蜗轮蜗杆花键促动器的设计（含全套CAD图纸）.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流蜗轮蜗杆花键促动器的设计（含全套CAD图纸）.精品文档.蜗轮蜗杆花键促动器的设计摘 要 本次设计主要是蜗轮蜗杆花键促动器的设计。主要是用于射电望远镜主反射面的每一小块的上下直线调整。在这次设计中通过促动器的工作场合；促动器的最大出力和已知传动速度和促动器的有效工作行程，来反推所需电机的输入功率，转矩。主要设计内容有电动机的选用，蜗轮、蜗杆轴的设计和校核，花键和滚珠丝杠的校核计算。设计的内容还包括对传动元件参数的拟定，其中包括根据一些原始数据并且结合实际条件和情况对促动器参数的拟定，通过拟定参数，对传动件的结构来进行设计，包括各传动件的定位，包

2、括长度和直径的计算，结构支撑和扭矩，弯曲强度的计算，转矩、强度的计算，扭转变形，疲劳强度的计算，促动器上所用标准件的选择，促动器的润滑等等。通过对促动器上的零部件的校核计算，都能满足设计要求，到达了预期的目的。本次设计的促动器的传动级数比是1:62，不仅可以用在本次设计中的工作场合，如果加以改造，还可以用到增速传动的场合。这次设计中，通过对资源的充分利用，进一步巩固已学过的理论知识，提高综合运用所学知识发现问题、解决问题，以求把理论和实践结合一起，为以后的工作和更好的学习积累经验。同时又学习了solidworks，可以把促动器用三维立体图清晰地表达出来，同时加深了对CAD的学习。关键词：促动器

3、，蜗轮蜗杆，传动，转矩THE DESIGN OF THE DRIVE FOR WORM SPLINE DRIVEABSTRACTThis design is splined worm actuator design. In this design, the actuator through workplace; effective working stroke and known maximum output speed and the actuator drive actuator, and to counter the push needed to motor input power, t

4、orque. The main design elements with an option, the worm, the worm shaft design and check, calculate the ball screw spline and check the motor. Design structure also includes the formulation of transmission elements, including some of the original data and in accordance with the actual conditions an

5、d circumstances of the actuator parameters to develop, through the development of parameters, the structure of transmission parts to the design, including the transmission parts location, including the calculation of the length and diameter to calculate structural support and torque, calculate the b

6、ending strength, torque strength, torsional deformation, fatigue strength calculations, the actuator member of the selection criteria used, the actuator lubrication, etc. . By checking calculation on the part of the actuator, can meet the design requirements, to reach the desired goal.The actuator i

7、s designed gear stage ratio is 1:62, not only can be used in this design of the workplace, if to transform, also can be used overdrive occasions.The design, by making full use of resources, to further consolidate the theoretical knowledge learned, improve the comprehensive use of the knowledge disco

8、very and solve problems, in order to combine theory and practice together for the future of work and better learning experience. While learning solidworks, you can actuate Used to express a clear three-dimensional map, while deepening the study of CAD.KEY WORDS: actuators，worm， gear，torque目录前言3第1章 促

9、动器电动机的选择41.1 促动器的技术要求41.2 促动器的总体设计41.3 促动器的传动类型41.4 传动方案的确定41.5 电动机的选择51.5.1 电动机类型的和结构形式的选择51.5.2 电动机的功率选择81.5.3 促动器传动参数及各部分零件的传动效率12第2章 蜗轮蜗杆的设计及校核152.1 蜗杆蜗轮传动的特点152.2 蜗杆传动的相对滑移速度152.3 蜗杆在传动中的失效形式及其设计准则162.4 蜗杆蜗轮的材料选择162.4.1 蜗杆常使用的材料 162.4.2 蜗轮的常用材料172.5 蜗轮材料的许用应力172.5.1 蜗轮材料的许用接触应力172.5.2 蜗轮材料的许用弯曲

10、应力182.6 蜗杆传动的强度计算182.6.1 齿轮上的作用力182.6.2 蜗轮蜗杆的参数192.6.3 蜗轮齿面接触疲劳强度的计算202.6.4 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算202.6.5 蜗杆挠度计算202.6.6 蜗轮蜗杆工作时温度的计算212.6.7 润滑粘稠度及润滑的方式21第3章 蜗杆传动中轴承的选用223.1 轴承的特点及选用223.2 所选用的轴承参数23第4章 轴的设计和校核254.1 轴的特点254.2 轴的结构264.3 蜗轮轴的结构设计264.4 轴的设计和校核274.5 滚珠丝杠螺母副的校核304.5.1 螺旋传动的特点304.5.2 滚珠丝杠螺母副的校核324.5.

11、3 轴上花键的校核33第5章 箱体的结构尺寸设计365.1 箱体的结构尺寸365.2 箱体的几何尺寸36第6章 促动器其他零件的选用38第7章 促动器的润滑39结论40谢 辞41参考文献42外文资料翻译43全套图纸加36396305 前言蜗轮蜗杆花键促动器是一种新型的电动执行器。主要是用在大型射电望远镜上的主主动调整系统中，属于一种电动执行器。近年以来，随着国家经济的迅速发展，科学技术的不断进步。国家对宇宙中其他星系的研究需求。建立了许多的天文台，并且都安装上了大型射电望远镜，比如佘山，新疆等。大型的射电望远镜在运行使用的时候会受到自重和风载的影响。它的主反射面会偏离其标准抛物面形状，这样就会

12、严重地降低射电望远镜的工作效率。射电望远镜的高频效率也会严重衰减至少五倍。所以为了提高望远镜的高频工作效率，就将其主反射面切割成许多小块，每一个小块由一台电动执行装置来控制。利用电动执行装置的主动调整来对主反射面的变形量进行调整补偿。在设计过程中，要综合射电望远镜的工作环境，以及其所需要输出的功率，额定功率下的连续出力，滚珠丝杠的选用校核，花键轴、蜗轮蜗杆的设计计算以及校核等，以及传动误差怎么调整等等。国外的许多国家都建立了装有大型射电望远镜的天文台。例如美国、英国和德国都有反射曲面的直径超过70m的望远镜。但是只有美国的GBT100m射电望远镜才可以实时调整。所以这样技术无论是在国外还是在国

13、内都是是一项新技术。在研究过程中，如何消除减少执行器的传动误差，防水防电，防止电磁干扰都是要解决的问题。尤其是闭环控制技术在促动器中的应用。在研究过程中通过逆向推理，来对电机的选用，以及促动器各零部件的设计选用计算以及校核。并且对促动器工作运转过程中所出现的各种问题作出假设，以便改进。通过对蜗轮蜗杆花键促动器的研究，进一步巩固和深化了大学中多学的理论知识，提高了理论分析和综合设计能力。通过这次设计，增强了在工程设计中包括结构的分析、参数的拟定、传动设计、强度计算校核等能力。这都为以后从事本专业工作打下并夯实了一定的基础。第1章 促动器电动机的选择1.1 促动器的技术要求1. 传动形式:直线式2

14、. 有效行程：60mm3. 最大行程：60mm4. 额定出力：2500N5. 额定速度：0.36mm/s6. 定位精度(mm)：0.01mm(精度不变的情况下）7. 内部防转机构：有8. 防护等级：IP679. 使用温度范围（）4060.10. 抗侧向负载能力（N）：5500垂直破坏负载力（N）：70001.2 促动器的总体设计促动器的设计任务包括选择传动装置类型，拟定传动方案，电动机的选择，传动比的确定。了解传动装置的传动原理，计算传动参数，为后续工作做准备。1.3 促动器的传动类型本装置的传递类型为蜗轮蜗杆进行动力传递。传动比1:62。1.4 传动方案的确定完整的机械传动系统一般是由电动机

15、，传动装置和执行装置组成。传动装置位于电动机和工作机之间，用来转换和传递动力来适用执行装置的要求，传动方案拟定的合理与否对机器的性能尺寸、重量以及成本影响很大。1.5 电动机的选择1.5.1 电动机类型的和结构形式的选择电动机是专业工厂生产的标准机器。设计时要根据工作机的工作特性、工作环境、载荷大小和性质（变化性质、过载情形等等），电源的种类（直流电源或交流电源）。启动性能以及启动、制动。正反转的频繁程度，选择电机的类型，结构，容量（功率）和转速。通过对工作情况，以及传动装置工作地点的参考，选用STM-集成式步进电机驱动器。电动机的特性：（1） 可编程，细分集成式步进电机驱动器（2） 工作电压

16、直流1270V（3） 速度位置模式（4） 抗共振算法，抑制系统中频共振（5） 可以接受模拟信号，数字信号和R3-232串口命令（6） 输入信号平滑处理，自动微步计算。即使在细分下也能保证运动平滑 （7） 可选的内置编码器反馈（8） STM23/Q3可以输出的最大1.5Nm的力矩（9） 3个光隔5-24V数字输入（10） 输入信号波（硬件滤波器软件滤波器）（11） 1个光隔、30V、100mA的数字输入电动机的技术规格如下表：表1-1 电动机的技术规格功率模块：所有系列功率放大类型：双H桥、4象限电流控制：4态，PWM频率20KHz输出力矩：STM23x-2系列：合适电压下0.9STM23x-3

17、系列：合适电压下1.5供电电源：外部12-70V直流电压输入电压范围：12-70VDC保护：过压、欠压、过热、电机绕组短路（相间、相地）自动半流：电动机运动停止后的可选数毫秒内将运行电流降低到0-90%的可是定范围内环境温度：0-40（32 - 104F) (安装有合适的散热板）适度范围：90%无积露表 1-2 电动机的技术规格控制模块：所有系列微步方式：软件可调，200-51200 steps/rev,以2的倍数递增抗共振（电子阻尼）：自动计算机系统的共振点，并且通过共振点调整控制算法，抑制中频共振低速力矩平滑：通过分析低速力矩波纹，调整相应的谐波分量以减少速度在0.25-1.5rps范围内

18、的力矩波动自动设置：自动检测电机参数以配置电流控制方式以及减震系数上电自检：上电时，自动检测内部电压即外部电压，侦测电机绕组异常（开路或阻值变化超过40%）微步计算：在低频脉冲信号之间自动插入微步，保证细分的运动平滑（仅脉冲方向模式可用）输入信号平滑：对速度和方向的动态滤波可以减少电机及机械系统的运动瞬变，使电机运动更加平稳，同时有效的减少了机械磨损（仅脉冲方向模式可用）表1-3 电动机的技术规格控制模块：S所有系列非易失性存储器：配置参数储存在DSP芯片内部的FLASH中控制模式：脉冲/方向，双脉冲，正交脉冲，振荡器模式、操纵杆、SCL、Hub脉冲方向输入：STEP/光隔，5-24V，最小脉

19、宽250ns，最大脉冲频率3MHz功能：脉冲信号、正向脉冲、正交脉冲的A相，编码器跟随、限位、点动，启停（振荡器模式）传感器信号/光隔，最小脉宽最大脉冲频率。功能：方向信号，反向脉冲，正交脉冲的相，编码器跟随，限位，点动，传感器信号，换向信号（振荡器模式）信号输入频率带宽可调使能输入：/光隔，最小脉宽，最大脉冲频率功能：使能，重置，速度切换（振荡器模式）通用输入口输出：光隔，功能：报错输出、运动输出、测速脉冲、通用编程输出模拟输出范围：模拟输入精度：位通讯接口：或输出：.表1-4 电动机的技术规格控制模块：所有系列非易失性存储器：程序、数据和驱动器配置储存在和中输入：STEP/光隔，5-24V

20、，最小脉宽250ns，最大脉冲频率3MHz功能：脉冲信号、正向脉冲、正交脉冲的A相，编码器跟随、限位、点动，启停（振荡器模式），通用输入口/光隔，最小脉宽最大脉冲频率。功能：方向信号，反向脉冲，正交脉冲的相，编码器跟随，限位，点动，传感器信号，换向信号（振荡器模式），通用输入口/光隔，最小脉宽，最大脉冲频率功能：使能，重置，速度切换（振荡器模式）通用输入口信号频率带宽可调输出：光隔，。功能：报错输出，运动输出，测速脉冲，通用编程输出模拟输入范围：模拟输入精度：位通讯接口：或输出.1.5.2 电动机的功率选择1. 电动机容量的选择容量选择即功率选择。选择得是否合适对电机的正常运转和经济性都有影响

21、，功率选得过小，则不能保证机器的正常工作，使电机因为超载而过早损坏。但是功率选择过大的话会导致电动机的价格升高高，并且电动机经常不能满载运行，其效率和功率因数都比较低，从而导致电能的消耗浪费，导致能源的浪费。 电动机的功率主要是根据电动机所需带动的传动装置的的功率决定，对于载荷比较稳定长期连续运行的机械，只要所选电动机的额定功率等于或者稍微大于所需要的电机工作功率即可，即。这样电机一般可以安全工作不会导致过热，因此通常不需要校验电动机的发热和启动转矩。由电机的额定出力为2500N，促动器的有效最大行程为60mm,额定速度0.36mm/s,滚珠丝杠的螺距为5mm。则其导程 （1-1）其中，S是滚

22、珠丝杠的导程 n是滚珠丝杠螺纹的线数 P是滚珠丝杆的螺距则线速度 （1-2）其中，n是指滚珠丝杠的转速，即蜗轮的转速 则 由于其传动比为1:62。则蜗轮蜗杆的转速为=4.46r/s步进电机的矩频特性曲线如下图（注意：所有的力矩曲线在20000步/转时检测得）图1-1 步进电机的矩频特性曲线图1-2 步进电机的矩频特性曲线2. 电机发热 步进电机把电源的电能转换成机械能用来负载运动。由于步进电动机的转化效率，一些电能以电动机热能的形式表现出来。这种发热现象与电动机所带动的负载无关，主要是与电动机的速度以及电源的电压有关系。这都存在一些速度与电压的组合，从而导致电机无法正常连续运转。下面是STM在

23、常用输入电压下的最大占空比VS速度曲线，在使用电机时可以参考这些曲线。步进电机一般在运行30到45分钟后达到热平衡，此时的温度为电机的最大温度，如果电机运转1分钟停行1分钟的话，可以这样认为，电机是50%的占空比。运行5分钟停止5分钟也是50%的占空比。但是，如果运行60分钟停止60分钟，那么就是100%的占空比。因为在第一个小时内电机就已经达到了热的平衡。在实际使用中，电机的温度还与散热条件有关，热传导、热对流、热辐射等等。这些结果是在环境温度为40（104F），电动机被安装在铝板上来提供散热。散热曲线图1-3至图1-6。图1-3最大占空比VS速度图1-4最大占空比VS速度图1-5最大占空比

24、VS速度图1-6最大占空比VS速度本次设计中选用智能式步进电机型号为系列，尺寸型号如下。由图1-1知，扭矩随着转速的增大而减少，又根据传动装置的负载，所选用的电机的型号为输出力矩为1.5N.m。1.5.3 促动器传动参数及各部分零件的传动效率促动器的传动经联轴器传递给蜗杆，由蜗杆传递给蜗轮，蜗轮用螺钉固定在滚珠丝杠螺母，滚珠丝杠螺母与丝杠配合。由于滚珠丝杠螺母副上有一段花键轴。内花键的作为导缸套被固定在箱体上，同时起到轴承盖的作用，这样滚珠丝杠回转运动变为直线运动，由于每次传递动力都有力的损失，故都有一定的传递效率 1. 经过选择后计算，促动器的传动参数，及传动效率如表1-5表1-5 促动器的

25、传动参数名称传动效率（）扭矩T（单位Nm）电动机.N.m联轴器0.99丝杠0.90轴承0.99滑动轴承0.98（压力润滑）蜗轮蜗杆（用油润滑）0.75传动比1:62 2. 促动器各轴转速。 3. 促动器中各轴功率转矩公式为 （）则 （）其中，电动机扭矩，电动机输出功率，电动机的转速，0.0320.75=0.024（Kw） 4. 促动器各轴扭矩=1.45（Nm）=5.28（Nm）将以上结果汇总列表1-6如下表1-6促动器传动参数轴名参数电动机轴I 轴II 轴转速n/（r/min）267.84265.164.32扭矩T（Nm）1.451.445.28功率（Kw）0.0320.03170.024第2

26、章 蜗轮蜗杆的设计及校核2.1 蜗杆蜗轮传动的特点蜗杆和蜗轮的传动称为蜗杆传动。蜗杆传动用在传递两个空间中交错轴的运动和动力。一般交错轴的交角。蜗杆机构的特点如表2-1表2-1蜗杆机构特点优点1） 传动级比大，结构紧凑。从传动级比公式中，当=1时，即蜗杆为单头，蜗杆转转时蜗轮才转1转，因而可得到较大的传动比。一般在动力传动中，取传动比i=；在分度机构中，i可达1000.如此大的传动，若采用齿轮传动，则需要多级传动才行，所以蜗杆传动结构紧凑、体积小、重量轻。2） 传动平稳，无噪声。因为蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它与涡轮齿啮合时时连续不断的，蜗杆没齿没有进入和退出啮合的过程，因此工作平稳，冲击、振

27、动、噪声小3） 具有自锁性。蜗杆的螺旋升角很小时，只能蜗杆带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆传动。缺点1） 蜗杆机构不仅有沿齿高方向的滑动，而且有沿齿长方向的纵向滑动，而且滑动速度很高，容易引起发热和磨损。因此蜗轮需要用减摩、耐磨材料制造，如铜合金等，故成本高2） 由于滑动速度大，所以蜗杆传动效率不高，一般只有。尤其是具有自锁性的蜗杆传动，其效率在0.5以下。2.2 蜗杆传动的相对滑移速度在蜗杆传动之中，蜗轮与蜗杆的齿面间会产生非常大的相对滑动，并且相对滑动的速度沿着蜗杆的螺旋线的切线方向。 （2-1） 公式中，是蜗杆分度圆的圆周速度，m/s；是蜗杆的转速，r/min；是蜗杆分度圆导程角。其中，

28、即蜗杆分度圆导程角越大，蜗杆加工越困难。2.3 蜗杆在传动中的失效形式及其设计准则 蜗杆在传动时的受力情形与齿轮传动的受理情况基本相同，所以蜗杆传动的实效形式也与齿轮传动相似。但是，因为蜗杆传动中其齿面间具有非常大的滑动速度，同时，其传动效率不高、发热量又大，所以，蜗杆传动的主要实效形式是齿面磨损，齿面胶合及齿面点蚀等等。因为目前对齿面胶合和齿面磨损的计算还没有很成熟的计算方法。所以在本次设计中参照圆柱齿轮传动的计算方法来进行计算。按照齿面接触疲劳强度进行条件性计算，但是在选择材料的时候也要适当的考虑到胶合和磨损的影响。蜗杆的材料的强度一般要比蜗轮的材料要高一些并且蜗杆的齿是连续的螺旋齿，因此

29、蜗杆副的失效大多发生在蜗轮的轮齿上。设计时通常只须对蜗轮进行承载的能力计算即可。对于闭式蜗杆传动，一般应按照齿面接触疲劳强度计算，并且还要进行热平衡的校核；对于开式蜗杆传动，一般只须进行蜗轮的齿根弯曲疲劳强度的计算。蜗杆的形状一般为细长轴，如果弯曲变形太大，则将会导致啮合区域不能良好接触。所以当蜗杆支撑跨距比较大时，对于蜗杆轴的刚度也要进行校核。2.4 蜗杆蜗轮的材料选择2.4.1 蜗杆常使用的材料 根据蜗杆传动中失效形式的特点，蜗杆传动副的材料不仅要具有足够的强度，并且还要具有良好的减摩性和抗胶合性能。蜗杆常使用的材料是碳钢或者合金钢，如表2-2所示表2-2 蜗杆材料材料热处理硬度齿面粗糙度

30、/m使用条件15CrMn、20Cr20CrMnTi20MnVB渗碳淬火高速度重载荷，载荷的变化大45、40Cr42SiMn、40CrNi表面淬火45-55HRC0.4-1.6高速度重载荷，载荷稳定45、40调质处理270 HBS1.6-6.3一般用途2.4.2 蜗轮的常用材料 1. 铸造铝青铜此材料的强度比较高，价格也比较低，但是它的其他性能都没有铸造锡青铜的好，一般用在的传动之中。常用的有、等等。 2. 灰铸铁其各项性能都远不如前面介绍的几种材料，但是价格比较便宜，而且适用在滑动速度时，取；，取；当时，取。 2.6 蜗杆传动的强度计算2.6.1 齿轮上的作用力蜗杆传动中轮齿上的作用力与斜圆柱

31、齿轮的相似。蜗轮的轮齿与蜗杆的螺旋面之间的相互的作用力集中在一点，在计算入摩擦力的情况中，可以将齿面上的法向力分解为三个相互垂直的分力：有切向力、轴向力、径向力。由于蜗杆的轴线与蜗轮的轴线是相互垂直交错的，所以蜗轮的轴向力和蜗杆的圆周力是大小相等，方向相反；蜗轮的圆周力和蜗杆的轴向力是大小相等，方向相反。如下：（）其中式中，、分别是蜗杆、蜗轮上的转矩；、分别是蜗杆蜗轮的分度圆直径，；是轴面上的压力角；是蜗杆传动的效率，开始计算时（是蜗轮蜗杆的传动比）。2.6.2 蜗轮蜗杆的参数 综述，本传动系统中，蜗轮蜗杆的参数如表表名称数据蜗杆蜗轮齿顶高.齿根高.分度圆直径.齿顶圆直径.齿根圆直径.顶隙蜗杆

32、轴向齿距蜗轮端面齿距蜗杆分度圆柱的导程角.蜗轮分度圆上齿轮的螺旋角.中心距材料，表面淬火蜗轮材料的许用应力250MPa蜗轮材料的基本许用弯曲应力140MPa2.6.3 蜗轮齿面接触疲劳强度的计算计算如下： (2-5)其中，K是载荷系数，取K=1，则：（MPa）=250MPa满足使用条件。2.6.4 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 （2-6）其中，为齿轮齿形系数，取2.20则=140MPa满足其使用条件。2.6.5 蜗杆挠度计算 1. 蜗杆轴惯性矩 （2-7）即 I=1.2 2. 允许蜗杆挠度则 3. 蜗杆轴的挠度y=0.0160.0224综述，蜗杆轴满足使用要求。2.6.6 蜗轮蜗杆工作时温度的计算

33、 1. 传动啮合效率 2. 搅油效率根据工作条件而定，取=0.99 3. 轴承效率=0.99 4. 总效率 5. 综述满足使用要求。2.6.7 润滑粘稠度及润滑的方式由m/s公式，得润滑方法是浸油润滑。第3章 蜗杆传动中轴承的选用3.1 轴承的特点及选用轴承是用来支撑轴的部件，它可以保正轴的回转精度，减小转轴与支撑零件之间的摩擦与磨损。轴承的种类很多，根据与支撑处相对运动表面的摩擦性质的不同，可分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承，分为滑动轴承和滚动轴承；根据轴承所承受的载荷方向的不同，分为向心轴承、推力轴承、和向心推力轴承。如图3-1所示图3-1 滑动轴承滚动轴承是国标件，一般来说是由内圈、外圈、

34、滚动体和保持架四部分组成。安装轴承时，其内圈安装在轴颈上，外圈安装在箱体的轴承孔或者轴承座内。一般在轴承工作时，外圈不转动，内圈与轴一起转动，滚动体沿着、外圈上的滚道滚动。常见的在滚动体有球形，圆柱形，鼓形和针形等五种形状。内外圈及滚动体都用特殊轴承钢制造，具有比较高的硬度和接触疲劳强度，以及良好的耐磨性和冲击韧性。轴承常用的材料有GCr15、GCr15SiMn、GCr6、GCr9等等。保持架的作用是使滚动体均匀分布在滚道上，减少滚动体之间的碰撞和磨损。保持架大多是用低碳钢板通过冲压成型，也可以采用有色金属或塑料等材料制造。为适应某些特殊要求，有些滚动轴承还要附加其他特殊元件或采用特殊结构，例

35、如轴承采用无内圈或者无外圈的结构、带有防尘罩或者在外圈上加止动环等。滚动轴承具有启动力矩小、效率高、运转精度高、轴向尺寸小等优点，并且互换性好，润滑方便，易于密封和维护，因此被广泛应用于中速、中载和一般工作条件下运转的机械设备。滚动轴承的种类有很多，可以按照不同的标准进行分类别。按照承受载荷方向的不一样，滚动轴承可分为向心滚动轴承、推力滚动轴承和向心推力轴承三种类型。滚动轴承能否承受不同方向的载荷，和轴承的公称接触角有关。公称接触角是滚动体套圈接触的公法线与轴承径向平面（垂直于轴承轴心线的平面）之间的夹角，在范围内。公称接触角越大，承受径向力载荷的能力越小，承受轴向载荷的能力越大。各类轴承的公

36、称接触角及承载能力如表3-1所示表3-1各类轴承的公称接触角及承载能力轴承种类向心轴承推力轴承径向接触角接触角接触轴向接触公称接触角=04590=90图例（以球轴承为 例）说明只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷既能承受径向载荷，也能承受一定的轴向载荷既能承受轴向载荷，也能承受一定的径向载荷只能承受轴向载荷，不能承受径向载荷3.2 所选用的轴承参数 表3-2圆锥滚动轴承 单位：mm安装位置轴承型号外 形 尺 寸dDB蜗杆7002C153297002C15329蜗轮轴7007C3562147007C356214第4章 轴的设计和校核4.1 轴的特点在机械设备中，轴指的是作为传动件支撑和旋转中心的转

37、轴，不旋转的轴在机械中只是起固定作用的支承构件，不是本次设计中使用的转轴。轴及其支承的结构尺寸配置、刚度和强度，直接影响轴上固定的传动件的旋转精度、工作性能和使用寿命，是各种传动系统的极重要基础件，轴的合理设计是传动设计的第一步，必须得到重视的首要工作。在传动系统中，绝大多数的旋转轴都是两支撑结构的布局，在机械设备中，也有长轴中间加第三或第四支承的三支承或四支承结构，但由于支承孔和轴加工时，都不可避免地会产生同轴度误差，其中的第三、第四支承通常只能以浮动支承安装，只是作为减少轴弯曲变形的辅助支承，实际上仍然作为两支承，因此，在本次促动器轴的设计中，以两支承为依剧，不考虑三点支承或四点支承的复杂

38、静不定结构。由于轴的尺寸及形状结构、支承的跨距等与传动件的轴向尺寸、受力大小和方向直接相关，与轴承的承载能力、转速、尺寸也直接相关，因此轴的设计过程必须与传动件的设计和轴承的选用交叉进行。轴在弯曲力矩、扭转力矩作用下会产生弯曲变形和扭转变形，轴的变形直接影响传动件的变形，其中包括弯曲变形和扭转变形，所以轴的变形必须被限制在允许范围之内。其实就是，轴在远未断裂破坏之前，其变形程度超过一定限度也是不允许的。衡量轴变形大小的指标成为刚度，变形小则说明轴的刚度大，所以轴的设计以刚度为准则，称为轴的刚度设计。以刚度设计的轴，距离断裂破坏的强度极限相差甚远，不必进行材料的强度校核。但是对于长时间经受重复循

39、环变化载荷的轴，其材料的疲劳极限比强度极限小的多，在使用一定期限后完全可能产生疲劳断裂破坏，尤其是轴上有键槽、阶梯轴的台肩处因应力集中，很容易产生应变集中开裂，尤其是重载、高速轴，疲劳破坏可能引发重大事故，对这些危险轴，应进行疲劳强度校核，使轴在使用寿命内不会产生破坏。4.2 轴的结构轴的结构一般是由各部分的轴段组成，通常圆柱齿轮减速器的低速轴有以下部分。（1） 轴头：用来安装轮毂，传动零件安装在这个部位。（2） 轴肩：用于轴上的安装零件的轴向定位。（3） 轴颈：根据受力的不同，可以分为径向轴颈，和止推轴颈。（4） 轴身：轴头与轴颈之间的部分。4.3 蜗轮轴的结构设计 1. 影响轴的结构的因素

40、主要有以下几点 （1）轴在机器上的安装位置和固定的方式。 （2）轴所选用毛坯的种类。 （3）轴上所安装零件的类型、尺寸、数量、配置情况以及轴连接固定的方法。 （4）轴所承受的载荷的性质、大小、方向及分布情况。 （5）加工轴时用的加工方法、装配的方法和其他的一些特殊的要求等。 2. 所设计的轴应要满足的条件 （1）轴以及轴上零件要准确定位。 （2）轴上零件安装要牢固相对可靠。 （3）轴上零件要便于拆装调整。 （4）强度符合条件要求。 （5）形状尺寸也要合理，要有利于避免应力的集中。 （6）制造工艺性要良好。4.4 轴的设计和校核（1） 选择所设计轴的材料，确定轴的许用应力：轴的材料为GCr15，

41、查工具书得，。（2） 按照扭转强度估计轴的最小直径：查工具书得C=98 （3）确定轴承和齿轮的润滑：计算齿轮的圆周速度，有因此蜗轮采用油浴润滑，轴承采用脂润滑。（4） 轴系初步设计：根据轴系的结构特点，综述后确定的尺寸，按照比例绘制轴系结构图，如图4-1所示。图 4-1 轴系结构图 （5）轴的强度校核：1）计算齿轮受力：分度圆直径转矩图4-2 轴的强度校核齿轮切向力齿轮径向力齿轮轴向力2） 绘制轴的受力简图：如图4-2a所示。3） 计算轴的支撑反向力：如图4-2b、d所示。水平面： （N） 垂直平面：4） 绘制弯矩图：水平面弯矩图如图4-2c所示. b截面：垂直平面弯矩图如图4-2e所示。合成

42、弯矩图如图4-2f所示。5） 绘制转矩图：如图4-2h所示。单向运转、转矩为脉动循环时，取，则 b截面上，有 a截面和1截面上，有7） 分别校核a和b截面：因为轴上有一段是滚珠丝杠螺母副，一段花键轴，故分别取强度足够。4.5 滚珠丝杠螺母副的校核4.5.1 螺旋传动的特点螺旋传动是以螺杆和螺母作为传动件的传动机构，它可以实现旋转运动和直线运动的相互转换。螺杆在这样的传动中也被称为丝杠。是机床行业中最常用的传动元件之一。螺旋传动可作为：传递动力的机构（比如螺旋压压力机）、同时传递运动和动力的机构（比如机床的丝杠）以及用于位置调整的机构。螺旋传动按照其传动件（螺杆和螺母）间的接触状态可以分为滑动螺旋传动、滚动传动和静压螺旋传动。应用举例：