【正文】 1 目 錄 摘要 ......................................................... 2 第一章 引言 .................................................. 3 設(shè)計的目的、意義及技術(shù)要求 ........................................ 3 當二包發(fā)展概況 .................................................... 4 前平面二包理論與應(yīng)用研究不足與研究展望 ............................ 8 齒輪減速器的發(fā)展趨勢 .............................................. 9 第二章 平面二包的傳動原理和總傳動比分析設(shè)計 .................. 12 傳動原理 ......................................................... 12 主要特點 ......................................................... 12 傳動方 案對比和選取 ............................................... 14 電動機的選擇 ..................................................... 14 第三章 平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動的設(shè)計 ........................ 18 主要參數(shù)的選擇原則 ............................................... 18 幾何尺寸計算 ...................................... 錯誤 !未定義書簽。 第四章 直齒輪設(shè)計計算 ....................................... 18 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) ............................... 18 按齒面接觸強度設(shè)計 ............................................... 18 按齒根彎曲強度設(shè)計 ............................................... 20 幾何尺寸計算 ..................................................... 21 第五章 軸的設(shè)計計算 ......................................... 22 Ⅰ軸的設(shè)計計算 ................................................... 22 Ⅱ軸的設(shè)計計算 ................................................... 23 Ⅲ軸的設(shè) 計計算 ................................................... 24 鍵的設(shè)計計算 ..................................................... 25 結(jié)論與展望 .................................................. 27 參考文獻 .................................................... 28 致謝 ........................................................ 29 附錄 1 譯文 .................................................. 30 附錄 2 英文原文 .............................................. 48 2 平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動數(shù)控轉(zhuǎn)臺的設(shè)計 摘要： 為了拓寬數(shù)控機床的適用范圍， 實現(xiàn)提高剛性，提高旋轉(zhuǎn)過程中的承載能力的弱點，本設(shè)計針對國內(nèi)的傳動轉(zhuǎn)臺的弱點，實現(xiàn)了可以 承受較低切削扭矩的零件加工 具體，通過整體方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計，傳動裝置采用兩級傳動，其一級傳動由一對傳動比為 1： 63 的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪副實現(xiàn)，二級傳動由一對傳動比為 1： ，總傳動比為 1： 180，這樣的結(jié)構(gòu)尺寸小，承載大，實用性強。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)控轉(zhuǎn)臺；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 table Abstract: 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 sixtythree plane double enveloping Worm achieved by a pair of secondary transmission ratio of 1: 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 range 3 第一章 引言 設(shè)計的目的、意義及技術(shù)要求 我湘潭大學機械工程學院近期購買 的一臺國產(chǎn) 4軸 4聯(lián)動數(shù)控銑床，配置的作為機床第 4 軸的數(shù)控轉(zhuǎn)臺就是 TK13 系列中的 TK13250 型號。在使用中，以充分暴露其剛性不足，在旋轉(zhuǎn)過程中承載能力差的弱點，這幾乎是國產(chǎn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺的通病。生產(chǎn)廠家在其說明書已明確規(guī)定，轉(zhuǎn)臺出于非剎緊狀態(tài)時，“只能承受較低切削扭矩的零件加工”。因此，數(shù)控機床雖有多軸聯(lián)動的功能，卻很難在轉(zhuǎn)臺參與聯(lián)動的過程中進行實質(zhì)性的切削加工，極大地限制了數(shù)控機床的使用范圍。 上述弊端的存在，主要是因為傳動鏈最后一環(huán)的蝸桿蝸輪機構(gòu)品質(zhì)低劣，與國際上高品質(zhì)的蝸桿蝸輪副相去甚遠，精度、強度、壽命 均不在一個檔次。 本設(shè)計目的為了研制高性能的數(shù)控轉(zhuǎn)臺，尤其以高扭矩為目標。突破傳統(tǒng)的蝸桿蝸輪傳動模式，以平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動與普通斜齒輪搭配來減速，立志于提供高強度、高精度、高壽命的目的。 平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動（簡稱平面二包）是我 1970 年代首創(chuàng)的一種新型機械傳動形式。它是在美國“ Cone”蝸桿（俗稱球面蝸桿）和日本東京工業(yè)大學“斜平面蝸輪”的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。該傳動比國際王牌產(chǎn)品美國 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呈雙線接觸，接觸點 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、使用壽命長等優(yōu)點。經(jīng)美國 ConeDrive 公司測試承載能力為其相應(yīng)產(chǎn)品的 倍。被譽為“當代最優(yōu)越的蝸桿傳動”。為了推廣先進蝸桿傳動產(chǎn)品，國家已頒布“平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速器國家標準”，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)面蝸桿傳動是具有國內(nèi)外先進制造水平的高新技術(shù)產(chǎn)品，由于具有嚙合過程形成動壓油膜的獨特性能使其具有壽命長、效率高、承載能力強等優(yōu)點，特別適合于現(xiàn)代機械重載、高速的需要，深受用戶歡迎。因此，在整 個冶金工業(yè)、造船工業(yè)、石油、化工機械、通用機械、輕工機械、兵器工業(yè)、建筑機械等都有很高的聲譽。 但由于其成形過程為二次包絡(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。為了改進這種蝸輪副的設(shè)計、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，促進其標準化、系列化、大批量數(shù)控化生產(chǎn)，我國學者與工程技術(shù)人員近年來對其進行了廣泛的研究。 本設(shè)計要求設(shè)計出實現(xiàn)上述要求的較為合理的方案，并進行相關(guān)計算。最后對整個數(shù)控轉(zhuǎn)臺進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，用 UG 完成每個零件的三維造型和整個系統(tǒng)的總 裝圖，并用 AutoCAD 繪制整個試驗機的二維圖。 4 平面二包發(fā)展概況 平面蝸輪傳動產(chǎn)生于 1922 年美國，主要用于精密分度，如天文望遠鏡、齒輪測量儀、圓刻線機等。由于制造工藝簡單，容易獲得高精度，其齒距誤差可達到 ″以內(nèi)，只適用于大傳動比的場合。 1951 年日本佐藤發(fā)明了斜齒平面蝸輪傳動，由大傳動比擴展到中、小傳動比（ 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)面蝸桿傳動的專利，專利介紹的內(nèi)容是指這種蝸桿的標準傳動。其蝸輪可以用展成法加工，生產(chǎn)效率提高了，承載能力、傳動效率也有明顯 地增長。我國從 20 世紀 60 年代初開始，由第一機械工業(yè)部機械科學研究院 (現(xiàn)鄭州機械研究所 )開展了平面蝸輪的研究工作。 1964年與石景山鋼鐵公司機械廠（即首鋼機械廠）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)機構(gòu)中 。成功制造蝸輪直徑 2160mm 的精密分度蝸輪副，用天文遠鏡上，其一齒運動誤差小于 1″。 1971 年首鋼公司機械廠在制造斜齒平面蝸輪副的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造了我國第一套平面包絡(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)面蝸桿傳動壓下裝置，而且利用計算機對蝸桿副齒形參數(shù)進行優(yōu)化選擇，用機械 CAD 對蝸桿副、減速機及蝸輪滾刀進行輔助設(shè)計，用環(huán)面蝸桿專用機床及獨特的工藝路線，對蝸桿及蝸輪滾刀進行與其成形原理完全一致的加工，不需任何修形。 國內(nèi)主要的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動的產(chǎn)品 河北吳橋鑫紀源減速機有限公司 生產(chǎn)的 PWU平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速機 ： 圖 11 PWU 平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速機 PWU 型平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速器（ GB/T16449— 1996） 其蝸齒面是以一個平面為母面，通過相對圓周運動，包絡(luò)出環(huán)面蝸桿的齒面，再以蝸桿的齒面為母線，通過相對運動包絡(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 5 式，適用于冶金、礦山、起重、運輸、石油、化工、建筑等行業(yè)機械設(shè)備的減速傳動。工作條件：兩軸交角為 90176。 ；蝸桿轉(zhuǎn)速不超過 1500r/min；工作環(huán)境溫度為 0～ 40℃ ，當環(huán)境溫度低于 0℃ 或高于 40℃ 時，啟動前潤滑油要相應(yīng)加熱或冷卻；蝸桿軸可正、反向運轉(zhuǎn)。 PWU 系列傳動比標記方法 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。 圖 12 標記方法 表 11 減速器尺寸 a H1 B B1 C C1 D H L L1 L2 L3 L4 d1 b1 t1 l1 d2 b2 t2 l2 h 400 355 900 800 400 355 35 1250 600 600 450 630 375 110 28 116 165 180 45 190 240 55 450 400 1000 900 450 400 39 1400 670 670 500 710 425 125 32 132 165 200 45 210 280 60 500 450 1120 1000 500 450 42 1600 750 750 560 800 475 130 32 137 200 220 50 231 280 65 560 500 1250 1120 560 500 45 1800 850 850 630 900 530 150 36 158 200 250 56 262 330 72 630 560 1400 1250 630 560 48 2020 950 950 710 1000 600 170 40 179 240 280 63 292 380 80 710 630