蜗轮蜗杆测绘、设计计算及图纸标注

蜗轮蜗杆的测绘 蜗轮蜗杆的测绘 一、蜗轮、蜗杆齿轮的功用与结构 一、蜗轮、蜗杆齿轮的功用与结构 蜗轮、蜗杆的功用主要用于传递交错轴间运动和动力，通常，轴交角90。其优点是传动 比大，工作较平稳，噪声低，结构紧凑，可以自锁；缺点是当蜗杆头数较少时，传动效率低，常需 要采用贵重的减摩有色金属材料，制造成本高。 蜗轮是回转形零件，蜗轮的结构特点和齿轮基本相似，直径一般大于长度，通常由外圆柱面、 内环面、内孔、键槽（花键槽） 、轮齿、齿槽等组成。根据结构形式的不同，齿轮上常常还有轮缘、 轮毂、腹板（孔板） 、轮辐等结构。按结构不同蜗轮可分为实心式、腹板式、孔板式、轮辐式等多种 型式。 蜗杆的结构和轴相似，其结构特点是长度一般大于直径，通常由外圆柱面、圆锥面、螺纹及阶 梯端面等所组成。蜗杆上啮合部分的轮齿呈螺旋状，有单头和多头之分， 单头蜗杆的自锁性能好、 易加工，但传动效率低。 由于圆柱蜗杆工艺性好，尤其是阿基米德圆杆蜗杆，因此，圆柱蜗杆获得了广泛应用。 二、普通圆柱蜗轮、蜗杆的测绘步骤 二、普通圆柱蜗轮、蜗杆的测绘步骤 蜗轮、蜗杆的测绘比较复杂，要想获得准确的测绘数据，就必须具备较全面的蜗杆传动方面的 知识。同时应合理选择测量工具及必要的检测仪器，掌握正确的测量方法，并对所测量的数据进行 合理的分析处理，提出接近或替代原设计的方案，直接为生产服务。 测绘蜗轮、蜗杆时，主要是确定蜗杆轴向模数 ma（即蜗轮端面模数 mt） ，蜗杆的直径系数 q 和 导程角(即蜗轮的螺旋角)。 下面以普通圆柱蜗轮蜗杆测绘为例， 说明标准蜗轮蜗杆的基本测绘步 骤。 1. 首先对要测绘的蜗轮、蜗杆进行结构和工艺分析。 2. 画出蜗轮、蜗杆的结构草图和必须的参数表，并画出所需标注尺寸的尺寸界线及尺寸线。 3. 数出蜗杆头数 z1和蜗轮齿数 z2。 4. 测量出蜗杆齿顶圆直径 dal、蜗轮喉径 da2和蜗轮齿顶外圆直径 dae。 5. 在箱体上测量出中心距 a。 6. 确定蜗杆轴向模数 ma (即涡轮端面模数 mt) 7. 确定蜗杆的导程角(蜗轮的螺旋角)，并判定及的方向。 根据计算公式 tg= z1ma / d1，因 d1 = da1-2ma 则 = tg -1 z1ma / (da1-2ma) 8. 确定蜗杆直径系数 q 根据计算公式 q = d1 / ma或 q = z1 / tg计算出 q 值， 且应按标准系列选取与其相近的标准数值。 9. 根据计算公式，计算出其它各基本尺寸，如齿根圆直径 df1、df2，齿顶高 ha1、ha2，齿根高 hf1、 hf2等。 10. 所得尺寸必须与实测中心距 a 核对，且符合计算公式： a = ma / 2 (q+z2) 11. 测量其它各部分尺寸，如毂孔直径、键槽尺寸等。 12. 根据使用要求，确定蜗轮、蜗杆的精度，一般为 79 级。 13. 用类比法或查资料确定配合处的尺寸公差和形位公差。 14. 用粗糙度量块对比或根据各部分的配合性质确定表面粗糙度。 15. 尺寸结构核对无误后，绘制零件图。 三、普通圆柱蜗杆、蜗轮的测绘 三、普通圆柱蜗杆、蜗轮的测绘 1. 几何参数的测量 （1）蜗杆头数 z1齿数)、蜗轮齿数 z2 目测确定 z1，并数出 z2。 （2）蜗杆齿顶圆及蜗轮喉圆直径 da1，da2 可用高精度游标卡尺或千分尺直接测量，用游标卡尺测量蜗轮喉圆直径 da2的方法如图 8-16 所 示。测量时，可在三、四个不同直径位置上进行，取其中的最大值。当蜗轮齿数为偶数时，齿顶圆 直径就是将卡尺的读数减去两端量块高度之和，当蜗轮的齿数为奇数时，可按圆柱齿轮奇数齿所介 绍的方法进行。 （3）蜗杆齿高 h l 蜗杆齿高 hl可按以下方法测量： 用高精度游标卡尺的深度尺或其他深度测量工具直接测量蜗杆齿高，如图 8-17 所示。 图 8-16 蜗轮喉圆直径 da2的测量 图 8-17 蜗杆齿高 h l的测量 用游标卡尺测量蜗杆的齿顶圆直径 da1 和蜗杆齿根圆直径 df1 ，并按下式计算： a1f1 1 d d h 2 （4）蜗杆轴向齿距 pz 测量蜗杆轴向齿距 pz 可以用直尺或游标 卡尺在蜗杆的齿顶圆柱上沿轴向直接测量，如图 8-18 所示。为了精确起见，最好多跨几个轴向齿距， 然后将所测得的数除以跨齿数，就是蜗杆的轴向齿 图 8-18 蜗杆轴向齿距的测量 距。 （5）蜗杆齿形角 蜗杆齿形角可用角度尺或齿形样板在蜗杆的轴向剖面和法向剖面内测量，将两个剖面的数值 都记录下来，作确定参数时的参考。也可以用不同齿形角的蜗轮滚刀插入齿部作比较来判断。 （6）蜗杆副中心距 蜗杆副中心距的测量对蜗杆传动啮合参数的确定以及对校核所定参数的正确性都是很重要的。 因此，应该仔细测量，力求精确。需要注意的是：只有当根据测绘的几何参数所计算出来的中心距 与实测的中心距 a相一致时，才能保证蜗杆传动的正确啮合。 测量中心距时，可利用设备原有的蜗杆和蜗轮轴，清洗后重新装配进行测量。测量时，首先要 测量这些轴的本身尺寸(1，D 2)与形位公差，以便作为修正测量结果的参考。 常用的测量方法有： 用高精度游标卡尺或千分尺， 测出两轴外侧间的距 离 L ，如图 8-19 所示，并按下式计算中心距： 12 DD aL 2 用内径千分尺测出两轴内侧间的距离 M ，如 图 8-20 所示，并按下式计算中心距。 12 DD aM 2 当中心距不大，用上述方法测量有困难时，可用 量块测量两轴内侧间的距离 K，如图 8-21 所示，并按下式计算中心距。 图 8-19 测蜗杆蜗轮轴外侧间的距离 L 图 8-20 测蜗杆蜗轮轴内侧间的距离 L 图 8-21 用量块测量两轴内侧间的距离 12 DD aK 2 在划线平台上测出 L 1及 L2，如图 8-22 所示，再分别测出蜗杆、蜗轮轴径 D1， D2，并按下式计算中心距： 12 12 DD aLL 22 2. 基本参数的确定 （1）蜗杆齿面齿形的判别 普通圆柱蜗杆根据齿面齿廓曲线的不同 分为阿基米德蜗杆(ZA)、 法向直廓蜗杆(ZN)、 渐开线蜗杆(ZI)和锥面包络蜗杆(ZK)等四 图 8-22 在平台上测蜗轮蜗杆轴线间的距离 种。测量时以直廓样板进行试配。 当蜗杆轴向齿形是直线齿廓时，该蜗杆为阿基米德蜗杆。 当蜗杆法向齿形是直线齿廓时，该蜗杆为法向直廓蜗杆传动。 当蜗杆在某一基圆柱的切面上剖切齿形是直线齿廓时，该蜗杆为渐开线蜗杆传动。 当以直廓样板试配的过程中与上述三种类型不符， 蜗杆轴向或法向齿廓也不呈中凹， 就应该 考虑是否属于锥面包络蜗杆。 在缺乏条件的情况下测绘，要准确判断蜗杆齿形是很困难的，所以对要求保证传动精度的蜗杆 副的更换，建议采用成对更换的方法。 （2）模数 确定蜗杆的模数有四种方法。 可根据测量的蜗杆轴向齿距 pz查表 8-2 来确定， 根据计算公式 h = 2.2ma，则 a h m 2 ma= h/2.2 表 8-2 蜗杆轴向齿距 pz、模数 m 和齿距对照表 pz /mm m/mm pz /mm m/mm 3.142 1 15.870 5.053 3.175 1.011 15.950 5.080 3.325 1.058 17.460 5.559 3.627 1.155 18.850 6 3.990 1.270 19.050 6.064 4.433 1.411 19.950 6.350 4.712 1.500 20.640 6.569 4.763 1.516 21.990 7 4.987 1.588 22.220 7.074 5.700 1.814 22.800 7.257 6.283 2 23.810 7.580 6.350 2.021 25.130 8 6.650 2.116 25.400 8.085 7.254 2.309 26.500 8.467 7.854 2.500 26.990 8.590 7.938 2.527 28.270 9 7.980 2.540 28.580 9.095 8.856 2.822 29.020 9.236 9.425 3 30.160 9.061 9.525 3.032 31.420 10 9.975 3.175 31.750 10.106 11 3.500 31.920 10.159 11.110 3.537 33.340 10.612 11.400 3.625 34.930 11.117 12.570 4 35.470 11.289 12.700 4.043 36.510 11.622 13.300 4.233 37.700 12 14.140 4.500 38.100 12.127 14.290 4.548 39.900 12.700 15.710 5 41.270 13.138 如图 8-17 所示，用游标卡尺的深度尺或其他测量工具直接量得 h，则 ma即可算出。 根据计算公式 da2 = mt (z2+2) ，则 a2 ta 2 d mm z2 如图 8-18 所示，用钢直尺测量蜗杆的轴向齿距 pz，根据计算公式 pz= ma，则 z a p m 以上四种方法求出的 ma，均应按标准模数系列选取与其相近的标准模数。 如果计算结果与标准的模数不相符，那么这个蜗轮可能是变位的蜗轮，需要进一步确定变位系 数 x2。 （3）压力角 a 国家标准对普通圆柱蜗杆的压力角规定为：阿基米德蜗杆轴向压力角取标准值 aa20，法向 直廓蜗杆、渐开线蜗杆、锥面包络蜗杆的法向压力角取标准值n20。 （4）蜗杆分度圆直径 d1 为使蜗轮滚刀标准化，蜗杆直径 d1值必须标准化，测绘时应该注意这一点。具体系列请参看有 关手册。 （5）齿顶高系数 ha*、顶隙系数 c* 在测得全齿高 h1和模数a后，般可先试取齿顶高系数 ha*1，顶隙系数 c* 0.2，按公 式 hl2 ha*ma+c*ma核算所得数值。如果 hlh1 ，说明齿顶高系数 ha*和顶隙系数 c*取值不正确， 应当重新确定。 我国规定 ha*1，导程角30时，为满足高速重载传动的需要，可采用短齿制，取 ha1* 0.8。对渐开线蜗杆、蜗轮可分别取为 ha1*1，ha2*2cos-1。 为保证蜗轮滚刀的寿命，c* 值可能大于 0.2，某些特殊传动要求 c*值小于 0.2，因此国家标准 规定 c*=0.2，但还可在 0.150.35 之间取值。 重新选取 ha*和 c*后，再用 hl的计算公式核算，直到测得的值 h1与计算值 hl相符，即可最后 确定 ha*和 c* 135 国家标准对普通圆柱蜗杆的压力角规定为： 阿基米德蜗杆轴向压力角取标准值aa20， 法向直廓蜗杆、渐开线蜗杆、锥面包络蜗杆的法向压力角取标准值n20。 （4）蜗杆分度圆直径d1 为使蜗轮滚刀标准化，蜗杆直径d1值必须标准化，测绘时应该注意这一点。具体系列请 参看有关手册。 （5）齿顶高系数ha*、顶隙系数c* 在测得全齿高h1和模数a后，般可先试取齿顶高系数ha*1，顶隙系数c* 0.2， 按公式hl2 ha*ma+c*ma核算所得数值。 如果hlh1 ， 说明齿顶高系数ha*和顶隙系数c*取值 不正确，应当重新确定。 我国规定ha*1，导程角30时，为满足高速重载传动的需要，可采用短齿制，取 ha1*0.8。对渐开线蜗杆、蜗轮可分别取为ha1*1，ha2*2cos-1。 为保证蜗轮滚刀的寿命，c* 值可能大于 0.2，某些特殊传动要求 c*值小于 0.2，因此国 家标准规定 c*=0.2，但还可在 0.150.35 之间取值。 重新选取ha*和c*后，再用hl的计算公式核算，直到测得的值h1与计算值hl相符，即可 最后确定ha*和c* 蜗轮蜗杆设计计算蜗轮蜗杆设计计算 1、选择材料 由于蜗杆传动功率较小，速度较小，故蜗杆用 45 钢；因需要效率高，耐磨性较高，故蜗杆螺旋齿面 要求淬火，硬度为 4555HRC。 涡轮用铸锡磷青铜 ZCuSn10P1，金属模铸造。由于涡轮尺寸较小，开采用整体浇铸式。 2、按齿面接触疲劳强度进行设计 3、 根据开式蜗杆传动设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。 传动中心距： 2 3 H PEZ Z KTa （1）确定作用在涡轮上的转矩 2 T 按2 1 z 估取效率8 . 0，则 2 T=mN in P n P 59.217 15 300 8 . 0567. 0 1055. 9 / 1055. 91055. 9 6 2 6 2 2 6 （2）确定载荷系数 K 因为工作载荷不稳定，取载荷不均系数3 . 1 K；由机械设计 （西北工业大学编）表 115 选取使用系数15. 1 A K；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数05 . 1 v K； 则：K=5698. 105. 13 . 115. 1 vA KKK （3）确定弹性影响系数 E Z 由于铸锡磷青铜 ZCuSn10P1 涡轮与 45 钢蜗杆相配，取 2 1 160MPaZE （4）确定接触系数 p Z 先假设蜗杆分度圆直径 1 d和传动中心距a的比值35. 0 1 a d ，从图 1118 知 Z=2.9 （5）确定许用接触应力 H 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜 ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度大于 45HRC，可以从表 117 中差得涡轮的基本许用应力MPa H 268 。 应力循环次数 7 2 108 . 110000 10 300 16060 h LjnN 寿命系数 9292 . 0 108 . 1 10 8 7 7 HN K 则 MPaK HHNH 2492689292. 0 （6）计算中心距 5894.10 249 9 . 2160 59.2175698. 1 2 3 a 考虑制作工艺性，将中心距a取为 40mm5894.10mm 根据表 112 中心距a为 40mm，取1m，蜗杆分度圆直径mmd18 1 。这时45. 0 40 18 1 a d ， 从图 1118 中可查接触系数60. 2 Z； 由于 ZZ ，因此以上计算结果可用。 4、蜗杆涡轮的主要参数和几何尺寸 （1）蜗杆 轴向齿距mmmPa28 . 6 214 . 3 ； 直径系数2 .11q； 齿顶圆直径mmhdd aa 4 . 2622 4 . 222 111 ； 齿根圆直径mmhdd ff 6 .1722 . 124 .222 111 ； 分度圆导程角 927010 ； 蜗杆轴向齿厚 mmmsa14. 3214. 3 2 1 2 1 ； 蜗杆齿宽 mmZb74.122906. 01106. 011 21 （2）涡轮 涡轮齿数 29 2 z； 变位系数1 . 0 2 x； 验算传动比5 .14 2 29 1 2 z z i，这时传动比误差为%3 15 5 .1415 ，允许； 涡轮分度圆直径 mmmzd58292 22 ； 涡轮喉圆直径 mmhdd aa 6222582 222 ； 涡轮齿根圆直径 mmhdd ff 2 .5322 . 12582 222 ； 涡轮咽喉母圆半径 mmdar ag 962 2 1 40 2 1 22 ； 5、校核齿根弯曲强度 HFaF YY mdd KT