单级蜗轮蜗杆齿轮减速器的cae技术(编辑修改稿)

单级蜗轮蜗杆齿轮减速器的cae技术(编辑修改稿)内容摘要：

齿轮的右端 面采用蜗轮轴的 轴肩 进行 定位，轴肩 的 高度大于 ,经过 计算 取 h=5mm,则对蜗轮进行定位轴肩 的直径 dⅤ Ⅵ =66mm ，轴肩 宽度大于等于 ,计算后 取 轴肩宽度LⅤ Ⅵ =8mm。 轴承端盖的总的宽度为 ， 轴承端盖要便于装拆，及添加润滑剂，所以端盖外侧与联轴器之间要有一段距离，半联轴与轴承端盖的外端面的 距离L=。 套筒的长度为 26。 故 LⅡ Ⅲ =50 mm, 单级蜗轮蜗杆齿轮减速器的 CAE 技术 10 取蜗轮距箱体内壁的距离为 18mm,由于箱 体的铸造不是十分精确，所以滚动轴承 应距离箱体内壁一段距离取 s=18mm。 已知滚动轴承 整体 宽度 T=,求得 轴 Ⅲ Ⅳ 长度 LⅢ – Ⅳ =T+s+a+=， (5) 轴上轴向零件的定位 在蜗轮轴上主要需要对半联轴器和蜗轮进行定位，在这里主要采用平键进行定位，根据国标 GB109697 和 GB109597 可以选出需要的圆头普通平键。 由于对联轴器和蜗轮进行定位处的公称直径不一样所以选用不同的平键。 半联轴器处轴的公称直径为 42mm,所以选择圆头普通 平键的尺寸规格为： BHL=12870 同理蜗轮处键的尺寸规格为： BHL=161056 蜗轮轴轴承端盖的选择 轴承端盖的选择是根据轴承的外径来进行的，已知轴承的外径为 D=90mm,根据端盖的尺寸计算要求即可求出端盖的各个尺寸参数。 为连接 箱体和 轴承端盖螺钉的直径 3 8d。 查询参考资料得知 其详细参数。 0 3 19dd   mm 00032334536 110 130 3 86D D dD D de d m mDDD D d m mDD      (10 15) = 80(2 4) = 88m m 蜗轮轴及 其轴上零件的校核 分别设蜗轮轮毂的中点沿轴左右方向到蜗轮轴支撑点的长度 长 度分别 为2L 、 3L 则： 23238283165L mmL mmL L L mm   水平面的支承反力 单级蜗轮蜗杆齿轮减速器的 CAE 技术 11 NL LFFF thh 9 395 0 82121  垂直面的支承反力 121311221 1 4 3 . 8 2 0 5 1 1 7 2 3 9 . 5221 1 7 2 3 9 . 5 4 1 6 . 3 1 5 0 1 4 5 3 . 2 1954 1 6 . 3 1 4 5 1 1 7 2 3 9 . 5 1 0 3 6 . 995aaarvravFdM N m mM F LFNLF L ML            绘水平面的弯矩图 12 1 9 3 .4 5 4 5 8 7 0 5 .2 5hhM F L N m m     绘垂直面的弯矩图 1 1 22 2 314 53 .2 1 45 65 39 4. 4510 36 .9 50 51 84 5vvvvM F L N m mM F L N m m           绘合成弯矩图 2 2 2 2112 2 2 2228 7 0 5 . 2 5 6 5 3 9 4 . 4 5 6 5 9 7 1 . 3 28 7 0 5 . 2 5 5 1 8 4 5 5 2 5 7 0 . 7 7hvhvM M M N m mM M M N m m           该轴所受扭矩为 2 117240T N m 按弯扭合成应力校核轴的强度。 根据最小截面检测原则，轴承 截面 处是 危险截面，根据 《 机械设计 》 式 （ 155） 及计算结果 ， 考虑到轴单向旋转 ，扭转时 脉动循环变应力 是切应力 ， 故 取 α=，轴的计算应力为    22221236 5 9 7 1 .3 2 0 .6 1 1 7 2 4 0 1 0 .5 80 .1 4 5caMT M P a M P aW       轴是经 45钢 加工而成 ， 后期对其 调质处理，由 参考资料查 得 MPa60][ 1 。 所以 ca ][ 1 ，故是可靠的。 按扭转强度 对轴进行校核所以轴的强度在工作是是有结余的，考虑 蜗轮轴受力 在轴承 处 应力最大，应力集中一般，所以各处轴的其他各处应力集中都不是太大，故可以推断蜗轮轴疲劳强度是合格的。 单级蜗轮蜗杆齿轮减速器的 CAE 技术 12 图 23 对蜗轮轴上轴承的校核 ,蜗轮上的轴承代号为： 30210 蜗轮承受 转矩 N m。 则 齿轮上 承受 的 圆 周 力 ：21 22 2 1 1 3 .0ta TF F Nd   轴向力： NdTFF ta 39 75097 5022 1 112  径向力： NaFFF trr 1 620t a 1 4 3t a n212  求当量动载荷。 根据设计任务要求工作年限 5 年，每年 300 天 工作时间，采用单班工作制 ，则大概总的工作时间为： hL h 1202083005  经过查询知 P= )( ap YFXFrf  ，查 参考资料可知 ： X=， Y=； pf ； 故 P= )( ap YFXFrf  =(+)=1034 在 参考 资料中查得 基本额定动载荷 计算公式  61060  htnLfPC 单级蜗轮蜗杆齿轮减速器的 CAE 技术 13 查表 134 得 1tf ；对于滚子轴承ε =310 故 61060  htnLfPC = 10361 0 3 2 .9 6 6 0 1 4 4 0 1 2 0 0 01 1 0=13202N 对轴承寿命进行校核 ，有前面计算 得 C= ε=10/3 n=960r/min 610 1 8 3 8 5 .660hcLhnp ， 故此轴承的寿命满足要求。 1 键的校核。 轴和联轴器 是钢和铸铁 制成，且它们之间 的力是 静 力 ，从参考资料 查得 许 用挤 压 应力 为 [ p ]=120 ～ 150MPa, 可 以采 用 中间 值 ， 故[ p ]=135MPa。 键在工作时起作用的长度为 L=lb=70mm12mm=58mm，键与联轴器孔槽接触高度是 ， h=10mm=5mm。 由参考资料知 3312 10 2 10 .2 1 10 8. 33 [ ] 13 55 28 25p a p aT M P M Pk ld       通过计算结果可知该键 是符合要求的。 2 键 的校核。 它们的材料分别是 钢和铸锡磷青铜 ， 且他们之间的力是静力。 从参考 资料中查得 [ p ]=120150MPa,可以选取 中间值 ， 故 [ p ]=135MPa。 键在工作 是起作用的 长度为 l=Lb=50mm10mm=40mm，键与 蜗轮 轮毂 槽的 接触高度为 h= h = 8mm=4mm。 查参考资料 可得 3 322 10 2 10 [ ] 1354 40 35p a p aT M P M Pk ld      通过计算结果可知该键是符合条件的。 3 键 的校核。 轴和联轴器分别由 钢和铸铁 制成，且它们之间的力属于静力，从参考资料知 [ p ]=120150MPa,选用 中间值 ， 故 [ p ]=135MPa。 键在 工作 时起作用的 长度为 l=Lb=50mm10mm=40mm，键与轴配合处的 触高度为 h ==8mm=4mm。 从参考资料查得 3322 10 2 11 7. 24 10 64 .3 3 [ ] 13 54 18 45p a p aT M P M Pk ld        通过计算可知键的强度满足条件。 减速器中的连接键全部校核完，所有的键都满足条件。 键的装配图如图 24： 单级蜗轮蜗杆齿轮减速器的 CAE 技术 14 图 24 蜗杆的结构设计 拟定蜗杆上零件的装配方案，本 设计的装配方案经过分析比较选用如图所示方案。 图 25 确定蜗杆各段的长度和直径 (1) 求蜗杆 轴上的功率、 工作 转速、和转矩 10PP 23 = ŋ 1 0 m in960nn i / 1319 5 5 0 2 9 .5 5T NPn m (2) 初步确定蜗轮轴的最小直径 单级蜗轮蜗杆齿轮减速器的 CAE 技术 15 参照课本 式 (152)确定 轴的 蜗杆轴的最小直径。 蜗杆由 材料为 45 钢 制成 进行 调制处理。 根据参照课本表 (153)，选用 A。 =103， 计算得 0m in 0 3 1 .5pd mmn 轴的直径最小处就是轴与联轴器的结合处 ， 所以要确定轴的直径必须知道联轴器孔的值， 蜗杆 轴 和联轴器安装在一起，所以先选择联轴器，然后再确定轴直径。 联轴器的计算转矩 Tca= 3AKT ,参照课本本表 141，综合轴在工作过程中矩变化不的特点 选 择 AK =。 则 Tca= 3AKT =38415Nm m 按照 联轴器公称转矩 计算转矩 应大于计算转矩 Tca 要求， 查询 标准国标GB/T50142020，选 择 HL3 弹性销联轴器，查表知 公称转矩为 630000 .Nm m。 半联轴器孔 直径 d=32mm, 故 蜗杆 dⅠ Ⅱ =32mm,半联轴器长度等于 60mm，为了确保挡圈只压在 联轴器 上 ， 与 蜗杆 配合 处 的轂孔长 L1=58mm。 (3)蜗杆的尺寸参数确定及其定位 为了满足联轴器的轴向定位要求，从左端算起Ⅰ Ⅱ段轴需要一段轴肩对联轴器进行定位，故Ⅱ Ⅲ段轴应高出Ⅰ Ⅱ段，取Ⅱ Ⅲ段轴直径 dⅡ Ⅲ =34mm,左端用轴端挡圈定位。 根据上面分析可知 故 半联轴器的长度 L1 比 Ⅰ Ⅱ段的长度略长些，所以 取 LⅠ Ⅱ =58 mm。 滚动轴承 尺寸初步选定。 轴承 不仅受到 轴向 力 作用 和 还 受到 径向力的作用，滚子轴承满足这一需要 ，所以选择 单列圆锥滚子轴承。 根据计算结果和实际情况 ， 根具标准轴承 的 尺寸数据，确定选用 单列 圆锥滚子轴承 30207。 dDT=3572 故 dⅢ Ⅳ =35mm ，同理因为Ⅶ Ⅷ段也是安装轴承段，故 dⅨ Ⅹ =35mm。 轴 LⅨ Ⅹ 的长度即等于轴承宽度 T=, LⅧ Ⅸ =。 蜗杆 Ⅸ Ⅹ 段， 可采用轴肩对轴承左端 定位，用端盖 对轴承右端 进行定位，定位 轴肩 的 比轴高出 ，经计 算 h= ,得出 选 择 dⅧ Ⅸ =42mm。 轴承的 定位轴肩宽 大于等于 ,取 宽度LⅧ Ⅸ =5mm ，同理进而求出左端轴肩的直径和宽度 d Ⅳ Ⅴ =42mm ， L Ⅳ Ⅴ =5mm。 蜗杆Ⅴ Ⅵ轴段处的 长度和 直径分别为 dⅤ Ⅵ =60 ， LⅤ Ⅵ =75。 (4) 对 轴上零件进行 定位 单级蜗轮蜗杆齿轮减速器的 CAE 技术 16 在蜗轮轴上主要需要对半联轴器进行定位 ，在这里主要采用平键进行定位，根据国标 GB109697 和 GB109597 可以选出需要的圆头普通平键。 半联轴器处轴的公称直径为 32mm,所以选择圆头普通平键的尺寸规格为： BHL=10850 蜗杆轴承端盖 的确定 轴承端盖的选择是根据轴承的外径来进行的，已知轴承的外径为 D=90mm,根据端盖的尺寸计算要求即可求出端盖的各个尺寸参数。 为连接箱体和轴承端盖螺钉的直径 3 8d。 从参考资料中查得 其详细参数 0 3 19dd   mm 00032334536 72 112 3 68D D d mmD D d mme d mmDDD D d mmDD  。