手搖蝸輪設計(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 從上世紀二十年代以來，蝸桿傳動機構的研制工作發(fā)展很快，蝸桿傳動已廣泛應用在冶金、礦山、起重運輸、化工、國防等行業(yè)，達到了相當高的技術水平。蝸桿傳動是傳遞交錯軸間的動力或運動的傳動機構，它主要由蝸桿和蝸輪組成。蝸桿相當于一頭或多頭的等導程（或變導程）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整帶式輸送機小車上改向滾筒的位置，從而防止輸送帶跑偏的一種裝置。 關鍵詞 蝸桿傳動；設計計算；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徐州工程學院畢業(yè)設計 (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 手搖蝸輪的設計計算及校核 3 2.1 設計計算步驟 .3 2.2 蝸輪蝸桿軸強度的校核 .5 3 蝸輪轉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 據蝸桿蝸輪的旋向進行力分析 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 國內外對蝸輪材料的研究現狀 .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 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 減速機實際情況分析 .15 5.4.3 解決蝸桿轉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 徐州工程學院畢業(yè)設計 (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 飛刀展成蝸輪的數控方法 25 8.1 飛刀加工的特點和非數控方法的局限 25 8.2 飛刀的設計和數控切制 .26 8.3 在數控滾齒機上展成蝸輪 .28 8.4 加工質量分析 .29 9 各種材質蝸輪傳動摩擦學系統分析 30 9.1 用系統方法學 30 9.2 蝸輪傳動的摩擦學系統分析 .30 9.2.1 分析 .31 9.2.2 分析結果 .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 結論 43 致謝 44 參考文獻 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 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論 文 ) 3 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論 文 ) 4 徐州工程學院畢業(yè)設計 (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程角r蝸桿螺旋線的導程角 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構 。蝸輪傳動具有以下優(yōu)點： 采用一級蝸輪傳動就可以實現很大傳動比，結構緊湊。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。不僅減少了零件數目，而且簡化了機構。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 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論 文 ) 2 中得到了廣泛的 應用。 然而，蝸輪傳動也有缺點，由于這些缺點，使其應用受到限制。傳動效率低：效率低表明動 力損失大，相當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，由于齒面間有相當大的滑動速度，容易導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，相當與齒條，蝸輪齒廓為漸開線，相當于齒輪所以，在主平面內，就相當于齒條齒輪傳動由此，蝸桿傳動的正確嚙合條件為：主平面內蝸桿 的軸向齒距與蝸輪的端面齒距應相等即蝸輪的端面模數 m2 應等于蝸桿的軸向模數 m1，且均為標準值；同時蝸輪的端面壓力角 a應等于蝸桿的軸向壓力角a1,亦均為標準值即 m2=m1=m， a2=a1=a， 同時還須保證 。 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論 文 ) 3 2 手搖蝸輪的設計計算及校核 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，來調整帶式輸送機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)，設計使用壽命 10 年，每年工作 300 天 2.1 設計計算步驟 ） 傳動類型的選擇 結構設計采用下置式（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，所產生的攪油損耗也不是很大，很常用的型式） 根據減速比，選定 1, 2=31 ）蝸輪蝸桿主要參數的計算 根據設計計算公式： 2232 21 . 6 7 E Z XmHk T Z Zm q k式（ 2.1） 其中 計算載荷系數 2T輸出轉矩 ZXZ齒數和變位影響系數 EZ為材料彈性影響系數，當蝸輪材料為灰鑄鐵，蝸桿材料為鋼時，EZ12 21 6 2 (N /m m ) 表 -1 蝸輪蝸桿主要參數 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 徐州工程學院畢業(yè)設計 (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（查機械設計手冊）試求，因為未知，根據題中條件，估算3m/s,取 ； b) 查機械設計手冊，得 2k =1 3 1.1k 4 1k 5 1k 6 1k c) 查機械設計手冊 ,試取7k，因為螺旋角未知，根據減速比和，取7 0.92k d) 1 2 3 4 5 6 7* * * * * *k k k k k k k k 1.012 e) 查機械設計手冊 ,s=2, 200s M pa ,所以許用應力 2 1 0 0 /H N m m f) 根據公式，輸出轉矩 12 1 21*9 5 5 0 0 0 0 *NTin 式（ 2.2） 其中， 1N輸入功率（ kw） 1n蝸桿轉速 (kw) 12i減速比 減速器效率 2T蝸輪輸出轉矩 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徐州工程學院畢業(yè)設計 (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 根據蝸輪蝸桿軸接觸應力的校核公式： 2231 . 6 7 zxH E Hmk T z zq m k式（ 2.3） 代入數據，得：H 95.4MpaH=100Mpa 滿足強度要求 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論 文 ) 6 3 蝸輪轉向的判定及力的分析 3.1問題的提出 在機械傳動中，蝸桿傳動用于傳遞空間交錯軸之間的回轉運動 在絕大多數情況下，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構緊湊、工作平穩(wěn)、無噪聲、自鎖性以及能到很大的傳動比，因此廣泛應用于機床、汽車、儀器、起重運輸機械、冶金機械以及其他機械制造部門。 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 向三個因素 的影響，在眾多教材和資料中尚無統一的說法，這也往往造成一種理解上的混亂。蝸輪的轉向是這樣判定的：“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系來確定。設想蝸輪不動而蝸桿按圖示方向轉動，則蝸桿應向上移動，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動。同樣，當蝸桿的螺紋為左旋而蝸桿沿與上述相反方向旋轉時，蝸輪的轉向仍為圖示方向”。通過比較和總結，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)根據蝸輪蝸桿的相對位置及蝸桿的旋轉方向判定蝸輪的旋向： (3)根據蝸桿、蝸輪的旋向，進行力的分析。 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 根據蝸輪蝸桿的相對位置及蝸桿的旋轉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 蝸桿的旋轉方向，用手假想地握住蝸桿，讓四指指向蝸桿旋轉方向，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 (蝸輪上節(jié)圖 3-1 蝸輪與蝸桿傳動方式式向 徐州工程學院畢業(yè)設計 (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方向的條件下，依據此法，反過來可以判定蝸桿的 旋轉方向為順時針旋轉，如圖 3-3(c)在已知蝸桿和蝸輪的旋轉方向的條件下，可以判定蝸桿蝸輪螺旋線旋向為左旋。 3.3 根據蝸桿蝸輪的旋向，進行力分析 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、方向相反的關系。 當蝸桿為主動件，判斷上述六個力的方向時，應記?。?(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、蝸輪的轉動方向及所受各分力的方向： (a)已知蝸輪的旋轉方向啦和螺旋線的旋向求蝸桿的旋轉方向 n1； (b)已知蝸桿的旋轉方向 n1和螺旋線的旋向求蝸輪的旋轉方向 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方向 n 即如圖所標方向。根據蝸桿和蝸輪的旋轉方向進行力分析，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，應用右手螺旋法則，四指指向蝸桿的旋轉方向 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方向為順時針方向，如圖 3-5所示。根據蝸桿和蝸輪的旋轉方向進行力圖 3-3 蝸輪蝸桿旋向 圖 3-4 蝸輪蝸桿受力分析 徐州工程學院畢業(yè)設計 (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 徐州工程學院畢業(yè)設計 (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、提高效率、降低油溫，應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構，因此蝸輪應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的失效形式相適應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潤滑油和潤滑油添加劑都有自身的物理和化學性能，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反應，也不出現腐蝕現象 e) 要考慮材料的來源和成本 為次材料應具備以下條件： ） 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、多相有機化合物組織 ） 材質軟、易跑合 ） 材料導熱性能好 ） 材料組織應在軟質基礎上，分布著硬質點，同時還要具有耐磨，耐高溫，抗磁性等特性 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論 文 ) 10 常用的幾種熱處理工藝 為了實現對材料的技術要求，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：調質處理、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 國內外對蝸輪材料的研究現狀 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用，因而國內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^的經濟效益和重要經濟價值。 在探索蝸輪材質方面，國內外已經進行了很多工作?？ㄆ章〔牧暇哂懈叩哪湍バ院湍ズ闲?。最近幾年，前蘇聯人用卡普隆材質，制成了普通圓柱蝸輪和球面蝸輪，與 ZQ419 4 材質制作的普通圓柱蝸輪和球面蝸輪進行了對比實驗 (相對滑動速度 6 m s)，實驗結果表明，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，同時也使機器重量大大降低。前蘇聯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。國內在這一方面也有所研究：如濟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濟效益。天津微型蝸輪減速機廠部分蝸輪已開始用非金屬制造。總之， 國內外在探索蝸輪新材料方面已經取得了很大進展，然 而，我們卻不能安于現狀，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，從長遠著想，有前途的應屬工程塑料因為 2O 世紀 7O年代就有人估計，到 2l 世紀塑料結構材料中的比例將上升為 78 (鋼鐵l2 ，超越鋼鐵，而且價格相當低廉。卡普隆屬于工程塑料符合材料發(fā)展方向，但從目前應用情況來看，卡普隆在蝸輪上應用尚有一定條件況且國內對應材料尼龍 6效果不佳。卡普隆材料應用的條件是由其固有特性決定的，即由其固有的機械性能、摩擦學性能和熱性 能決定 的。 因而，探索機械性能、摩擦學性能和熱性能更好的工程塑料作為徐州工程學院畢業(yè)設計 (論 文 ) 11 蝸輪材料成為我們研究的方 向 為探索機械性能、摩擦學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有產品進行填充改性，通用工程塑料通過增強填充改性在提高機械性能的同時，也擴大了使用溫度范圍 ， 同時，也有可能提高摩擦學性能。因此，人們認為工程塑料的增強和填充改性是當前最主要的發(fā)展方向。通過把幾種各具有不同優(yōu)點的材料進行人工復合，構成復合材料，使各組分間相互取長補短，從而獲得具有力學、化學和孽擦學等方面良好綜合性能的材料。復合的目標是使材料具有更高的機械性能摩擦學性能和耐熱性能。復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。玻璃纖維是目前應用最多的增強材料玻璃纖維有很高的拉伸強度，可 高達 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，導熱率高， 比鐵高兩倍，線膨脹系數小，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，熱膨脹系數小。 MoS 與金屬表面摩擦時能形成具有一定粘附強度的轉移 膜，因而能獲得良好的潤滑性。 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論 文 ) 12 5 手搖蝸輪傳動自鎖可靠性的研究 5.1 概述 一 般認為，蝸輪傳動時，若蝸桿的螺旋升角 A與摩擦角妒滿足關系式 A& 時，具有自鎖性，所以在機械行業(yè)中應用廣泛。但是在實際例子中，也出現過因自鎖失效而導致事故發(fā)生的例子。自鎖的失效雖然不能否定基礎理論，但是卻意味著實際工作情況與理論研究存在著差異。究竟是什么原因導致自鎖的失效，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 以某一蝸輪減速機為例，該機在實際工作中出現過自鎖失效。其主要參數為：蝸桿軸向模數 (m1=蝸輪端面模數nm)=6，壓力角t=15。，蝸桿特性系數 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 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 根據機械設計手冊，鋼對青銅的摩擦系數見表 5-1。 在機械傳動摩擦中，除了材料的材質以外，表面粗糙度、硬度、潤滑條件等對摩擦系數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，其結果見表 5-2 表 5-1 鋼對青銅的摩擦系數 表 5-2 潤滑條件下的摩擦系數 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論 文 ) 13 在潤滑條件下所測出的數據與手冊所提供的數據差別較大，即使按其下限計算的話也將近 3倍。如按設計手冊數據的下限計算，取 f=0.1，則 A=arctg0.1=5。 24，當 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 f=0.10.15顯然是不合適的。 5.2.2 螺旋升角 螺旋升角應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，下面以蝸桿為例進行分析。 設 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 根據漸開線的性質，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。兩種情況進行討論。由P= 1 rcosa 設 a=15度時，其正壓力為 P，設 d=20時，其正壓力為 P， o3為旋轉角速度， 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 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論 文 ) 14 （齒頂圓壓 力角）時，變化規(guī)律如圖 5-2所示。 當壓力角增大時當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；標準安裝時，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 徐州工程學院畢業(yè)設計 (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 減速機實際情況分析 減速機分解后發(fā)現蝸輪齒嚙合面的齒廓接觸斑點在齒高和齒長方向均達到 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這是因為零件加工和裝配質量不高所致。 5.4.3 為了有效的解決蝸桿轉動的自鎖問題，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 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論 文 ) 16 通過上述分析可見，在蝸桿轉動中，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 桿應盡量選用較大的特性系數，以達到降低螺旋升角的目的： 一 般情況下為保證自鎖。摩擦角應大于螺旋升角 1。左右：這樣就增加了一個安全系數，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數據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度的標準蝸桿， 以增大當量摩擦角： (4)提高零件的加工精度和質量，確保正確的嚙合狀態(tài) 徐州工程學院畢業(yè)設計 (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。用標準齒輪滾刀加工蝸輪的工藝方法，就是根據漸開線螺旋齒輪嚙合原理來實現的。標準齒輪滾刀是一法向參數為標準系列值 的。所以這里值得注意的是，在用標準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等于標準滾刀的法向齒輪和法向壓力角。據此，在蝸桿分度圓直徑一定（即不改變原蝸桿分度圓參數）的情況下可以計算出配合蝸桿的軸向齒距和軸向壓力角，用配合蝸桿參數取代原蝸桿的相應參數就能保證蝸桿的正確嚙合（見圖6-1） 圖 6-1 標準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 嚙合參數的確定 標準齒輪滾刀是以法向模數為標準系列值的，工具廠生產的齒輪滾刀端面上都注 有法向模數 m ，法向壓力角 d 和分圓螺旋升角 r。所以根據阿基米德定理可 知： 從齒輪 滾刀的法向齒距 t 為： t=tm 式（ 6.2） 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論 文 ) 18 蝸桿皆用軸向模數表示。一般圖紙給 定軸向模數 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準齒輪滾刀切制的 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準 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，可求出蝸輪實現正確嚙合的蝸桿軸向模數。 為了能保證蝸桿能與標準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，用標準齒輪滾 刀加工蝸輪，只需改變蝸桿原設計的軸向模數 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 選用法向模數與蝸桿 (圖紙上標注的 )軸 向模數相同的齒輪滾刀。安裝滾刀時，滾齒機刀架回轉一個滾刀安裝角 ，滾齒機刀架回轉的方向見圖 4。 其中：n 齒輪滾刀螺旋升角 2f 蝸輪螺旋角 用手動進給法滾切蝸輪時，工件的安裝、 主軸轉速，分齒掛輪的計算與調整等均與滾切園柱齒輪相同，在此不再贅述了。調整刀架 和安裝滾刀時，必須嚴格按照工藝要求 ，保證滾刀中心線在蝸輪中的 平面內，保證最終滾切中心距等于被切蝸輪的理論中心距，徐州工程學院畢業(yè)設計 (論 文 ) 19 徑向進給量的大小據實際情況，自行確定。 由于齒輪滾刀直徑多數大于蝸桿直徑，因此，切制的蝸輪齒底徑 R：應大于原設計的底徑 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。 但是根據蝸輪副的幾何參數，選用齒輪滾刀時，為了使蝸輪齒長方向兩端齒厚不發(fā)生過薄現象，應該使?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 前面論述了標準齒輪滾刀加工蝸輪的工藝方法，就是根據漸開線螺旋齒輪嚙合原理來實現的，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行計算和測量。完全能保證蝸輪的加工質量。 即： 式（ 6.6） 式中： L 法向公法線長度； m 法向模數； n 法向壓力角； a 端面壓力角； Z 蝸輪齒數； N 跨齒數； 圖 6-3 滾切渦輪時滾刀的安裝角度 徐州工程學院畢業(yè)設計 (論 文 ) 20 inv 漸開線函數。 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） 跨測齒數計算公式 式（ 6.8） 計算時因圖紙中給出的是端面模數 m所以要把 m換算成法向模數 m1，即： 式（ 6.5） 注意：測量公法線長度時，應在蝸輪喉徑處進行測量，在其它處 測量是不對的，公法線長度公差可查表。 徐州工程學院畢業(yè)設計 (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，加工參數多為 圓孔及其端面。同時考慮本廠設備狀況及生產效率和經濟性等多種情況，安排主要在普通車床上進行加工。其加工工藝分析如下： (1)該零件是鑄件，粗加工前需進行時效處理， 消除內應力。 (2)由于外形復雜，車削加工前需先進行劃線，劃出交叉中心線及端面加工尺寸線，劃線 時要考慮 內孔余量和尺寸均勻。 (3)用普通卡盤無法滿足，需設計角鐵夾具用以 裝夾，以 B面為一個定位基準，以 55H7孔裝心軸作另一定位基準，加工 52J7孔。 (4)用四爪單動盤裝夾，按劃線找正側母線，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 B平行。 (允差 0 05 mm) 7.3 蝸輪殼體的車削方法及工裝 根據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內孔，然后以 82端面及 55H7作為定位基準，設計了在角鐵上用固定