蝸輪箱設(shè)計(jì)
蝸輪箱設(shè)計(jì),蝸輪箱設(shè)計(jì),蝸輪,設(shè)計(jì)
第三章 蝸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 選擇蝸輪傳動(dòng)類型由GB/T100851988 的推薦,采用漸開(kāi)線蝸輪(ZI)。3.2 選擇材料考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大,速度只是中等,故蝸桿用45 鋼;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4555HBC。蝸輪用鑄錫青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬,僅齒圈用青銅制造,而輪芯用灰鑄鐵HT100 制造。3.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì),再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。1)確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2由2.2.3 求得T2=461608 Nmm(2)確定載荷系數(shù)K因工作載荷較穩(wěn)定,故取載荷分布不均勻系數(shù)K=1;由表11-5選取使用系數(shù)KA=1;由于轉(zhuǎn)速不高,沖擊不大,可取動(dòng)載系數(shù)KV=1.05;則K = KA K KV=111.05=1.05(3)確定彈性影響系數(shù)ZE因選用的是鑄錫青銅蝸輪和鋼蝸桿相配,故ZE=160MPa1/2(4) 確定接觸系數(shù)Z先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1 和傳動(dòng)中心距a 的比值d1/a=0.35,從圖11-18 中可查得Z=2.9(5)確定許用接觸應(yīng)力H根據(jù)蝸輪材料為鑄錫青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造,蝸桿螺旋齒面硬度45HRC,可從表11-7 中查得蝸輪的基本許用應(yīng)力H=268MPa。工作壽命Lh 按300 個(gè)工作日,兩班制計(jì)算。每天工作十六小時(shí)!Lh=30020816=96000h應(yīng)力循環(huán)次數(shù):N = 60jn2Lh= 60116.2596000= 1.0264108壽命系數(shù):KHN= =0.7497許用應(yīng)力:H= KHNH= 0.7497268= 200.9106MPa(6)計(jì)算中心距a 3 22 E H KT ( Z Z / ) =132.47mm取中心距a=160mm,因i 蝸桿=20,故從表11-2 中取模數(shù)m=6.3mm,蝸桿分度圓直徑d1=63mm。這時(shí)d1/a=0.39,從圖11-18中可查得接觸系數(shù)Z=2.75,因?yàn)閆Z,因此以上計(jì)算結(jié)果可用。3.4 蝸輪傳動(dòng)的主要參數(shù)與幾何尺寸(1) 蝸輪由表11-2 查得蝸輪齒數(shù)Z2=41,變位系數(shù)x2=-0.1032驗(yàn)算傳動(dòng)比:i = Z2 /Z1=41/2=20.5此時(shí)傳動(dòng)比誤差為(20.5-20)/20=2.5%是允許的。蝸輪分度圓直徑:d2 = m Z2=6.341=258.3mm蝸輪喉圓直徑:da2 = d2+2m(ha*+x2)= 258.3+26.3(1-0.1032)= 269.600mm蝸輪齒根圓直徑:df2 = d2-2m(ha*-x2+ c*)= 258.3-26.3(1-0.1032+0.2)=241.88mm蝸輪齒頂高:ha2= m(ha*+x2) = 5.650mm蝸輪齒根高:h f2= m(ha*-x2+ c*)= 8.525mm蝸輪輪寬的確定: B0.75da1=0.7575.6=56.7mm故取B=50mm.(2)蝸桿由表11-2 查得蝸桿頭數(shù)Z1=2 , 直徑系數(shù)q=10, 分度圓導(dǎo)程角=111836。軸向齒距Pa=m=3.146.3=19.782mm齒頂圓直徑da1= d1+2ha*m=6326.3=75.6mm齒根圓直徑df1= d1-2m( ha*+ c*)= 63-26.3(10.2)= 47.88mm蝸桿軸向齒厚Sa= 0.5m =0.519.782 = 9.891mm法向齒厚Sn= Sacos = 9.699 mm齒頂高h(yuǎn)a1= ha*m = 6.3 mm齒頂高h(yuǎn)f1=( ha*c*) m=7.56mm(3) 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度當(dāng)量齒數(shù):zv2 = z2/cos3= 41/cos311.31=43.48mm根據(jù)x2=-0.1032 和zv2=43.48,由圖11-19 查得YFa=2.48.螺旋角影響系數(shù)Y=1-/140=0.9192由表11-8 查得蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力:F=56MPa.壽命系數(shù):KFN= 9 106 /N =0.5995許用彎曲應(yīng)力:F= KFNF= 0.599556=33.57MPaF = 1.53K T2YFa Y/ d1 d2m= 18.55MPa因此,F(xiàn)F,滿足彎曲強(qiáng)度條件。3.5 蝸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算3.5.1 初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為45 鋼,調(diào)質(zhì)處理。查表15-3,取A0=105,得:輸出軸的最小直徑是安裝齒輪處軸的直徑d1-2(如圖3)。由于需要開(kāi)鍵槽,為了保證強(qiáng)度,將其直徑增大5%,為40.1547mm,將其圓整為45mm3.5.2 蝸輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1 各軸段的尺寸.查表根據(jù)1-2 軸段的直徑45mm 確定軸伸長(zhǎng)度,為保證軸的強(qiáng)度剛度,取LI-II=82mm圖2 蝸輪軸結(jié)構(gòu)圖.為了滿足圓柱齒輪的軸向定位要求,I-II 軸段右端需制出軸肩定位h=(0.07-0.1)dIII=2.84, 故取II-III 段的直徑dII-III=52mm。.初步選擇滾動(dòng)軸承??紤]到既承受徑向力又承受軸向力,并且載荷不是很大, 故選用圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)dII-III=52mm , 選用7211E 型號(hào)的圓錐滾子軸承。其尺寸為dDT=5510022.75mm3 故dIII-IV=dVII-VIII=55mm,右端軸承采用甩油盤(pán)進(jìn)行定位,甩油盤(pán)的長(zhǎng)度暫定為15mm,故LVII-VIII=34.75mm。.軸承端蓋的總厚度為24.6mm(由軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定),考慮到與I-II 軸段的配合取lII-III=40mm。.取安裝蝸輪軸段的直徑確定為dIV-V=55mm. 蝸輪輪轂的長(zhǎng)度為l=(1.21.8)d=6699mm,故取輪轂長(zhǎng)度l=80mm,采用套筒定位,為了使套筒端面可以可靠的壓緊齒輪,此段應(yīng)略短于輪轂寬度,故取與蝸輪配合的軸段的長(zhǎng)度為lIV-V=78mm 。蝸輪右側(cè)處采用軸環(huán)進(jìn)行軸向定位,取h=0.07 dIV-V,所以蝸輪右側(cè)軸肩處的直徑為68mm,即dV-VI=68mm. 可查手冊(cè)得,寬度為10mm.即lV-VI=10mm。軸環(huán)右側(cè)有一過(guò)渡軸肩,為了與左右兩側(cè)的直徑相協(xié)調(diào)取dVIVII=65mm。.取蝸輪輪轂兩側(cè)與箱體之間的距離均為35mm,在確定滾動(dòng)軸承位置時(shí),應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離,取為8mm,由軸承的寬度19.75mm,以及甩油盤(pán)的規(guī)格, 和預(yù)留的定位蝸輪的軸間間隙2mm 可以綜合確定lIII-IV=46mm, lVI-VII=25mm。2. 軸上零件的周向定位蝸輪與軸的周向定位采用平鍵連接。按dIV-V 由表6-1 查得平鍵截面bh=16mm10mm,鍵槽用鍵槽銑刀加工,長(zhǎng)為72mm,同時(shí)為了保證蝸輪與軸配合有良好的對(duì)中性,故選擇蝸輪輪轂與軸配合為H7/k6;軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的,此處選軸的直徑尺寸公差為m6;III 段軸同樣查表可得規(guī)格為bh=12mm8mm,長(zhǎng)度為72mm。3.確定軸上圓角與倒角尺寸參考表15-2,取軸端倒角為245度 ,各軸肩處的圓角半徑見(jiàn)后面零件圖。第四章 校核計(jì)算4.1 效率驗(yàn)算已知=111836;v=arctanfv, 與相對(duì)滑動(dòng)速度有關(guān)Vs = d1 n1/601000cos= 3.1463267.650/60000/cos(11.31)= 1.0927m/s從表11-18 中用插值法查得:fv = 0.0441v = 2.4=(0.950.96)tan/tan(+v)=0.783因?yàn)?=0.78,滿足彎曲強(qiáng)度,因此不用重算。減速器結(jié)構(gòu)的確定為了節(jié)約有色金屬,蝸輪采用裝配式;蝸桿螺旋部分的直徑不大,所以和軸作成一個(gè)整體,做成蝸桿軸。蝸桿分度圓的圓周速度:根據(jù)經(jīng)驗(yàn),當(dāng)v4-5m/s 時(shí)常將蝸桿放在下面,因此本方案采用蝸桿下置的設(shè)計(jì)方案。4.2 粗校核在不計(jì)摩擦的情況下,各力的大小如下公式:水平面的彎矩圖如上:求支反力: l 1 =84.375mm、l 2 =86.375mm 分別為軸承中心到蝸輪輪轂的距離可得: = 1808N = 1767N垂直面內(nèi)的彎矩:其中:可得:由上可得:扭矩圖如上所示:T = 461608N.mm按彎扭組合公式校核:切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力,取 =0.6W 為軸的抗彎截面系數(shù)軸材料45#鋼的許用應(yīng)力 60Mpa , 即軸滿足彎扭強(qiáng)度要求,但是剩余部分較大,故將材料改為Q235-A 更加合適,許用應(yīng)力 =40Mpa4.3 蝸輪軸的精校核剛度校核:1)危險(xiǎn)截面的選擇截面AB 只受扭矩,雖然應(yīng)力集中會(huì)削弱軸的疲勞強(qiáng)度,但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕確定的故無(wú)需校核。軸與蝸輪接觸的左右截面由于過(guò)盈配合應(yīng)力集中最嚴(yán)重,從受載情況看截面C處應(yīng)力最大,但應(yīng)力集中不大。且軸徑最大,故C 截面無(wú)需校核。鍵槽處的應(yīng)力集中示數(shù)比過(guò)盈配合的小,因而軸只需校核蝸輪右側(cè)與軸接觸的截面的左右兩側(cè)。2)強(qiáng)度校核由結(jié)構(gòu)圖知截面為危險(xiǎn)截面,現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行校核:抗彎截面系數(shù):抗扭矩截面系數(shù):截面左側(cè)彎矩:扭矩為:截面上彎曲應(yīng)力:扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力:軸材料為Q235-A 鋼,調(diào)質(zhì)處理,由表15-1 查得: 截面上由于軸肩而形成的應(yīng)力集中系數(shù) 及 按附表3-2 查取因:可查锝:軸的材料敏性系數(shù):應(yīng)力集中系數(shù):又有表可以查得尺寸系數(shù)和扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù):表面質(zhì)量系數(shù):未經(jīng)表面強(qiáng)化處理:碳鋼的特性系數(shù):計(jì)算安全系數(shù):故軸左側(cè)滿足疲勞強(qiáng)度要求。【截面右側(cè):】抗彎截面系數(shù):抗扭矩截面系數(shù):截面左側(cè)彎矩:M = 76085N mm扭矩:T = 461608N mm截面上彎曲應(yīng)力:扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力:過(guò)盈配合處的,查得:表面質(zhì)量系數(shù):故得綜合系數(shù)碳鋼的特性系數(shù):取 =0.1 , = 0.05計(jì)算安全系數(shù):故軸右側(cè)滿足疲勞強(qiáng)度要求。16
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