1462-平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)—機(jī)械部分,平面,二次,包絡(luò),蝸桿,傳動(dòng),數(shù)控,轉(zhuǎn)臺(tái),設(shè)計(jì),機(jī)械,部分,部份 1目 錄摘要 ...........................................................2第一章 引言 ....................................................31.1 設(shè)計(jì)的目的、意義及技術(shù)要求 .........................................31.2 當(dāng)二包發(fā)展概況 .....................................................41.3 前平面二包理論與應(yīng)用研究不足與研究展望 .............................81.4 齒輪減速器的發(fā)展趨勢(shì) ...............................................9第二章 平面二包的傳動(dòng)原理和總傳動(dòng)比分析設(shè)計(jì) ...................122.1 傳動(dòng)原理 ..........................................................122.2 主要特點(diǎn) ..........................................................122.3 傳動(dòng)方案對(duì)比和選取 ................................................142.4 電動(dòng)機(jī)的選擇 ......................................................14第三章 平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì) .........................183.1 主要參數(shù)的選擇原則 ................................................183.2 幾何尺寸計(jì)算 ......................................................20第四章 直齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 .........................................244.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) ................................244.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) ................................................244.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) ................................................264.4 幾何尺寸計(jì)算 ......................................................27第五章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ...........................................285.1 Ⅰ軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ....................................................285.2 Ⅱ軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ....................................................295.3 Ⅲ軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ....................................................305.4 鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算 ......................................................31結(jié)論與展望 ....................................................33參考文獻(xiàn) ......................................................34致謝 ..........................................................35附錄 1 譯文 ....................................................36附錄 2 英文原文 ................................................522平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)摘要：為了拓寬數(shù)控機(jī)床的適用范圍，實(shí)現(xiàn)提高剛性，提高旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的承載能力的弱點(diǎn)，本設(shè)計(jì)針對(duì)國(guó)內(nèi)的傳動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的弱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了可以承受較低切削扭矩的零件加工具體，通過(guò)整體方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，傳動(dòng)裝置采用兩級(jí)傳動(dòng)，其一級(jí)傳動(dòng)由一對(duì)傳動(dòng)比為1：63 的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪副實(shí)現(xiàn)，二級(jí)傳動(dòng)由一對(duì)傳動(dòng)比為1：2.857的直齒輪實(shí)現(xiàn)，總傳動(dòng)比為1：180，這樣的結(jié)構(gòu)尺寸小，承載大，實(shí)用性強(qiáng)。關(guān)鍵詞：數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)；平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪副；加工范圍The design of plane double enveloping worm gear on the NC rotary tableAbstract: In order to broaden the scope of CNC machine tools to achieve increased rigidity and improve the carrying capacity of rotating process weaknesses, the design of drive turntable for domestic weakness can be achieved under low cutting torque machining of specific programs through the whole and structural design, gear drive with two levels, its a drive transmission ratio by a pair of one sixty-three plane double enveloping Worm achieved by a pair of secondary transmission ratio of 1:2.857 direct drive Gears, the total transmission ratio is 1:180, the structure of such small size, carrying a large, practical.Keywords: NC rotary table; plane double enveloping worm gear; processing range3第一章 引言1.1 設(shè)計(jì)的目的、意義及技術(shù)要求我湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院近期購(gòu)買的一臺(tái)國(guó)產(chǎn) 4 軸 4 聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床，配置的作為機(jī)床第 4 軸的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)就是 TK13 系列中的 TK13250 型號(hào)。在使用中，以充分暴露其剛性不足，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中承載能力差的弱點(diǎn)，這幾乎是國(guó)產(chǎn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的通病。生產(chǎn)廠家在其說(shuō)明書已明確規(guī)定，轉(zhuǎn)臺(tái)出于非剎緊狀態(tài)時(shí)， “只能承受較低切削扭矩的零件加工”。因此，數(shù)控機(jī)床雖有多軸聯(lián)動(dòng)的功能，卻很難在轉(zhuǎn)臺(tái)參與聯(lián)動(dòng)的過(guò)程中進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的切削加工，極大地限制了數(shù)控機(jī)床的使用范圍。上述弊端的存在，主要是因?yàn)閭鲃?dòng)鏈最后一環(huán)的蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)品質(zhì)低劣，與國(guó)際上高品質(zhì)的蝸桿蝸輪副相去甚遠(yuǎn)，精度、強(qiáng)度、壽命均不在一個(gè)檔次。本設(shè)計(jì)目的為了研制高性能的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，尤其以高扭矩為目標(biāo)。突破傳統(tǒng)的蝸桿蝸輪傳動(dòng)模式，以平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)與普通斜齒輪搭配來(lái)減速，立志于提供高強(qiáng)度、高精度、高壽命的目的。平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)（簡(jiǎn)稱平面二包）是我 1970 年代首創(chuàng)的一種新型機(jī)械傳動(dòng)形式。它是在美國(guó)“Cone”蝸桿（俗稱球面蝸桿）和日本東京工業(yè)大學(xué)“斜平面蝸輪”的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。該傳動(dòng)比國(guó)際王牌產(chǎn)品美國(guó) ConeDrive 工藝性能更好，蝸桿齒面可以淬火并用砂輪磨削，嚙合質(zhì)量高。由于該蝸桿副齒面嚙合時(shí)呈雙線接觸，接觸點(diǎn)的法向速度大，綜合曲率半徑大，接觸應(yīng)力小，易形成油膜，具有承載能力大、效率高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)美國(guó) ConeDrive 公司測(cè)試承載能力為其相應(yīng)產(chǎn)品的2.2 倍。被譽(yù)為“當(dāng)代最優(yōu)越的蝸桿傳動(dòng)” 。為了推廣先進(jìn)蝸桿傳動(dòng)產(chǎn)品，國(guó)家已頒布“平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)” ，并宣布淘汰落后的阿基米德蝸桿減速器。平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)是具有國(guó)內(nèi)外先進(jìn)制造水平的高新技術(shù)產(chǎn)品，由于具有嚙合過(guò)程形成動(dòng)壓油膜的獨(dú)特性能使其具有壽命長(zhǎng)、效率高、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于現(xiàn)代機(jī)械重載、高速的需要，深受用戶歡迎。因此，在整個(gè)冶金工業(yè)、造船工業(yè)、石油、化工機(jī)械、通用機(jī)械、輕工機(jī)械、兵器工業(yè)、建筑機(jī)械等都有很高的聲譽(yù)。但由于其成形過(guò)程為二次包絡(luò)，使其嚙合性能分析困難，加工工藝復(fù)雜，成本高，從而阻礙了大面積推廣應(yīng)用。為了改進(jìn)這種蝸輪副的設(shè)計(jì)、制造方法，以便生產(chǎn)出高性能、高精度的平面二次包絡(luò)蝸輪副產(chǎn)品，促進(jìn)其標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、大批量數(shù)控化生產(chǎn)，我國(guó)學(xué)者與工程技術(shù)人員近年來(lái)對(duì)其進(jìn)行了廣泛的研究。本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)上述要求的較為合理的方案，并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。最后對(duì)整個(gè)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，用 UG 完成每個(gè)零件的三維造型和整個(gè)系統(tǒng)的總裝圖，并用 AutoCAD 繪制整個(gè)試驗(yàn)機(jī)的二維圖。41.2 平面二包發(fā)展概況平面蝸輪傳動(dòng)產(chǎn)生于 1922 年美國(guó)，主要用于精密分度，如天文望遠(yuǎn)鏡、齒輪測(cè)量?jī)x、圓刻線機(jī)等。由于制造工藝簡(jiǎn)單，容易獲得高精度，其齒距誤差可達(dá)到 0.25″以內(nèi)，只適用于大傳動(dòng)比的場(chǎng)合。1951 年日本佐藤發(fā)明了斜齒平面蝸輪傳動(dòng)，由大傳動(dòng)比擴(kuò)展到中、小傳動(dòng)比（1～10） 。1969 年日本石川昌一獲得了平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的專利，專利介紹的內(nèi)容是指這種蝸桿的標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)。其蝸輪可以用展成法加工，生產(chǎn)效率提高了，承載能力、傳動(dòng)效率也有明顯地增長(zhǎng)。我國(guó)從 20 世紀(jì) 60 年代初開始，由第一機(jī)械工業(yè)部機(jī)械科學(xué)研究院(現(xiàn)鄭州機(jī)械研究所 )開展了平面蝸輪的研究工作。1964 年與石景山鋼鐵公司機(jī)械廠（即首鋼機(jī)械廠）合作研制成中心距為540mm 的平面蝸輪副，用于 30t 轉(zhuǎn)爐的傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中;成功制造蝸輪直徑 2160mm 的精密分度蝸輪副，用天文遠(yuǎn)鏡上，其一齒運(yùn)動(dòng)誤差小于 1″。 1971 年首鋼公司機(jī)械廠在制造斜齒平面蝸輪副的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造了我國(guó)第一套平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿副，并用于生產(chǎn)。北京市和原冶金工業(yè)部于 1977 年命名這種蝸桿副為“首鋼 (SG)-71 型蝸桿副” 。目前我國(guó)已成功研制成中心距 1200mm 和 760mm 的平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)壓下裝置，而且利用計(jì)算機(jī)對(duì)蝸桿副齒形參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇，用機(jī)械 CAD 對(duì)蝸桿副、減速機(jī)及蝸輪滾刀進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，用環(huán)面蝸桿專用機(jī)床及獨(dú)特的工藝路線，對(duì)蝸桿及蝸輪滾刀進(jìn)行與其成形原理完全一致的加工，不需任何修形。國(guó)內(nèi)主要的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的產(chǎn)品河北吳橋鑫紀(jì)源減速機(jī)有限公司生產(chǎn)的 PWU 平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速機(jī)：圖 1-1 PWU 平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速機(jī)PWU 型平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速器（GB/T16449—1996）其蝸齒面是以一個(gè)平面為母面，通過(guò)相對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)，包絡(luò)出環(huán)面蝸桿的齒面，再以蝸桿的齒面為母線，通過(guò)5相對(duì)運(yùn)動(dòng)包絡(luò)出蝸輪的齒面，稱為平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副。包括 PWU、PWO、PWS 型三種型式，適用于冶金、礦山、起重、運(yùn)輸、石油、化工、建筑等行業(yè)機(jī)械設(shè)備的減速傳動(dòng)。工作條件：兩軸交角為 90°；蝸桿轉(zhuǎn)速不超過(guò) 1500r/min；工作環(huán)境溫度為0～40℃，當(dāng)環(huán)境溫度低于 0℃或高于 40℃時(shí)，啟動(dòng)前潤(rùn)滑油要相應(yīng)加熱或冷卻；蝸桿軸可正、反向運(yùn)轉(zhuǎn)。PWU 系列傳動(dòng)比標(biāo)記方法1.型號(hào)1) PWU 型—蝸桿在蝸輪之下平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速器；2) PWO 型—蝸桿在蝸輪之上平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速器；3) PWS 型—蝸桿在蝸輪之側(cè)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速器。2.標(biāo)記圖 1-2 標(biāo)記方法表 1-1 減速器尺寸a H1 B B1 C C1 D H L L1 L2 L3 L4 d-1 b-1 t1 l1 d2 b2t2 l2 h400 355 900 800 400 355 351250 600 600 450 630 375 110 28 116 165 180 45190 240 55450 400 1000 900 450 400 391400 670 670 500 710 425 125 32 132 165 200 45210 280 60500 450 1120 1000 500 450 421600 750 750 560 800 475 130 32 137 200 220 50231 280 65560 500 1250 1120 560 500 451800 850 850 630 900 530 150 36 158 200 250 56262 330 72630 560 1400 1250 630 560 482000 950 950 710 1000 600 170 40 179 240 280 63292 380 806710 630 1600 1400 710 630 522240 1060 1060 800 1250 670 190 45 200 280 320 70334 380 88a H1 B B1 C C1 D H L L1 L2 L3 L4 d-1 b-1 t1 l1 d2 b2t2 l2 h400 355 900 800 400 355 351250 600 600 450 630 375 110 28 116 165 180 45190 240 55450 400 1000 900 450 400 391400 670 670 500 710 425 125 32 132 165 200 45210 280 60500 450 1120 1000 500 450 421600 750 750 560 800 475 130 32 137 200 220 50231 280 65560 500 1250 1120 560 500 451800 850 850 630 900 530 150 36 158 200 250 56262 330 72630 560 1400 1250 630 560 482000 950 950 710 1000 600 170 40 179 240 280 63292 380 80710 630 1600 1400 710 630 522240 1060 1060 800 1250 670 190 45 200 280 320 70334 380 88圖 1-3 減速器結(jié)構(gòu)PWU 系列選型參數(shù)1.中心距PW 型蝸桿減速器中心距 a 見(jiàn)表 1-2。表 1-2 中心距 a/mm第一系列 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630第二系列 140 180 225 280 355 450 560 710注：優(yōu)先選用第一系列。2.公稱傳動(dòng)比PW 型蝸桿減速器公稱傳動(dòng)比 iN 見(jiàn)表 1-3。表 1-3 公稱傳動(dòng)比 i第一系列 10 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63第二系列 14 18 22.4 28 35.5 45 567平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)在我國(guó)受到各方面的重視，其研究基本上以三條相對(duì)獨(dú)立的主線展開。1) 基于方程的嚙合理論研究我國(guó)關(guān)于平面二包的嚙合理論研究以空間微分幾何為工具，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)法、相似微分法等方法對(duì)其進(jìn)行了廣泛研究，主要包括:接觸線與根切分析 ;接觸線與相對(duì)速度夾角分析;二次接觸原理的數(shù)學(xué)論證;蝸桿齒頂變尖及根切規(guī)律研究 ;變位傳動(dòng)研究，變位因素包括中心距、傳動(dòng)比、蝸桿軸向位移、平面傾角變化等;潤(rùn)滑理論研究;其它相關(guān)研究。平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的初期嚙合理論研究的主要成員有:北京鋼鐵學(xué)院沈蘊(yùn)方領(lǐng)導(dǎo)的蝸桿傳動(dòng)科研組，南開大學(xué)數(shù)學(xué)家吳大任教授的齒輪嚙合理論研究組以及重慶大學(xué)等。他們的研究為生產(chǎn)實(shí)踐以及以后的理論研究奠定了基礎(chǔ)。2) 以平面二包蝸輪副的制造為主要內(nèi)容的生產(chǎn)實(shí)踐研究我國(guó)學(xué)者和工程技術(shù)人員對(duì)平面二包蝸輪副的制造工藝和制造設(shè)備進(jìn)行了廣泛的理論與實(shí)踐研究，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。1977 年，首都鋼鐵公司研制了平面二包蝸輪副的專用磨頭。針對(duì)大型平面二包蝸桿磨削余量的嚴(yán)重不均的問(wèn)題，第二重型機(jī)器廠的李成金(1997)，西南交通大學(xué)的周汝忠(1997)相繼進(jìn)行了研究。對(duì)于蝸輪滾刀設(shè)計(jì)問(wèn)題，天津機(jī)械研究所的張亞雄、齊麟、代學(xué)坤(1995) 等進(jìn)行了研究。四川冶金設(shè)計(jì)院的杜厚金創(chuàng)造性地提出了單線布齒多頭滾刀的滾刀加工方法，推動(dòng)了制造工藝的進(jìn)步。1997 年，秦大同等運(yùn)用坐標(biāo)測(cè)量的方法提高了蝸桿制造精度，他還針對(duì)蝸桿在熱處理過(guò)程中的變形提出了偏差誤差補(bǔ)償辦法。1997 年賀惠農(nóng)等運(yùn)用等效模擬的方法對(duì)平面二包的潤(rùn)滑機(jī)理進(jìn)行了研究，得出了有益的結(jié)論。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐人們發(fā)現(xiàn):利用對(duì)偶范成法加工出的蝸輪副的性能通過(guò)修形可以得到大大改善，許馮平等對(duì)此進(jìn)行了分析。平面二包傳動(dòng)對(duì)于制造與安裝誤差較為敏感，因而在實(shí)際中常常出現(xiàn)各種故障，文獻(xiàn)對(duì)此進(jìn)行了較為系統(tǒng)深入的分析。為促進(jìn)平面二包的進(jìn)一步推廣，我國(guó)在 1996 年6 月 17 日頒發(fā)了“平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) ”，(1996 年 12 月 1 日起實(shí)施，包括 GBPT16442～6-1996 共 52 項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn))，標(biāo)志著我國(guó)平面二包制造水平將步入成熟期。其它如平面二包的機(jī)床設(shè)備改裝、工裝設(shè)計(jì)文獻(xiàn)都有較詳細(xì)的介紹。3) 以計(jì)算機(jī)應(yīng)用為特點(diǎn)的 CADPCAM 等研究近 30 年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，廣大平面二包研究者利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力與圖形功能對(duì)平面二包進(jìn)行了廣泛研究。1992 年李尚信運(yùn)用日本東京大學(xué) M.Mabi 的齒面接觸分析法對(duì)平面二包實(shí)際接觸狀況進(jìn)行了分析。蔣伯英等提出了平面二包蝸桿齒厚的計(jì)算方法，用于蝸桿誤差檢測(cè)。大慶石油學(xué)院魏學(xué)海、姚立綱等對(duì)蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行了研究，并研制了平面二包的 CADPCAM 系統(tǒng)，包括嚙合特性分析、優(yōu)化和基本參數(shù)計(jì)算模塊以及強(qiáng)度設(shè)計(jì)、加工平面二包的繪圖模塊，可參數(shù)化生成平面二包的各種二維機(jī)械零件圖和裝配圖。1992 年上海水工機(jī)械廠在 PC 機(jī)上8開發(fā)了平面二包 CAD 軟件包，包括畫一次包絡(luò)過(guò)程母平面上的接觸線及一界曲線模塊、畫蝸桿齒面的非工作區(qū)判別線及根切判別線模塊、蝸桿軸間齒厚計(jì)算模塊、計(jì)算平面二包綜合曲率模塊、幾何尺寸計(jì)算模塊等。為平面二包的設(shè)計(jì)帶來(lái)了方便。湘潭鋼鐵公司機(jī)修廠對(duì)平面二包傳動(dòng)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，取得了較好的效果。值得重視的是 1998 年武漢汽車工業(yè)大學(xué)胡建軍，張仲甫等人對(duì)平面二包進(jìn)行了三維造型的應(yīng)用研究[31],結(jié)果表明，三維造型對(duì)于平面二包的嚙合過(guò)程分析，齒面接觸分析，參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)等諸多傳統(tǒng)問(wèn)題都能取得突破性的進(jìn)展。以上計(jì)算機(jī)在平面二包研制中的應(yīng)用對(duì)其生產(chǎn)起到了一定的推動(dòng)作用。1.3 當(dāng)前平面二包理論與應(yīng)用研究不足與研究展望由上可以看到，目前平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的研究仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)的需要。平面二包的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)還停留在憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的水平，它的加工方法基本上仍舊采用傳統(tǒng)的對(duì)偶范成法，CAD 的應(yīng)用還局限于進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)計(jì)算、作零件圖等。平面二包的強(qiáng)度分析，有限元分析，跑合過(guò)程研究等還很不完善。由于缺乏強(qiáng)大的三維建模環(huán)境工具。未能對(duì)平面二包的嚙合過(guò)程、嚙合特性與表面性能進(jìn)一步深入分析。目前隨著三維實(shí)體造型技術(shù)與 CAM 技術(shù)的發(fā)展，平面二次包絡(luò)的進(jìn)一步研究至少可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。1) 基于商品化三維實(shí)體造型系統(tǒng)的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪副三維造型研究?；赨G 或 ProEngineer 的三維實(shí)體造型軟件的二次開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行平面二包的造型便于充分利用其強(qiáng)大的分析工具，如有限元分析等功能。進(jìn)而在此基礎(chǔ)上開發(fā)平面二包三維 CADPCAM 系統(tǒng)。2) 在三維模型基礎(chǔ)上進(jìn)行平面二包嚙合過(guò)程分析與仿真，進(jìn)行接觸面的型面分析3) 蝸桿粗切的余量均化的問(wèn)題通過(guò)建立車床加工方法的數(shù)字模型和蝸桿的三維實(shí)體模型可直接生成控制數(shù)控車床的走刀軌跡指令。先進(jìn)行仿真切削，然后生產(chǎn)加工，因?yàn)槔脭?shù)控車床可以動(dòng)態(tài)控制走刀，從而可以加工出最均勻的余量，減少隨后的磨削加工量。4) 修形問(wèn)題。根據(jù)文獻(xiàn)在生產(chǎn)中，無(wú)論是用滾刀還是用飛刀加工蝸輪，不修正刃形或不修正加工參數(shù)獲得的傳動(dòng)都是不理想的，利用數(shù)字實(shí)體模型可以方便地進(jìn)行各種修形與變位試驗(yàn)，從而便于尋求修形的最佳方法。5) 跑合規(guī)律研究。跑合過(guò)程對(duì)于最終蝸輪副的性能有重要影響。因此應(yīng)重視跑合規(guī)律的研究。利用三維造型技術(shù)，可以對(duì)各種跑合后的蝸輪副進(jìn)行實(shí)測(cè)，建立其數(shù)學(xué)實(shí)體模型，然后與理論(或最初)的實(shí)體模型進(jìn)行比較即可找出蝸輪副跑合過(guò)程中的磨損規(guī)律。6) 平面二包接觸分析與油腔設(shè)計(jì)。平面二包環(huán)面蝸桿傳動(dòng)過(guò)程中油腔的形狀、位9置、大小變化規(guī)律對(duì)嚙合性能有極大地影響。通過(guò)蝸輪副的三維實(shí)體模型嚙合的動(dòng)態(tài)仿真，可以十分直觀地從計(jì)算機(jī)屏幕上觀察油腔形狀及接觸線的變化規(guī)律，從而可以優(yōu)選參數(shù)，得出最合適的油膜。7) 有限元分析。平面二包的強(qiáng)度研究目前是個(gè)研究難點(diǎn)。通過(guò)建立平面二包蝸輪副的三維實(shí)體模型可以生成專業(yè)有限元分析程序的接口數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行有限元的分析。8) 蝸輪數(shù)控加工刀位軌跡生成。由于利用實(shí)體造型中的集合運(yùn)算很容易實(shí)現(xiàn)碰撞分析等各種空間幾何分析，因而可以根據(jù)加工模型求解最佳數(shù)控刀位軌跡。9) 平面二包蝸輪副的故障診斷。由于制造安裝誤差與運(yùn)行過(guò)程中的磨損等原因，蝸輪副常常出現(xiàn)各種故障。通過(guò)蝸輪副的實(shí)體模型可以方便地通過(guò)變化安裝參數(shù)、尺寸參數(shù)來(lái)觀察嚙合中的現(xiàn)象，從而為判斷、分析運(yùn)行故障提供依據(jù)。由上分析可知，建立在實(shí)體造型技術(shù)之上的虛擬技術(shù)對(duì)研制新型蝸桿傳動(dòng)、改進(jìn)現(xiàn)有蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)、制造過(guò)程均有巨大的意義。1.4 齒輪減速器的發(fā)展趨勢(shì)齒輪減速器是一種廣泛應(yīng)用于國(guó)防、宇航、交通、建筑、冶金、建材、礦山等領(lǐng)域的重要裝備，20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，世界齒輪減速器技術(shù)有了很大的發(fā)展，產(chǎn)品發(fā)展的總趨勢(shì)是小型化、高速化、低噪聲和高可靠性，技術(shù)發(fā)展中最引人注目的是硬齒面技術(shù)、功率分支技術(shù)和模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)。硬齒面技術(shù)硬齒面技術(shù)就是采用優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件，滲碳淬火磨齒的硬齒面齒輪，磨齒精度不低于 ISO1328-1975 的 6 級(jí)，綜合承載能力為中硬齒面調(diào)質(zhì)齒輪的 3～4 倍，為軟齒面齒輪的 4～5 倍。一個(gè)中等規(guī)格的硬齒面減速器的重量?jī)H為中硬齒面減速器的 1/3 左右，且噪聲底、效率高、可靠性高。在高速船用透平齒輪，大型軋機(jī)齒輪，輕工、化工、礦山和建材機(jī)械用齒輪等應(yīng)用廣泛。主要特點(diǎn):傳動(dòng)的速度和功率范圍很大，傳動(dòng)效率高，一對(duì)齒輪可達(dá) 98～99.5%;精度愈高潤(rùn)滑愈好，效率愈高;對(duì)中心距的敏感性小，即互換性好;裝配和維修方便;可以進(jìn)行變位切削及各種修形、修緣，從而提高傳動(dòng)質(zhì)量;易于進(jìn)行精密加工，可以取得高精度，是各種齒輪中應(yīng)用最為廣泛的一種齒輪。1) 傳動(dòng)比。單級(jí):7.1(軟齒面)、6.3(硬齒面);兩級(jí):50(軟齒面)、28(硬齒面);三級(jí):315(軟齒面)、180(硬齒面)。2) 傳動(dòng)功率。低速重載傳動(dòng)可達(dá) 6000kW 以上，高速傳動(dòng)可達(dá) 40000kW 以上。3) 速度。可達(dá)到 200m/s 以上。功率分支技術(shù)功率分支技術(shù)主要指行星及大功率齒輪箱的功率雙分支及多分支裝置，其核心技10術(shù)是均衡，廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、電工、起重、運(yùn)輸、石化、輕工機(jī)械等設(shè)備上，特別是在重載連續(xù)傳動(dòng)領(lǐng)域。在功率分支技術(shù)利用上，新一代的星輪減速器是一種全新的內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)了減速器內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的單元化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，產(chǎn)品的可靠性和承載能力得到了很大提高，可在更大范圍內(nèi)滿足用戶的不同需求。主要特點(diǎn):1) 傳動(dòng)效率高。采用嚙合效率高的內(nèi)嚙和齒輪副的力分流結(jié)構(gòu)，通過(guò)高載能力滾動(dòng)星輪連續(xù)純滾動(dòng)地傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，因而具有效率高的優(yōu)點(diǎn)，HJ 單機(jī)效率可達(dá) 95%以上，HN 型效率可達(dá) 93%，HH 兩級(jí)串聯(lián)效率可達(dá) 90%。2) 承載能力高，結(jié)構(gòu)緊湊。由于星輪減速器同時(shí)兼?zhèn)洹按笏俦?、大轉(zhuǎn)矩、小體積”三者合一的優(yōu)點(diǎn)，其單位重量傳遞轉(zhuǎn)矩高達(dá) 76N·m/kg 以上，用于低速重載傳動(dòng)領(lǐng)域可節(jié)材 30～50%，比其他類型減速器重量平均減輕約 40%。3) 傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。減速器核心單元有多達(dá) 14～28 對(duì)齒同時(shí)嚙合，因此，產(chǎn)品不僅具有耐沖擊的優(yōu)點(diǎn)性能，而且具有工作可靠、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音低、壽命長(zhǎng)、齒輪可長(zhǎng)期免維修實(shí)用等特點(diǎn)。4) 速比范圍大，傳動(dòng)比密寬。傳動(dòng)比范圍寬而密集，一級(jí)減速時(shí)傳動(dòng)比為18～80，串聯(lián)擴(kuò)大級(jí)傳動(dòng)比 75～600，兩級(jí)串聯(lián)傳動(dòng)比為 450～5000，根據(jù)需要可以在 4～25000 之間選用需要的傳動(dòng)比。5) 核心單元模塊化，維護(hù)方便。模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)已成為齒輪減速器發(fā)展的一個(gè)主要方向，它旨在追求高性能的同時(shí)，盡可能減少零件及毛坯的品種規(guī)格和數(shù)量，以便于組織生產(chǎn)，形成批量，降低成本，獲得規(guī)模效益。同時(shí)，采用基本零件，增加產(chǎn)品的型式和花樣，盡可能多地開發(fā)實(shí)用的變型設(shè)計(jì)或派生系列產(chǎn)品，能由一個(gè)通用系列派生多個(gè)專用系列，擺脫了傳統(tǒng)的單一有底座實(shí)心軸輸出的安裝方式。增添了空心軸輸出的無(wú)底座懸掛式、浮動(dòng)支承底座、電動(dòng)機(jī)與減速器一體式連接、多方位安裝面等不同型式，擴(kuò)大了使用范圍。主要特點(diǎn):模塊化組合齒輪減速機(jī)的顯著特點(diǎn)之一，是實(shí)施零部件集約化生產(chǎn)與組裝。按照其輸入模塊、輸出模塊和支承模塊三大體系設(shè)置的零部件，本著標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、專業(yè)化、系列化規(guī)則設(shè)計(jì)，具有極強(qiáng)的通用性與互換性，這不僅大大減少了木模制作與部件制造程序，而且產(chǎn)品性能穩(wěn)定、合格率高、組裝方便、生產(chǎn)周期短、產(chǎn)品庫(kù)存率低、綜合經(jīng)濟(jì)效益高。1) 高度模塊化設(shè)計(jì):可以方便地配用各種型式的電動(dòng)機(jī)或采用其他動(dòng)力輸入。同種機(jī)型可配用多種功率的電動(dòng)機(jī)。容易實(shí)現(xiàn)各機(jī)型間組合聯(lián)接。2) 傳動(dòng)比:劃分細(xì)，范圍廣。組合機(jī)型可以形成很大的傳動(dòng)比，即輸出極低的轉(zhuǎn)速。113) 安裝形式:安裝位置不受限制。4) 強(qiáng)度高、體積小:箱體采用高強(qiáng)度鑄鐵。齒輪及齒輪軸采用氣體滲碳淬火精磨工藝，因而單位體積承載能力高。5) 使用壽命長(zhǎng):在正確選型(包括選用適當(dāng)?shù)氖褂孟禂?shù))和正常使用維護(hù)的條件下，減速機(jī)(除易損件外)的主要零部件壽命一般不低于 20000h。易損件包括潤(rùn)滑油、油封以及軸承。6) 噪聲低:減速機(jī)主要零部件都經(jīng)過(guò)精密加工，并通過(guò)組裝和測(cè)試，因而減速機(jī)噪聲較低。7) 效率高:單機(jī)型效率不低于 95%。8) 可承受較大的徑向載荷。9) 可承受不大于徑向力 15%的軸向載荷。目前，國(guó)外著名減速機(jī)公司 SEW、FL ENDER、日本住友等紛紛在中國(guó)建立了自己的獨(dú)資或合資工廠，他們依靠先進(jìn)的設(shè)備、技術(shù)、資金和生產(chǎn)規(guī)模等優(yōu)勢(shì)同國(guó)內(nèi)幾家大的減速器廠展開激烈競(jìng)爭(zhēng)，國(guó)內(nèi)廠家在大功率減速器的競(jìng)爭(zhēng)上經(jīng)常失利，而通用減速器產(chǎn)品已面臨危機(jī)。國(guó)內(nèi)減速器行業(yè)已加緊在硬齒面技術(shù)、功率分支技術(shù)和模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)的研究和開發(fā)。12第二章 平面二包的傳動(dòng)原理和總傳動(dòng)比分析設(shè)計(jì)2.1 傳動(dòng)原理平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副是以一個(gè)平面為母面，通過(guò)相對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)，包絡(luò)出環(huán)面蝸桿的齒面，再以蝸桿的齒面為母面，通過(guò)相對(duì)運(yùn)動(dòng)包絡(luò)出蝸輪的齒面(見(jiàn)圖 2-1)。與以往常用蝸桿的螺旋齒面在原理上雖然相似，但以往的螺旋齒面在原理上是以一直線或平面曲線為母線作螺旋運(yùn)動(dòng)而形成，這樣的蝸桿齒面絕大多數(shù)(除漸開線圓柱蝸桿外)難以用砂輪作符合其形成原理的精確磨削，因而影響了蝸桿及蝸輪滾刀的磨削工藝和淬火處理，影響蝸桿齒面硬度和制造精度的提高，以及齒面粗糙度的減小。圖 2-1 傳動(dòng)原理示意圖2.2 主要特點(diǎn)承載能力大與同規(guī)格的圓柱蝸桿相比，承載能力提高 3～5 倍。平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿由于其外廓母線決定了能多齒同時(shí)進(jìn)入嚙合(見(jiàn)圖 2-2 a)，這樣增大了接觸面積，減少了齒面壓力，能承受大的沖擊載荷。蝸桿蝸輪的接觸線是在沿齒高方向上，并且齒面的嚙合是在接觸線上，因此具有很小的相對(duì)曲率，使接觸應(yīng)力減少。雙線接觸的特點(diǎn)是在蝸桿和蝸輪嚙合中同時(shí)有兩條接觸線進(jìn)入工作區(qū)域(見(jiàn)圖 2-2 b)。這和增加嚙合齒數(shù)一樣，可提高承載能力。13圖 2-2 蝸桿和蝸輪嚙合示意圖精確地磨削蝸桿齒面———蝸桿的幾何尺寸和表面光潔度是直接由精密磨削完成，實(shí)現(xiàn)其高質(zhì)量的，保證耐磨防止大負(fù)荷時(shí)油膜破壞。高精度的蝸桿———蝸桿設(shè)計(jì)上保證有足夠的剛性，以致于它的彎曲和其他因素不能影響上述有利的嚙合特性。高效率1) 大的滑動(dòng)角。由于接觸線和相對(duì)滑移速度方向之間有很大的角度(滑動(dòng)角)，并且沿滑動(dòng)的方向相對(duì)曲率半徑大，導(dǎo)致齒面間良好的潤(rùn)滑條件是高效率的主要原因，效率最高可達(dá) 95%。2) 小的嚙合摩擦系數(shù)。精密磨削后的蝸桿使其嚙合磨擦系數(shù)降至最低限度。無(wú)噪聲和穩(wěn)嚙合為了防止處于嚙合時(shí)的蝸桿不產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)，對(duì)蝸桿入口和出口進(jìn)行了倒坡處理。其加工工藝過(guò)程與成形原理完全一致，能夠可靠地保證制造精度和嚙合的理論狀態(tài)。傳動(dòng)比選擇有較大范圍對(duì)設(shè)計(jì)中使環(huán)面蝸桿簡(jiǎn)單地增加頭數(shù)，可使其傳動(dòng)比有較大范圍，因此可在一個(gè)單級(jí)減速器中有較大的傳動(dòng)地選擇范圍。高質(zhì)量的材質(zhì)及熱處理方法平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速器中的蝸桿是經(jīng)高質(zhì)量的鉻鉬鋼離子氮化處理，齒面硬度高(HRC>50)，表面粗糙度等級(jí)提高(Ra選取 0a2) 選擇材料及加工精度蝸桿：40Cr，調(diào)質(zhì)硬度 ，齒面淬火硬度 ；240~8HB50~HRC蝸輪：ZCuAl10Fe3；加工精度：7 級(jí)，齒面表面粗糙度 。0.aRm??3) 校核承載能力查表，取 68%??蝸桿傳遞的功率為 2113052.93.49568TnPkWki???蝸桿軸的計(jì)算功率為 1234.4.792108c kkK??21式中 由表查的。14~K按 ， ， 查表，得 ，故通過(guò)。15.pkW?4) 基本參數(shù)的選擇蝸桿頭數(shù) ；蝸輪齒數(shù) ；12z2163zi??蝸桿計(jì)算圓直徑 ；按表，1d????0.3~.0.~.8059.4~am?取 。157dm?5) 幾何尺寸計(jì)算（按表）蝸輪計(jì)算圓直徑： ??21273d????蝸輪端面模數(shù)： 2304.8956tz頂隙： 0..4895.tcmm?齒頂高： 7.0367ah??齒根高： ??614.28fc?蝸桿喉部根圓直徑： ??24.328ffdhm???校驗(yàn)： 0.8750.8751 .fd??蝸桿齒頂圓直徑： 1367.aa?蝸桿齒頂圓弧半徑： ??1.0.1.r?蝸桿齒根圓弧半徑： 105854.825826ffd????蝸輪齒頂圓直徑： 22309.74aadhm蝸輪齒根圓直徑： ??3.6ff?蝸桿喉部螺旋導(dǎo)程角： 21rctnrcta125id? ????齒距角： 236054z?????主基圓直徑： ????2sin~30sin2~513.508~2.3bd mm?????根據(jù)表，取標(biāo)準(zhǔn)值 bd分度圓齒形角： 21arciri423bd??包圍齒數(shù)： 26310z???22蝸桿包圍半角： ????0.5.40.5714360.5126hz??? ????????蝸桿起始角： 2128sa??????蝸輪齒寬： ，圓整取2.9~.9..~48.3fbdmm250bm?蝸桿齒寬： 12sin30sin56.791h??????蝸桿螺紋兩側(cè)肩帶寬度： ，取..4802t?? 2.5??蝸桿最大齒頂圓直徑：蝸桿最大齒根圓直徑：蝸輪齒頂圓弧半徑： 210.5.59.40832.74aefRdm???蝸輪計(jì)算圓齒距： 48ttPm??j 按表選取 .3j蝸桿法相弦齒高：蝸輪法相弦齒高：蝸桿法相弦齒厚： 20.45cos0.451.9cos4236.752ntspm??????蝸輪法相弦齒厚： ????2...0.89.01ntj m???2 22110.5180.3.57917.36eaadrb m??? ??????? ?2 211. 659.08eafr??? ????? ?1220.510.51cos..09583.67.3309tnaphddmm???????????????????????2220.45180.51cos..95.31803.670.3tnapjhddm??????????????????????????23母平面傾斜角：式中 Δ 值如下：圓整取 8???????2coscos1arin30cs24158cs24511ari 63oo730dai????????????? ?? ????? ???? ????AA10,4;~36,ii????24第四章 直齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算已知輸入功率： 13.924PkW?小齒輪轉(zhuǎn)速： /minnr齒數(shù)比： 2.857i由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，每天工作 8h，15 年（300 天）啟動(dòng)頻繁，輕度沖擊，轉(zhuǎn)向變化4.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1) 按圖所示的方案，選用直尺圓柱齒輪傳動(dòng)。2) 選用 7 級(jí)精度（GB10095-2001） 。3) 材料選擇。由表選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為 240HBS，兩者材料硬度差為 40HBS。4) 選小齒輪齒數(shù) ，大齒輪齒數(shù) ，取 。127z?2.857.139z??27z?4.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即1) 確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值① 試選載荷系數(shù) 。1.3tK?② 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。③ 由表選取齒寬系數(shù) 。d?1d??④ 由表查得材料的彈性影響系數(shù) 。EZ 1289.EZMPa⑤ 由圖按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限limH?，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限lim160HMPa?? lim250H??⑥ 由式計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。⑦ 由圖取接觸疲勞壽命系數(shù) ；HNK10.9HNK?20.95HN?⑧ 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。??21312.dEt HKTuZ??????????A55 4119.09.03.924.50PTNmNn???AA??9160149830.7hNnjL????923.71.25?25取失效概率為 1%，安全系數(shù) ，由式得1S?2) 計(jì)算① 試算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中較小的值。1td??H?② 計(jì)算圓周速度 。v③ 計(jì)算齒寬 。b14.95241.952dt m????A④ 計(jì)算齒寬與齒高之比 h模數(shù) 1..327ttmz齒高 2.5.5.495thm???4913.b⑤ 計(jì)算載荷系數(shù)。根據(jù) ，7 級(jí)精度，由圖查得動(dòng)載系數(shù) ；3.281/vms? vK1.2vK?直齒輪， ；HFK??由表查得使用系數(shù) ；A1.25A?由表用插值法查得 7 級(jí)精度、小H?齒輪相對(duì)支撐對(duì)稱布置時(shí)， 。.043H?由 ， 查圖得12bh?.5H? FK?。.39FK?故載荷系數(shù)： 1.251.50432.6AvHK?????⑥ 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式得⑦ 計(jì)算模數(shù)??lim10.96546HNKMPa???2li252.S??2 241331 .25103.8579.2. 41.952dEt HKTuZd m?????????? ??? ??????AA1./3.8/6060tnss?331 .64.99.11ttdm12.8247mz??264.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值① 由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限FE?；大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限 ；150FEMPa??2380FEMPa?② 由圖取彎曲疲勞壽命系數(shù) ，NK10.86FNK?；2.8NK③ 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù) ，由式得1.4S?④ 計(jì)算載 荷系數(shù)。1.251.3946AvFK??????⑤ 查取齒形系數(shù)。由表查得 ， 。FY?SY12.57F?2.FY?⑥ 查取應(yīng)力校正系數(shù)由表查得 ， 。S?1.6S?21.64S⑦ 計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較。??FS??大齒輪的數(shù)值大。2) 設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算??132FaSdKTYmz??????????0.865307.1429FNEPaPa???22 85.4MS12.5760.134739SFY????2..8S???4321.946.510.62.397m????27的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的成績(jī)）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算的模數(shù) 2.2399 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 ，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直2.5m?徑 ，算出小齒輪齒數(shù)149.263d?，取 。2.8570.14z???257z?這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。4.4 幾何尺寸計(jì)算1) 計(jì)算分度圓直徑 120.50dzmm???27142.2) 計(jì)算中心距3) 計(jì)算齒輪寬度 150dbm????取 ， 。250Bm?15219.630d12.96.5a?28第五章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1 Ⅰ軸的設(shè)計(jì)計(jì)算Ⅰ軸上的功率 ；13.92PKw?Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速 ；4/minnrⅠ軸的轉(zhuǎn)矩 11 3.925050519.7214TNmN??AA初步確定軸的最小直徑按式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 40Cr，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表，取 ，于是得??T?0A01?輸入軸最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，需要同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 ，查表，考慮到轉(zhuǎn)矩變化中等，3caATK?AK故取 ，則：1.7AK?31.7259.43.85ca Nm??按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩 應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查標(biāo)準(zhǔn) GB/T 4323-2002，選用LT4 型彈性套柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為 63N?m。半聯(lián)軸器的孔徑 ，半聯(lián)軸20dm?器長(zhǎng)度 ，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度 。52Lm? 1L軸承的選擇（要求壽命 5000h）此軸上齒輪分度圓直徑 150dm?軸圓周力 129.712.789tTFN?軸徑向力 tantan00.83.5coscosr N?????軸軸向力 t12.79taF?按國(guó)標(biāo)（GB/T 276-1994）試選深溝球軸承 6005 軸承， ，基本額定靜085C?載荷 。驗(yàn)算如下：10CN?1) 球相對(duì)軸向載荷對(duì)應(yīng)的 e 值與 Y 值。因 ，則 ，aF1X?02) 求當(dāng)量動(dòng)載荷 P。 ????1.437.5052.18prafFN??????133min0.9213.874Pdm??293) 驗(yàn)算 6005 軸承的壽命，根據(jù)式故所選軸承滿足壽命要求。軸上其他部件的尺寸選擇通過(guò)畫圖確定。5.2 Ⅱ軸的設(shè)計(jì)計(jì)算Ⅱ軸上的功率 ；23.916PKw?Ⅱ軸的轉(zhuǎn)速 ；5/minnrⅡ軸的轉(zhuǎn)矩 22 3.9126050745.38TNmNm??AA初步確定軸的最小直徑按式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表，取 ，于是得??T?0A012?軸承的選擇（要求壽命 5000h）此軸上蝸桿分度有圓直徑 257dm?軸圓周力 214.380.1697tTFN??軸徑向力 tantan2507.690.4352coscos3r N?????軸軸向力 t2.1t04.618aF??按國(guó)標(biāo)（GB/T 276-1994）試選深溝球軸承 6005 軸承， ，基本額定靜0C載荷 。驗(yàn)算如下：10CN1) 球相對(duì)軸向載荷對(duì)應(yīng)的 e 值與 Y 值。相對(duì)軸向載荷為 ，在表中介于 之間，對(duì)應(yīng)的 e03.61820.5aF?0.4~.7值為 ，Y 值為0.24~.7.~2) 用線性插值法求 Y 值。366101001529704952.8hCLhhnP?????????????????233min0.9162.906Pm??????1.860.7.5621.894?????303) 求當(dāng)量動(dòng)載荷 P。??? ?1.405692.431.68930.1253.8176praPfXFY N???????4) 驗(yàn)算 6005 軸承的壽命，根據(jù)式故所選軸承滿足壽命要求。軸上其他部件的尺寸選擇通過(guò)畫圖確定。5.3 Ⅲ軸的設(shè)計(jì)計(jì)算Ⅲ軸上的功率 ；32.607PKw?Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速 ；8/minrⅢ軸的轉(zhuǎn)矩 22 2.607395952965.38TNmNm??AA初步確定軸的最小直徑按式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表，取 ，于是得??T?0A012?軸承的選擇（要求壽命 5000h）此軸上蝸輪分度有圓直徑 30dm?軸圓周力 32965.198.753tTFN??軸徑向力 tantan20180.7369.43coscos4r N??????軸軸向力 t9.5t1.2aF?按國(guó)標(biāo)（GB/T 276-1994）試選圓錐滾子軸承 30216， ，基本額定靜0C載荷 。驗(yàn)算如下：210CN5) 相對(duì)軸向載荷對(duì)應(yīng)的 X 值與 Y 值。.4,.XY?6) 求當(dāng)量動(dòng)載荷 P。????1.407269.431.26.3918.03praPfF N??????366101009725052.9.816hCLhhnP?????????????????33min0.67.138Pm??317) 驗(yàn)算 30216 軸承的壽命，根據(jù)式故所選軸承滿足壽命要求。軸上其他部件的尺寸選擇通過(guò)畫圖確定。5.4 鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算1) Ⅰ軸上鍵連接的選擇一般 8 級(jí)以上精度的齒輪有定心精度要求，應(yīng)選用平鍵連接。由于齒輪不在軸端，故選用圓頭普通平鍵（A 型） 。根據(jù) 從國(guó)標(biāo)(GB/T1095-2003，GB/T1096-2003)中查得鍵的截面尺寸為：20dm?寬度 ，高度 。由輪轂寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列，取鍵長(zhǎng)6b6h（比輪轂寬度小些） 。3L鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由表查得許用擠壓應(yīng)力 ，取其平均值， 。鍵的工作長(zhǎng)度??10~2PMa????10PMa??，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 。6lbm? .5.63khm??519.723.6360pTPkld??可見(jiàn)鍵連接強(qiáng)度合格。2) Ⅱ軸上鍵連接的選擇一般 8 級(jí)以上精度的齒輪有定心精度要求，應(yīng)選用平鍵連接。由于齒輪不在軸端，故選用圓頭普通平鍵（A 型） 。根據(jù) 從國(guó)標(biāo)(GB/T1095-2003，GB/T1096-2003)中查得鍵的截面尺寸為：27dm?寬度 ，高度 。由輪轂寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列，取鍵長(zhǎng)bh（比輪轂寬度小些） 。40L鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由表查得許用擠壓應(yīng)力 ，取其平均值， 。鍵的工作長(zhǎng)度??10~2PMa????10PMa??，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 。83lbm? .5.73.5khm??7145.387.2.pTPkld??可見(jiàn)鍵連接強(qiáng)度合格。3) Ⅲ軸上鍵連接的選擇一般 8 級(jí)以上精度的齒輪有定心精度要求，應(yīng)選用平鍵連接。由于齒輪不在軸端，故選用圓頭普通平鍵（A 型） 。根據(jù) 從國(guó)標(biāo)(GB/T1095-2003，GB/T1096-2003)中查得鍵的截面尺寸為：5dm?1066310102798508.39.8hCLhhnP?????????????????32寬度 ，高度 。由輪轂寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列，取鍵長(zhǎng) 。25bm?14hm? 125Lm?鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由表查得許用擠壓應(yīng)力 ，取其平均值， 。鍵的工作長(zhǎng)度??0~2PMa???10PMa??，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 。151lLb??? .50.147kh????965.3.89270p PTkld??可見(jiàn)鍵連接強(qiáng)度合格。4) 輸出上鍵連接的選擇一般 8 級(jí)以上精度的齒輪有定心精度要求，應(yīng)選用平鍵連接。由于齒輪在軸端，故選用單圓頭普通平鍵（B 型） 。根據(jù) 從國(guó)標(biāo)(GB/T1095-2003，GB/T1096-2003)中查得鍵的截面尺寸為：7dm?寬度 ，高度 。由輪轂寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列，取鍵長(zhǎng) 。2b14h 125Lm?鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由表查得許用擠壓應(yīng)力 ，取其平均值， 。鍵的工作長(zhǎng)度??0~2PMa????10PMa??，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度15.1.5lLbm?。0..47kh? ??96.397.28p PTkld??可見(jiàn)鍵連接強(qiáng)度合格。33結(jié)論與展望本設(shè)計(jì)是使用平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)臺(tái)，其中減速器高速級(jí)是使用直齒輪，其傳動(dòng)比是1:2.857，低速級(jí)是平面二包蝸桿副，其傳動(dòng)比是 1:63，這樣設(shè)計(jì)的減速器在保證了其傳動(dòng)效率的同時(shí)也保證了結(jié)構(gòu)緊湊的設(shè)計(jì)方法。而且這樣設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)臺(tái)在分度方面精度比較高。但是由上可以看到，目前平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的研究仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)的需要。平面二包的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)還停留在憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的水平，它的加工方法基本上仍舊采用傳統(tǒng)的對(duì)偶范成法，CAD 的應(yīng)用還局限于進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)計(jì)算、作零件圖等。平面二包的強(qiáng)度分析，有限元分析，跑合過(guò)程研究等還很不完善。由于缺乏強(qiáng)大的三維建模環(huán)境工具。未能對(duì)平面二包的嚙合過(guò)程、嚙合特性與表面性能進(jìn)一步深入分析。目前隨著三維實(shí)體造型技術(shù)與CAM技術(shù)的發(fā)展，平面二次包絡(luò)的進(jìn)一步研究至少可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。(1) 基于商品化三維實(shí)體造型系統(tǒng)的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪副三維造型研究。(2) 在三維模型基礎(chǔ)上進(jìn)行平面二包嚙合過(guò)程分析與仿真,進(jìn)行接觸面的型面分析(3) 蝸桿粗切的余量均化的問(wèn)題通過(guò)建立車床加工方法的數(shù)字模型和蝸桿的三維實(shí)體模型可直接生成控制數(shù)控車床的走刀軌跡指令。(4) 修形問(wèn)題。(5) 跑合規(guī)律研究(6) 平面二包接觸分析與油腔設(shè)計(jì)。(7) 有限元分析。(8) 蝸輪數(shù)控加工刀位軌跡生成。(9) 平面二包蝸輪副的故障診斷。34參考文獻(xiàn)［1］濮良貴，紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京:高等教育出版社，2002.［2］胡宗武.非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.［3］方建軍，劉仕良. 機(jī)械動(dòng)態(tài)仿真與工程分析[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004［4］王建江，胡仁喜. 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