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第 6 章 蜗杆轴的设计计算及轴承选用
蜗杆轴的设计
1)选择蜗杆轴的材料
根据蜗杆蜗轮传动特性,选择蜗杆轴材料为 20CrMnTi,采用渗碳淬火,淬火深度,渗碳后硬度为 55-61HRC。其机械性能由机械设计课程设计手册表 2-9 查得抗拉强度为 1080MPa.
蜗杆轴上的功率 P=,蜗杆转速 n=1620r/min,
由公式得:转矩 T=初步确定轴的最小直径
按照公式 d
min
P
? C3 n
估算轴的最小直径,查机械设计教材表取
C=105。
dmin? 14.77mm
蜗杆轴的结构设计
① 下图 6-1-1 为蜗杆轴的装配示意图
图 6-1-1
② 根据轴的设计要求、结构工艺要求及轴向定位要求,确定蜗杆轴的直径和长度,如下图 5-1-2
图 6-1-2
蜗杆轴的最小直径显然是安装同步大带轮处的直径,按照前面设计的同步带轮的要求,轴需与带轮及其胀紧套相匹配,故取 35mm.
按照前面蜗杆的设计要求,蜗杆的节圆直径,蜗杆的齿形长度为130mm
为了满足蜗杆加工过程中避免刀具干涉,以及处于对蜗杆使用过程因杆齿两端受力考虑,选择蜗杆长度为 244mm.
初步选择滚动轴承。因为蜗杆蜗轮传动过程中,同时受到径向力和轴向力的作用,由于轴向间隙可调,故选用角接触球轴承,双列背靠背安装,选择轴承型号为 7208C,查机械设计课程设计手册,轴承的安装宽度 B=18mm,轴承内径 d=40mm.
在安装同步带轮轴上,其受力情况可以看着为悬臂梁。对此,如果不增加一对轴承支撑,对蜗杆轴的受压比较大,所以增加一对面对面安装的角接触球轴承,只起支撑同步带的作用,根据同步带的设计,选择轴承的型号为 7007C,其安装的宽度为 14mm。通过轴承套和同步带的安装可以确定该轴段的长度为 98mm,从图 6-1-1 看出, 其预留长度的目的是为了调整同步带轮的轴向距离,从而与电机轴的小带轮相匹配,保证其在同一安装平面。
各轴间的倒角。螺纹倒角为 C1,轴肩倒角为。
根据转台底座支撑蜗杆轴承的位置设计,外隔套与底座配合用于轴承的定位和密封,轴承用紧固螺母支撑轴套固定,紧固螺母选用 M40×,螺纹长度为 23mm,螺纹轴与轴承安装轴间留有 3×1 的螺纹退刀槽,轴套长。
轴上载荷及其轴承的校核
根据轴的结构图,做出轴的计算受力简图如图 6-2-1:
图 6-2-1
(根据轴承的安装要求和受力分析,其支点为双列轴承中心偏移一个安装距离,查机械设计手册计算可知其与蜗杆的距离为 185mm,由于右边支
撑轴承仅仅支撑同步带轮的径向力,同步带的预紧力不大,最基本的面对面安装的角接触球轴承能够满足,受力分析时可以暂时不计算,而且根据安装要求,其成对安装的轴承能够轴向移动,满足蜗轮的轴向距离调节要求。)
1)计算作用在蜗杆轴上的力
T ? 26.57N ? m
1
T ? T?i
? T? Z2
108
? 26.57 ? 0.75 ?
? 2152.17 N ? m
2 1 12 1 Z 1
1
F ? 2T / d
t1 1 1
? 2T
1
/ qm ? 2 ? 26.57 / 50 ? 1062.8N
F ? 2T / d
t 2 2 2
? 2T
2
/ Z m ? 2 ? 2152.17 / 540 ? 7971N
2
F ? F
r 2 t 2
tan? ? 7971? tan 20? ? 2901N
1) 校核轴承寿命
查机械设计课程设计手册,7208C 角接触球轴承的参数动载荷Cr ? 36800 N
静载荷C ? 25800 N
0r
查机械设计表得:负荷系数 f 为.
p
① 计算派生轴向力
由机械设计表,查得派生轴向力为:S=,则可求得左右轴承的派生轴向力分别为:
S ? 0.5R
1 1
S ? 0.5R
2 2
? 1992.75N
? 1992.75N
根据轴承的轴向负荷分析,轴承有向左移动的趋势,左边的轴承被挤压,根据力的平衡关系,作用在左边轴承的总的轴向力为 , 作用在右边轴承的总的轴向力为 .
② 计算当量动载荷
1左边轴承: A
1
C
0
? 4893.75 ? 0.190
25800
由机械设计表,通过线性查值法求得: e
1
? 0.51
1A ? 4892.75 ? 1.23 ? e
1
R 3985.5 1
1
由 e 查机械设计表,并用线性插值法求得:x
1 1
? 0.27 、y
1
? 1.80 ,
由此可求得
P ? f
1
(x R
p 1 1
? y A ) ? 1.3? (0.27 ? 3985.5 ? 1.80 ? 4873.75) ? 12803N
1 1
2右边轴承: A
2
C
0
? 1992.75 ? 0.077 25800
由机械设计表,通过线性查
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