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1、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.1) 蜗杆轴上的功率P=，蜗杆转速n =1620r/min，2) 由公式得：转矩T=初步确定轴的最小直径按照公式 dmin估算轴的最小直径，查机械设计教材表取C=105。d = 14.77 mmmin3) 蜗杆轴的结构设计 下图 6-1-1 为蜗杆轴的装配示意图图 6-1-1 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
2、度，如下图 5-1-2图 6-1-23) 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.4) 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 130mm5) 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.6) 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.7) 在安
3、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6TT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。8) 各轴间的倒角。螺纹倒角为C1，轴肩倒角为。9) 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M40X，螺纹长度为2
4、3mm,螺纹轴与轴承安装轴间留有3X1 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 m1Z108T = Tni 二 Tn -2 二 26.57 x
5、0.75 x二 2152.17N m2 1 12 1 Z 11F = 2T /d 二 2T /qm 二 2x26.57/50 二 1062.8Nt11 1 1F 二 2T /d 二 2T /- m 二 2x2152.17/540 二 7971Nt 2 2 2 2 2F 二 F tan7971 xtan20 = 2901Nr 2t21） 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C = 36800Nr静载荷C = 25800N0r查机械设计表得：负荷系数 f 为.p 计算派生轴向力由机械设计表，查得派生轴向力为：S二，则可求得左右轴承的 派生轴向力分别为：S = 0.
6、5 R = 1992.75N11S 二 0.5R 二 1992.75N22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 . 计算当量动载荷A 4893.75左边轴承：二二0.190C 258000由机械设计表，通过线性查值法求得：e = 0.511住二 182225 二 1.23eR 3985.511由q查机械设计表，并用线性插值法求得：廿0.27、廿収, 由此可求得P 二 f (xR + y A )二 1.3x(0.27x3985.5 +1.80x4873.75)二 12803N1 p 1
7、1 1 1A 1992.75右边轴承：二二0.077C 258000由机械设计表，通过线性查值法求得：e = 0.452A 1992.752 二二 0.5 eR 3985.522由e查机械设计表，并用线性插值法求得：x = 0.27、y = 2.05，2 2 2由此可求得P 二 f (x R + y A )二 1.3 X (027 x 3985.5 + 2.05 x 1992.75)二 6709.592 p 2 2 2 2 轴承的寿命计算由于，按照左边轴承计算轴承的寿命106L =h60 n所以选择的双列角接触球轴承满足要求。2）做出弯矩图和扭矩图图 6-2-2图 5-26-2-3转台轴承的设
8、计选择根据转台回转分度工作的情况分析，转台轴承必须承受较大的轴向力 和径向力，于是我们首先想到对称安装的圆锥滚子轴承或者通过圆锥滚子 轴承和角接触球轴承组合安装来实现。如果是用于转台工作，对称安装的 圆锥滚子轴承经过多年的实际应用情况反映出很多问题，最主要的问题是 安装的空间过大，承受的空间倾覆力矩不够，于是通过多年的设计改进， 现在转台多用组合轴承。我们知道推力球轴承能够承受巨大的轴向载荷， 通过改进组合，将圆柱滚子轴承和推力球轴承组合设计，改进出适用于回 转工作转台的组合轴承7。本次设计转台选用的轴承是推力向心圆柱滚子轴承，其型号是：YRT325，主要尺寸：325X450X660mm，它由一个推力向心底圈和一个推力 向心轴圈，一个推力垫圈，两个滚针保持架组件和一组向心圆柱滚子组成 如图 5-3-1。该轴承的主要特点是：1) 能够双向承受轴向载荷、径向载荷以及倾覆力矩；2) 具有很高的倾覆刚度和旋转精度；3) 具有高精度、高刚度、低摩擦力矩；4) 结构紧凑，安装维护简便。图 6-3-1
