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大速比蜗轮结构的组合设计

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《农业装备技术杂志》2014年第四期

1零件的基本参数

常见的蜗轮蜗杆传动如图1所示,传递动力的两根轴是呈空间交错的方式。

1.1模数m和压力角α模数m和压力角α的选取关系到蜗杆蜗轮是否能正确啮合,蜗杆的轴向模数要等于蜗轮的法面模数,蜗杆的压力角要和蜗轮的压力角要相等,这样才能正确啮合。蜗杆轴向压力角与法向压力角的关系就形成了导程角,关系式:

1.2导程角γ蜗杆的轴向压力角和法向压力角的关系形成了导程角。它的形成原理与蜗杆的旋向相一致,所以蜗杆轴向齿距pa与蜗杆导程pz的关系满足pz=z1pa。导程角大,传动效率高;导程角小,传动效率低。为达到较好的自锁性,导程角常取γ=3°~33°。在本机构中选择导程角为γ=3°11''''5''''''''。

1.3蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2蜗杆的头数多少,使得蜗杆应用场合完全不一样。头数少时用于轻载传动,头数多时效率高可用于重载传动。蜗杆的头数多少可以根据使用情况下传动比的大小和传动效率来选取。当选取传动比大时,头数要少;当选取传动效率高时,头数要多。常用的蜗杆头数是1、2、4、6。蜗杆头数和导程角的关系有:z1=1,γ=3°~8°。根据轮胎拆装机的使用要求,为获得大的传动比,将蜗杆的头数选择为1,也就是单头蜗杆。蜗轮的齿数由蜗杆的头数决定,两者满足一定的关系:z2=uz1。为增加传动的平稳性,应选择较多的蜗轮齿数,但过多的齿数的蜗轮较大,蜗杆的长度就越长,刚性不足,不利于传动。当蜗轮直径一定时,齿数z2选取过多,模数m就减小很多,这样直接影响轮齿的弯曲强度也不利于传动。所以,齿数的多少要适宜,常用的蜗轮齿数为:z2=32~80。为获得大的传动比,在轮胎拆装机中的蜗轮选取模数为2,齿数为100,节圆直径200.3,法向节距6.28。

1.4传动比i蜗杆传动减速装置中,传动比的公称值选取范围一般为5~80。在本机构中,根据使用要求,传动比为1∶100。一般传动比i大于80的话就是大传动比。为解决大传动比的技术问题,就要对蜗轮蜗杆的各个参数进行重新的设计,对传动模数和齿数进行最优的设计。传动比:i=n1主动/n2从动;蜗杆为主动的减速运动中i=n1/n2=z2/z1=u;式中:n1-蜗杆转速;n2-蜗轮转速。

2蜗杆设计

2.1参数设计蜗杆是本传动系统中的主动件,它的强度、刚度需要满足使用要求。为获得大的传动比,在轮胎拆装机中的蜗杆选取模数为m=2,头数z1=1,导程角为γ=3°11''''5''''''''。蜗杆的轴向齿距:p1=m=6.28;蜗杆的导程:p2=mz1=6.28;蜗杆节径:d1=z1mtanγ=qm=35.56。

2.2结构设计蜗杆的结构设计需要满足承载的需要,所以需要使用软件进行相关设计分析。本机构蜗杆采用CREO软件进行三维建模,然后进行受力分析。其受力变形图如图2所示,为放大其变形的效果,示例中增加了受力的大小。

3蜗轮设计

蜗轮在传动中起到了至关重要的作用,其设计中的主要难度是蜗轮轮齿的磨损。所以材料的选择很重要,一般的,全部采用耐磨材料则成本较大,也不合理。如果采用45#钢材料,成本低,但在啮合处易磨损。根据设计的要求,将蜗轮分为蜗轮的轮芯和蜗轮的外廓两部分,蜗轮结构设计示意图如图3所示。蜗轮轮芯和蜗轮轮廓分别采用不同的材料,既节省成本又增加蜗轮轮齿的耐磨性。为满足蜗轮使用的要求,蜗轮轮芯采用45#钢,蜗轮轮廓采用高铝锌基合金ZA-27。高铝锌基合金ZA-27材料,具有较高强度和硬度。具有较高的抗拉强度,几乎超过了所有的有色金属HT和KT。其力学性能显著优于传统压铸合金,抗拉强度提高50%。合金比重远小于铜合金和黑色金属。热导率高,散热快,磨面温升慢且低,与蜗杆摩擦有更好的保护作用。材料密度低,产品质量轻,安装使用方便。有着较高的阻尼特性,减振抗噪声效果显著。将45#钢的蜗轮轮芯外铸蜗轮外廓ZA-27形成蜗轮。

4结语

本系统以大速比蜗轮蜗杆传动机构的设计与应用,结合蜗杆蜗轮的传动特点进行参数化设计,并通过CREO软件三维模型的受力分析,通过在轮胎拆装机中的应用效果显著。对蜗轮结构进行了组合设计,采用不同材料,实现了新型材料和普通材料的有机结合。整套传动系统实现了高效率、低成本,产生了较好的经济效益。

作者:汪荣青单位:浙江机电职业技术学院

农业装备技术杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次
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