手摇蜗轮设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 摘要 从上世纪二十年代以来，蜗杆传动机构的研制工作发展很快，蜗杆传动已广泛应用在冶金、矿山、起重运输、化工、国防等行业，达到了相当高的技术水平。蜗杆传动是传递交错轴间的动力或运动的传动机构，它主要由蜗杆和蜗轮组成。蜗杆相当于一头或多头的等导程（或变导程）螺旋，蜗轮则是变态斜齿轮（或为斜齿轮或为直齿轮）。手摇蜗轮是蜗杆传动的一种，它是通过缠绕钢丝绳来调整带式输送机小车上改向滚筒的位置，从而防止输送带跑偏的一种装置。 关键词 蜗杆传动；设计计算；加工工艺；装配 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 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徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 1 目 录 1 绪论 1 1.1 蜗轮蜗杆的形成原理 .1 1.2 蜗轮蜗杆传动优缺点 .1 1.3 蜗轮蜗杆的正确 2 2 手摇蜗轮的设计计算及校核 3 2.1 设计计算步骤 .3 2.2 蜗轮蜗杆轴强度的校核 .5 3 蜗轮转向的判定及力的分析 6 3.1问题的提出 .6 3.2解决问题的新方法 .6 3.3 根 据蜗杆蜗轮的旋向进行力分析 7 4 蜗杆传动的失效形式和材料的选用 9 4.1 失效形式 .9 4.2 材料的选择 .9 4.3 国内外对蜗轮材料的研究现状 .10 5 手摇蜗轮传动自锁可靠性的研究 12 5.1 概述 .12 5.2 自锁失效原因的分析 .12 5.2.1 摩擦系数 12 5.2.2 螺旋升角 .13 5.2.3 压力角对摩擦角的影响 13 5.3 啮合状态的分析 .14 5.3.1 接触斑点分析 .14 5.3.2 减速机实际情况分析 .15 5.4.3 解决蜗杆转动的自锁问题采用的措施 .15 6 蜗轮的加工 17 6.1 加工原理 17 6.2 啮合参数的确定 .17 6.3 加工工艺 18 6.3.1 蜗轮加工 .18 6.3.2 蜗轮的计算与检测 .19 7 蜗轮壳体的加工工艺探讨 21 7.1 前言 .21 7.2 蜗轮壳体工艺分析 .21 徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 2 7.3 蜗轮壳体的车削方法及工装 .21 7.4 蜗轮定位误差分析 .22 8 飞刀展成蜗轮的数控方法 25 8.1 飞刀加工的特点和非数控方法的局限 25 8.2 飞刀的设计和数控切制 .26 8.3 在数控滚齿机上展成蜗轮 .28 8.4 加工质量分析 .29 9 各种材质蜗轮传动摩擦学系统分析 30 9.1 用系统方法学 30 9.2 蜗轮传动的摩擦学系统分析 .30 9.2.1 分析 .31 9.2.2 分析结果 .31 10 提高手摇蜗轮装配的精度和效率 33 10.1 装配的技术要求 33 10.2 下置式蜗杆减速器装配前的检查 .34 11 提高手摇传动效率的方法 37 11.1 蜗杆的装夹 . 37 11.2蜗轮的装夹 .37 11.3蜗轮、蜗杆的定位 . 37 11.4操作方法及辅料 .38 11.5研磨应注意的问题 .39 12 润滑油的选用方法 40 12.1 润滑油种类的选择 .40 12.2 润滑油粘度的选择 .41 12.3 润滑方式的选择 .42 12.4 润滑油的合理使用和保养要点 .42 结论 43 致谢 44 参考文献 45 附录 46 附录 1 .错误 ! 未定义书签。 附录 2 .58 买文档送全套图纸 扣扣 414951605 徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 3 徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 4 徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 1 1 绪论 1.1 蜗轮蜗杆的形成原理 蜗杆传动实际上是螺旋齿轮传动的特例在螺旋齿轮传动中，如传动比很大，小齿轮直径做得很小，轴向长度很长，而螺旋角度大，则轮齿将在圆柱面上绕成完整的螺旋齿，称为蜗杆，大齿轮称为蜗轮为了改善啮合情况，把蜗轮轮齿做成包住蜗杆的凹形圆弧曲面，蜗杆、 蜗轮的轴线互相交叉垂直，即 012 90 . 蜗轮和蜗杆相似，也有左旋和右旋之分，但通常采用右旋居多按螺旋线的头数又有单头蜗杆和多头蜗杆之分蜗杆螺旋线与垂直于蜗杆轴线平面之间的夹角称为导程角r蜗杆螺旋线的导程角 r 与蜗轮齿螺旋线大小相等 、 方向相同 、 1.2 蜗轮蜗杆传动优缺点 蜗 传递交错轴 (交错角通常采用 90 )间动力或运动的传动机构 。蜗轮传动具有以下优点： 采用一级蜗轮传动就可以实现很大传动比，结构紧凑。在要求大传 动比的场合，采用一级蜗轮传动往往可以代替多级齿轮传动。不仅减少了零件数目，而且简化了机构。工作平稳，噪音小。由于蜗杆齿面是连续不断的螺旋面，而蜗轮在同一时刻处于啮合中的齿不少于两个，所以蜗轮、蜗杆的啮合是连续的。因此，在制造精度与工作条件相同时，由制造误差引起的附加动载荷与齿轮传动相比小得多。因此，蜗轮传动在近代工业图 1-1 蜗杆传动原理图 徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 2 中得到了广泛的 应用。 然而，蜗轮传动也有缺点，由于这些缺点，使其应用受到限制。传动效率低：效率低表明动 力损失大，相当于部分能量消耗于啮合摩擦上，故蜗轮传动所能传递功率受到了限制。耗费大量贵重有色 金属：蜗轮传动工作时，由于齿面间有相当大的滑动速度，容易导致齿面的磨损和胶合。为减小摩擦、磨损和工作温度，以提高传动承载能力和效率，一方面要有良好的润滑另 一 方面，对蜗轮副提出减磨、耐磨和抗胶合性能的要求。采用钢质蜗杆时，要求采用青铜蜗轮轮 圈 1.3 蜗轮蜗杆的正确啮合条件 如上图为使用阿基米德蜗杆的蜗杆传动在通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的剖面（称为主平面）上，蜗杆齿廓为直线，相当与齿条，蜗轮齿廓为渐开线，相当于齿轮所以，在主平面内，就相当于齿条齿轮传动由此，蜗杆传动的正确啮合条件为：主平面内蜗杆 的轴向齿距与蜗轮的端面齿距应相等即蜗轮的端面模数 m2 应等于蜗杆的轴向模数 m1，且均为标准值；同时蜗轮的端面压力角 a应等于蜗杆的轴向压力角a1,亦均为标准值即 m2=m1=m， a2=a1=a， 同时还须保证 。 徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 3 2 手摇蜗轮的设计计算及校核 手摇蜗轮传动是蜗杆传动的一种，手摇蜗轮是通过缠绕钢丝绳，来调整带式输送机张紧小车上改向滚筒的位置，从而防 止输送带跑偏的一种装置 手摇蜗轮中，人手摇摇臂的速度大约是 30rpm，减速比 31,输出功率 160w,效率 93%.工作环境 2535 摄氏度，工作平稳，设计使用寿命 10 年，每年工作 300 天 2.1 设计计算步骤 ） 传动类型的选择 结构设计采用下置式（蜗杆放在蜗轮的下面，啮合处冷却和润滑较好，蜗杆轴承润滑方便，又因为蜗杆手摇的速度不是很大，所产生的搅油损耗也不是很大，很常用的型式） 根据减速比，选定 1, 2=31 ）蜗轮蜗杆主要参数的计算 根据设计计算公式： 2232 21 . 6 7 E Z XmHk T Z Zm q k式（ 2.1） 其中 计算载荷系数 2T输出转矩 ZXZ齿数和变位影响系数 EZ为材料弹性影响系数，当蜗轮材料为灰铸铁，蜗杆材料为钢时，EZ12 21 6 2 (N /m m ) 表 -1 蜗轮蜗杆主要参数 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 徐州工程学院毕业设计 (论 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（查机械设计手册）试求，因为未知，根据题中条件，估算3m/s,取 ； b) 查机械设计手册，得 2k =1 3 1.1k 4 1k 5 1k 6 1k c) 查机械设计手册 ,试取7k，因为螺旋角未知，根据减速比和，取7 0.92k d) 1 2 3 4 5 6 7* * * * * *k k k k k k k k 1.012 e) 查机械设计手册 ,s=2, 200s M pa ,所以许用应力 2 1 0 0 /H N m m f) 根据公式，输出转矩 12 1 21*9 5 5 0 0 0 0 *NTin 式（ 2.2） 其中， 1N输入功率（ kw） 1n蜗杆转速 (kw) 12i减速比 减速器效率 2T蜗轮输出转矩 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） 蜗杆分度圆直径 1 54d m q m m徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 5 齿顶圆直径 1 2 6 6ad m q m m m 齿根圆直径 1 2 3 9fid m q h 蜗轮分度圆直径 22186d m z m m齿顶圆直径 22 2 1 9 8aad m z h m m m 齿根圆直径 2 2 22 1 8 3 . 5ffd m z h m m 齿宽 =0.71ad=50mm 2.2 蜗轮蜗杆轴强度的校核 根据蜗轮蜗杆轴接触应力的校核公式： 2231 . 6 7 zxH E Hmk T z zq m k式（ 2.3） 代入数据，得：H 95.4MpaH=100Mpa 满足强度要求 徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 6 3 蜗轮转向的判定及力的分析 3.1问题的提出 在机械传动中，蜗杆传动用于传递空间交错轴之间的回转运动 在绝大多数情况下，两轴在空间上是相互垂直的，轴交角为 090 ，即 012 90 。由于蜗杆传动具有结构紧凑、工作平稳、无噪声、自锁性以及能到很大的传动比，因此广泛应用于机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械以及其他机械制造部门。 蜗杆传动时，蜗轮的旋向以及受力分析，因受蜗杆蜗轮 两者之间的相对位置、螺旋线旋向以及蜗杆的转 向三个因素 的影响，在众多教材和资料中尚无统一的说法，这也往往造成一种理解上的混乱。蜗轮的转向是这样判定的：“如图 3-1，将蜗杆 1看做螺杆，蜗轮 2视为局部螺母，可利用螺杆螺母的相对运动关系来确定。设想蜗轮不动而蜗杆按图示方向转动，则蜗杆应向上移动，但实际上蜗杆不能移动，故只能将蜗轮上与蜗杆接触的轮齿下推移，所以使蜗轮沿顺时针方向转动。同样，当蜗杆的螺纹为左旋而蜗杆沿与上述相反方向旋转时，蜗轮的转向仍为图示方向”。通过比较和总结，推出一个简洁而又便于理解和掌握的判定方法。 3.2解决问题的新方法 该 判定方法分三步： (1)螺旋线旋向的判定； (2)根据蜗轮蜗杆的相对位置及蜗杆的旋转方向判定蜗轮的旋向： (3)根据蜗杆、蜗轮的旋向，进行力的分析。 1 螺旋线旋向的判定 蜗杆蜗轮有左、右旋之分，其旋向的判定同斜齿圆柱齿轮。将蜗杆和蜗轮轴线放于铅垂位置，螺旋 线左高右低为左旋，而右高左低为右旋。如图 3-2所示。 图 3-2 蜗轮蜗杆的旋向 2 根据蜗轮蜗杆的相对位置及蜗杆的旋转方向判定蜗轮的旋向 判定方法借助“左右手螺旋法则”即由蜗杆 (或蜗轮 )的螺旋线旋向定用左手还是右手，也就是左旋 用左手，右旋用右手，然后依据 蜗杆的旋转方向，用手假想地握住蜗杆，让四指指向蜗杆旋转方向，那么 此时大拇指所指方向即为蜗轮上节点线速度方向的反方向，则由此可判定蜗轮的旋向。如图 3-3(a)我们可以判断蜗轮为顺时针旋转 (蜗轮上节图 3-1 蜗轮与蜗杆传动方式式向 徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 7 点 P的线速度 Vp水平向右 )。 同样如图 3-3(b)，在已知蜗轮的螺旋线旋向和旋转方向的条件下，依据此法，反过来可以判定蜗杆的 旋转方向为顺时针旋转，如图 3-3(c)在已知蜗杆和蜗轮的旋转方向的条件下，可以判定蜗杆蜗轮螺旋线旋向为左旋。 3.3 根据蜗杆蜗轮的旋向，进行力分析 如图 4所示为一下置蜗杆传动，蜗 杆为主动件，旋向为右旋，按图示方向转动。作用在蜗杆齿面上的法向力 Fn可分解为三个互相垂直的分力：圆周力Ft1，径向力 Fr1和轴向力 Fa1。由于蜗杆与蜗轮轴交错角成 90角，根据作用与反作用的原理，蜗杆的圆周力 Ft 与蜗轮的轴向力 Fa2、蜗杆的轴向力 F a1与蜗轮的圆周力 Fc2、蜗杆的径向力 F rl与蜗轮的径向力 Fr2分别存在着大小相等、方向相反的关系。 当蜗杆为主动件，判断上述六个力的方向时，应记住： (1)蜗杆上的圆 周力 Ft1的方向与蜗杆齿在啮合点的运动方向相反； (2)蜗轮上的圆周力 F c2的方向与蜗轮齿在啮 合点的运动方向相同； (3)径向力 Fr的方向在蜗杆，蜗轮上都是由啮合点分别指向轴心。 举例 试分析图 3-5所示的蜗杆传动中，蜗杆、蜗轮的转动方向及所受各分力的方向： (a)已知蜗轮的旋转方向啦和螺旋线的旋向求蜗杆的旋转方向 n1； (b)已知蜗杆的旋转方向 n1和螺旋线的旋向求蜗轮的旋转方向 n。 由于此时蜗轮上啮合点的线速度为水平向右且螺旋线旋向为左旋，应用左手螺旋法则，大拇指向左握蜗杆，则此时四指的指向即为蜗杆的旋转方向 n 即如图所标方向。根据蜗杆和蜗轮的旋转方向进行力分析，可分别得到蜗杆和蜗轮所受圆周力、轴向 力和径向力，蜗杆的螺旋线旋向为右旋，应用右手螺旋法则，四指指向蜗杆的旋转方向 n 握蜗杆，则此时大拇指指向的反方向，即为蜗轮上啮合点的线速度方向即水平向左，由此可判断蜗轮的旋转方向为顺时针方向，如图 3-5所示。根据蜗杆和蜗轮的旋转方向进行力图 3-3 蜗轮蜗杆旋向 图 3-4 蜗轮蜗杆受力分析 徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 8 分析，可分别得到蜗杆和蜗轮所受圆周力、轴向力 和径向力，如图所示。 图 3-5 蜗轮蜗杆受力图 徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 9 4.蜗杆传动的失效形式和材料的选用 4.1 失效形式 蜗杆传动的失效形式与蜗轮传动的失效形式相类似，有疲劳点蚀、胶合、磨损和轮齿折断等 在一般情况下，蜗杆的强度总是高于蜗轮的轮齿强度，因此失效总是发生在蜗轮上由于在传动中，蜗杆和蜗轮之间的相对滑动较大，更容易产生胶合和磨损 4.2 材料的选择 蜗杆和蜗轮材料的合理选择和匹配是提高承载能力（或使用寿命）和传动效率的重要方面选择蜗杆和蜗轮材料应注意以下几个问题： a) 蜗杆传动共扼齿面间的主要运动形式是滑动为减少摩擦系数、提高效率、降低油温，应将软硬材料相匹配蜗杆直径小，一般为主动轴；蜗轮直径大，一般为从动轴蜗杆传动多用于减速机构，因此蜗轮应选用耐磨和减磨性能好的材料；而蜗杆则要选 择硬度高、刚性好的材料 b) 材料的选择要和蜗杆传动的使用条件和可能出现的失效形式相适应蜗杆传动的主要失效形式是磨料磨损和粘者磨损所以选择材料是，要特别注意提高抗粘着性磨损的能力，同时也要提高减磨和耐磨的性能 c) 要重视材料的热处理及其他工艺性能实践证明，在提高蜗杆螺旋买内光洁度的前提下，蜗杆螺旋面和蜗轮齿面的硬度差越大，蜗杆传动抗粘着性磨损和抗磨料磨损的能力越大，从而是温度降低、效率提高因此提高蜗杆和蜗轮的硬度差，是提高动力蜗杆传动承载能力及传动效率的重要方面对于蜗轮材料（软材料），硬度 变化不大，可用热处理的工艺措施提高蜗杆齿面硬度所以蜗杆材料要具有良好的热处理工艺性能，同时也要具有车削、磨削等其他良好的工艺性能 d) 选择材料要和所用的润滑油的性能相适应润滑油和润滑油添加剂都有自身的物理和化学性能，因此在选用蜗轮和蜗杆材料时，要注意材料和润滑油及添加剂之间不发生有害的物理和化学反应，也不出现腐蚀现象 e) 要考虑材料的来源和成本 为次材料应具备以下条件： ） 抗粘着性磨损好，为此在选择材料时要注意尽量选脆性材料；尽量采用互溶性小的材料相配合；为了提高抗粘着性磨损的能力，还 可采用热处理的工艺程序，使金属表面生成互溶性小、多相有机化合物组织 ） 材质软、易跑合 ） 材料导热性能好 ） 材料组织应在软质基础上，分布着硬质点，同时还要具有耐磨，耐高温，抗磁性等特性 徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 10 常用的几种热处理工艺 为了实现对材料的技术要求，采用热处理工艺十分必要采用什么样的热处理方案要根据具体情况而定 对于蜗轮材料（软材料），一般采用回火或时效处理等 蜗杆采用的热处理方案是根据所用的材料的硬度要求、表面光洁度及变形量的要求确定的通常用的热处理方式有：调质处理、淬火处理、渗碳处理、气体氮化 等 综上所述，在手摇蜗轮中，蜗轮的材料选用 HT200,冷模铸造，蜗杆材料选用 45 钢，齿面表面淬火，硬度 HRC4550 4.3 国内外对蜗轮材料的研究现状 蜗轮传动是仅次于齿轮传动的第二传动类型，在近代工业中获得了非常广泛的应用，因而国内外每年要消耗大量贵重有色金属青铜用于制造蜗轮轮圈。研究探索新型蜗轮材料取代青铜制作蜗轮具有非常可观的经济效益和重要经济价值。 在探索蜗轮材质方面，国内外已经进行了很多工作。卡普隆材料具有高的耐磨性和磨合性。最近几年，前苏联人用卡普隆材质，制成了普通圆柱蜗轮和球面蜗轮，与 ZQ419 4 材质制作的普通圆柱蜗轮和球面蜗轮进行了对比实验 (相对滑动速度 6 m s)，实验结果表明，额定扭矩分别提高了 0 3 倍和 2倍，减速器传动效率分别提高了 4 6和l8 2O，取得了良好的效果。碎石送料机中蜗轮减速器用卡普隆蜗轮，在工作了 4年 f20000 h)后处于良好状态，其寿命比青铜蜗轮提高了 2倍。塑料蜗轮的采用，不仅可以节约贵重有色金属青铜，同时也使机器重量大大降低。前苏联人还给出了卡普隆蜗轮的适用范围。建议在以下情况下采用：传递功率在 2 4 kW 之间，油温低于 90 100，滑动速度 小于 3 4 m s。国内在这一方面也有所研究：如济南有色金属研究所研制出了新型蜗轮材料一稀土铝合金，据说性能略优于稀青铜，成本可降低三分之一。河南省周口石轴瓦厂研制出了高耐磨锌基合金 ZnA1CuMn，据说性能优于稀青铜，成本可以降低4O。有些研究者用尼龙 6 做过实验，据说未取得好的效果。大同市橡胶厂用石墨、石英砂填充 MC 尼龙制作蜗轮，在无油润滑条件下工作，寿命超过了青铜蜗轮降低了成本取得了很大经济效益。天津微型蜗轮减速机厂部分蜗轮已开始用非金属制造。总之， 国内外在探索蜗轮新材料方面已经取得了很大进展，然 而，我们却不能安于现状，这是因为：稀土铝合金、高耐磨锌基合金至今未见工业中应用，效果如何，尚未可知，若效果好的话，因其仍属有色金属，也只能缓解一时，从长远着想，有前途的应属工程塑料因为 2O 世纪 7O年代就有人估计，到 2l 世纪塑料结构材料中的比例将上升为 78 (钢铁l2 ，超越钢铁，而且价格相当低廉。卡普隆属于工程塑料符合材料发展方向，但从目前应用情况来看，卡普隆在蜗轮上应用尚有一定条件况且国内对应材料尼龙 6效果不佳。卡普隆材料应用的条件是由其固有特性决定的，即由其固有的机械性能、摩擦学性能和热性 能决定 的。 因而，探索机械性能、摩擦学性能和热性能更好的工程塑料作为徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 11 蜗轮材料成为我们研究的方 向 为探索机械性能、摩擦学性能和热性能更好的工程塑料，我们首先想到了那些高性能的工程塑料，如聚酰亚胺，在高低温条件下都具有优良的机械性能、耐磨性能。还有在聚酰亚胺推动下开发问世的聚砜、聚苯硫醚等一系列耐热特种工程塑料。然而，这些特种工程塑料原料成本高，合成工艺繁杂，成形困难，使广泛应用受到了一定限制获：碍高性能工程塑料的另一途径是对现有产品进行填充改性，通用工程塑料通过增强填充改性在提高机械性能的同时，也扩大了使用温度范围 ， 同时，也有可能提高摩擦学性能。因此，人们认为工程塑料的增强和填充改性是当前最主要的发展方向。通过把几种各具有不同优点的材料进行人工复合，构成复合材料，使各组分间相互取长补短，从而获得具有力学、化学和孽擦学等方面良好综合性能的材料。复合的目标是使材料具有更高的机械性能摩擦学性能和耐热性能。复合材料的基底材料我们选中了尼龙 6，因为在普遍工程塑料之中，尼龙具有最佳综合性能，因而在世界各国应用最为广泛，而且资源最为丰富。增强材料选用玻璃纤维和钛合金。玻璃纤维是目前应用最多的增强材料玻璃纤维有很高的拉伸强度，可 高达 1 000 3 000 MPa，比高强度钢还高近两倍。由于玻璃纤维在性能、工艺等方面具有良好的综合性能，价格低廉，制取方便，因而是一种良好的增强体。钛合金是一种性能优异的高分子材料增强剂，可以显著提高复合材料的强度和高温性能，且具有较低磨损率。改 l 生固体润滑剂我们选用了石墨、 MoS 。因为石墨具有自润滑性和低的摩擦系数，导热率高， 比铁高两倍，线膨胀系数小，有较高耐热性。 MoS2 在空气中在一 180一 400之间都具有较低摩擦的自润滑性，热膨胀系数小。 MoS 与金属表面摩擦时能形成具有一定粘附强度的转移 膜，因而能获得良好的润滑性。 徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 12 5 手摇蜗轮传动自锁可靠性的研究 5.1 概述 一 般认为，蜗轮传动时，若蜗杆的螺旋升角 A与摩擦角妒满足关系式 A& 时，具有自锁性，所以在机械行业中应用广泛。但是在实际例子中，也出现过因自锁失效而导致事故发生的例子。自锁的失效虽然不能否定基础理论，但是却意味着实际工作情况与理论研究存在着差异。究竟是什么原因导致自锁的失效，哪些因素对蜗轮副的自锁有影响，如何提高蜗轮副自锁的可靠性，这里以实例对蜗轮副自锁问题进行分析，提出了提高蜗轮副自锁可靠性的方法。 5.2 自锁失效原因的分析 以某一蜗轮减速机为例，该机在实际工作中出现过自锁失效。其主要参数为：蜗杆轴向模数 (m1=蜗轮端面模数nm)=6，压力角t=15。，蜗杆特性系数 q=11，1z=1，2z=50，蜗杆分度圆直径 d =66mm，齿顶圆直径 d =78mm，齿根圆直径： 51 6mm；轴向节距 t： 18 85mm；螺旋升角 A=511 ，右旋，精度等级 8，材料：蜗杆 20Cr，硬度 HRC： 45 50；蜗轮 ZQAL9 49.满足当 A &条件即具有自锁性。自锁失效说明上述条件不充分，分析有以下因素： 5.2.1 摩擦系数 根据机械设计手册，钢对青铜的摩擦系数见表 5-1。 在机械传动摩擦中，除了材料的材质以外，表面粗糙度、硬度、润滑条件等对摩擦系数都有不同程度的影响。如在表面粗糙 度为 1.6的平板上 (模拟蜗杆 )，改变倾角用表面粗糙度为 1.2ZQAL9 4的滑块 (模拟蜗轮 )来测取摩擦系数，其结果见表 5-2 表 5-1 钢对青铜的摩擦系数 表 5-2 润滑条件下的摩擦系数 徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 13 在润滑条件下所测出的数据与手册所提供的数据差别较大，即使按其下限计算的话也将近 3倍。如按设计手册数据的下限计算，取 f=0.1，则 A=arctg0.1=5。 24，当 A=arctg(1 q)： 5。 1 1时， A& 满足自锁条件 ,却不能自锁，因为蜗轮的润滑条件很好，其轮齿部分都浸在油池中，所以在上述条件下取摩擦系数 f=0.10.15显然是不合适的。 5.2.2 螺旋升角 螺旋升角应满足保证自锁和高效率的要求，前者要求螺旋升角小，后者要求螺旋升角大，这是一对矛盾。其实，螺旋升角并不是一个定值，而是随 着在齿面直径方向啮合部位的不同而变化的，下面以蜗杆为例进行分析。 设 A=5度 ll分， d=66mm，齿顶高 h=1.2m，齿根高 h=1.2m， m=18.85mm，在分度圆上，A=arctg(1 q)： 511；在齿顶圆上， A=arct p (d-2m) =4o24；在齿根圆上 A=arctg p (d-2 4m) =6c37见图 5-1。由以上计算可见，蜗杆的螺旋升角A从齿顶方向向齿根方向逐渐变大，自锁 性能变差。 5.2.3 压力角对摩擦角的影响 根据渐开线的性质，压力角沿齿廓是变化的。接近基圆的压力角较小，压力角随廓所在半径增大而增大。下面取分度圆压力角等于 15度和 20度。两种情况进行讨论。由P= 1 rcosa 设 a=15度时，其正压力为 P，设 d=20时，其正压力为 P， o3为旋转角速度， 为蜗杆在传动时所受的 力矩： rl= r2= r= d 2=33mm Pl= M rcos nl= M 33cosl 5。 P2=M FCOSa2= M 33cos20。 PlP2 摩擦力随着压力角的增大而增大由 & =arctg(f COS )当量摩擦角求出 a=15度时， 图 5-1 螺旋升角的变化 徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 14 （齿顶圆压 力角）时，变化规律如图 5-2所示。 当压力角增大时当量摩擦角也随之增大。压力角、螺旋升角和摩擦角的变化情况见表5-3。 5.3 啮合状态的分析 5.3.1 接触斑点分析 按 JBI62 60规定，选用 8级精度时，接触斑 按齿高不小于 50 ，按齿长不小于50的原则。蜗杆顶工作高度： h =m=6 mm， hj=7 2 mm；标准安装时，其径向间隙 =1 2 图 5-2 压力角的变化 表 5-3 压力角、螺旋升角和摩擦角的变化规律 徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 15 mm：齿工作高度： h=12 mm。 在接触斑点符合 JBI62 60， 8级精度要求的情况下，有两种特殊情况： (1)蜗杆的齿根部分与蜗轮的齿顶部分啮合，蜗轮齿廓上的接触斑点如图 5-3所示。 (2)蜗杆的齿顶部分与蜗轮的齿根部分啮台此时蜗杆接触斑点的平均高度在齿顶圆上与 (1)相反 此时 A=4。 24。 =5。 11。 &=658。 5.3.2 减速机实际情况分析 减速机分解后发现蜗轮齿啮合面的齿廓接触斑点在齿高和齿长方向均达到 5O ，但偏向蜗轮齿廓齿顶一例、见图 5-4 从上述可知，蜗轮齿廓的齿顶部分与蜗仟齿廓的齿根部舒相啮合不利于自锁，并且其斑点偏向于齿根一侧这是因为零件加工和装配质量不高所致。 5.4.3 为了有效的解决蜗杆转动的自锁问题，可采用以下措施 (1)正确的选用螺旋升角。 图 5-3 涡轮齿廓上的接触斑点 图 5-4 涡轮齿廓接触斑点的分布 徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 16 通过上述分析可见，在蜗杆转动中，在蜗 杆齿廓上，其螺旋升角、压力角、摩擦角是变化的。因此，为确保自锁的可靠性、蜗 杆应尽量选用较大的特性系数，以达到降低螺旋升角的目的： 一 般情况下为保证自锁。摩擦角应大于螺旋升角 1。左右：这样就增加了一个安全系数，可以抵消其它不利因素如螺旋升角、压力角、摩擦角的变化以及参考有关数据的偏差等所带来的不利于自锁的因素。 (2)在受力条件允许的情况下，选用滑动轴承作支点，自锁条件为 A ；对于精密加工的蜗杆传动采用滚动轴承作支点，在 A 4。时自锁，而滑动轴承作支点 A 6。时自锁。 (3)选用压力角为 2O度的标准蜗杆， 以增大当量摩擦角： (4)提高零件的加工精度和质量，确保正确的啮合状态 徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 17 6 蜗轮的加工 6.1 加工原理 为了保证蜗轮和蜗杆的正确啮合 ， 蜗轮通常是用于蜗杆形状和尺寸完全相同的滚刀加工的。 根据渐开线螺旋齿啮合原理可知 ， 在一对渐开线螺旋齿轮传动中 ， 只要能使两者的 法向齿距、法向模数和法向压力角相等，就可以保证这对渐开线螺旋齿轮的正确啮合。用标准齿轮滚刀加工蜗轮的工艺方法，就是根据渐开线螺旋齿轮啮合原理来实现的。标准齿轮滚刀是一法向参数为标准系列值 的。所以这里值得注意的是，在用标准齿轮滚刀加工蜗轮的条件下，为了使被切制的蜗轮能与蜗杆正确地啮合，首先必须使蜗杆的法向齿距 t，蜗杆的法向压力角 a等于标准滚刀的法向齿轮和法向压力角。据此，在蜗杆分度圆直径一定（即不改变原蜗杆分度圆参数）的情况下可以计算出配合蜗杆的轴向齿距和轴向压力角，用配合蜗杆参数取代原蜗杆的相应参数就能保证蜗杆的正确啮合（见图6-1） 图 6-1 标准齿轮滚刀加工蜗轮原理图 从图 1中可以看出，为了保证齿轮滚刀 切制的蜗轮分度园螺旋角 B，与蜗杆分园螺 旋升角 相等，必须使滚刀的螺旋方向与被 加工 蜗轮的螺旋方向一致。所以，在安装滚 刀时，要使滚刀刀架回转一个滚刀安装角 r。 从图 1中可以看出。 R=r1-r2 式（ 6.1） 式中： R -滚刀安装角 r1 -蜗杆分圆螺旋升角 r2-齿轮滚刀分圆螺旋升角 6.2 啮合参数的确定 标准齿轮滚刀是以法向模数为标准系列值的，工具厂生产的齿轮滚刀端面上都注 有法向模数 m ，法向压力角 d 和分圆螺旋升角 r。所以根据阿基米德定理可 知： 从齿轮 滚刀的法向齿距 t 为： t=tm 式（ 6.2） 徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 18 蜗杆皆用轴向模数表示。一般图纸给 定轴向模数 m，轴向压角 a和分圆螺旋升角 r，从图 6-2可知，蜗杆的法向齿距 t为： t2=tcosr=ms2cos r 式（ 6.3） 图 6-2 蜗杆分圆螺旋线展开图 为了保证蜗杆能与标准齿轮滚刀切制的 蜗轮相啮合，由图 1中的 OAB和 OCB可 以看出，必须保证蜗杆的法向齿距等于标准 齿轮滚刀的法向齿距，即： 式（ 6.4） 由 式 6.4可知，在蜗杆分园直径 de,分园螺旋升角 不变的情况下，可求出蜗轮实现正确啮合的蜗杆轴向模数。 为了能保证蜗杆能与标准齿轮滚刀切制的蜗轮相啮合，必须使蜗杆的法向压力角与齿轮滚刀的法向压力角相等，即： 式（ 6.5） 从上两公式中可以看出，用标准齿轮滚 刀加工蜗轮，只需改变蜗杆原设计的轴向模数 和轴向压力角，就可以保证其 正确地啮合。 6.3 加工工艺 6.3.1 蜗轮加工 选用法向模数与蜗杆 (图纸上标注的 )轴 向模数相同的齿轮滚刀。安装滚刀时，滚齿机刀架回转一个滚刀安装角 ，滚齿机刀架回转的方向见图 4。 其中：n 齿轮滚刀螺旋升角 2f 蜗轮螺旋角 用手动进给法滚切蜗轮时，工件的安装、 主轴转速，分齿挂轮的计算与调整等均与滚切园柱齿轮相同，在此不再赘述了。调整刀架 和安装滚刀时，必须严格按照工艺要求 ，保证滚刀中心线在蜗轮中的 平面内，保证最终滚切中心距等于被切蜗轮的理论中心距，徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 19 径向进给量的大小据实际情况，自行确定。 由于齿轮滚刀直径多数大于蜗杆直径，因此，切制的蜗轮齿底径 R：应大于原设计的底径 Rt，如图 5，使接触区集中于蜗轮中截 面，这样即避免了对角接触弊病，又有利于润滑油楔的生成，从而减少磨损，提高承载能力，延长使用寿命。 但是根据蜗轮副的几何参数，选用齿轮滚刀时，为了使蜗轮齿长方向两端齿厚不发生过薄现象，应该使滚刀外径大于蜗杆直径。 图 6-4 滚刀直径的作用 6.3.2 蜗轮的计算与检测 1 ） 公法线长度计算公式 前面论述了标准齿轮滚刀加工蜗轮的工艺方法，就是根据渐开线螺旋齿轮啮合原理来实现的，其实蜗轮与斜齿轮的公法线长度计算及检测方法是相同的。所不同的是蜗轮的外径到喉径是半径为 R的园弧面，所以我们在检测蜗轮时，采用螺旋齿轮公法线长度公式进行计算和测量。完全能保证蜗轮的加工质量。 即： 式（ 6.6） 式中： L 法向公法线长度； m 法向模数； n 法向压力角； a 端面压力角； Z 蜗轮齿数； N 跨齿数； 图 6-3 滚切涡轮时滚刀的安装角度 徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 20 inv 渐开线函数。 一般加工时图纸给出法向压力角 a，因 此可用下面公式计算端面压力角 a 式（ 6.7） 式中： B一蜗轮螺旋升角 2） 跨测齿数计算公式 式（ 6.8） 计算时因图纸中给出的是端面模数 m所以要把 m换算成法向模数 m1，即： 式（ 6.5） 注意：测量公法线长度时，应在蜗轮喉径处进行测量，在其它处 测量是不对的，公法线长度公差可查表。 徐州工程学院毕业设计 (论 文 ) 21 7 蜗轮壳体的加工工艺探讨 7.1 前言 蜗轮壳体如图 1所示 。 图 7-1 蜗轮壳体 7.2 蜗轮壳体工艺分析 蜗轮壳体的外形主要是圆弧面，加工参数多为 圆孔及其端面。同时考虑本厂设备状况及生产效率和经济性等多种情况，安排主要在普通车床上进行加工。其加工工艺分析如下： (1)该零件是铸件，粗加工前需进行时效处理， 消除内应力。 (2)由于外形复杂，车削加工前需先进行划线，划出交叉中心线及端面加工尺寸线，划线 时要考虑 内孔余量和尺寸均匀。 (3)用普通卡盘无法满足，需设计角铁夹具用以 装夹，以 B面为一个定位基准，以 55H7孔装心轴作另一定位基准，加工 52J7孔。 (4)用四爪单动盘装夹，按划线找正侧母线，分粗、精车加工 82孔端面及 55H7孔。 (5)用三爪自定卡盘夹住 82 mm外圆，粗、精车 70和 130两端面至图纸尺寸，并和基准 B平行。 (允差 0 05 mm) 7.3 蜗轮壳体的车削方法及工装 根据零件图及上面的工艺分析，先在通用三爪 自定心卡盘上车出 82、 130两外圆端面及 55H7内孔，然后以 82端面及 55H7作为定位基准，设计了在角铁上用固定