【正文】 7 第五章 渦輪蝸桿的尺寸設(shè)計(jì) 選擇蝸桿類型 根據(jù) GB/T100851988 的推薦，采用漸開線蝸桿（ ZI）。 材料選擇 考慮到蝸桿傳動(dòng)的功率不大，速度中等，故蝸桿采用 45 剛； 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 45～ 55HRC；蝸輪選用鑄錫磷青銅（ ZCuSn10P1） ,金屬 模鑄造；為了節(jié)約貴重有色金屬，僅齒圈用青銅鑄造，而輪芯用灰鑄鐵 （ HT100） 制造。 按 齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 根據(jù)閉式蝸桿蝸輪的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（ 1112）則傳動(dòng)中心距為 ： 3 22 )][(HE ZZKTa ? ?? （ 1）確定輪上轉(zhuǎn)矩 按 1Z =:2，效率為 ，則 226 ????? NnPT （ 2）確定載荷系數(shù) K 因工作是有輕微振動(dòng)，故取載荷分布不均勻系數(shù) 1??K ，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 115 選取使用系數(shù) 1?AK ，由于轉(zhuǎn)速不是很高，沖擊不大，可選取動(dòng)載荷系數(shù) ?VK ，則 K= ?K AK VK =1179。 179。 1≈ 蝸桿軸 960 蝸輪軸 1 卷筒軸 8 （ 3）確定彈性影響系數(shù) EZ 因?yàn)檫x用的是 錫磷青銅（ ZCuSn10P1） 的蝸輪和 45 剛蝸桿相配，故EZ ? 21160MPa （ 4）確定接觸系數(shù) ?Z 先假設(shè)蝸桿分度遠(yuǎn)直徑和傳動(dòng)中心距的比值為 ad1=，從 《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 1118 中查得 ?Z = （ 5）確定許用接觸應(yīng)力 [? ]H 根據(jù)蝸輪材料為錫磷青銅（ ZCuSn10P1） ，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度＞ 45HRC，可從《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 117 查得蝸輪的基本許用應(yīng)力 ??39。H? =268MPa。 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N=60 hLjn2 =60? 1? ? （ 5 30082 ??? ） = 710? 壽命系數(shù) HNK = 108 77 ??，則 ??H? = HNK ??‘ H? =? 268= （ 6）計(jì)算中心距 a3 22 )][(HE ZZKT ? ?? = ) ( 2 ???? 取中心距 a=160mm，因?yàn)?1i =，故從表 112 中選取模數(shù) m= mm，蝸桿分度圓直徑 d1=63mm，這時(shí) d1/a=，從 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 圖 1118中可查得 ,?Z = ?Z ，因此以上計(jì)算結(jié)果可用。 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)及幾何尺寸 蝸桿 蝸桿 頭數(shù)： 21?Z 軸向齒距 ： mmmPa ?? ? ； 直徑系數(shù) ： q=； 齒頂圓直徑 ： 1ad =63+1179。 2179。 =； 9 齒根圓直徑 ：1fd=632179。（ 1179。 +） =； 分度圓導(dǎo)程角 ： ? = ??? 3639。1811 （右旋） 軸向齒厚 ： 2s =247。 2=。 蝸輪 蝸輪齒數(shù)： 2z =41； 變位系數(shù) 2x =； 驗(yàn)算傳動(dòng)比： 1i =12zz = ， 這 時(shí) 傳 動(dòng) 誤 差 為%]5%,5[% ??????? 是允許的。 渦輪螺旋 角： ???? 3639。1811? （右旋） 蝸輪分度圓直徑 ： mmmzd ???? ； 蝸輪喉圓直徑： 2ad = 2d + 22ah =+2? （ ） ? =； 蝸輪齒根圓直徑：2fd= 2d +22fh=?（ 1++） ? =； 蝸輪咽喉母圓半徑：2gr=a221ad = 蝸輪輪緣寬度： adb? 取 b=50mm。 而且取中心輪轂寬度為 100mm。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示： 10 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 FFaF YYmdd KT ][c 221 2 ??? ? ?? 當(dāng)量齒數(shù) ： vz = )3639。1811(c os 53c os 332 ????z 根據(jù) 2x =， vz =，從《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 1119 中可查得齒形系數(shù)?2FaY 螺旋系數(shù) ?Y = 919 ??????? ? 許用彎曲應(yīng)力 F][? =??/F? FNK 從表 118 中查得由 ZCuSn10P1 制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 ??/F? =56MPa 壽命系數(shù) ： 1010 9 769 6 ???? NK FN F][? =??/F? FNK =56? = 所以 ： F? = ?YYmdd KT Fan 221 = MP ????? ?? 因?yàn)?F? =? F][? =56MPa,彎曲強(qiáng)度校核滿足要求。 驗(yàn)算效率 3? ? ? )t a n(t a ~v???? ?? 已知 ? =176。， v? =vfarctan， vf 與相對滑移速度 sv 有關(guān) smndv s os100060 96063c os100060 11 ???? ????? ??? 圖 渦輪的形狀結(jié)構(gòu)簡圖 11 從 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 表 1118 中用插值法查得 vf =， v? =176。 代入上式得 ~)t a n( tan)~(1 ??? V?? ?? 。 大于原估計(jì)值，因此不用重算。 熱平衡計(jì)算 （ 1） 估算散熱面積 A A= 2 5 ma ??? （ 2） 驗(yàn)算油的工作溫度 ti 室溫 0t ：通常取 ?20 。 散熱系數(shù) sk = ~14 ：取 Ks= W/(㎡178?！?)； 嚙合效率 ?? ； 軸承效率 ~，取軸承效率 ? 2=； 攪油效率 ~，攪油效率 ? 3=； 所以： ? =? 1179。 ? 2179。 ? 3=179。 179。 = ? ? CtAk Ptsi ??????????? )( 01? ＜ 80℃ 故 油溫未超過限度 ，安全可用 精度等級公差和表面粗糙度的確定 考慮到所涉及的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)，屬于機(jī)械減速器。從 GB/100891988圓柱蝸桿，蝸桿精度中選擇 8級精度，側(cè)隙種類為 f,標(biāo)注為 8f, GB/T 100891988。蝸桿與軸做成一體，即蝸桿軸。蝸輪采用輪箍式，與鑄造貼心采用 H7/r6 配合，并加軸肩和螺釘固定（螺釘選用 6個(gè)）。 第 六 章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 蝸桿軸的設(shè)計(jì) 12 由于蝸桿的直徑很小，可以將蝸桿和渦輪軸做成一體，機(jī)渦輪軸的形式。 （ 1）選擇軸的材料及熱處理 考慮到減速器為普通中用途中小功率減速傳動(dòng)裝置，軸主要向蝸輪傳遞轉(zhuǎn)矩，其 傳遞的功率不大，對其重量和尺寸無特殊要求， 故 渦輪和蝸桿軸的材料均可 選擇常用的 45鋼，調(diào)質(zhì)處理。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》（表 151）硬度 HBS=217 ~ 255Mpa，強(qiáng)度極限 B? =640 Mpa， s? =355Mpa， 1? =275Mpa， 1? =155Mpa， ][ 1? b=60Mpa。 （ 2）求蝸桿軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 由第 3章可知 kwp ? ， min/9601 rn ? ， mmNT ?? 95 9 21 。 （ 3）求作用在蝸桿上的力 因已知蝸桿的分度圓直徑為 63mm，則 切向力 : NdTF t 1 11 ???? 軸向力 : NdTFF ta 598 922 2 221 ????? 徑向力 : NFFF trr 8 2 0tan221 ??? ? （ 4）初步確定軸的最小直徑 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》（表 153） 先初步校核估算軸的最小直徑，取 A。 =120 mmnPAd 3311m in ???? ? 軸的最小直徑為 KLd ，為了使所選的軸直徑 KLd 與聯(lián)軸器孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號。 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 1TKT Aca ?? ，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 14— 1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化 圖 61 蝸桿軸草圖 13 小，取 AK =。所以： mNTKT aca ?????? 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩 caT 應(yīng)小于聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查找標(biāo)準(zhǔn) GB/T5104—2021 手冊或《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》（周元康 , 林昌華 張海兵 主編）表 ，選用 TL5 彈性套柱銷聯(lián)軸器。其公稱轉(zhuǎn)矩為 125N? m，半聯(lián)軸器的孔徑取 30mm，半 聯(lián)軸器的長度 L 為 62mm,與軸配合長度為 L1=44mm 。故可取軸的 KL段的直徑為 30?KLd mm,軸段長度為 LKL=42mm （ 5） 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) [1]擬定裝配方案 蝸桿直接和軸加工成一體，左軸承及軸承端蓋從左面裝，右軸承及右軸承端蓋從右面裝，最小端裝聯(lián)軸器。 [2]根據(jù)軸向定位要求確定各段的直徑及部分長度 1）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位， KL 軸段左端需制出一軸肩來定位半聯(lián)軸器，根據(jù)定位軸間的高度要求 dh )~(? 。故取 JKd =34mm，且為了保證軸端擋圈只壓在聯(lián)軸器上，而不壓在軸的端面上，故可取 KLL =42mm。 2） 初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向和軸向力的作用，故 可 選用角接觸球軸承 。 由已知條件知道工作時(shí)間是 5年， 每天兩班制工作，根據(jù)規(guī)定， 每年按 300天計(jì)算，則額定工作壽命為 hL h 2 4 0 0 0283 0 0539。 ????? 考慮最不利的情況，單個(gè)軸承所受的徑向力為 NFF rr 39。1 ??? 向心軸承只承受徑向載荷時(shí)： 1rFP? 有《機(jī)械設(shè)計(jì)》式 13— 6知基本額定靜載荷為 ?1)1060( 39。6 1 htpor LnfPfC ?? 14 查《機(jī) JKd 械設(shè)計(jì)》表 13—