減速器論文課件

1、寧夏大學(xué)機械工程學(xué)院2008屆畢業(yè)設(shè)計目 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52.1彈簧概述52.2簧絲力學(xué)計算83.彈簧卷制機93.1減速器的作用93.2減速器的種類93.3蝸輪蝸桿傳動103.4主要參數(shù)及選擇114.蝸輪蝸桿傳動194.1蝸桿傳動的失效形式、設(shè)計準則及常用材料194.2蝸桿傳動的受力分析204.3蝸桿傳動強度計算214.4蝸桿的剛度計算254.5普通圓柱蝸桿傳動的精度等級及其選擇255.卷制機的附件描述265.1選擇電動機265.2離合器的選擇265.3芯軸的設(shè)計276設(shè)計思路287.結(jié)論308.參考文獻319.謝辭32摘 要概

2、要：本文通過對彈簧卷制機即單級蝸桿減速器的結(jié)構(gòu)形狀進行分析，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設(shè)計，面向的對象是非標準、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 this paper, the author analysis the spring rolling machine, named single-stage worm reducer, including its shape and the structure of the reducer. Then writer get the overall plan.

3、 The plan mainly faced to the customers who request actual spring production; the kind of the spring rolling machine design is the object-oriented, non-standard, low-volume, small-scale manual processing. Keywords: spring; reducer; worm gear1.緒論彈簧廣泛應(yīng)用于機械、儀表、電器、交通運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

4、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，或者傳動比大而機械效率過低的問題。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

5、小、重量輕、機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。當今的減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機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)計是彈簧卷制機的設(shè)計，設(shè)計主要針對執(zhí)行機構(gòu)的運動展開。為了達到要求的運動精度和生產(chǎn)率，必須要求傳動系統(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，運用模塊

6、化設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容包括傳動件的設(shè)計，執(zhí)行機構(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來對彈簧卷制機進行實體造型。更加清晰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。2.彈簧彈簧是一種利用彈性來工作的機械零件。一般用彈簧鋼制成。用以控制機件的運動、緩和沖擊或震動、貯蓄能量、測量力的大小等，廣泛用于機器、儀表中。按形狀分，主要有螺旋彈簧、渦卷彈簧、板彈簧等。其主要功能有：控制機械的運動，如內(nèi)燃機中的閥門彈簧、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

7、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，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行強壓或噴丸處理，可提高彈

8、簧的承載能力。2.1彈簧概述 彈簧是機械和電子行業(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、儀表和自動控制機構(gòu)上的彈簧等。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 ：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荷及變位尺寸的負荷；彈簧常數(shù)：以k表示，當彈簧被壓縮時，每增加

9、1mm距離的負荷(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=3500d=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

10、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-（k×F1）=最大負荷-（彈簧常數(shù)×拉伸長度） （3）扭力彈簧：彈簧常數(shù)：以 k 表示,當彈簧被扭轉(zhuǎn)時，每增加1°扭轉(zhuǎn)角的負荷(kgf/mm).彈簧常數(shù)公式（單位：kgf/mm）: K=(×)（××××）E=線材之鋼性模數(shù)：

11、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=負荷作用的力臂 p=3.1416 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。它們的計算公式為：D2（DD1）÷2D1dDd （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

12、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 (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

13、廓線畫成直線。 （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）,抗拉強度sb=1320MPa，根據(jù)材料力學(xué)彎扭相關(guān)知識， tmax=T/Wt,其中tmax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=pD4/32，代入公式，我們就可以得出T的具體數(shù)值，進而為選用電機做出必要的理論準備。3.彈簧卷制機此次設(shè)計所涉及到的彈簧加工工藝主要指冷加工卷

14、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機構(gòu)，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將馬達的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機構(gòu)。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖3.1所示。3.1卷制機結(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輸出乘減速比，但要注意不能超出減速器額定扭矩。 2）速同時降低了負載的慣量，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、行星摩擦式機械無級變速

15、機等等。常見減速器的種類 1）齒輪減速器是機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）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

16、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。現(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

17、)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(當導(dǎo)程角3°時)或雙刀(當>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<法向直廓蝸桿>)，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<法向直廓蝸桿>所示。這種蝸桿磨削起來也比較困難。漸開線蝸桿(ZI蝸桿

18、)這種蝸桿的端面齒廓為漸開線(圖<漸開線蝸桿>),所以它相當于一個少齒數(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，另一把刀具則低于蝸桿軸線，如圖<漸開線蝸桿>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，除工件作螺旋運動外，刀具同時繞其自身的軸線作回轉(zhuǎn)運動。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<錐

19、面包絡(luò)圓柱蝸桿>)，在I-I及N-N截面上的齒廓均為曲線(圖<錐面包絡(luò)圓柱蝸桿>)。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上用滾刀或飛刀加工的。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，

20、并直接應(yīng)用齒輪傳動的幾何關(guān)系進行幾何計算。    1.模數(shù)和壓力角：       在主平面上模數(shù)和壓力角為標準值。且：                m a1 m t2 m               

21、; a1 t2 2蝸桿頭數(shù)Z1Z1 14，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蝸輪齒數(shù)Z2 Z2 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)目便于刀具的標準化。令：qZ1/tg

22、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蝸桿傳動的標準中心距具體數(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

23、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 幾何尺寸計算及標準參數(shù)都是在中間平面（主平面）內(nèi)進行。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

24、為主動，按規(guī)定選取齒數(shù)比uu=z2/z1當蝸桿主動時，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=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=d1·tan/tanb=mz1/tanb蝸桿齒頂高ha1ha1= ha*·m=0.5(da1-d1)按規(guī)定蝸桿齒根高hf1hf1=( ha*+c*)m=0.5(d1-

25、df1)蝸桿齒高h1h1=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)程角bcosb=coscosn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蝸輪喉圓直徑da2da2=d2+2ha2160蝸輪齒根圓直徑df2df2=d2-2hf2142蝸輪齒頂高ha2ha2=0.5(da2-d2)=m(ha*+x2)4蝸輪齒根高hf2hf2=0.5(d2-df2)=m(ha*-x2+c*)5蝸輪齒高h2h2=ha2+hf2=0.5(da2-df2)9蝸輪咽喉母圓半徑rg2rg2=a-0.5da2蝸輪

26、齒寬b236由設(shè)計確定蝸輪齒寬角2arcsin(b2/d1)蝸桿軸向齒厚sasa0.5m6.28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d1'd1'=d1+2x2m=m(q+2x2)40蝸輪節(jié)圓直徑d2'd2'=d2152表3.2 蝸輪寬度B、頂圓直徑de2及蝸桿齒寬b1的計算公式z1Bde2x2b110.75da1da2+2m0-0.5-1.00.51.0(11+0.06z2)m(8+0.06z2)m(10.5+0.06z1)m(11+0.1z2)m(12+0.1z2)m當變位系數(shù)x2為中間值

27、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)再增加下列值：當m<10mm時，增加25mm；當m=1016mm時，增加3540mm；當m>16mm時，增加50mm；2da2+1.5m40.67da1da2+m0-0.5-1.00.51.0(12.5+0.09z2)m(9.5+0.09z2)m(10.5+z1)m(12.5+0.1z2)m(13+0.1z2)m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a(mm)模數(shù)m(mm)分度圓直徑d1(mm)()蝸桿頭數(shù)z1直徑系數(shù)q分度圓導(dǎo)程角(°)蝸輪齒數(shù)z2變位系數(shù)x24011818

28、118.003°104762050820401.252031.25116.003°343549-0.5005022.43517.923°113862+0.0406382+0.440501.62051.2112.504°342651-0.50029°0525417°4441632871.68117.503°161461+0.1258082+0.25040(50)(63)222.489.6111.205°060829(39)(51)-0.100(-0.100)(+0.400)210°0729419°

29、3914628°10438035.5142117.753°132862+0.1251008250(63)(80)2.528175111.205°060829(39)(53)-0.100(+0.100)(-0.100)210°0729419°3914628°104310045281.25118.003°104762063(80)(100)3.1535.5352.25111.275°041529(39)(53)-0.1349(+0.2619)(-0.3889)210°0348419°3229628&

30、#176;015012556555.56117.7783°131062-0.206380(100)(125)440640110.005°423831(41)(51)-0.500(-0.500)(+0.750)211°1836421°4805630°5750160711136117.753°132862+0.1251005501250110.005°423831-0.500(125)211°1836(41)(-0.500)(160)421°4805(53)(+0.500)(180)630°5750

31、(61)(+0.500)200902250118.003°10476201256.3632500.47110.005°423831-0.6587(160)211°1836(41)(-0.1032)(180)421°4805(48)(-0.4286)(200)630°5750(53)(+0.2460)2501124445.28117.7783°131061+0.29371608805120110.005°423831-0.500(200)211°1836(41)(-0.500)(225)421°4805(4

32、7)(-0.375)(250)630°5750(52)(+0.250)注：1）本表中導(dǎo)程角小于3°30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。4.蝸輪蝸桿傳動4.1蝸桿傳動的失效形式、設(shè)計準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度總是高于蝸輪輪齒的強度，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性，尤其在

33、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度作為開式傳動的主要設(shè)計準則。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度進行設(shè)計，而按齒根彎曲疲勞強度進行校核。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；也可用40、45號鋼或40Cr并

34、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4055HRC，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Vs3m/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(Vs<2m/s)，對效率要求也不高時，可采用灰鑄鐵。為了防止變形，

35、常對蝸輪進行時效處理。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。在進行蝸桿傳動的受力分析時，通常不考慮摩擦力的影響。圖<蝸桿傳動的受力分析>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<蝸桿傳動的受力分析>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、方向相反的力(圖<蝸桿傳動的受力分析>c)。在確定各力的方向時，尤

36、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<蝸桿傳動的受力分析>a所示，該蝸桿為右旋蝸桿，當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<蝸桿傳動的受力分析>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<蝸桿傳動的受力分析>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

37、則總是指向軸心的。關(guān)于蝸輪上各力的方向，可由圖<蝸桿傳動的受力分析>c所示的關(guān)系定出。當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。4.3蝸桿傳動強度計算l蝸輪齒面接觸疲勞強度計算蝸輪齒面接觸疲勞強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)，青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿配對時，取ZE=160 。將以上公式中的法向載荷Fn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d2、L0、等換算成中心距的函數(shù)

38、后，即得蝸輪齒面接觸疲勞強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度的影響系數(shù)，簡稱接觸系數(shù)，可從圖<圓柱蝸桿傳動的接觸系數(shù)>中查得。K載荷系數(shù)，K=KAKKv，其中KA為使用系數(shù)，查下表<使用系數(shù)KA>； K為齒向載荷分布系數(shù),當蝸桿傳動在平穩(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；當載荷變化較大，或有沖擊、振動時，可取K=1.31.6；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=1.01.1； v2>3

39、m/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)<2525-50>50起動載荷小較大大KA11.151.2當蝸輪材料為灰鑄鐵或高強度青銅（B300MPa）時，蝸桿傳動的承載能力主要取決于齒面膠合強度。但因日前尚無完善的膠合強度計算公式，故采用接觸強度計算是一種條件性計算，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<灰鑄鐵及鑄鋁鐵青銅蝸輪的許用接觸應(yīng)力>中查出許用接觸應(yīng)力H的值。

40、若蝸輪材料為強度極限B<300MPa的錫青銅，因蝸輪主要為接觸疲勞失效，故應(yīng)先從表<鑄錫青銅蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力>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<0.250.250.5123420或20Cr滲碳，淬火，45號鋼淬火，齒面硬度大于45HRC灰鑄鐵

41、HT20020616615012795-灰鑄鐵HT200250202182154115-鑄鋁鐵青銅ZCuAl10Fe3-25023021018016045號鋼或Q275灰鑄鐵HT15017213912510679-灰鑄鐵HT20020816815212896-表4.3 鑄錫青銅蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力H'(MPa)蝸輪材料鑄造方法蝸桿螺旋面的硬度45HRC>45HRC鑄錫磷青銅ZCuSn10P1砂模鑄造150180金屬模鑄造220268鑄錫鋅鉛青銅ZCuSn5Pb5Zn5砂模鑄造113135金屬模鑄造128140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=107時之值，當N10

42、7時，需將表中數(shù)值乘以壽命系數(shù)KHN；當N>25×時，取N=25×；當N<2.6×時，取N=2.6×。從蝸輪齒面接觸疲勞強度的驗算公式中可得到按蝸輪接觸疲勞強度條件設(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<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度計算蝸輪輪齒因彎曲強度不足而失效的情況，多發(fā)生在蝸輪齒數(shù)較多(如z2>90時)或開式傳動中。因此，對閉式蝸桿傳動通常只作彎曲強度的校核計算，但這種計算是必須

43、進行的。因為校核蝸輪輪齒的彎曲強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度計算方法就帶有很大的條件性。通常是把蝸輪近似地當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<普通圓柱蝸桿傳動的基本幾何尺寸>)，按表<普通圓柱蝸桿傳動基本幾何尺寸計算關(guān)系式>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

44、疲勞強度的重合度系數(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 式中：YFa2蝸輪齒形系數(shù)，可由蝸輪的當量齒數(shù)及蝸輪的變位系數(shù)x2從圖<蝸輪齒形系數(shù)>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?。籏FN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）蝸輪材料鑄造方法單側(cè)工作雙側(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

45、2622金屬模鑄造3226鑄鋁鐵青銅ZCuAl10Fe3砂模鑄造8057金屬模鑄造9064灰鑄鐵HT150砂模鑄造4028HT200砂模鑄造4834注: 表中各種青銅的基本許用彎曲應(yīng)力為應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=時之值，當N時，需將表中數(shù)值乘以壽命系數(shù)KFN；當N>25×時，取N=25×；當N<時，取N=。上式為蝸輪彎曲疲勞強度的校核公式，經(jīng)整理后可得蝸輪輪齒按彎曲疲勞強度條件設(shè)計的公式為計算出后,可從<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>表查出相應(yīng)的參數(shù)。4.4蝸桿的剛度計算 蝸桿受力后如產(chǎn)生過大的變形，就會造成輪齒上的載荷集中，影響蝸桿與蝸輪的

46、正確嚙合，所以蝸桿還必須進行剛度校核。校核蝸桿的剛度時，通常是把蝸桿螺旋部分看作以蝸桿齒根圓直徑為直徑的軸段，主要是校核蝸桿的彎曲剛度，其最大撓度y可按下式作近似計算，并得其剛度條件為 式中：Ft1蝸桿所受的圓周力，N； Fr1蝸桿所受的徑向力，N； E蝸桿材料的彈性模量，MPa； I蝸桿危險截面的慣性矩，I，其中df1為蝸桿齒根圓直徑，mm； L蝸桿兩端支承間跨距，mm，視具體結(jié)構(gòu)要求而定,初算時可取L0.9d2，d2為蝸輪分度圓直徑； y許用最大撓度，yd1/1000，此處d1為蝸桿分度圓直徑，mm。4.5普通圓柱蝸桿傳動的精度等級及其選擇GB10089-1988對蝸桿、蝸輪和蝸桿傳動規(guī)定

47、了12個精度等級；1級精度最高，依次降低。與齒輪公差相仿，蝸桿、蝸輪和蝸桿傳動的公差也分成三個公差組。普通圓柱蝸桿傳動的精度，一般以69級應(yīng)用得最多。6級精度的傳動可用于中等精度機床的分度機構(gòu)、發(fā)動機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的傳動以及武器讀數(shù)裝置的精密傳動，它允許的蝸輪圓周速度v2>5m/s。7級精度常用于運輸和一般工業(yè)中的中等速度(v2<7.5m/s)的動力傳動。8級精度常用于每晝夜只有短時工作的次要的低速(v23m/s) 傳動。5.卷制機的附件描述5.1選擇電動機5.1.1選擇電動機類型 按已知工作要求和條件選用Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機.5.1.2選擇電動機容量 工作機

48、所需功率P =1.5KW，因載荷平穩(wěn)，電動機額定功率只需略大即可。Y系列電動機技術(shù)數(shù)據(jù)表選電動機的額定功率為1.5KW 。5.1.3確定電動機轉(zhuǎn)速 單級蝸桿傳動減速機傳動比范圍 i=1040,符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750r/min，1000r/min，1500r/min，3000r/min四種。查文獻2表19.1，對應(yīng)于額定功率 為2.2KW的電動機型號分別取Y132S-8型，Y112M-6型,Y100L-4型和Y90L-2型。將以上四種型號電動機有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)及相應(yīng)算得的總傳動比列于表2-1。表2-1方案號電動機型號額定功率（KW）同步轉(zhuǎn)速（r/min

49、）滿載轉(zhuǎn)速（r/min）1Y132S-81.57507102Y112M-61.510009403Y100L-41.51500142044Y90L-22.230002840通過對四種方案比較可以看出：方案1選用的電動機轉(zhuǎn)速較高，質(zhì)量輕，價格低，與傳動裝置配合結(jié)構(gòu)緊湊，總傳動比為58.90，對整個輸送機而言不算大。故選方案1較合理。Y100L-4型三相異步電動機的額定功率為1.5KW，滿載轉(zhuǎn)速n=750r/min。5.2離合器的選擇離合器在機器運轉(zhuǎn)中可以將傳動系統(tǒng)隨時分離和結(jié)合。對離合器的要求是：結(jié)合平穩(wěn)，迅速而徹底分離，調(diào)節(jié)和修理方便，外廓尺寸小，質(zhì)量小，耐磨性好，有足夠的散熱能力，操作方便省力

50、。離合器能按工作需要隨時將主動軸與從動軸接合或分離的機械零件?？捎脕聿倏v機器傳動系統(tǒng)的起動、停止、變速及換向等。離合器種類繁多，根據(jù)工作性質(zhì)可分為：操縱式離合器。其操縱方法有機械的、電磁的、氣動的和液力的等，如嵌入離合器（通過牙、齒或鍵的嵌合傳遞扭矩）、摩擦離合器（利用摩擦力傳遞扭矩）、空氣柔性離合器（用壓縮空氣胎脹縮以操縱摩擦件接合或分離的離合器）、電磁轉(zhuǎn)差離合器（用激磁電流產(chǎn)生磁力來傳遞扭矩）、磁粉離合器（用激磁線圈使磁粉磁化，形成磁粉鏈以傳遞扭矩）。自動式離合器。用簡單的機械方法自動完成接合或分開動作，又分為安全離合器（當傳遞扭矩達到一定值時傳動軸能自動分離，從而防止過載 ，避免機器中重

51、要零件損壞）、離心離合器（當主動軸的轉(zhuǎn)速達到一定值時，由于離心力的作用能使傳動軸間自行聯(lián)接或超過某一轉(zhuǎn)速后能自行分離）、定向離合器（又叫超越離合器，利用棘輪-棘爪的嚙合或滾柱、楔塊的楔緊作用單向傳遞運動或扭矩，當主動軸反轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速低于從動軸時，離合器就自動分開）。本次設(shè)計所采用的是摩擦片式離合器，片數(shù)為1。它由主動部分（由殼體、膜片彈簧、壓盤等組成的整體），被動部分（由摩擦片與從動盤組成）和操縱部分組成。摩擦離合器應(yīng)能滿足以下基本要求：(1)保證能傳遞發(fā)動機發(fā)出的最大轉(zhuǎn)矩，并且還有一定的傳遞轉(zhuǎn)矩余力。(2)能作到分離時，徹底分離，接合時柔和，并具有良好的散熱能力。(3)從動部分的轉(zhuǎn)動慣量盡量小一

52、些。這樣，在分離離合器換檔時，與變速器輸入軸相連部分的轉(zhuǎn)速就比較容易變化，從而減輕齒輪間沖擊。(4)具有緩和轉(zhuǎn)動方向沖擊，衰減該方向振動的能力，且噪音小。(5)壓盤壓力和摩擦片的摩擦系數(shù)變化小，工作穩(wěn)定。(6)操縱省力，維修保養(yǎng)方便。5.3芯軸的設(shè)計考慮到彈簧材料具有一定的彈性恢復(fù)性能，故所選用的芯軸直徑一般都小于彈簧中徑，根據(jù)手冊往往取d0.8D，其中d為芯軸直徑，D為彈簧中徑。根據(jù)設(shè)計要求，我們的加工對象為1-4的簧絲，而其導(dǎo)軌進給機構(gòu)為螺紋副，即絲杠傳動，在此，作者就可以選用傳動比不同的幾組齒輪副作為其傳動進給的動力。但是受到時間的限制，作者在此僅僅提出自己的這一思路，它也是完全有可能實

53、現(xiàn)的。6設(shè)計思路根據(jù)導(dǎo)師及設(shè)計任務(wù)書的要求，兼顧到客戶對生產(chǎn)的需要，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、行星摩擦式機械無級變速機等等。作者初步定出的設(shè)計方案有以下兩種：1.齒輪減速器，采用外形尺寸較小，結(jié)構(gòu)較緊湊的機構(gòu)。齒輪減速器是機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。其結(jié)構(gòu)如圖6.1所示。圖6.1 齒輪減速器結(jié)構(gòu)2.蝸輪蝸桿減速器，

54、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。其結(jié)構(gòu)如圖6.2所示。圖6.2 蝸輪蝸桿減速器在經(jīng)過實際調(diào)研和市場考察之后，經(jīng)過綜合考慮，在此學(xué)生所選用的是蝸輪蝸桿減速器，畢竟本次設(shè)計主要面對的是非標準、小批量、小規(guī)模的手工加工，故其輸出的轉(zhuǎn)速不能過高，而齒輪減速器的小傳動比距離這樣的要求還有很大的一段距離。這也是在做此次畢業(yè)設(shè)計的最終方案。內(nèi)容如論文所述。7.結(jié)論本文通過對彈簧卷制機即單級蝸桿減速器的結(jié)構(gòu)形狀進行分析，得出總體方案。按總體方案對各零部件的運動關(guān)系進行分析得出單級蝸桿減速器

55、的整體結(jié)構(gòu)尺寸，然后以各個系統(tǒng)為模塊分別進行具體零部件的設(shè)計校核計算，得出各零部件的具體尺寸，再重新調(diào)整整體結(jié)構(gòu)，整理得出最后的設(shè)計圖紙和說明書。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設(shè)計，面向的對象是非標準、小批量、小規(guī)模的手工加工，依照作者本意，如果時間允許的話，完全可以通過齒輪傳動來代替手工作業(yè)。此次設(shè)計通過對單級蝸桿減速器的設(shè)計，使我對成型機械的設(shè)計方法、步驟有了較深的認識。熟悉了蝸輪、軸等多種常用零件的設(shè)計、校核方法；掌握了如何選用標準件，如何查閱和使用手冊，如何繪制零件圖、裝配圖；以及設(shè)計非標準零部件的要點、方法。這次設(shè)計貫穿了所學(xué)的專業(yè)知識，綜合運用了各科專業(yè)知識，從中使我學(xué)習(xí)了很多平時在課本中未學(xué)到的或未深入的內(nèi)容.我相信這次設(shè)計對以后的工作學(xué)習(xí)都會有很大的幫助. 由于自己所學(xué)知識有限，而機械設(shè)計又是一門非常深奧的學(xué)科，設(shè)計中肯定存在許多的不足和需要改進的地方，希望老師指出，在以后的學(xué)習(xí)工作中去完善它們。8.參考文獻1  濮良貴，紀名剛等著. 機械設(shè)計（第七版）.北京：高等教育出版