電動叉車設(shè)計

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1、畢業(yè)設(shè)計 題 目_電動平動式輕型裝卸機的設(shè)計 學(xué)生姓名 張迅雷 學(xué)號0815023010 所在院（系） 機械工程學(xué)院 專業(yè)班級 汽車專081班 指導(dǎo)教師 趙永強 2011年3月26日 畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 院（系）機械工程學(xué)院專業(yè)班級汽車專081 （0815023010 ） 學(xué)生姓名張迅雷 _、畢業(yè)論文（設(shè)計）題目 二、 畢業(yè)論文（設(shè)計）工作自 201］年 空月日起至 如11年6月_ 12 R止 三、 畢業(yè)論文（設(shè)計〉進行地點: 找因 四、 畢業(yè)論文（設(shè)計）的內(nèi)容耍求： 該課題仝宴針對工廠、今庫、商場等各和裝卻、按運及裝配工作祈需的平動 丈咗型裝卸機

2、設(shè)計，通過該課題的實旌使學(xué)生對新產(chǎn)品的亍發(fā)過程■有深刻約認識， 掌握產(chǎn)品開發(fā)矣一些基幺技能和包新意識. 本課眾蘭凄進乃系紋岔方突設(shè)計，盧成系統(tǒng)％總體夬奚設(shè)計：完戌關(guān)饞家鄰 件的設(shè)計、計算?校核；進行產(chǎn)品的三維造型設(shè)計；繪制裝卸機整體裝配圖；繪 簾關(guān)縫零部件圖；完成詳細說胡書一份. 設(shè)計任務(wù)及要求： 1. 牧蕖相關(guān)參考資料，寫出開題報自。 2. 設(shè)計內(nèi)容 1 ）根將設(shè)i-要求完成總爼方秦設(shè)計（2同）。 2） 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方奏完成各部分具佞功能設(shè)計（2周）； 3） 完成整車的總體結(jié)拷設(shè)計和主晏零部件設(shè)計（2周） 。進行系統(tǒng)主要零件的三維設(shè)計（2周） 3. 撰寫設(shè)計論文，準備答

3、辯（2周） 指導(dǎo)教師 系教研室） 飩漁鳥劭力工程務(wù) 系（教研室）主任簽名 批準H期 咯受論文（設(shè)計）任務(wù)開始執(zhí)行日期 學(xué)生簽名 關(guān)鍵詞： 電動叉車 感應(yīng)電機 控制 電動裝卸車設(shè)計 摘要 目前應(yīng)用的電動車輛主要有直流驅(qū)動和交流驅(qū)動兩種方 式。由于交流系統(tǒng)本身在性能、維修等方面的優(yōu)越性能，自上 世紀末，交流動力逐漸應(yīng)用于電動裝卸車的設(shè)計和生產(chǎn)中，它 的應(yīng)用使電動裝卸車的性能顯著提高，林德 . 永恒力等。外資 企業(yè)對交流技術(shù)的應(yīng)用已日趨成熟。國內(nèi)電動裝卸車行業(yè)技術(shù) 相對落后，電控、電機的落后狀況尤為突出，嚴重制約著電動 裝卸車的設(shè)計及其發(fā)展。交流驅(qū)動系統(tǒng)作為裝卸車更新?lián)Q代

4、的 技術(shù)，必將得到越來越廣泛的運用。因此，我們從學(xué)習(xí)國際電 動裝卸車先進驅(qū)動技術(shù)入手，帶動民族叉車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 本文通過對電動裝卸車直流與交流驅(qū)動系統(tǒng)在原理、結(jié) 構(gòu)和控制等方面的比較，說明了電動裝卸車采用交流驅(qū)動系統(tǒng) 在系統(tǒng)性能、效率、維護成本等方面有著不可逾越的優(yōu)勢。通 過描述感應(yīng)電機在變頻電源供電下的機電特性，闡述了當(dāng)前比 較流行的 感應(yīng)電機控制器的控制方式。針對交流驅(qū)動技術(shù)在 電動裝卸車的應(yīng)用實例，介紹 了感應(yīng)電機和控制器及其它關(guān) 鍵部件的選型 . 匹配。 本文所探討的交流技術(shù)在電動裝卸車驅(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)用對 于新一代交流電動裝卸車驅(qū)動控制系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)試有重要的參 考價值。 目錄 1.

5、 裝卸機發(fā)展概況 4 2. 裝卸機的最佳設(shè)計方案 錯誤 ! 未定義書簽。 2.1 目前國內(nèi)電動裝卸車電氣控制系統(tǒng)配置概況 5 2.2交流驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)缺點 6 3. 門架 ..12 4駕駛室 13 5驅(qū)動系統(tǒng) ..-14 6電動裝卸機的總體設(shè)計 ■■…..15 6.1電機選型 .16 6.2 傳動系統(tǒng)傳動比的確定 …………………………………………… 18 6.3 電動裝卸車制動力選擇 …………………………………………… 18 6.4 電動裝卸車機動性 …………………………………………… ..20 6.5 工作裝置與轉(zhuǎn)向系的工作過程 ………………

6、…………… ..…20 7 重心與整機性能的關(guān)系 ………………………………………… ..20 7.1 裝卸車的軸載…………………………………………………… .21 7.2 駕駛室的布置 ………………………………………………… 22 8 驅(qū)動前輪的傳動設(shè)計…………………………………………… 24 8.1 蝸輪傳動的特點………………………………………………… 24 8.2 蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸計算………………………… 25 8.3 蝸桿傳動的失效形式和計算準則 ..28 關(guān)鍵詞： 電動叉車 感應(yīng)電機 控制 8.4蝸桿傳動的材料和結(jié)構(gòu) .28 8.5.蝸桿傳動

7、的強度計算 29 8.6熱平衡計算 31 8.7.蝸桿傳動安裝 ..32 總結(jié) 34 電動裝卸機的發(fā)展概況 電動裝卸機是以電力直流或交流為動力實施裝卸、起重、搬運、 堆垛作業(yè)的車輛。八十年以來，由于電動叉車具有易操作、作業(yè)靈活、 安全、動力利用率高、噪聲小，對環(huán)境污染小等優(yōu)點，更適合于工礦 企業(yè)作搬運機械使用，因而倍受人們重視，得到了迅速發(fā)展。 1956年豐田的第一款裝卸機 最佳電動裝卸車設(shè)計及配置方案 在當(dāng)今電動裝卸車領(lǐng)域，交流電氣驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展十分迅速。 相對直流 驅(qū)動系統(tǒng)，交流電氣驅(qū)動系統(tǒng)憑借其高效率、免維護、長壽命等優(yōu)勢，吸引 了眾多廠商和用戶

8、的注意，并得到成功的應(yīng)用。但是，全交流電氣驅(qū)動系統(tǒng) 也存在成本較高、技術(shù)復(fù)雜及國內(nèi)用戶在整機價格一時難以接受等劣勢。 針對交流驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)缺點，如何做到既能發(fā)揮交流驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)勢， 又可以大幅降低整車驅(qū)動系統(tǒng)的成本，最大限度的提高裝卸車性能和在國內(nèi) 加大普及速度？半交流驅(qū)動系統(tǒng)是解決叉車驅(qū)動系統(tǒng)的最佳方案。 所謂半交流驅(qū)動系統(tǒng)，即叉車行走部分是交流驅(qū)動（交流電機 +交流控 制器），液壓提升部分是直流驅(qū)動（直流電機 +直流控制器） 目前國內(nèi)電動裝卸車電氣控制系統(tǒng)配置概況： 這種半交流方案有哪些優(yōu)點？它的實際應(yīng)用情況又是如何那？下面將 通過具體的技術(shù)分析來為主機廠和用戶

9、介紹電動電動裝卸車半交流電氣驅(qū)動 系統(tǒng)的優(yōu)勢。 交流驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)缺點 首先我們先了解下交流驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)缺點 交流行走驅(qū)動系統(tǒng)在應(yīng)用中的優(yōu)點 三相交流異步電機是交流驅(qū)動系統(tǒng)的主要組成部分， 其工作原理是三相 交流電輸送給定子繞組，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，感應(yīng)閉合的轉(zhuǎn)子繞組，從而產(chǎn)生感 應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場與定子旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，便產(chǎn)生電磁力推動轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)。 綜上所述，交流行走驅(qū)動電機與直流行走驅(qū)動電機相比：具有動力強、 效率高、噪音低、體積小、重量輕、再生能量高、電磁干擾小、終身免維護、 結(jié)構(gòu)簡單、易于冷卻和壽命長等優(yōu)點。隨著交流電機的控制能力大大增強和 交流電機控制器硬件部分的成本逐

10、步降低，為交流電氣驅(qū)動系統(tǒng)廣泛應(yīng)用和 普及創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)。 交流驅(qū)動系統(tǒng)在應(yīng)用中的缺點 交流電氣驅(qū)動系統(tǒng)本身也存在一些缺點： 1. 編碼器 當(dāng)前的交流控制系統(tǒng)中，編碼器是必備器件。安裝在交流電機上，用來 向交流控制器提供轉(zhuǎn)速及方向信號。 由于編碼器目前沒有國產(chǎn)化， 價格較高。 使得交流控制系統(tǒng)的整體價格被抬高。 2. 控制器 由于交流變頻調(diào)速控制技術(shù)很復(fù)雜，控制器需要選用較大的微處理器； 同時，控制器的三相交流輸出也需要使用比直流控制器多得多的功率器件 （如: MOSFET，直接導(dǎo)致成本的增加。所以交流控制器價格比直流控制器 價格高。 3. 交流電機 雖然交流電

11、機比較簡單， 制造工藝和材料都沒有直流電機復(fù)雜， 但由于 交流驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)用在國內(nèi)剛剛起步， 除了少數(shù)國產(chǎn)電機，大多電機還需進口， 尤其是編碼器全部進口。所以在未來一段時間內(nèi)，交流電機價格會比直流電 機價格高。 由此可見，從交流控制系統(tǒng)的整體來看，不僅其技術(shù)的復(fù)雜和特殊，而 且器件的成本高。這使得其整體價格會比直流驅(qū)動系統(tǒng)高出許多。這將不可 避免的影響主機廠的生產(chǎn)成本，同時也提高了最終用戶的采購成本。 揚長避短的最佳解決方案一半交流驅(qū)動系統(tǒng) 交流驅(qū)動控制系統(tǒng)應(yīng)用于電動叉車行走部分 采用直流控制系統(tǒng)的電動裝卸車在運行中出現(xiàn)故障頻率較高的是行走 驅(qū)動部分，主要原因是用戶不能及時檢查和

12、更換直流行走電機的碳刷及換向 器，造成火花大（甚至環(huán)火）還在繼續(xù)使用，導(dǎo)致電流過大燒壞控制器或電 機。要從根本上解決，可以采用交流行走控制系統(tǒng)。裝卸車行走整體性能顯 著提高，故障及元件更換率明顯降低，可靠性大大增強；裝卸車完好出勤率 和單位時間的生產(chǎn)率更高，運行及維護成本更低。將給最終用戶、主機廠、 配套商帶來非常顯著的直接和間接的經(jīng)濟效益。 采用交流行走控制系統(tǒng)的電動叉車優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面： 1. 運行與維護成本低 交流電機終生免維護 交流電機無需換向接觸器（前進，后退換向），節(jié)省了部件。更為重要 的是，交流電機無碳刷和換向器，不僅電機的體積更加輕便小巧，運轉(zhuǎn)速度 提高了，而且

13、徹底擺脫了定期檢測和更換碳刷的麻煩，極大地增強了裝卸車 的可靠性與穩(wěn)定性；同時，在裝卸車設(shè)計時不用考慮預(yù)留電機維修空間，甚 至可以將電機密封起來，使叉車結(jié)構(gòu)設(shè)計更加緊湊。 采用再生制動，減少機械磨損 再生制動是一種非接觸性制動， 無論駕駛者丟開加速器踏板減速， 踩制 動器踏板剎車，還是切換行駛方向剎車，交流電動機均會處于發(fā)電機狀態(tài)， 其電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變?yōu)橹苿愚D(zhuǎn)矩。 這意味著減少剎車片的磨損， 延長制動器壽命， 降低制動器維護費用，使運行成本更低。同時，由于交流電機在行駛與制動 上的效率很高，而且剎車或換向時，都會有再生能量產(chǎn)生，高達 30%并能 將再生能量回饋到蓄電池，這會使蓄電池工作時間

14、延長，壽命也更長。雖然 直流他勵行走電機也有再生制動，但必須在強烈的制動時才能啟動，再生能 量只有15%而交流行走控制系統(tǒng)幾乎在所有的情況下，交流電機均會產(chǎn)生 能量再生，并且持續(xù)作用直至裝卸車完全靜止，顯然比直流電機的能量再生 效率更高。 2. 生產(chǎn)效率提高 交流電機最高轉(zhuǎn)速比直流電機提高很多，動力更強勁。而且，交流電機 可以將獲得的再生能量回饋給蓄電池，既延長了電池的使用時間，也提高了 裝卸車的整體性能：啟動更快，加速 /減速性能提高，縮短了達到最高速度的 時間，延長了續(xù)航距離，工作效率顯著提高。 3 ?易于編程，控制能力大增強 隨著變頻調(diào)速技術(shù)取得了突破性發(fā)展， 交流控制器可

15、以實時控制交流電 機的運轉(zhuǎn)，使交流電機的受控能力大大增強，獲得了同直流電機一樣的調(diào)速 性能。交流驅(qū)動采用速度力矩控制，控制的靈敏度提高，可以提高裝卸車操 作效率；采用加速踏板釋放制動功能，前進過程中換向為倒車時可以平穩(wěn)過 渡，提高了裝卸車的穩(wěn)定性與可靠性，同時，采用 CAN總線，使系統(tǒng)集成更 簡單，單元設(shè)計更靈活。 4 ?裝卸車操作更加舒適 交流驅(qū)動系統(tǒng)在提高叉車駕駛員操作舒適方面所起到的作用與眾不同， 由于交流電機比直流電機小巧輕便，這使得叉車的設(shè)計相對更靈活。 直流驅(qū)動控制系統(tǒng)應(yīng)用于電動裝卸車起升和轉(zhuǎn)向部分 既然交流控制系統(tǒng)優(yōu)于直流控制系統(tǒng)， 為什么還要介紹直流控制系統(tǒng)應(yīng)

16、用于電動裝卸車液壓工作系統(tǒng)中呢？當(dāng)然全交流配置的控制系統(tǒng)是目前電動 裝卸車系列中的頂級配置，性能更加優(yōu)越，運行和維護成本會更低。國外發(fā) 達地區(qū)電動裝卸車基本上都是全交流頂級配置。但是全交流頂級配置的成本 要遠高于直流控制系統(tǒng)，一般要高出 3-4倍。這對國內(nèi)絕大多數(shù)裝卸車用戶 是一時難以接受。為了既能提高電動裝卸車的整機性能和可靠性，又能在整 機成本增加不大的情況下，盡快地拓寬國內(nèi)外市場。使用戶得到實惠、主機 廠找到新的經(jīng)濟增長點、 配套商降低服務(wù)費用。 這一舉三得的舉措能不干嘛！ 因此推薦半交流配置方案就能實現(xiàn)上述舉措。 我們知道電動裝卸車在作業(yè)中都在小范圍內(nèi)頻繁地前進后退換向， 直

17、流 控制系統(tǒng)中的換向接觸器觸點和電機中的碳刷、換向器容易燒蝕和磨損，如 不及時檢查和更換就會產(chǎn)生系統(tǒng)故障，造成用戶抱怨。對此推薦采用交流行 走控制系統(tǒng)，從根本上杜絕了直流系統(tǒng)中頻繁的故障率。 而在電動裝卸車液壓系統(tǒng)中的泵電機是定向旋轉(zhuǎn)的串勵電機， 不需要換 向接觸器。雖然也頻繁地起升和傾斜，但每次作業(yè)時間都很短，不會超過 30 秒。如果采用“雙泵合一”配置，泵電機兼顧轉(zhuǎn)向，在起升或傾斜不工作時， 泵控制器供給泵電機的電壓很低，約 13V左右（48V電源）。這時泵電機低 速旋轉(zhuǎn)，約400-800rpm。由于泵電機是定向旋轉(zhuǎn)且短時工作制，且液壓系統(tǒng) 已設(shè)定了最大壓力值，過載時溢流閥（安全

18、閥）自動打開，所以沒有很大的 電流沖擊。因此電機的碳刷和換向器壽命要長得多，相對可靠。同時也延長 了碳刷定期檢查和更換的時間，降低了運行和維護成本。直流串勵電機大扭 矩特性是非常適合液壓系統(tǒng)的驅(qū)動電機。介于直流液壓控制系統(tǒng)的作業(yè)特點 和價格優(yōu)勢，電動裝卸車半交流控制系統(tǒng)在當(dāng)前很有生命力，整機特性和銷 售價格容易被國內(nèi)外用戶接受，市場前景肯定很好 門架 起升液壓缸由 目前，國內(nèi)外電動裝卸車大部分已經(jīng)采用寬視野門架, 中間放置改為兩側(cè)放置。液壓缸的放置位置有兩種： 1?液壓缸位于門架中間 2?液壓缸位于門架后面 3?液壓缸位于門架外測 、卜 \ 、、八 注意: 1. 第一種

19、為窄視野門架，后 兩個種門架為寬視野型門架 2?窄視野門架常見于踏板式小 型裝卸車。 駕駛室 由于多數(shù)電動裝卸車用于室內(nèi)搬運， 因此一般沒有封閉的駕駛室，只 安裝起防護作用的護頂架 護頂架 新型裝卸車駕駛室 LINDE 但世界上比較先進的電動裝卸車對這提出了更高要求，如: 的E20新型裝卸車駕駛室，按先進的人機工程學(xué)原理開發(fā)研制， 采用 舒適的液壓減振懸掛式座椅，能夠根據(jù)駕駛員的身高和體重進行調(diào) 整。雙踏板加速系統(tǒng)在裝卸車改變行駛方向時無需轉(zhuǎn)向， 方向盤立柱 的傾角可根據(jù)駕駛員的要求進行調(diào)節(jié)。中心液壓操縱桿

20、集門架的升降 和前后于一體。所以這些新設(shè)計都大大地減輕了駕駛員的勞動強度。 驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)是電動裝卸車的關(guān)鍵部件之一。各種裝卸車在驅(qū)動系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)上存在很大的差別，有單電機布置形式上也存在差別。LINDE 的E20電動裝卸車則是由兩個獨立的電機來完成的， 電機與驅(qū)動軸平 行放置，結(jié)構(gòu)緊湊。由于是雙電機驅(qū)動，加速和爬坡性能好，牽引力 大，采用了電子整速系統(tǒng)，替代原來的機械差速系統(tǒng)，使用性得到了 很大的提高。 雙電機驅(qū)動系統(tǒng) 丁字結(jié)構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng) 電動裝卸車的驅(qū)動電機 丁字型結(jié)構(gòu)的驅(qū)動橋 電動裝卸機的總

21、體設(shè)計 電機選型： 1. 根據(jù)穩(wěn)定運行的要求 2. 根據(jù)發(fā)熱等值條件 3. 舉升電機 4?運行電機 1?運行電機還需進行超載能力的校核 機 ZQD-11型直流串激電 ZQD-11型直流 串激電機 傳動系統(tǒng)傳動比的確定: 1?電機傳動比 2?主減速器的主傳動比 調(diào)速電機-3.23 電動裝卸車制動力: 1. 無需離合器 2. 制動能回收 鼓式制動器 制動能回收系統(tǒng) 電動裝卸車機動性: 1)通過直角通道的最小通

22、道寬度 S 2) 上下坡的能力 穩(wěn)定性控制 液壓系統(tǒng): 1?舉升液壓缸 2?轉(zhuǎn)向液壓缸 3?傾斜油缸 4?齒輪泵 5?液壓油箱 橫置式轉(zhuǎn)向液壓缸 工作裝置與轉(zhuǎn)向系的工作 裝卸機的工作裝置由直流串激電機一一帶動齒輪泵一一產(chǎn)生液壓油 儲油罐一一泄壓閥一一舉升液壓缸控制閥?傾斜液壓閥 轉(zhuǎn)向泵 舉升液壓缸 傾斜液壓缸 轉(zhuǎn)向液壓缸。 2F 2 1 ?導(dǎo)輪2導(dǎo)輪架左貨叉轉(zhuǎn)向機構(gòu)4貨叉5.傾斜液壓缸 電動裝卸機的三維建模 零件建模： 1?車架 2?車身 3?門架 4?車輪 5?方向盤 方向盤 1 運行電機 裝配圖建模

23、 作裝置總成 整車裝配體 —?重心與整機性能的關(guān)系 重心的位置對裝卸機的主要性能：牽引特性?制動特性及穩(wěn)定特性等 都有重大的影響。重心的位置取決于各組成部分的重量分布。 在總體設(shè)計中，為估計整車所需的發(fā)動機功率和牽引性能的計 算，就需要相關(guān)裝載車總重及重心的位置。 但對于一臺新車的設(shè)計缺 少這些資料，為此不得不根據(jù)與之相近的其他車型的資料來估計，借 助一下估算： \ ?4閔 / （ 7-1） G。——叉車自重的重力 G ――叉車額定起重量的重力 Se 載荷中心距 R ――前輪半徑 SI――軸距 右下圖不難根據(jù)力矩平衡得出上式（7-1） 時」預(yù)定貢心位麗閑

24、 圖"武時置嚴 計算方法如下，其自重重力 G為： G = G1+G2+ …+Gi+…+Gn 式中G1~Gn——各部件或總成的重力； N——各部件總成總數(shù)。 重心的水平位置，即距前軸的距離 Slt 新嚴丄$一 重心的高度位置，即距地面的距離 hO, ftp = —-— _ —?*— c G 運行狀態(tài)的自重和中心位置可效仿上述方法求出 1. 裝卸車的軸載 對于平地靜立的狀況下，軸載可分為空載與滿載兩種狀況 前軸的軸載G10為: 靜立夏車的軸載 G—叉車的自重重力 St —軸距 S10-自重重心距前軸的距離 后軸的軸載G20為：G20=(S10/

25、S1)G 滿載時前軸的軸載G1為 I 后軸的軸載G2為: 2. 駕駛室的布置: 在選定主要總成的類型.規(guī)格和參數(shù)后，可以進行總體的布置。 各位置均相對司機而言，但司機的位置定于司機的座椅，在裝卸機上 它一般布置在左側(cè)，座椅與各腳踏.方向盤.手柄相對關(guān)系在汽車上已 有較深入研究，在叉車上由于空間狹小，布置比較難，因此必須加以 改善。為適應(yīng)司機不同身材與習(xí)慣，座椅一般都是三度可調(diào)的，即坐 墊的高低.與遠近及背的傾斜角度，能夠小范圍自由轉(zhuǎn)動。保持司機 駕駛的舒適性。 為保證司機操縱舒適有以下位置參考： 8.驅(qū)動前輪的傳動設(shè)計 驅(qū)動前輪采用渦輪蝸桿傳動式的雙電氣驅(qū)動，

26、即驅(qū)動力分別由左 右調(diào)速電動機輸出，通過蝸桿渦輪傳送到前輪，從而進行驅(qū)動。 8.1蝸輪傳動的特點 蝸桿傳動的最大特點是結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大 傳動平穩(wěn)、噪聲小。 可制成具有自鎖性的蝸桿。 蝸桿傳動的主要缺點是效率較低。 蝸輪的造價較高 8.2蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸計算 垂直于蝸輪軸線且通過蝸桿軸線的平面，稱為中間平面。在中間 平面內(nèi)蝸桿與蝸輪的嚙合就相當(dāng)于漸開線齒條與齒輪的嚙合。 在蝸桿 傳動的設(shè)計計算中，均以中間平面上的基本參數(shù)和幾何尺寸為基準 。 蝸桿傳動的主要參數(shù)及其選擇 1. 蝸桿的頭數(shù)zi、蝸輪齒數(shù)乙和傳動比i 較少的蝸桿頭數(shù)（如：單頭蝸桿）可以實現(xiàn)

27、較大的傳動比，但傳 動效 率較低；蝸桿頭數(shù)越多，傳動效率越高，但蝸桿頭數(shù)過多時不易 加工。通 常蝸桿頭數(shù)取為1、2、4、6。 蝸輪齒數(shù)主要取決于傳動比，即 Z2= i Z 1。Z2不宜太?。ㄈ鏩2 v 26），否則將使傳動平穩(wěn)性變差。 Z2也不宜太大，否則在模數(shù)一定 時，蝸輪直徑將增大，從而使相嚙合的蝸桿支承間距加大，降低蝸桿 的彎曲剛度。 傳動比i z Zi ds di 2. 模數(shù)m和壓力角a 蝸桿與蝸輪嚙合時，蝸桿的軸面模數(shù)、壓力角應(yīng)與蝸輪的端面模 數(shù)、 壓力角相等，即 mi二m2 = m a ai= a t2=20 3. 導(dǎo)程角 I L Zi P

28、ai Zi m L 乙m 乙m tan di di di 在m和di為標(biāo)準值時，Zi I f 正確嚙合時，蝸輪蝸桿螺旋線方向相同，且人= b 4. 蝸桿分度圓直徑di和蝸桿直徑系數(shù)q 由于蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對加工而成的，為了 限制 滾刀的數(shù)目，國家標(biāo)準對每一標(biāo)準模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)目的標(biāo)準蝸 桿分度圓 直徑di 直徑di與模數(shù)m的比值稱為蝸桿的直徑系數(shù) di m 當(dāng)模數(shù)m—定時，q值增大則蝸桿直徑di增大，蝸桿的剛度提高。 因此，對于小模數(shù)蝸桿，規(guī)定了較大的q值，以保證蝸桿有足夠的剛 度。 5. 中心距 a 2(di d2)齊

29、Z2)m 蝸桿傳動的幾何尺寸計算 名稱 符號 計算公式 蝸桿 蝸輪 分度圓宜徑 d rfj = mq d2 - mz 齒頂高 K=m 齒根高 hf = 齒頂圓直徑 d業(yè)=(q + 2)m =(N 十 2)m 齒很園胃徑 d fx = (g — 2.4)m =(勺-2A)m 蝦桿導(dǎo)程角 A A = arctg—- q 蝸輪螳旋角 p P — X 徑向間隙 c c = 0.2m a a- 0.5(rf1 + d-) - 0 5(^+ z3) 83蝸桿傳動的失效形式和計算準則 一、蝸桿傳動的失效形式

30、1?齒面間相對滑動速度v； cos 2.齒輪的失效形式； 蝸桿傳動的主要問題是摩擦磨損嚴重，這是設(shè)計中要解決的主要問 題。 蝸輪磨損、系統(tǒng)過熱、蝸桿剛度不足是主要的失效形式 二、蝸桿傳動的計算準則 對于閉式渦輪傳動，通常按齒面接觸疲勞強度來設(shè)計，并校核 齒根彎曲疲勞強度。 對于開式渦輪傳動，或傳動時載荷變動較大，或蝸輪齒數(shù)z2大 于90時，通常只須按齒根彎曲疲勞強度進行設(shè)計。 由于蝸桿傳動時摩擦嚴重、發(fā)熱大、效率低，對閉式蝸桿傳動 還必須作熱平衡計算，以免發(fā)生膠合失效。 84蝸桿傳動的材料和結(jié)構(gòu) 為了減摩，通常蝸桿用鋼材，蝸輪用有色金屬（銅合金、鋁合 金）。 II高速

31、重載的蝸桿常用15Cr、20Cr滲碳淬火，或45鋼、40Cr淬 火。 低速中輕載的蝸桿可用45鋼調(diào)質(zhì)。蝸輪常用材料有：鑄造錫青 銅、鑄造鋁青銅、灰鑄鐵等。 II蝸桿螺旋部分的直徑不大，所以常和軸做成一個整體。當(dāng)蝸桿 螺旋 部分的直徑較大時，可以將軸與蝸桿分開制作 蝸輪的結(jié)構(gòu) 8.5.蝸桿傳動的強度計算 蝸桿傳動的受力分析與斜齒圓柱齒輪相似，輪齒在受到法向載荷 Fn 的情況下，可分解出徑向載荷 Fr、周向載荷Ft、軸向載荷Fa。 蝸桿輸入功率 P<7.5kw，蝸桿的轉(zhuǎn)速在 200~1600r/min,取 n=1450r/min，傳動比i=20，載荷平穩(wěn)， 估計散熱面積A=1.

32、5 〃，通 風(fēng)良好 (1) 選擇材料并確定許用應(yīng)力 蝸桿：由于功率不大，采用 45鋼表面淬火，硬度>45HRC。蝸 輪：因轉(zhuǎn)速較高，采用抗膠合性能好的鑄錫青銅， ZCuSn10P1,砂模 鑄造。 查表6.16，蝸輪材料的基本許用接觸應(yīng)力為 [&]=200MPa 查表6.15，蝸輪材料的基本許用彎曲應(yīng)力為 [&] =58Mpa 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N渦輪轉(zhuǎn)速n2=1450/25r/min=58r/min N=60jn2Lh=60*1*58*15000 次=5.22*10 In 7 計算壽命系數(shù)Khn Kfn 0.8134 Kfn 91N6 g 10 7 ? 5.2

33、2 107 0.6444 計算許用應(yīng)力[h] [ h] Khn 200 0.8134MPa 163MPa [f] [ f] Kfn 58 0.6444MPa 37.4MPa (2) 確定蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù) 由表6.12，根據(jù)傳動比i值取Z1=2 Z2=i x z1=25X 2=50 (3) 計算渦輪的轉(zhuǎn)矩 T2 T2=9.55x 10in6x( P1/n2)x 取 =0.85 T2=9.55x 10I n6x 7.5/58 x 0.85N.mm=10.5X 10I n5N.mm 4)按齒面接觸疲勞強度計算 取載荷系數(shù)K=1.2由式(11.10)得 m2 d1>=KT

34、2*(520/(Z2*[&h])ln2 =1.2x 10.5X 10In5x (520/(50*163))In2 =5130 查表 6.13, 按 m d1>=5130mm3 選取m d仁5376mm3 得 m=8, q=10 d1=mq=8x 10mm=80mm d2=m *z2=8 x 40mm=320mm arcta n 互 q arcta n — 11.31 10 查表 6.8, 得 Yf2=2.24 2KT2 YF2 d 1d 2m cos 2 1.2 10.5 105 80 400 8 cos11.31 ^MPa 22.48MPa

35、[ f] 10 齒根的彎曲疲勞強度校核合格。 8.6 熱平衡計算 取室溫t0=20C 取散熱系數(shù)Ks=15W/ 5「C) t仁 1000 (1-) P1/(KsA)+tO = 1000 ( 1-0.86)X 7.5/( 15X 1.5)C +20C =67C <70~90C 符合要求 7)中心距 a 及各部分尺寸 a=( d1+d2) /2=( 80+320) /2=200mm 各部分尺寸計算略。 2、蝸桿傳動的潤滑 潤滑的主要目的在于減摩與散熱。 具體潤滑方法與齒輪傳動的潤滑相 近。 一般根據(jù)相對滑動速度及載荷類型進行選擇。給油方法包括：油 池潤滑、噴油潤

36、滑等，若采用噴油潤滑，噴油嘴要對準蝸桿嚙入端， 而且要控制一定的油壓。 潤滑油量的選擇既要考慮充分的潤滑，又不致產(chǎn)生過大的攪油損 耗。對于下置蝸桿或側(cè)置蝸桿傳動，浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個齒高； 當(dāng)蝸桿上置時，浸油深度約為蝸輪外徑的 1/3。 8.7.蝸桿傳動安裝 蝸桿傳動安裝要求精度高。 應(yīng)使蝸輪的中間平面通過蝸桿的軸線。 如右圖所示 為保證傳動的正確嚙合，工作時蝸輪的中間平面不允許有軸向移 動，因此蝸輪軸支撐應(yīng)采用兩端固定的方式。 蝸桿傳動的維護很重要，又注意周圍的通風(fēng)散熱情況 致謝 本項目的研究工作是在尊敬的導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)和關(guān)心下完成的， 在論文研究中取得的每一點進步和成績無不滲透著老師的心血。 老師 以他們豐富廣博的知識、嚴謹求實的治學(xué)態(tài)度、一絲不茍的精神、卓 越的才智以及求實創(chuàng)新的工作作風(fēng)深深影響了我， 使我受益匪淺。尤 其是老師對新事物、新科技的敏銳洞察力和先進技術(shù)研究大大開拓了 我的眼界，時刻鞭策我不斷開拓奮進。值此論文完成之際，謹向長時 間以來關(guān)心和培養(yǎng)我的老師致以崇高的敬意和誠摯的感謝。 在和他 們的研討中，獲得了許多設(shè)計思路設(shè)計靈感，他們的合作與幫助是本 文的研究工作得以順利完成的關(guān)鍵。感謝同學(xué)們對我的熱心幫助和指 導(dǎo)，論文工作離不開他們的支持。同時，我還要感謝我的家人，是他 們的支持與理解，鼓勵我順利完成了這篇論文。