢制蜗杆相匹配。蜗杆的常用材料为碳钢和合金钢。高速重载的蜗杆常用15Cr、20Cr 渗碳淬火,或 45 钢、40Cr 淬火。低速中轻载的蜗杆可用 45 钢调质。精度要求高的蜗杆需经磨削。二、蜗杆和蜗轮的结构由于蜗杆的直径不大,所以常和轴做成一个整体(蜗杆轴) ,当蜗杆的直径较大时,可以将轴与蜗杆分开制作。18图 2-6无退刀槽,加工螺旋部分时只能用铣制的办法。图 2-7有退刀槽,螺旋部分可用车制,也可用铣制加工,但该结构的刚度 较前一种差。3.4 圆柱蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮相似,轮齿所受法向力 Fn可分解为:径向力 Fr、周向力 Ft、轴向力 Fa。1. 力的大小当两轴交错角为 90时,各力大小为:19式中: T2=T1i, 为蜗杆传动的效率。2.力的方向当蜗杆主动时,各力方向判断如下: 蜗杆上的圆周力 Ft1 的方向与蜗杆转向相反。 蜗杆上的轴向力 Fa1 的方向可以根据蜗杆的螺旋线旋向和蜗杆转向,用(左)右手定则判断。 蜗轮上的圆周力 Ft2 的方向与蜗轮的转向相同(与蜗杆上的轴向力 Fa1 的方向相反) 。 蜗轮上的轴向力 Fa2 的方向与蜗杆上的圆周力 Ft1 的方向相反。 蜗杆和蜗轮上的径向力 Fr1 、 Fr2 的方向分别指向各自的轴20心。蜗杆传动的主要失效形式是胶合和磨损。但目前依据胶合和磨损的强度计算缺乏可靠的方法和数据,因而通常沿用接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算蜗杆传动的承载能力,而在选用许用应力时适当考虑胶合和磨损失效因素的影响,故其强度计算公式是条件性的。由于蜗杆齿是连续的螺旋,其材料的强度又很高,因而失效总是出现在蜗轮上,所以蜗杆传动只需对蜗轮轮齿进行强度计算。1. 蜗轮齿面接触疲劳强度计算目的:防止“点蚀”和“胶合”失效。强度条件: H H以蜗杆蜗轮节点为计算点,计算齿面接触应力 H 。校核公式:21设计公式:上两式 中 KA 为载荷系数,一般取 KA=1.11.3。当载荷平稳,蜗轮圆周速度 v23m/s 和 7 级精度以上时,取小值,否则取大值。当蜗轮材料为锡青铜时,其材料具有良好的抗胶合能力,蜗轮的损坏形式主要是疲劳点蚀,其承载能力取决于轮齿的接触疲劳强度。因此,许用接触应力与应力循环次数 N、材料及相对滑动速度 v2 有关。可按表 12-4 选择。当蜗轮材料为无锡青铜、黄铜或铸铁时,材料的强度较高,抗点蚀能力强,蜗轮的损坏形式主要是胶合,其承载能力取决于其抗胶合能力,与应力循环次数无关,因此,许用接触应力可从表 12-5查取。 2. 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算目的:防止“疲劳断齿” 。强度条件: F F校核公式:22设计公式:蜗杆的刚度计算:蜗杆较细长,支承距离大,若受力后产生的挠度过大,则会影响正常的啮合传动。蜗杆产生的挠度应小于许用挠度。由切向力和径向力产生的挠度分别为:合成总挠度为:2.5 圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算一、蜗杆传动的效率与齿轮传动类似,闭式蜗杆传动的功率损耗包括三部分:轮齿啮合摩擦损耗,轴承中摩擦损耗以及搅动箱体内润滑油的油阻损耗。其总效率为: = 1 2 3其中最主要的是啮合效率,当蜗杆主动时,啮合效率可按螺旋23传动的效率公式求出。因此考虑 2 3 后,蜗杆传动的总效率为:式中: 为蜗杆导程角; 为当量摩擦角, =arctg f 。当量摩擦系数 f 主要与蜗杆副材料、表面状况以及滑动速度等有关估计蜗杆传动的总效率时,可取下列数值:闭式传动: z1=1 2 4 =0.700.75 0.750.82 0.870.92开式传动: z1=1 、2 =0.600.70 二、蜗杆传动的润滑目的:减摩、散热。润滑油的粘度和给油方法可参照表 11-5 选取。一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法。为减小搅油损失,下置式蜗杆不宜浸油过深。蜗杆线速度v24m/s 时,常将蜗杆置于蜗轮之上,形成上置式传动,由蜗轮带油润滑。24润滑方式的选择:当 vs 510 m/s 时,采用油池浸油润滑。为了减少搅油损失,下置式蜗杆不宜浸油过深。当 v1 4 m/s 时,采用蜗杆在上的结构。当 vs 1015 m/s 时,采用压力喷油润滑。图 2-8蜗杆传动的热平衡计算:由于蜗杆传动效率低、发热量大,若不及时散热,会引起箱体内油温升高、润滑失效,导致轮齿磨损加剧,甚至出现胶合。因此对连续工作的闭式蜗杆传动要进行热平衡计算。热平衡:在单位时间内,摩擦产生的热量等与散发的热量。在闭式传动中,热量系通过箱壳散逸,且要求箱体内的油温t() 和周围空气温度 t0() 之差不超过允许值式中: t温度差, t=t-t0;25P1蜗杆传递功率,单位为 kW; t表面散热系数,根据箱体周围通风条件,一般取 t =1017W/(m2);A散热面积,单位为 m2 ,指箱体外壁与空气接触而内壁被油飞溅到的箱壳面积,对于箱体上的散热片,其散热面积按 50%计算; t温差允许值,一般为 6070。并应使油温 t (=t0 + t) 小于 90 。如果超过温差允许值,可采用下述冷却措施: 增加散热面积 合理设计箱体结构,铸出或焊上散热片。 提高表面散热系数 在蜗杆轴上装置风扇或在箱体油池内装设蛇形冷却水管或用循环油冷却。图 2-9按蜗杆的外形分类:26图 2-10 圆柱蜗杆传动 图 2-11 环面蜗杆 图 2-12 锥蜗杆 27第三章 蜗杆的设计计算3.1 蜗杆传动类型的选择由GB/T100851988 的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)。3.2 蜗杆选择材料考虑到蜗杆传动功率不大,速度只是中等,故蜗杆用45 钢;因希望效率高些, 耐磨性好些, 故蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度为4555HBC。蜗轮用铸锡青铜ZCuSn10P1,金属模铸造。为了节约贵重的有色金属,仅齿圈用青铜制造,而轮芯用灰铸铁HT100 制造。3.3 按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则,先按齿面接触疲劳强度进行设计,再校核齿根弯曲疲劳强度。(1)确定作用在蜗轮上的转矩T2设定T2=461608 Nmm(2)确定载荷系数K因工作载荷较稳定,故取载荷分布不均匀系数K=1;由表11-5选取使用系数KA=1;由于转速不高,冲击不大,可取动载系数KV=1.05;则K = KA K KV=111.05=1.0528(3)确定弹性影响系数ZE因选用的是铸锡青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故ZE=160MPa1/2(4) 确定接触系数Z先假设蜗杆分度圆直径d1 和传动中心距a 的比值d1/a=0.35,从图11-18 中可查得Z=2.9(5)确定许用接触应力H根据蜗轮材料为铸锡青铜ZCuSn10P1,金属模铸造,蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,可从表11-7 中查得蜗轮的基本许用应力H=268MPa。工作寿命Lh 按300 个工作日,两班制计算。每天工作十六小时!Lh=30020816=96000h应力循环次数:N = 60jn2Lh= 60116.2596000= 1.0264108寿命系数:KHN= =0.7497许用应力:H= KHNH= 0.749726829= 200.9106MPa(6)计算中心距a 3 22 E H KT ( Z Z / ) =132.47mm取中心距a=160mm,因i 蜗杆=20,故从表11-2 中取模数m=6.3mm,蜗杆分度圆直径d1=63mm。这时d1/a=0.39,从图11-18中可查得接触系数Z=2.75,因为ZZ,因此以上计算结果可用。3.4 蜗杆传动主要参数与几何尺寸(1)蜗杆由表11-2 查得蜗杆头数Z1=2 , 直径系数q=10, 分度圆导程角=111836。轴向齿距:Pa=m=3.146.3=19.782mm齿顶圆直径:da1= d1+2ha*m=6326.3=75.6mm齿根圆直径:df1= d1-2m( ha*+ c*)= 63-26.3(10.2)= 47.88mm30蜗杆轴向齿厚:Sa= 0.5m =0.519.782 = 9.891mm法向齿厚:Sn= Sacos = 9.699 mm齿顶高:ha1= ha*m = 6.3 mm齿顶高:hf1=( ha*c*) m=7.56mm(2) 蜗轮由表11-2 查得蜗轮齿数Z2=41,变位系数x2=-0.1032验算传动比:i = Z2 /Z1=41/2=20.5此时传动比误差为(20.5-20)/20=2.5%是允许的。蜗轮分度圆直径:d2 = m Z2=6.341=258.3mm蜗轮喉圆直径:da2 = d2+2m(ha*+x2)= 258.3+26.3(1-0.1032)= 269.600mm蜗轮齿根圆直径:df2 = d2-2m(ha*-x2+ c*)= 258.3-26.3(1-0.1032+0.2)31=241.88mm蜗轮齿顶高:ha2= m(ha*+x2) = 5.650mm蜗轮齿根高:h f2= m(ha*-x2+ c*)= 8.525mm蜗轮轮宽的确定:B0.75da1=0.7575.6=56.7mm故取B=50mm.(3) 校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数:zv2 = z2/cos3= 41/cos311.31=43.48mm根据x2=-0.1032 和zv2=43.48,由图11-19 查得YFa=2.48.螺旋角影响系数Y=1-/140=0.9192由表11-8 查得蜗轮的基本许用弯曲应力:F=56MPa.寿命系数:KFN= 9 106 /N =0.5995许用弯曲应力:32F= KFNF= 0.599556=33.57MPaF = 1.53K T2YFa Y/ d1 d2m= 18.55MPa因此,FF,满足弯曲强度条件。3.5 蜗杆轴的设计计算3.5.1 初步确定轴的最小直径3.5.1蜗杆轴的结构设计1轴d I II 的值由带轮的大小及联接确定,装配方案见图2.2,采取一端固定一端游动(蜗杆轴系温升较高,跨距较大,这种结构比较合适),固定端采用一对圆锥滚子轴承,游动端采用圆柱滚子轴承。图32根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。( 1 )为了满足开式皮带传动带轮的轴向定位要求,I-II 轴段右端需制出一轴肩h=(0.07-0.1)dI-II,故取II-III 段的直径dII-III=38mm。d III IV比dII-III 高出一个轴肩位置, 为了方便选取与轴承的配合, 取d III IV =40mm。( 2 ) 蜗杆螺旋长度为( 蜗杆齿形部分结构设计) l=(11+0.0633Z2)m=84.798mm,取l=85mm. 与螺旋部分连接的轴段直径d f -(24)mm,取轴环与蜗杆螺旋部分之间的直径为dIV-V=dVI-VII=70mm,其中d f =47.88mm。( 3 )初选轴承选用深沟球轴承和圆锥滚子轴承,圆锥滚子轴承成对安装为固定端,根据安装段的直径分别取30208 , 其规格为dDT=40mm80mm19.75mm。( 4 )右箱体端盖的厚度约为e=9.6mm,取其总尺寸度为24.6。得到有段箱体内壁到端盖外侧总长度为67.25mm,左右两端对称取左侧与之相等,左侧甩油盘与箱体内壁对齐,且在35 的直径上,左侧轴承的左端用弹性挡圈固定,弹性挡圈规格为:S=1.5mm,挡圈与轴肩距离n=3mm,所以可取得lIII-IV=33.5mm。取右侧端盖到带轮距离为16.25mm,故lII-III=50mm。( 5 )根据蜗轮的顶圆直径取269,距箱体内壁距离为12mm 箱体壁厚10mm,再考虑到安装端盖的凸台及垫片厚度,综合考虑得螺旋部分两侧的长度为lIV-V= lVI-VII=68.05mm。3确定轴上圆角和倒角尺寸。参考表15-2,取轴端倒角为245,圆角见图,未注圆角为2mm。34第四章 校核计算4.1 效率验算已知=111836;v=arctanfv, 与相对滑动速度有关Vs = d1 n1/601000cos= 3.1463267.650/60000/cos(11.31)= 1.0927m/s从表11-18 中用插值法查得:fv = 0.0441v = 2.4=(0.950.96)tan/tan(+v)=0.783因为3=0.78,满足弯曲强度,因此不用重算。减速器结构的确定为了节约有色金属,蜗轮采用装配式;蜗杆螺旋部分的直径不35大,所以和轴作成一个整体,做成蜗杆轴。蜗杆分度圆的圆周速度: 11.07/600SdnV ms根据经验,当v4-5m/s 时常将蜗杆放在下面,因此本方案采用蜗杆下置的设计方案。4.2 蜗杆轴的粗校核:36蜗杆与蜗轮的受力大小相等,方向相反F t = 834NF a = 3109NF r =1132N竖直面内:如上图支反力: F r = FNV1 +FNV 2 2()NV r allFlM代入数值求得: F NV1 =224N F NV 2 =908N求得弯矩为:水平面内:如上图求支反力:求得结果:弯矩为:扭矩:如上图T = 26262.8N.mm37总弯矩:按弯扭组合,第三强度理论进行校核扭转切应力为脉动循环应力取 =0.645#钢的许用应力 即轴满足弯扭强度要求,但是剩余部分较大, 故将材料改为Q235-A 更加合适, 许用应力 。4.3 蜗杆轴的精校核1) 蜗杆轴的弯曲刚度校核蜗杆轴简化的力学模型中其跨距为 1269.85Ll m把阶梯轴看成是当量直径为dv 光轴,然后再按材料力学中的公式计算。当量直径:38蜗杆挠度:查表15-5 , 选用一般用途的轴, 得到其允许的挠度y=(0.0003-0.0005)L=(0.08090.1214)mm,显然,yy,故满足刚度要求,合适。2)蜗杆轴的扭转刚度校核轴的扭转变形用每米长的扭转角来表示,阶梯轴扭转角单位为()/m,计算公式为, , 分别表示阶梯轴第i 段上所受扭矩、长度和极惯性矩。其中由于只有左半部分受扭矩,故:L= 130.05mm,G=8.1104Mpa 查表可得一般传动轴允许的挠度 =0.51()/m计算所得 =0.055()/m显然, ,故上述结果可39总结40致谢41参考文献42外文文献原文:43外文文献翻译:44最后说明由于每个部分有不同的人负责,时间比较急,难免会有一些错误。我们都会给你认真的更改,合作愉快!等你们向老师把具体的要求问清了,根据要求把你们的摘要,Abstract,总结,等发给你们。如果需要外文翻译,最后你们打印说明书时也会发一份给你们,对于部分论文字数不够的不要紧在你们最后修改时会给你们添加好的,请放心!
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