分度机构的设计

3.1引言

根据第2章的分析，此次设计的分度机构由蜗轮-蜗杆副和步进电机组成。在这一章，主要介绍蜗轮蜗杆。

3.2 选用步进电机

此次设计中电机采用步进电机，通过PLC的控制实现自动旋转固定的角度从而实现系统要求的分度。电机在工件被切削的时候是不运动的，因此所需要的功率和扭矩相对较小，根据以往的经验，选用杭州日升电器设备有限公司生产的86BYG350F系列步进电机，具体型号参数如下 表3-1 技术参数

电机型号 相数 相电流 相电阻 相电感 A 3.35 Ω 5.4 mH 23 步距角 ° 0.6/1.2 保持转矩 N.m 4.0 转动惯量 重量 Kg 3 Kgmm2 2.40 86BYG350FB 3 表3-2 外形尺寸

电机型号 86BYG350FB L 97

d 12 健 4×20 3.3蜗轮蜗杆计算

3.3.1蜗轮-蜗杆设计输入参数

1)

2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9)

传动功率 P 蜗杆转速n1 传动比i 传动比误差 预定寿命 原动机类型

工作机载荷特性 润滑方式 蜗杆类型

0.3KW 960r/min 32 0.00% 36000H 步进电机 平稳 浸油

阿基米德蜗杆

3.3.2蜗轮-蜗杆基本参数

1) 初选[d1/a]的值

设vs=3～4m/s，查表13.6，得： 当量摩擦系数uv=0.035， 当量摩擦角ρv2

在图13.11的i=32的线上选取A点，得： [d1/a]0.7 3.225 10.70 2) 计算中心距 蜗轮的转矩T2

T2T1i19.55106P1ni1 1 带入数据：T266850Nmm 使用系数KA，查表12.9，取KA1.02 转速系数Zn

1Zn21)n(88式 带入n2值，计算得到Zn0.82

弹性系数ZE155MPa（根据蜗轮的材料查表13.2） 寿命系数Zh

Zh625000L h 带入Lh36000H，计算得到Zh1.061.6 接触系数Z2.3（查表13.12Ⅰ线） 接触疲劳最小安全系数SHmin1.3

接触疲劳极限Hlim256MPa（查表13.2）

初算中心距a

式（3.1）式（3.2）式（3.3）

ZEZSHmin2aKAT2() 式（3.4）

ZnZhHlim3初算模数

m(1.7~2.0)a/Z2

带入a的值，计算得到m的取值范围是3.51-4.13，取m4 此次设计要求蜗轮-蜗杆可以实现自锁，所以蜗杆分度圆直径只可以取

d171mm，则q17.750

确定中心距

a12m(Zq)1224(3217.750)99.5 所以取a100mm

变位系数

xa'a10099.5m40.125 满足-0.5≤x≤0.5 蜗杆导程角 tanZ1md140.056 3.225 1713) 蜗轮蜗杆的几何参数

蜗杆轴向齿距 Pxm12.57mm

蜗杆分度圆直径 d171mm 蜗杆齿顶高 ha14.00mm

蜗杆顶隙 c10.80mm

蜗杆齿根高 hf1ha1c14.80mm 蜗杆全齿高 h1ha1hf18.80mm

蜗杆齿顶圆直径 da1d12ha79mm 蜗杆齿根圆直径 df1d12(ha1c1)61.4mm蜗杆节圆直径

d1'd12xm72mm

式（3.5）

式（3.5）

式（3.6）

蜗杆齿宽 蜗轮分度圆直径 蜗轮齿顶高 蜗轮齿根高 蜗轮全齿高 蜗轮喉圆直径 蜗轮齿根圆直径 蜗轮外圆直径

b1（12.50.06Z2）m57.68mmb160mm d2mZ2128mm ha2ha1xm4.5mm hf2ha1xmc4.3mm h2ha2hf28.8mm

da2d22(ha2xm)137mm df2d22(haxmc)119.4mm

de2da22m145mm de2145mm

da231.5mm 2蜗轮咽喉母圆半径 Ra2a蜗轮齿根圆弧半径 Rf2Ra2h40.3mm 蜗轮齿款 4) 蜗轮-蜗杆的校核 a、齿面接触疲劳强度验算 许用接触应力

b20.65da151.35mm b250mm

[H]ZnZh最大接触应力

HlimSHmin0.821.06265200MPa 式（3.6） 1.3HZEZKAT21.1668501552.85 式（3.7） a31003H119.79MPa H[H] 合格 b、轮齿弯曲疲劳强度验算

齿根弯曲疲劳极限Flim42MPa（查表13.2） 弯曲疲劳最小安全系数SFmin1.4 许用弯曲疲劳应力

[F]FlimSFmin42 式（3.8） 30MPa1.4 轮齿最大弯曲应力

F2KAT221.1668505.75MPa 式（3.9） mb2d2450128 F[F] 合格 c、蜗杆轴挠度验算

蜗杆圆周速度 vd1ni7196016010006010003.57m/s 相对滑动速度

vsv1/cos3.57/cos3.2253.58m/s 当量摩擦系数uv0.029 当量摩擦角v1.37 轴惯性矩

Id41/714/1.25106mm4

允许蜗杆轴挠度

[]0.004m0.00440.016N/mm2

蜗杆轴挠度

F2 t2l3tan2ttan(v)48EI 带入数据，得0.005N/mm2 [] 合格 5) 温度计算 传动啮合效率 tan1tan()tan3.225tan(3.2251.370)0.70 v 搅油效率20.97 轴承效率30.98

式（3.10）

式（3.11）

式（3.12）

总效率

1230.67

散热面积估算

A9105a1.8891051001.880.52m2

箱体工作温度

1000P10000.3(10.67)1(1) tt02032.7C 式（3.13）

aA150.52 温度变化不大，满足此次的设计要求 6) 润滑方式 润滑油的粘度

根据vs3.58m/s查表13.7选取40C320 润滑方式：由表13.7知可采用浸油润滑