手搖蝸輪設(shè)計(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 摘要 從上世紀(jì)二十年代以來，蝸桿傳動機(jī)構(gòu)的研制工作發(fā)展很快，蝸桿傳動已廣泛應(yīng)用在冶金、礦山、起重運輸、化工、國防等行業(yè)，達(dá)到了相當(dāng)高的技術(shù)水平。蝸桿傳動是傳遞交錯軸間的動力或運動的傳動機(jī)構(gòu)，它主要由蝸桿和蝸輪組成。蝸桿相當(dāng)于一頭或多頭的等導(dǎo)程（或變導(dǎo)程）螺旋，蝸輪則是變態(tài)斜齒輪（或為斜齒輪或為直齒輪）。手搖蝸輪是蝸桿傳動的一種，它是通過纏繞鋼絲繩來調(diào)整帶式輸送機(jī)小車上改向滾筒的位置，從而防止輸送帶跑偏的一種裝置。 關(guān)鍵詞 蝸桿傳動；設(shè)計計算；加工工藝；裝配 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 Abstract Since on century 20s, the worm drive organization development work development has been very quick, the worm drive has widely applied in the metallurgy, the mine, lifts heavy objects professions and so on transportation, chemical industry, national defense, has achieved the quite high technical level.The worm drive is the transmission interlocks the power or the movement between the axis transmission system, it mainly is composed by the worm bearing adjuster and the worm gear.The worm bearing adjuster is equal in either multi-head and so on leads (or changes leads) the screw, the worm gear is the abnormal helical gear (either for helical gear or for spur gear). The hand operated worm gear is the worm drive one kind, it is adjusts on the belt conveyer car through the winding steel wire to change to the drum position, thus prevented the conveyor belt runs the leaning one kind of equipment. Keywords worm drive design calculation processing craft assembly徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 1 目 錄 1 緒論 1 1.1 蝸輪蝸桿的形成原理 .1 1.2 蝸輪蝸桿傳動優(yōu)缺點 .1 1.3 蝸輪蝸桿的正確 2 2 手搖蝸輪的設(shè)計計算及校核 3 2.1 設(shè)計計算步驟 .3 2.2 蝸輪蝸桿軸強度的校核 .5 3 蝸輪轉(zhuǎn)向的判定及力的分析 6 3.1問題的提出 .6 3.2解決問題的新方法 .6 3.3 根 據(jù)蝸桿蝸輪的旋向進(jìn)行力分析 7 4 蝸桿傳動的失效形式和材料的選用 9 4.1 失效形式 .9 4.2 材料的選擇 .9 4.3 國內(nèi)外對蝸輪材料的研究現(xiàn)狀 .10 5 手搖蝸輪傳動自鎖可靠性的研究 12 5.1 概述 .12 5.2 自鎖失效原因的分析 .12 5.2.1 摩擦系數(shù) 12 5.2.2 螺旋升角 .13 5.2.3 壓力角對摩擦角的影響 13 5.3 嚙合狀態(tài)的分析 .14 5.3.1 接觸斑點分析 .14 5.3.2 減速機(jī)實際情況分析 .15 5.4.3 解決蝸桿轉(zhuǎn)動的自鎖問題采用的措施 .15 6 蝸輪的加工 17 6.1 加工原理 17 6.2 嚙合參數(shù)的確定 .17 6.3 加工工藝 18 6.3.1 蝸輪加工 .18 6.3.2 蝸輪的計算與檢測 .19 7 蝸輪殼體的加工工藝探討 21 7.1 前言 .21 7.2 蝸輪殼體工藝分析 .21 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 2 7.3 蝸輪殼體的車削方法及工裝 .21 7.4 蝸輪定位誤差分析 .22 8 飛刀展成蝸輪的數(shù)控方法 25 8.1 飛刀加工的特點和非數(shù)控方法的局限 25 8.2 飛刀的設(shè)計和數(shù)控切制 .26 8.3 在數(shù)控滾齒機(jī)上展成蝸輪 .28 8.4 加工質(zhì)量分析 .29 9 各種材質(zhì)蝸輪傳動摩擦學(xué)系統(tǒng)分析 30 9.1 用系統(tǒng)方法學(xué) 30 9.2 蝸輪傳動的摩擦學(xué)系統(tǒng)分析 .30 9.2.1 分析 .31 9.2.2 分析結(jié)果 .31 10 提高手搖蝸輪裝配的精度和效率 33 10.1 裝配的技術(shù)要求 33 10.2 下置式蝸桿減速器裝配前的檢查 .34 11 提高手搖傳動效率的方法 37 11.1 蝸桿的裝夾 . 37 11.2蝸輪的裝夾 .37 11.3蝸輪、蝸桿的定位 . 37 11.4操作方法及輔料 .38 11.5研磨應(yīng)注意的問題 .39 12 潤滑油的選用方法 40 12.1 潤滑油種類的選擇 .40 12.2 潤滑油粘度的選擇 .41 12.3 潤滑方式的選擇 .42 12.4 潤滑油的合理使用和保養(yǎng)要點 .42 結(jié)論 43 致謝 44 參考文獻(xiàn) 45 附錄 46 附錄 1 .錯誤 ! 未定義書簽。 附錄 2 .58 買文檔送全套圖紙 扣扣 414951605 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 3 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 4 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 1 1 緒論 1.1 蝸輪蝸桿的形成原理 蝸桿傳動實際上是螺旋齒輪傳動的特例在螺旋齒輪傳動中，如傳動比很大，小齒輪直徑做得很小，軸向長度很長，而螺旋角度大，則輪齒將在圓柱面上繞成完整的螺旋齒，稱為蝸桿，大齒輪稱為蝸輪為了改善嚙合情況，把蝸輪輪齒做成包住蝸桿的凹形圓弧曲面，蝸桿、 蝸輪的軸線互相交叉垂直，即 012 90 . 蝸輪和蝸桿相似，也有左旋和右旋之分，但通常采用右旋居多按螺旋線的頭數(shù)又有單頭蝸桿和多頭蝸桿之分蝸桿螺旋線與垂直于蝸桿軸線平面之間的夾角稱為導(dǎo)程角r蝸桿螺旋線的導(dǎo)程角 r 與蝸輪齒螺旋線大小相等 、 方向相同 、 1.2 蝸輪蝸桿傳動優(yōu)缺點 蝸 傳遞交錯軸 (交錯角通常采用 90 )間動力或運動的傳動機(jī)構(gòu) 。蝸輪傳動具有以下優(yōu)點： 采用一級蝸輪傳動就可以實現(xiàn)很大傳動比，結(jié)構(gòu)緊湊。在要求大傳 動比的場合，采用一級蝸輪傳動往往可以代替多級齒輪傳動。不僅減少了零件數(shù)目，而且簡化了機(jī)構(gòu)。工作平穩(wěn)，噪音小。由于蝸桿齒面是連續(xù)不斷的螺旋面，而蝸輪在同一時刻處于嚙合中的齒不少于兩個，所以蝸輪、蝸桿的嚙合是連續(xù)的。因此，在制造精度與工作條件相同時，由制造誤差引起的附加動載荷與齒輪傳動相比小得多。因此，蝸輪傳動在近代工業(yè)圖 1-1 蝸桿傳動原理圖 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 2 中得到了廣泛的 應(yīng)用。 然而，蝸輪傳動也有缺點，由于這些缺點，使其應(yīng)用受到限制。傳動效率低：效率低表明動 力損失大，相當(dāng)于部分能量消耗于嚙合摩擦上，故蝸輪傳動所能傳遞功率受到了限制。耗費大量貴重有色 金屬：蝸輪傳動工作時，由于齒面間有相當(dāng)大的滑動速度，容易導(dǎo)致齒面的磨損和膠合。為減小摩擦、磨損和工作溫度，以提高傳動承載能力和效率，一方面要有良好的潤滑另 一 方面，對蝸輪副提出減磨、耐磨和抗膠合性能的要求。采用鋼質(zhì)蝸桿時，要求采用青銅蝸輪輪 圈 1.3 蝸輪蝸桿的正確嚙合條件 如上圖為使用阿基米德蝸桿的蝸桿傳動在通過蝸桿軸線并與蝸輪軸線垂直的剖面（稱為主平面）上，蝸桿齒廓為直線，相當(dāng)與齒條，蝸輪齒廓為漸開線，相當(dāng)于齒輪所以，在主平面內(nèi)，就相當(dāng)于齒條齒輪傳動由此，蝸桿傳動的正確嚙合條件為：主平面內(nèi)蝸桿 的軸向齒距與蝸輪的端面齒距應(yīng)相等即蝸輪的端面模數(shù) m2 應(yīng)等于蝸桿的軸向模數(shù) m1，且均為標(biāo)準(zhǔn)值；同時蝸輪的端面壓力角 a應(yīng)等于蝸桿的軸向壓力角a1,亦均為標(biāo)準(zhǔn)值即 m2=m1=m， a2=a1=a， 同時還須保證 。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 3 2 手搖蝸輪的設(shè)計計算及校核 手搖蝸輪傳動是蝸桿傳動的一種，手搖蝸輪是通過纏繞鋼絲繩，來調(diào)整帶式輸送機(jī)張緊小車上改向滾筒的位置，從而防 止輸送帶跑偏的一種裝置 手搖蝸輪中，人手搖搖臂的速度大約是 30rpm，減速比 31,輸出功率 160w,效率 93%.工作環(huán)境 2535 攝氏度，工作平穩(wěn)，設(shè)計使用壽命 10 年，每年工作 300 天 2.1 設(shè)計計算步驟 ） 傳動類型的選擇 結(jié)構(gòu)設(shè)計采用下置式（蝸桿放在蝸輪的下面，嚙合處冷卻和潤滑較好，蝸桿軸承潤滑方便，又因為蝸桿手搖的速度不是很大，所產(chǎn)生的攪油損耗也不是很大，很常用的型式） 根據(jù)減速比，選定 1, 2=31 ）蝸輪蝸桿主要參數(shù)的計算 根據(jù)設(shè)計計算公式： 2232 21 . 6 7 E Z XmHk T Z Zm q k式（ 2.1） 其中 計算載荷系數(shù) 2T輸出轉(zhuǎn)矩 ZXZ齒數(shù)和變位影響系數(shù) EZ為材料彈性影響系數(shù)，當(dāng)蝸輪材料為灰鑄鐵，蝸桿材料為鋼時，EZ12 21 6 2 (N /m m ) 表 -1 蝸輪蝸桿主要參數(shù) m 3m q mk 3 mmpk 5 125 9 0.445 500.63 10 556.25 12 667.5 5.5 166.38 9 0.435 651.36 10 723.73 12 1012.25 6 216 9 0.43 835.92 10 928.8 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 4 1114.56 12 7 343 9 0.425 1311.98 10 1457.75 12 1749.3 8 512 10 0.418 2140.16 11 2354.18 12 2568.19 9 729 8 0.41 2391.12 11 3287.8 12 3586.68 a) 求值（查機(jī)械設(shè)計手冊）試求，因為未知，根據(jù)題中條件，估算3m/s,取 ； b) 查機(jī)械設(shè)計手冊，得 2k =1 3 1.1k 4 1k 5 1k 6 1k c) 查機(jī)械設(shè)計手冊 ,試取7k，因為螺旋角未知，根據(jù)減速比和，取7 0.92k d) 1 2 3 4 5 6 7* * * * * *k k k k k k k k 1.012 e) 查機(jī)械設(shè)計手冊 ,s=2, 200s M pa ,所以許用應(yīng)力 2 1 0 0 /H N m m f) 根據(jù)公式，輸出轉(zhuǎn)矩 12 1 21*9 5 5 0 0 0 0 *NTin 式（ 2.2） 其中， 1N輸入功率（ kw） 1n蝸桿轉(zhuǎn)速 (kw) 12i減速比 減速器效率 2T蝸輪輸出轉(zhuǎn)矩 由式（ 1.1），得： 223 221 . 6 7 E Z Xm Hk T Z Zm q k 845 查表（），得： m=6,q=9 g) 中心距 21 ( 2 ) 1 2 02a m q Z x m m （取 x=0） 蝸桿分度圓直徑 1 54d m q m m徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 5 齒頂圓直徑 1 2 6 6ad m q m m m 齒根圓直徑 1 2 3 9fid m q h 蝸輪分度圓直徑 22186d m z m m齒頂圓直徑 22 2 1 9 8aad m z h m m m 齒根圓直徑 2 2 22 1 8 3 . 5ffd m z h m m 齒寬 =0.71ad=50mm 2.2 蝸輪蝸桿軸強度的校核 根據(jù)蝸輪蝸桿軸接觸應(yīng)力的校核公式： 2231 . 6 7 zxH E Hmk T z zq m k式（ 2.3） 代入數(shù)據(jù)，得：H 95.4MpaH=100Mpa 滿足強度要求 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 6 3 蝸輪轉(zhuǎn)向的判定及力的分析 3.1問題的提出 在機(jī)械傳動中，蝸桿傳動用于傳遞空間交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運動 在絕大多數(shù)情況下，兩軸在空間上是相互垂直的，軸交角為 090 ，即 012 90 。由于蝸桿傳動具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn)、無噪聲、自鎖性以及能到很大的傳動比，因此廣泛應(yīng)用于機(jī)床、汽車、儀器、起重運輸機(jī)械、冶金機(jī)械以及其他機(jī)械制造部門。 蝸桿傳動時，蝸輪的旋向以及受力分析，因受蝸桿蝸輪 兩者之間的相對位置、螺旋線旋向以及蝸桿的轉(zhuǎn) 向三個因素 的影響，在眾多教材和資料中尚無統(tǒng)一的說法，這也往往造成一種理解上的混亂。蝸輪的轉(zhuǎn)向是這樣判定的：“如圖 3-1，將蝸桿 1看做螺桿，蝸輪 2視為局部螺母，可利用螺桿螺母的相對運動關(guān)系來確定。設(shè)想蝸輪不動而蝸桿按圖示方向轉(zhuǎn)動，則蝸桿應(yīng)向上移動，但實際上蝸桿不能移動，故只能將蝸輪上與蝸桿接觸的輪齒下推移，所以使蝸輪沿順時針方向轉(zhuǎn)動。同樣，當(dāng)蝸桿的螺紋為左旋而蝸桿沿與上述相反方向旋轉(zhuǎn)時，蝸輪的轉(zhuǎn)向仍為圖示方向”。通過比較和總結(jié)，推出一個簡潔而又便于理解和掌握的判定方法。 3.2解決問題的新方法 該 判定方法分三步： (1)螺旋線旋向的判定； (2)根據(jù)蝸輪蝸桿的相對位置及蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向判定蝸輪的旋向： (3)根據(jù)蝸桿、蝸輪的旋向，進(jìn)行力的分析。 1 螺旋線旋向的判定 蝸桿蝸輪有左、右旋之分，其旋向的判定同斜齒圓柱齒輪。將蝸桿和蝸輪軸線放于鉛垂位置，螺旋 線左高右低為左旋，而右高左低為右旋。如圖 3-2所示。 圖 3-2 蝸輪蝸桿的旋向 2 根據(jù)蝸輪蝸桿的相對位置及蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向判定蝸輪的旋向 判定方法借助“左右手螺旋法則”即由蝸桿 (或蝸輪 )的螺旋線旋向定用左手還是右手，也就是左旋 用左手，右旋用右手，然后依據(jù) 蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向，用手假想地握住蝸桿，讓四指指向蝸桿旋轉(zhuǎn)方向，那么 此時大拇指所指方向即為蝸輪上節(jié)點線速度方向的反方向，則由此可判定蝸輪的旋向。如圖 3-3(a)我們可以判斷蝸輪為順時針旋轉(zhuǎn) (蝸輪上節(jié)圖 3-1 蝸輪與蝸桿傳動方式式向 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 7 點 P的線速度 Vp水平向右 )。 同樣如圖 3-3(b)，在已知蝸輪的螺旋線旋向和旋轉(zhuǎn)方向的條件下，依據(jù)此法，反過來可以判定蝸桿的 旋轉(zhuǎn)方向為順時針旋轉(zhuǎn)，如圖 3-3(c)在已知蝸桿和蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向的條件下，可以判定蝸桿蝸輪螺旋線旋向為左旋。 3.3 根據(jù)蝸桿蝸輪的旋向，進(jìn)行力分析 如圖 4所示為一下置蝸桿傳動，蝸 桿為主動件，旋向為右旋，按圖示方向轉(zhuǎn)動。作用在蝸桿齒面上的法向力 Fn可分解為三個互相垂直的分力：圓周力Ft1，徑向力 Fr1和軸向力 Fa1。由于蝸桿與蝸輪軸交錯角成 90角，根據(jù)作用與反作用的原理，蝸桿的圓周力 Ft 與蝸輪的軸向力 Fa2、蝸桿的軸向力 F a1與蝸輪的圓周力 Fc2、蝸桿的徑向力 F rl與蝸輪的徑向力 Fr2分別存在著大小相等、方向相反的關(guān)系。 當(dāng)蝸桿為主動件，判斷上述六個力的方向時，應(yīng)記住： (1)蝸桿上的圓 周力 Ft1的方向與蝸桿齒在嚙合點的運動方向相反； (2)蝸輪上的圓周力 F c2的方向與蝸輪齒在嚙 合點的運動方向相同； (3)徑向力 Fr的方向在蝸桿，蝸輪上都是由嚙合點分別指向軸心。 舉例 試分析圖 3-5所示的蝸桿傳動中，蝸桿、蝸輪的轉(zhuǎn)動方向及所受各分力的方向： (a)已知蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向啦和螺旋線的旋向求蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向 n1； (b)已知蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向 n1和螺旋線的旋向求蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向 n。 由于此時蝸輪上嚙合點的線速度為水平向右且螺旋線旋向為左旋，應(yīng)用左手螺旋法則，大拇指向左握蝸桿，則此時四指的指向即為蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向 n 即如圖所標(biāo)方向。根據(jù)蝸桿和蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行力分析，可分別得到蝸桿和蝸輪所受圓周力、軸向 力和徑向力，蝸桿的螺旋線旋向為右旋，應(yīng)用右手螺旋法則，四指指向蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向 n 握蝸桿，則此時大拇指指向的反方向，即為蝸輪上嚙合點的線速度方向即水平向左，由此可判斷蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向為順時針方向，如圖 3-5所示。根據(jù)蝸桿和蝸輪的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行力圖 3-3 蝸輪蝸桿旋向 圖 3-4 蝸輪蝸桿受力分析 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 8 分析，可分別得到蝸桿和蝸輪所受圓周力、軸向力 和徑向力，如圖所示。 圖 3-5 蝸輪蝸桿受力圖 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 9 4.蝸桿傳動的失效形式和材料的選用 4.1 失效形式 蝸桿傳動的失效形式與蝸輪傳動的失效形式相類似，有疲勞點蝕、膠合、磨損和輪齒折斷等 在一般情況下，蝸桿的強度總是高于蝸輪的輪齒強度，因此失效總是發(fā)生在蝸輪上由于在傳動中，蝸桿和蝸輪之間的相對滑動較大，更容易產(chǎn)生膠合和磨損 4.2 材料的選擇 蝸桿和蝸輪材料的合理選擇和匹配是提高承載能力（或使用壽命）和傳動效率的重要方面選擇蝸桿和蝸輪材料應(yīng)注意以下幾個問題： a) 蝸桿傳動共扼齒面間的主要運動形式是滑動為減少摩擦系數(shù)、提高效率、降低油溫，應(yīng)將軟硬材料相匹配蝸桿直徑小，一般為主動軸；蝸輪直徑大，一般為從動軸蝸桿傳動多用于減速機(jī)構(gòu)，因此蝸輪應(yīng)選用耐磨和減磨性能好的材料；而蝸桿則要選 擇硬度高、剛性好的材料 b) 材料的選擇要和蝸桿傳動的使用條件和可能出現(xiàn)的失效形式相適應(yīng)蝸桿傳動的主要失效形式是磨料磨損和粘者磨損所以選擇材料是，要特別注意提高抗粘著性磨損的能力，同時也要提高減磨和耐磨的性能 c) 要重視材料的熱處理及其他工藝性能實踐證明，在提高蝸桿螺旋買內(nèi)光潔度的前提下，蝸桿螺旋面和蝸輪齒面的硬度差越大，蝸桿傳動抗粘著性磨損和抗磨料磨損的能力越大，從而是溫度降低、效率提高因此提高蝸桿和蝸輪的硬度差，是提高動力蝸桿傳動承載能力及傳動效率的重要方面對于蝸輪材料（軟材料），硬度 變化不大，可用熱處理的工藝措施提高蝸桿齒面硬度所以蝸桿材料要具有良好的熱處理工藝性能，同時也要具有車削、磨削等其他良好的工藝性能 d) 選擇材料要和所用的潤滑油的性能相適應(yīng)潤滑油和潤滑油添加劑都有自身的物理和化學(xué)性能，因此在選用蝸輪和蝸桿材料時，要注意材料和潤滑油及添加劑之間不發(fā)生有害的物理和化學(xué)反應(yīng)，也不出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象 e) 要考慮材料的來源和成本 為次材料應(yīng)具備以下條件： ） 抗粘著性磨損好，為此在選擇材料時要注意盡量選脆性材料；盡量采用互溶性小的材料相配合；為了提高抗粘著性磨損的能力，還 可采用熱處理的工藝程序，使金屬表面生成互溶性小、多相有機(jī)化合物組織 ） 材質(zhì)軟、易跑合 ） 材料導(dǎo)熱性能好 ） 材料組織應(yīng)在軟質(zhì)基礎(chǔ)上，分布著硬質(zhì)點，同時還要具有耐磨，耐高溫，抗磁性等特性 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 10 常用的幾種熱處理工藝 為了實現(xiàn)對材料的技術(shù)要求，采用熱處理工藝十分必要采用什么樣的熱處理方案要根據(jù)具體情況而定 對于蝸輪材料（軟材料），一般采用回火或時效處理等 蝸桿采用的熱處理方案是根據(jù)所用的材料的硬度要求、表面光潔度及變形量的要求確定的通常用的熱處理方式有：調(diào)質(zhì)處理、淬火處理、滲碳處理、氣體氮化 等 綜上所述，在手搖蝸輪中，蝸輪的材料選用 HT200,冷模鑄造，蝸桿材料選用 45 鋼，齒面表面淬火，硬度 HRC4550 4.3 國內(nèi)外對蝸輪材料的研究現(xiàn)狀 蝸輪傳動是僅次于齒輪傳動的第二傳動類型，在近代工業(yè)中獲得了非常廣泛的應(yīng)用，因而國內(nèi)外每年要消耗大量貴重有色金屬青銅用于制造蝸輪輪圈。研究探索新型蝸輪材料取代青銅制作蝸輪具有非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益和重要經(jīng)濟(jì)價值。 在探索蝸輪材質(zhì)方面，國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了很多工作?？ㄆ章〔牧暇哂懈叩哪湍バ院湍ズ闲?。最近幾年，前蘇聯(lián)人用卡普隆材質(zhì)，制成了普通圓柱蝸輪和球面蝸輪，與 ZQ419 4 材質(zhì)制作的普通圓柱蝸輪和球面蝸輪進(jìn)行了對比實驗 (相對滑動速度 6 m s)，實驗結(jié)果表明，額定扭矩分別提高了 0 3 倍和 2倍，減速器傳動效率分別提高了 4 6和l8 2O，取得了良好的效果。碎石送料機(jī)中蝸輪減速器用卡普隆蝸輪，在工作了 4年 f20000 h)后處于良好狀態(tài)，其壽命比青銅蝸輪提高了 2倍。塑料蝸輪的采用，不僅可以節(jié)約貴重有色金屬青銅，同時也使機(jī)器重量大大降低。前蘇聯(lián)人還給出了卡普隆蝸輪的適用范圍。建議在以下情況下采用：傳遞功率在 2 4 kW 之間，油溫低于 90 100，滑動速度 小于 3 4 m s。國內(nèi)在這一方面也有所研究：如濟(jì)南有色金屬研究所研制出了新型蝸輪材料一稀土鋁合金，據(jù)說性能略優(yōu)于稀青銅，成本可降低三分之一。河南省周口石軸瓦廠研制出了高耐磨鋅基合金 ZnA1CuMn，據(jù)說性能優(yōu)于稀青銅，成本可以降低4O。有些研究者用尼龍 6 做過實驗，據(jù)說未取得好的效果。大同市橡膠廠用石墨、石英砂填充 MC 尼龍制作蝸輪，在無油潤滑條件下工作，壽命超過了青銅蝸輪降低了成本取得了很大經(jīng)濟(jì)效益。天津微型蝸輪減速機(jī)廠部分蝸輪已開始用非金屬制造。總之， 國內(nèi)外在探索蝸輪新材料方面已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，然 而，我們卻不能安于現(xiàn)狀，這是因為：稀土鋁合金、高耐磨鋅基合金至今未見工業(yè)中應(yīng)用，效果如何，尚未可知，若效果好的話，因其仍屬有色金屬，也只能緩解一時，從長遠(yuǎn)著想，有前途的應(yīng)屬工程塑料因為 2O 世紀(jì) 7O年代就有人估計，到 2l 世紀(jì)塑料結(jié)構(gòu)材料中的比例將上升為 78 (鋼鐵l2 ，超越鋼鐵，而且價格相當(dāng)?shù)土?。卡普隆屬于工程塑料符合材料發(fā)展方向，但從目前應(yīng)用情況來看，卡普隆在蝸輪上應(yīng)用尚有一定條件況且國內(nèi)對應(yīng)材料尼龍 6效果不佳?？ㄆ章〔牧蠎?yīng)用的條件是由其固有特性決定的，即由其固有的機(jī)械性能、摩擦學(xué)性能和熱性 能決定 的。 因而，探索機(jī)械性能、摩擦學(xué)性能和熱性能更好的工程塑料作為徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 11 蝸輪材料成為我們研究的方 向 為探索機(jī)械性能、摩擦學(xué)性能和熱性能更好的工程塑料，我們首先想到了那些高性能的工程塑料，如聚酰亞胺，在高低溫條件下都具有優(yōu)良的機(jī)械性能、耐磨性能。還有在聚酰亞胺推動下開發(fā)問世的聚砜、聚苯硫醚等一系列耐熱特種工程塑料。然而，這些特種工程塑料原料成本高，合成工藝繁雜，成形困難，使廣泛應(yīng)用受到了一定限制獲：礙高性能工程塑料的另一途徑是對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行填充改性，通用工程塑料通過增強填充改性在提高機(jī)械性能的同時，也擴(kuò)大了使用溫度范圍 ， 同時，也有可能提高摩擦學(xué)性能。因此，人們認(rèn)為工程塑料的增強和填充改性是當(dāng)前最主要的發(fā)展方向。通過把幾種各具有不同優(yōu)點的材料進(jìn)行人工復(fù)合，構(gòu)成復(fù)合材料，使各組分間相互取長補短，從而獲得具有力學(xué)、化學(xué)和孽擦學(xué)等方面良好綜合性能的材料。復(fù)合的目標(biāo)是使材料具有更高的機(jī)械性能摩擦學(xué)性能和耐熱性能。復(fù)合材料的基底材料我們選中了尼龍 6，因為在普遍工程塑料之中，尼龍具有最佳綜合性能，因而在世界各國應(yīng)用最為廣泛，而且資源最為豐富。增強材料選用玻璃纖維和鈦合金。玻璃纖維是目前應(yīng)用最多的增強材料玻璃纖維有很高的拉伸強度，可 高達(dá) 1 000 3 000 MPa，比高強度鋼還高近兩倍。由于玻璃纖維在性能、工藝等方面具有良好的綜合性能，價格低廉，制取方便，因而是一種良好的增強體。鈦合金是一種性能優(yōu)異的高分子材料增強劑，可以顯著提高復(fù)合材料的強度和高溫性能，且具有較低磨損率。改 l 生固體潤滑劑我們選用了石墨、 MoS 。因為石墨具有自潤滑性和低的摩擦系數(shù)，導(dǎo)熱率高， 比鐵高兩倍，線膨脹系數(shù)小，有較高耐熱性。 MoS2 在空氣中在一 180一 400之間都具有較低摩擦的自潤滑性，熱膨脹系數(shù)小。 MoS 與金屬表面摩擦?xí)r能形成具有一定粘附強度的轉(zhuǎn)移 膜，因而能獲得良好的潤滑性。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 12 5 手搖蝸輪傳動自鎖可靠性的研究 5.1 概述 一 般認(rèn)為，蝸輪傳動時，若蝸桿的螺旋升角 A與摩擦角妒滿足關(guān)系式 A& 時，具有自鎖性，所以在機(jī)械行業(yè)中應(yīng)用廣泛。但是在實際例子中，也出現(xiàn)過因自鎖失效而導(dǎo)致事故發(fā)生的例子。自鎖的失效雖然不能否定基礎(chǔ)理論，但是卻意味著實際工作情況與理論研究存在著差異。究竟是什么原因?qū)е伦枣i的失效，哪些因素對蝸輪副的自鎖有影響，如何提高蝸輪副自鎖的可靠性，這里以實例對蝸輪副自鎖問題進(jìn)行分析，提出了提高蝸輪副自鎖可靠性的方法。 5.2 自鎖失效原因的分析 以某一蝸輪減速機(jī)為例，該機(jī)在實際工作中出現(xiàn)過自鎖失效。其主要參數(shù)為：蝸桿軸向模數(shù) (m1=蝸輪端面模數(shù)nm)=6，壓力角t=15。，蝸桿特性系數(shù) q=11，1z=1，2z=50，蝸桿分度圓直徑 d =66mm，齒頂圓直徑 d =78mm，齒根圓直徑： 51 6mm；軸向節(jié)距 t： 18 85mm；螺旋升角 A=511 ，右旋，精度等級 8，材料：蝸桿 20Cr，硬度 HRC： 45 50；蝸輪 ZQAL9 49.滿足當(dāng) A &條件即具有自鎖性。自鎖失效說明上述條件不充分，分析有以下因素： 5.2.1 摩擦系數(shù) 根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊，鋼對青銅的摩擦系數(shù)見表 5-1。 在機(jī)械傳動摩擦中，除了材料的材質(zhì)以外，表面粗糙度、硬度、潤滑條件等對摩擦系數(shù)都有不同程度的影響。如在表面粗糙 度為 1.6的平板上 (模擬蝸桿 )，改變傾角用表面粗糙度為 1.2ZQAL9 4的滑塊 (模擬蝸輪 )來測取摩擦系數(shù)，其結(jié)果見表 5-2 表 5-1 鋼對青銅的摩擦系數(shù) 表 5-2 潤滑條件下的摩擦系數(shù) 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 13 在潤滑條件下所測出的數(shù)據(jù)與手冊所提供的數(shù)據(jù)差別較大，即使按其下限計算的話也將近 3倍。如按設(shè)計手冊數(shù)據(jù)的下限計算，取 f=0.1，則 A=arctg0.1=5。 24，當(dāng) A=arctg(1 q)： 5。 1 1時， A& 滿足自鎖條件 ,卻不能自鎖，因為蝸輪的潤滑條件很好，其輪齒部分都浸在油池中，所以在上述條件下取摩擦系數(shù) f=0.10.15顯然是不合適的。 5.2.2 螺旋升角 螺旋升角應(yīng)滿足保證自鎖和高效率的要求，前者要求螺旋升角小，后者要求螺旋升角大，這是一對矛盾。其實，螺旋升角并不是一個定值，而是隨 著在齒面直徑方向嚙合部位的不同而變化的，下面以蝸桿為例進(jìn)行分析。 設(shè) A=5度 ll分， d=66mm，齒頂高 h=1.2m，齒根高 h=1.2m， m=18.85mm，在分度圓上，A=arctg(1 q)： 511；在齒頂圓上， A=arct p (d-2m) =4o24；在齒根圓上 A=arctg p (d-2 4m) =6c37見圖 5-1。由以上計算可見，蝸桿的螺旋升角A從齒頂方向向齒根方向逐漸變大，自鎖 性能變差。 5.2.3 壓力角對摩擦角的影響 根據(jù)漸開線的性質(zhì)，壓力角沿齒廓是變化的。接近基圓的壓力角較小，壓力角隨廓所在半徑增大而增大。下面取分度圓壓力角等于 15度和 20度。兩種情況進(jìn)行討論。由P= 1 rcosa 設(shè) a=15度時，其正壓力為 P，設(shè) d=20時，其正壓力為 P， o3為旋轉(zhuǎn)角速度， 為蝸桿在傳動時所受的 力矩： rl= r2= r= d 2=33mm Pl= M rcos nl= M 33cosl 5。 P2=M FCOSa2= M 33cos20。 PlP2 摩擦力隨著壓力角的增大而增大由 & =arctg(f COS )當(dāng)量摩擦角求出 a=15度時， 圖 5-1 螺旋升角的變化 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 14 （齒頂圓壓 力角）時，變化規(guī)律如圖 5-2所示。 當(dāng)壓力角增大時當(dāng)量摩擦角也隨之增大。壓力角、螺旋升角和摩擦角的變化情況見表5-3。 5.3 嚙合狀態(tài)的分析 5.3.1 接觸斑點分析 按 JBI62 60規(guī)定，選用 8級精度時，接觸斑 按齒高不小于 50 ，按齒長不小于50的原則。蝸桿頂工作高度： h =m=6 mm， hj=7 2 mm；標(biāo)準(zhǔn)安裝時，其徑向間隙 =1 2 圖 5-2 壓力角的變化 表 5-3 壓力角、螺旋升角和摩擦角的變化規(guī)律 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 15 mm：齒工作高度： h=12 mm。 在接觸斑點符合 JBI62 60， 8級精度要求的情況下，有兩種特殊情況： (1)蝸桿的齒根部分與蝸輪的齒頂部分嚙合，蝸輪齒廓上的接觸斑點如圖 5-3所示。 (2)蝸桿的齒頂部分與蝸輪的齒根部分嚙臺此時蝸桿接觸斑點的平均高度在齒頂圓上與 (1)相反 此時 A=4。 24。 =5。 11。 &=658。 5.3.2 減速機(jī)實際情況分析 減速機(jī)分解后發(fā)現(xiàn)蝸輪齒嚙合面的齒廓接觸斑點在齒高和齒長方向均達(dá)到 5O ，但偏向蝸輪齒廓齒頂一例、見圖 5-4 從上述可知，蝸輪齒廓的齒頂部分與蝸仟齒廓的齒根部舒相嚙合不利于自鎖，并且其斑點偏向于齒根一側(cè)這是因為零件加工和裝配質(zhì)量不高所致。 5.4.3 為了有效的解決蝸桿轉(zhuǎn)動的自鎖問題，可采用以下措施 (1)正確的選用螺旋升角。 圖 5-3 渦輪齒廓上的接觸斑點 圖 5-4 渦輪齒廓接觸斑點的分布 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 16 通過上述分析可見，在蝸桿轉(zhuǎn)動中，在蝸 桿齒廓上，其螺旋升角、壓力角、摩擦角是變化的。因此，為確保自鎖的可靠性、蝸 桿應(yīng)盡量選用較大的特性系數(shù)，以達(dá)到降低螺旋升角的目的： 一 般情況下為保證自鎖。摩擦角應(yīng)大于螺旋升角 1。左右：這樣就增加了一個安全系數(shù)，可以抵消其它不利因素如螺旋升角、壓力角、摩擦角的變化以及參考有關(guān)數(shù)據(jù)的偏差等所帶來的不利于自鎖的因素。 (2)在受力條件允許的情況下，選用滑動軸承作支點，自鎖條件為 A ；對于精密加工的蝸桿傳動采用滾動軸承作支點，在 A 4。時自鎖，而滑動軸承作支點 A 6。時自鎖。 (3)選用壓力角為 2O度的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿， 以增大當(dāng)量摩擦角： (4)提高零件的加工精度和質(zhì)量，確保正確的嚙合狀態(tài) 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 17 6 蝸輪的加工 6.1 加工原理 為了保證蝸輪和蝸桿的正確嚙合 ， 蝸輪通常是用于蝸桿形狀和尺寸完全相同的滾刀加工的。 根據(jù)漸開線螺旋齒嚙合原理可知 ， 在一對漸開線螺旋齒輪傳動中 ， 只要能使兩者的 法向齒距、法向模數(shù)和法向壓力角相等，就可以保證這對漸開線螺旋齒輪的正確嚙合。用標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀加工蝸輪的工藝方法，就是根據(jù)漸開線螺旋齒輪嚙合原理來實現(xiàn)的。標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀是一法向參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)系列值 的。所以這里值得注意的是，在用標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀加工蝸輪的條件下，為了使被切制的蝸輪能與蝸桿正確地嚙合，首先必須使蝸桿的法向齒距 t，蝸桿的法向壓力角 a等于標(biāo)準(zhǔn)滾刀的法向齒輪和法向壓力角。據(jù)此，在蝸桿分度圓直徑一定（即不改變原蝸桿分度圓參數(shù)）的情況下可以計算出配合蝸桿的軸向齒距和軸向壓力角，用配合蝸桿參數(shù)取代原蝸桿的相應(yīng)參數(shù)就能保證蝸桿的正確嚙合（見圖6-1） 圖 6-1 標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀加工蝸輪原理圖 從圖 1中可以看出，為了保證齒輪滾刀 切制的蝸輪分度園螺旋角 B，與蝸桿分園螺 旋升角 相等，必須使?jié)L刀的螺旋方向與被 加工 蝸輪的螺旋方向一致。所以，在安裝滾 刀時，要使?jié)L刀刀架回轉(zhuǎn)一個滾刀安裝角 r。 從圖 1中可以看出。 R=r1-r2 式（ 6.1） 式中： R -滾刀安裝角 r1 -蝸桿分圓螺旋升角 r2-齒輪滾刀分圓螺旋升角 6.2 嚙合參數(shù)的確定 標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀是以法向模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)系列值的，工具廠生產(chǎn)的齒輪滾刀端面上都注 有法向模數(shù) m ，法向壓力角 d 和分圓螺旋升角 r。所以根據(jù)阿基米德定理可 知： 從齒輪 滾刀的法向齒距 t 為： t=tm 式（ 6.2） 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 18 蝸桿皆用軸向模數(shù)表示。一般圖紙給 定軸向模數(shù) m，軸向壓角 a和分圓螺旋升角 r，從圖 6-2可知，蝸桿的法向齒距 t為： t2=tcosr=ms2cos r 式（ 6.3） 圖 6-2 蝸桿分圓螺旋線展開圖 為了保證蝸桿能與標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀切制的 蝸輪相嚙合，由圖 1中的 OAB和 OCB可 以看出，必須保證蝸桿的法向齒距等于標(biāo)準(zhǔn) 齒輪滾刀的法向齒距，即： 式（ 6.4） 由 式 6.4可知，在蝸桿分園直徑 de,分園螺旋升角 不變的情況下，可求出蝸輪實現(xiàn)正確嚙合的蝸桿軸向模數(shù)。 為了能保證蝸桿能與標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀切制的蝸輪相嚙合，必須使蝸桿的法向壓力角與齒輪滾刀的法向壓力角相等，即： 式（ 6.5） 從上兩公式中可以看出，用標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾 刀加工蝸輪，只需改變蝸桿原設(shè)計的軸向模數(shù) 和軸向壓力角，就可以保證其 正確地嚙合。 6.3 加工工藝 6.3.1 蝸輪加工 選用法向模數(shù)與蝸桿 (圖紙上標(biāo)注的 )軸 向模數(shù)相同的齒輪滾刀。安裝滾刀時，滾齒機(jī)刀架回轉(zhuǎn)一個滾刀安裝角 ，滾齒機(jī)刀架回轉(zhuǎn)的方向見圖 4。 其中：n 齒輪滾刀螺旋升角 2f 蝸輪螺旋角 用手動進(jìn)給法滾切蝸輪時，工件的安裝、 主軸轉(zhuǎn)速，分齒掛輪的計算與調(diào)整等均與滾切園柱齒輪相同，在此不再贅述了。調(diào)整刀架 和安裝滾刀時，必須嚴(yán)格按照工藝要求 ，保證滾刀中心線在蝸輪中的 平面內(nèi)，保證最終滾切中心距等于被切蝸輪的理論中心距，徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 19 徑向進(jìn)給量的大小據(jù)實際情況，自行確定。 由于齒輪滾刀直徑多數(shù)大于蝸桿直徑，因此，切制的蝸輪齒底徑 R：應(yīng)大于原設(shè)計的底徑 Rt，如圖 5，使接觸區(qū)集中于蝸輪中截 面，這樣即避免了對角接觸弊病，又有利于潤滑油楔的生成，從而減少磨損，提高承載能力，延長使用壽命。 但是根據(jù)蝸輪副的幾何參數(shù)，選用齒輪滾刀時，為了使蝸輪齒長方向兩端齒厚不發(fā)生過薄現(xiàn)象，應(yīng)該使?jié)L刀外徑大于蝸桿直徑。 圖 6-4 滾刀直徑的作用 6.3.2 蝸輪的計算與檢測 1 ） 公法線長度計算公式 前面論述了標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀加工蝸輪的工藝方法，就是根據(jù)漸開線螺旋齒輪嚙合原理來實現(xiàn)的，其實蝸輪與斜齒輪的公法線長度計算及檢測方法是相同的。所不同的是蝸輪的外徑到喉徑是半徑為 R的園弧面，所以我們在檢測蝸輪時，采用螺旋齒輪公法線長度公式進(jìn)行計算和測量。完全能保證蝸輪的加工質(zhì)量。 即： 式（ 6.6） 式中： L 法向公法線長度； m 法向模數(shù)； n 法向壓力角； a 端面壓力角； Z 蝸輪齒數(shù)； N 跨齒數(shù)； 圖 6-3 滾切渦輪時滾刀的安裝角度 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 20 inv 漸開線函數(shù)。 一般加工時圖紙給出法向壓力角 a，因 此可用下面公式計算端面壓力角 a 式（ 6.7） 式中： B一蝸輪螺旋升角 2） 跨測齒數(shù)計算公式 式（ 6.8） 計算時因圖紙中給出的是端面模數(shù) m所以要把 m換算成法向模數(shù) m1，即： 式（ 6.5） 注意：測量公法線長度時，應(yīng)在蝸輪喉徑處進(jìn)行測量，在其它處 測量是不對的，公法線長度公差可查表。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 21 7 蝸輪殼體的加工工藝探討 7.1 前言 蝸輪殼體如圖 1所示 。 圖 7-1 蝸輪殼體 7.2 蝸輪殼體工藝分析 蝸輪殼體的外形主要是圓弧面，加工參數(shù)多為 圓孔及其端面。同時考慮本廠設(shè)備狀況及生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性等多種情況，安排主要在普通車床上進(jìn)行加工。其加工工藝分析如下： (1)該零件是鑄件，粗加工前需進(jìn)行時效處理， 消除內(nèi)應(yīng)力。 (2)由于外形復(fù)雜，車削加工前需先進(jìn)行劃線，劃出交叉中心線及端面加工尺寸線，劃線 時要考慮 內(nèi)孔余量和尺寸均勻。 (3)用普通卡盤無法滿足，需設(shè)計角鐵夾具用以 裝夾，以 B面為一個定位基準(zhǔn)，以 55H7孔裝心軸作另一定位基準(zhǔn)，加工 52J7孔。 (4)用四爪單動盤裝夾，按劃線找正側(cè)母線，分粗、精車加工 82孔端面及 55H7孔。 (5)用三爪自定卡盤夾住 82 mm外圓，粗、精車 70和 130兩端面至圖紙尺寸，并和基準(zhǔn) B平行。 (允差 0 05 mm) 7.3 蝸輪殼體的車削方法及工裝 根據(jù)零件圖及上面的工藝分析，先在通用三爪 自定心卡盤上車出 82、 130兩外圓端面及 55H7內(nèi)孔，然后以 82端面及 55H7作為定位基準(zhǔn)，設(shè)計了在角鐵上用固定