蜗杆蜗轮的设计计算

蜗杆蜗轮的设计计算一、选择蜗杆传动类型、精度等级由于传动的功率不大，速度也不高，故选用阿基米德圆柱蜗杆传动，精度为：8C-GB10089-88。二、选择蜗杆蜗轮材料考虑到蜗杆传动功率不大，速度中等，故蜗杆用45号钢表面淬火，硬度为45～55HRC，蜗轮边缘采用ZCuSn10P1,金属模铸造。三、初选几何参数查参考文献[2]表8-4-4，初定中心距50a=,传动比51i=时，11Z=2151ZZi=?1.6m=120d=r=4°34′26″四、确定许用接触应力查参考文献[2]表8-4-9知,当蜗轮材料为铸青铜时，[][]HHbSNZZss=鬃由表8-4-10查得[]220HbMpas=滑动速度：311400203.14101.47/60msu-创?==11.471.47/coscos434'26smsruu===采用浸油润滑，由参考文献[2]图8-4-2查得：0.93SZ=根据参考文献[2]表8-4-4260Nnt=,，设计工作寿命t=12000小时，求得7214006060120001.971051Nnt==创=?根据71.9710N=?，由图8-4-4查得0.91NZ=，许用接触应力为[][]2200.930.91186HHbSNZZMpass=鬃=创=五、计算蜗轮输出转矩T2估算传动效率1210.120.75519550955031.311400PiTNmnh创=???六、确定模数m和蜗杆分度圆直径d1由公式可得：2212215150[]mdkTZHs骣琪³琪桫因载荷较平稳，取载荷系数k=1.1,则222312215150151501.131.3187[]51186mdkTmmZHs骣骣琪琪?创=琪琪´桫桫查参考文献[2]表8-4-2得，23189.6mdmm=，取m=2mm，d1=22.4mm，q=11.2，r=5°6′8″。七、主要尺寸计算蜗杆:分度圆直径：d1=22.4mm；齿顶圆直径：11222.421226.4aaddhmmm*=+=+创=；齿根圆直径：**112()22.42(10.2)217.6faddhcmmm=-+=-+?；蜗轮：分度圆直径：22251102dmZmm==?；齿顶圆直径：222102212106aaddhmmm*=+=+创=；齿根圆直径**222()1022(10.2)297.2faddhcmmm=-+=-+?：；蜗轮外圆直径：221.51061.52109eaddmmm?=+?，取de2=108mm蜗轮齿宽：210.750.7526.419.8abd??,取b2=18mm中心距：12211(2)(22.41022)60.222addmmmc=++=+-=八、蜗轮齿面接触强度校核由参考文献[2]表8-4-9，可得22114783[]HHkTddss=?由于几何参数已经确定，故k与T2可按已知的几何参数重新计算1122.414001.65/19100cos19100cos56'8sdnmsrn×´===由参考文献[2]表8-4-15用插值法查得212'6gr=，则蜗轮副啮合效率为1tantan56'8100%100%69.5%tan()tan(56'8212'6)rrghr=??ⅱ++取轴承效率299%h=，搅油及溅油效率397.5%h=，则蜗杆传动的总效率为：12369.5%99%97.5%65.36%hhhh=鬃=创=由此可得：1210.120.6536519550955027.281400PiTNmnh创=???由于sms/3，由参考文献[2]表8-4-9取k1=1,k2=1,k3=1,k4=1.52,k5=1.15，k6=0.75，则1234561111.521.150.751.311kkkkkkk==创创?将此时的k与T2代入蜗轮齿面接触强度校核公式，得：22114783147831.31127.2818310222.4HkTMpadds´===显然[]HHss，所以满足接触强度要求。九、散热计算由公式11000(1)spph=-得，传动损耗的功率为：11000(1)10000.12(10.6536)41.6sppWh=-=创-=由公式12()cpkAtt=-和设计要求cspp£可推出：12()spAktt³-考虑到通风良好，取CmWk2/15,t1=95℃,t2=20℃，则241.60.03615(9520)Am??若蜗杆减速部分散热的计算面积A不满足以上条件，可以采用强迫冷却方法或增加散热计算面积的方法来满足散热要求。蜗杆轴的设计一、蜗杆轴的材料选择及确定许用应力考虑蜗杆轴主要传递我轮的转矩，为普通用途中小功率减速传动装置。因此，蜗杆材料选用45钢，正火处理，[]600bMpas=,1[]54bMpas-=。二、初步估算轴的最小直径由公式得：33P0.121101104.85n1400dmm?=取dmin=6mm三、确定各轴段的直径和长度根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及直径和长度,如图4-1所示。图4-1蜗杆轴D1、D5段：D1、D5段轴径由轴承内圈孔来决定，考虑到轴所传递功率不大，转速较低，选用推力球轴承，型号为51100，d=10mm，d1=11mm，D=24mm，D1=24mm，T=9mm。因此，轴径d1=d5=10mm，L1=20mm，L5=70mm。D2、D4段：D2段左端对轴承起轴向固定作用，D2段右端对轴承起轴向固定作用，由于两处轴承型号相同，考虑到加工安装的方便，取d2=d4=16mm，L2=55mm，L4=55mm。D3段：D3段为蜗杆蜗轮啮合部分，取d3=22mm，L3=50mm。两轴承的中心跨度为174mm，轴的总长为250mm。四、蜗杆轴的校核⑴作用在蜗杆轴上的载荷由公式得：112tTFd=6610.129.55109.5510818.571400PTNmmn=?创=?2T27.2827285.96NmNmm=??则圆周力：11122818.5773.0722.4tTFNd´===轴向力：21222227285.9535102atTFFNd´====径向力:2tan535tan20194.7rtFFNa==?图4-2蜗杆轴向受力分析切向力：2535517.6coscoscos20cos56'8tnnFFNra===°⑵计算支反力图4-3轴的水平面支反力水平面支反力（如图4-3）：121273.0784.536.54169tBHAHFlRRNll×´====+垂直面支反力（如图4-4）：194.757.17137.53AVrBVRFRN=-=-=11112/2194.784.553522.4/257.17169raBVFlFdRNll????===+⑶弯矩计算水平面弯矩（如图4-5）:236.5484.53087.63cHAHRRlNmm=???图4-5水平弯矩图图4-6垂直弯矩图图4-7合成弯矩图垂直面弯矩(如图4-6)：11137.5384.511621.29CVAVMRlNmm=???2257.1784.54830.87CVBVMRlNmm=???合成弯矩（如图4-7）：2222113087.6311621.2912024CCHCVMMMNmm=+=+=?2222223087.634830.875733CCHCVMMMNmm=+=+=?⑷弯扭合成强度校核截面C处当量弯矩：22221(2)12024(0.6818.57)12034eCMMTNmm=+=+??由参考文献[3]公式（17-5）可得2131203411.3/[]540.122.4eebMNmmMpaWss-====´故蜗杆轴的强度足够。