数控车床自动回转刀架机电系统设计（含CAD图纸）(4)

11-18查得系数Z?=2.9。

5. 确定许用接触力??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，从参考文献?1?表11-7查得蜗轮的基本许用力[?H]?=268MPa，已知蜗杆为单头，蜗轮每转一转时每个轮齿咬合的次数j=1；蜗轮转速n2=30r/min；蜗杆副的使用寿命Lh=10000h。则应力循环次数：

N=60jn2Lh=1.8?107 寿命系数： KHN=0.929

许用接触应力：??H?=KHN???H??=249MPa 计算中心距

将以上各参数代入式 a?3?ZEZ?KT2?????H?????2????2 求得中心距：a?3?ZEZ?KT2?????H??160?2.9?=31.39?22920????249?2=48mm

查参考文献?1?表11-2，取中心距a=50mm，已知蜗杆头数z1=1，设模数m=1.6mm，得直径d1=20mm，这时d1/a=0.4，由参考文献?1?图11-19可得接触系数Z?=2.74。因为Z?'?Z?，所以上述计算结构可用。

3.3 蜗轮及蜗杆的主要参数与几何尺寸

由蜗杆和蜗轮的基本尺寸和主要参数，算得蜗杆和蜗轮的主要几何尺寸后，即可绘制蜗杆副的工作图了。

1. 蜗杆参数及尺寸

头数z1=1，模数m=1.6mm，轴向齿距Pa=3.14?m=5.027mm，轴向齿厚

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sa=0.5，分度圆直径d1=20mm，直径系数

?Z1???=434?26??。 ?q?q=d1/m=12.5，分度圆导程脚

r=arctan?2. 蜗轮参数与尺寸

齿数z2=48，模数m=1.6mm，分度圆直径为d2=mz2=1.6?48mm=76.8mm，变位系数x2=[a-(d1+d2)/2]/m=[50-(20+76.8)/2]/1.6=1，蜗轮喉圆直径为

da2=d2+2m(h*a+x2)=83 .2mm，蜗轮齿根圆直径df2=d2-2m(h*ax2+c)=76.16mm。

3. 校核蜗轮齿根弯曲疲劳强度 即校验下式是否成立：?F?1.53KT2d1d2YFa2Y????F?

式中： ?F——蜗轮齿根弯曲应力，单位为MPa； YFa2——蜗轮齿形系数； Y?——螺旋角影响系数；

??F?——蜗轮的许用弯曲应力，单位为MPa； 由蜗杆头数z1=1，传动比i=48，可以算出蜗轮齿数z2=i?z1=48 则蜗轮的当量齿数：zv2?z2cos?3?48.46

根据蜗轮变位系数x2=1和当量齿数zv2=48.46，得齿形系数YFa2=1.95。 旋转角影响系数：Y?=1-?140?=0.967；

根据蜗轮的材料和制造方法，由参考文献?1?表11-8可得蜗轮基本许用弯曲应力：??F??=56MPa；

蜗轮的寿命系数：KFN=9101.8?107=0.725；

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蜗轮的许用弯曲应力：??F?=??F???KFN=40.6MPa； 将以上参数代入式：?F?1.53KT2d1d2YFa2Y????F??；

得蜗轮齿根弯曲应力：?F=37.4；

可见，?F???F?，蜗轮齿根的弯曲强度满足要求。

3.4 螺杆的主要参数与几何尺寸

3.4.1 螺杆的设计计算

1. 螺距的确定

刀架转位时，要求蜗杆在转到约170°的情况下，上刀体的断面齿与下刀体的断面齿完全脱离；在锁紧的时候，要求上下端面齿的咬合深度达2mm.因此，螺杆的螺距P应满足P?170/360>2mm，即P>4.24mm。今取螺杆的螺距P=8mm。

2. 其它参数的确定

采用单头梯形螺杆，头数n=1，牙侧角b=15?，外螺纹大径d1=50mm，牙顶间隙ac=0.5mm，基本牙形高度H1=0.5P=3mm，外螺纹牙高h1=3.5mm，外螺纹中经d2=46mm，外螺纹小径d3=42mm，螺杆螺纹部分长度H=50mm。

3. 自锁性能校核

螺杆——螺母材料均用45钢，查参考文献?1?表5-12，取二者的摩擦因数f=0.11；再求得梯形螺旋副的当量摩擦角约为6.5?，而螺纹升角约为2.33?，小于当量摩擦角。因此，所选几何参数满足自锁条件。

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3.5 蜗杆轴的设计

3.5.1 蜗杆轴的材料选择，确定许用应力

考虑轴主要传递蜗轮的转矩，为普通用途中小功率减速传动装置。选择轴的材料为45号钢，经调质处理。由参考文献?1?表15-1查得??B=640Mpa，

S=355Mpa，??1=275Mpa，??1=155Mpa，???1?=60Mpa。

3.5.2 按扭转强度初步估算轴的最小直径

TWT9550000Pn????

r轴的扭转强度条件为: ?T=

?0.3d3式中 ?T——扭转切应力，MPa； T一一轴所受的扭矩，N?M； WT——轴的抗扭截面系数，mm3； n ——轴的转速，r/min； P——轴传递的功率，kW； d一一计算截面处轴的直径，mm；

??r?——许用扭转切应力，MPa；

由式?T=

TWT?95500000.3d3Pn???r?可得轴的直径d?955000030.2??r?3Pn?A03Pn 当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。对于直径d?100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大5%~7%。由参考文献?1?表15-3查得A0=112，代入式中，取dmin=6.1345mm，同时查表得到所用电动机(YS5624型)输出轴直径为9mm，所以在空间充裕的情况下取输入轴最小直径为9mm，伸出长度为50mm。

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3.5.3 确定各轴段的直径和长度

根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及直径和长度。初步确定蜗杆轴如图3-5所示：

图3-5蜗杆轴

d1=d5同一轴上的轴承选用同一型号，以便于轴承座孔的镗制和减少轴承类

型。d5段轴上有一个键槽，故槽径增大5%。

d1=d5=(1+5%) ?dmin=6.44 mm，圆整d1=d5=12 mm。

所选轴承类型为深沟球轴承，型号为6301。B=12mm，D=37mm。

d2段起固定作用，d2取

18rnm。

=23.2mm。

d3段为蜗杆与蜗轮啮合部分，故d3d2=d4=18mm，便于加工和安装。

L1段为与轴承配合的轴段，查轴承宽度为12mm，则L1=12mm。 L2段尺寸长度与刀架体的设计有关，蜗杆端面到刀架端面距离为

67rnm。端

盖宽度为10mm，故L2=45rnm。

L3段为蜗杆部分长度，当Z1=1~2

时，X2=1，B1?(12+0.1Z2)m=26.88rnm，

圆整L3取30mm。

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