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外文翻譯
高性能磁齒輪的發(fā)展
摘要：本文提出了一個(gè)高性能永磁齒輪的計(jì)算和測(cè)量結(jié)果。上述分析的永磁齒輪有5.5的傳動(dòng)比，并能夠提供27 Nm的力矩。分析表明，由于它的彈簧扭轉(zhuǎn)常數(shù)很小，因此需要特別重視安裝了這種高性能永磁齒輪的系統(tǒng)。上述分析的齒輪也已經(jīng)被應(yīng)用在實(shí)際中，以驗(yàn)證、預(yù)測(cè)其效率。經(jīng)測(cè)量，由于較大端齒輪傳動(dòng)引起的磁力齒輪的扭矩只有16 Nm。一項(xiàng)關(guān)于磁齒輪效率損失的系統(tǒng)研究也展示了為什么實(shí)際工作效率只有81％。一大部分磁損耗起源于軸承，因?yàn)闄C(jī)械故障的存在，此軸承的備用軸承在此時(shí)是必要的。如果沒(méi)有源于軸的少量磁泄漏，我們估計(jì)能得到高達(dá)96％的效率。與傳統(tǒng)的機(jī)械齒輪的比較表明，磁性齒輪具有更好的效率和單位體積較大扭矩。最后，可以得出結(jié)論，本文的研究結(jié)果可能有助于促進(jìn)傳統(tǒng)機(jī)械齒輪向磁性齒輪發(fā)展。
關(guān)鍵詞：有限元分析（FEA）、變速箱，高轉(zhuǎn)矩密度，磁性齒輪。
一、導(dǎo)言
由于永久磁鐵能產(chǎn)生磁通和磁力，雖然幾個(gè)世紀(jì)過(guò)去了，許多人仍然著迷于永久磁鐵。，在過(guò)去20年的復(fù)興階段，正是這些優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)使得永久磁鐵在很多實(shí)際中廣泛的應(yīng)用，包括在起重機(jī)，揚(yáng)聲器，接頭領(lǐng)域，尤其是在永久磁鐵電機(jī)方面。其中對(duì)永磁鐵的復(fù)興最常見(jiàn)于效率和轉(zhuǎn)矩密度由于永磁鐵的應(yīng)用顯著提高的小型機(jī)器的領(lǐng)域。在永久磁鐵沒(méi)有獲取高度重視的一個(gè)領(lǐng)域是傳動(dòng)裝置的領(lǐng)域，也就是說(shuō)，磁力聯(lián)軸器不被廣泛用于傳動(dòng)裝置。磁性聯(lián)軸器基本上可以被視為以傳動(dòng)比為1：1磁力齒輪。相比標(biāo)準(zhǔn)電氣機(jī)器有約10kN m/m的扭矩，裝有高能量永久磁鐵的磁耦有非常高的單位體積密度的扭矩，變化范圍大約300–400 kN 。
研究磁性齒輪的基本思路，可以追溯到20世紀(jì)初。一個(gè)有趣的例子是1913年的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)[1]提出的的關(guān)于由兩個(gè)突出的鋼柱旋轉(zhuǎn)軸組成的（電）磁齒輪的描述。兩個(gè)磁性軸連接于固定磁極（電）之間。即使在專(zhuān)利方面齒輪技也術(shù)顯得相當(dāng)有效，但是這顯然沒(méi)有利用在商業(yè)領(lǐng)域的想法，而在專(zhuān)利方面的技術(shù)可能因此已被遺忘。
另一個(gè)有趣的出版物提到有關(guān)磁性齒輪是從1940年，由美國(guó)專(zhuān)利Faus提交的。該專(zhuān)利描述了一種基于兩個(gè)不同直徑和不同數(shù)量的永久磁鐵的磁盤(pán)的磁性齒輪，即，傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)頗為相似于機(jī)械直齒圓柱齒輪輪齒的結(jié)構(gòu)。在專(zhuān)利中，也對(duì)蝸輪與磁鐵的變化進(jìn)行了描述。在1940年，只有鐵氧體磁鐵是可用的，它每單位體積提供的力大約只有20世紀(jì)80年代的現(xiàn)代釹鐵硼磁體的十分之一。當(dāng)前市面上所推薦使用的齒輪傳動(dòng)裝置仍然很落后，這是因?yàn)槊總€(gè)磁盤(pán)上只有一個(gè)磁體傳輸力矩，上述缺點(diǎn)都有可能在磁性齒輪的使用和研究方面使其受到使用限制，因此至今只有不到50本出版物被人所知。 在文獻(xiàn)[3] - [6]中提到了磁性齒輪。 在文獻(xiàn)[3]中，一個(gè)二維（2維）的計(jì)算方法已經(jīng)發(fā)展了，比較于有限元分析（FEA）它具有非常好的認(rèn)可度。如果把從文獻(xiàn)[3]中所假設(shè)的齒輪得出結(jié)果推廣到一個(gè)有（0.5毫米）氣隙的齒輪，這個(gè)釹鐵硼齒輪的單位體積扭矩大約是20 kN m/m左右。這樣得出的結(jié)果并不是很可觀，并且可以解釋此齒輪為什么不能得到廣泛應(yīng)用。文獻(xiàn)[4] - [6]中，通過(guò)有限元分析得出了齒輪的各項(xiàng)參數(shù)。一些有限元分析得出的結(jié)果也與已經(jīng)被廣泛接受的實(shí)驗(yàn)結(jié)果做了對(duì)比。
磁蝸輪蝸桿和斜齒輪也已在文獻(xiàn)[7][8]分析過(guò)了。再文獻(xiàn)[7]中介紹了加有磁鐵的實(shí)用蝸輪。磁蝸輪蝸桿有33：1的傳動(dòng)比，最大輸出扭矩為11.5 N米。齒輪的體積沒(méi)有描述，但是從這些數(shù)字和在文件中提出的主要數(shù)字可以得出它的實(shí)際體積量估計(jì)約為0.005立方米,，它所提供的單位扭矩是2.3kN m/m，也就是說(shuō)磁齒輪的單位體積所受扭矩很小。 在文獻(xiàn)[8]中提到，可以把實(shí)用齒輪修改為一個(gè)斜齒輪。這樣可以使得磁性斜齒輪的扭矩比蝸輪蝸桿少五倍。因此，作者最終得出結(jié)論，此種變速箱齒輪可以應(yīng)用到汽車(chē)上。
上述所有文件提到的磁性齒輪都有比較低的永磁性，因此，單位體積提供的扭矩非常低。然而，[9]、[10]兩份文件似乎提出了另一種磁齒輪，這種齒輪利用了更高性能的永磁鐵，就像是行星變速箱上的齒輪一樣，但相對(duì)文獻(xiàn)[1]有了一些修改。在這兩個(gè)文件，低磁阻的多級(jí)鋼制部件傳遞了穩(wěn)定的扭矩。這部分的想法來(lái)源于高速到多極低速永久磁極磁場(chǎng)整流的現(xiàn)象。另外，在兩篇論文中齒輪的基本要素是相同的。在文獻(xiàn) [9]中，高速側(cè)的永久轉(zhuǎn)子也用于制造集成軸向永磁電機(jī)，并且扭矩傳輸是磁阻轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)。在文獻(xiàn)[10]中的傳遞扭矩是更傳統(tǒng)的永久磁鐵對(duì)準(zhǔn)扭矩。 文獻(xiàn)[9]中提出的齒輪，似乎有許多機(jī)械故障是由軸向布局和使用磁阻轉(zhuǎn)矩引起的，由于這里需要一個(gè)非常小的空氣間隙（40M）。在實(shí)際的情況下，傳動(dòng)是有機(jī)械摩擦的，因此，速度受到了限制。而同時(shí)裝有電機(jī)和變速箱的先進(jìn)樣機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是相當(dāng)可觀的。如果安裝的樣機(jī)密度足夠8000 kg/m ，那么文件中敘述的9 N m/kg就對(duì)用于72 kN m/m。 在文獻(xiàn)[10]中提到，一個(gè)相對(duì)比較大的可用氣體間隙（1毫米）是由永久磁鐵的校準(zhǔn)扭矩產(chǎn)生的。實(shí)際上于文獻(xiàn)[11]中提到的相似，文獻(xiàn)[10]中提到的齒輪箱的缺點(diǎn)是它只有理論上的單位體積的力矩。在文獻(xiàn)中，對(duì)于活性材料單位體積的扭矩計(jì)算出來(lái)后超過(guò)100 kN m/m。所有的被引用的論文都說(shuō)明由于能消除傳統(tǒng)的機(jī)械變速箱的摩擦損失，磁變速箱有比較高的效率，，但是這種說(shuō)法既沒(méi)有經(jīng)過(guò)測(cè)量，也沒(méi)有經(jīng)過(guò)計(jì)算。因此，在文獻(xiàn)缺少的是一種擁有高扭矩永磁性齒輪箱的實(shí)際例子，而這中齒輪箱具有與理論上計(jì)算上相等的扭矩能力。測(cè)量效率也是一個(gè)重要的參數(shù)，它是用來(lái)評(píng)估這個(gè)新型的有前途的技術(shù)，與傳統(tǒng)的機(jī)械變速箱的優(yōu)點(diǎn)。本文將著重提供上述缺失的材料。
本文分為五節(jié)，第二節(jié)涉及一個(gè)總體的介紹和每體積密度高扭矩永磁齒輪的有限元分析。接著，在第三節(jié)，描述了實(shí)用齒輪箱的發(fā)展。在第四節(jié)中介紹了正在測(cè)試先進(jìn)磁齒輪箱以及它于理論上預(yù)測(cè)的扭矩傳輸能力的比較。此后，在第五部分介紹了它于傳統(tǒng)的商用變速箱的比較，在第五部分，最后，在第六節(jié)給出了結(jié)論。
二、基本描述和有限元分析
本文考慮的磁齒輪箱如圖1。
磁齒輪箱具有于文獻(xiàn)[10] 在理論上所描述的相同磁極齒輪箱和定子的部分結(jié)構(gòu)。這意味著，高速轉(zhuǎn)子磁極對(duì)為Ph=4，低速轉(zhuǎn)子磁極對(duì)為Pt=22，定子分類(lèi)的數(shù)量是Ns=26。由以下公式得到的齒輪傳動(dòng)比為5.5 : 1。
公式：Ngear=Ph/（Ph-Ns）
與文獻(xiàn)[10]中的樣機(jī)相比，此處提出的變速箱構(gòu)造更加可行。不是像文獻(xiàn)[10]中的在一個(gè)表面安裝的類(lèi)型，高速轉(zhuǎn)子是一中常被談到的類(lèi)型。這樣做，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的矩形磁體，因而需要更少考慮所產(chǎn)生的的離心力和磁鐵膠合。矩形永久磁鐵也可用于低速轉(zhuǎn)子側(cè)弧段。事實(shí)上，整個(gè)結(jié)構(gòu)通過(guò)使用許多相同的幾何形狀矩形的永久磁鐵而變得先進(jìn)了，這使每個(gè)低速轉(zhuǎn)子橫截面的上的磁鐵實(shí)際上包括8塊磁鐵。
在自由的有限元程序的幫助下我們對(duì)磁力齒輪顯示圖1進(jìn)行了靜態(tài)分析。所得的變速箱參數(shù)列于表一。
應(yīng)該指出，標(biāo)準(zhǔn)的矩形磁體的使用可使變速箱工作能力下降。
在圖2，描繪了當(dāng)達(dá)到最大檔扭矩時(shí)，高速和低速轉(zhuǎn)子被安置在同一位置時(shí)磁力線(xiàn)和感應(yīng)線(xiàn)的分布情況。如果高速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速到達(dá)45（1/8轉(zhuǎn)）而低速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持不變，那么變速箱就會(huì)產(chǎn)生最大檔的負(fù)扭矩。由于低速和高速轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)可以得到可變的轉(zhuǎn)矩，這就像一個(gè)傳統(tǒng)的磁力聯(lián)軸器的工作原理一樣。在雙方的耦合下扭矩相對(duì)于位移的關(guān)系呈現(xiàn)出一個(gè)半正弦的圖像。在圖2中值得注意的是輪輻磁鐵在高速轉(zhuǎn)子側(cè)的磁力線(xiàn)。大約有1/4的磁能被泄漏于軸承附近了。這也表明永磁鐵利用范圍小的一個(gè)原因，同時(shí)暗示了在實(shí)際應(yīng)用中較大端影響的效應(yīng)是可能存在的。
3
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的任務(wù)和要求：
本課題要完成的任務(wù)
平行光管測(cè)量?jī)x是一種光學(xué)精密測(cè)量?jī)x器，某研究所需要為其購(gòu)買(mǎi)的平行光管測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)建造一個(gè)平臺(tái)，手動(dòng)實(shí)現(xiàn)要求的測(cè)量動(dòng)作。
本課題利用所學(xué)設(shè)計(jì)理論與方法對(duì)該平臺(tái)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，解決在設(shè)計(jì)和分析過(guò)程中所遇到的具體問(wèn)題。最后利用CAD軟件完成設(shè)計(jì)任務(wù)。
本課題的要求
對(duì)本課題進(jìn)行深入的分析與研究，熟悉所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的工作原理與工作過(guò)程。熟練掌握所使用的設(shè)計(jì)軟件的一般功能，在此基礎(chǔ)上對(duì)軟件中運(yùn)動(dòng)分析進(jìn)行深入的探討，設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足課題要求的產(chǎn)品。
2．畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的具體工作內(nèi)容（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
1）平行光管測(cè)量?jī)x平臺(tái)的原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作過(guò)程詳見(jiàn)所給資料；
2）根據(jù)給定的資料，完成平臺(tái)的分析；
3）根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；
4）完成總裝配圖和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)組裝圖。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)
3．對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計(jì)、圖紙、實(shí)物樣品等〕：
1）開(kāi)題報(bào)告一份；
2）標(biāo)準(zhǔn)圖紙幅面不少于A0兩張（至少有一張裝配圖）；
3）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，光盤(pán)一張；
4）外文翻譯資料一篇。
4．畢業(yè)設(shè)計(jì)課題工作進(jìn)度計(jì)劃：
起 迄 日 期
工 作 內(nèi) 容
2 月 29日—3月27日
3 月28 日 —5月1日
5 月2 日 —5 月22日
5月23 日 —5月31 日
6 月1 日 —6 月5日
查閱相關(guān)資料、撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。
把自己所查閱的資料進(jìn)一步進(jìn)行整理分析，學(xué)習(xí)需要掌握的軟硬件知識(shí)。
完成本課題的主要設(shè)計(jì)，繪制圖紙。
翻譯外文資料，撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)。
遞交畢業(yè)設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備答辯。
學(xué)生所在系審查意見(jiàn)：
同意下發(fā)任務(wù)書(shū)
系主任
2016 年 2 月 29 日
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫(xiě)2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
文 獻(xiàn) 綜 述
1. 綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)明選題的依據(jù)和意義。
本課題簡(jiǎn)單介紹了平行光管及著重介紹測(cè)試平臺(tái)的平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)。平行光管是最基本的校驗(yàn)儀器。主要是用來(lái)產(chǎn)生平行光束的光學(xué)儀器，是裝校調(diào)整光學(xué)儀器的重要工具，也是光學(xué)度量?jī)x器中的重要組成部分。平行光管是通過(guò)它取得來(lái)自無(wú)限遠(yuǎn)的光束，此光束位置平行光。合理的設(shè)計(jì)測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)是保證平行光管精度的重要保證，本次設(shè)計(jì)就是通過(guò)研究測(cè)試平臺(tái)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性，設(shè)計(jì)出一臺(tái)結(jié)構(gòu)合理，運(yùn)行緊湊的測(cè)試平臺(tái)[1]。此次設(shè)計(jì)將通過(guò)對(duì)測(cè)試平臺(tái)平面連桿機(jī)構(gòu)的分析，研究其有關(guān)部件的受力及運(yùn)動(dòng)特性，從而確定設(shè)計(jì)方案。結(jié)合平行光管設(shè)備的工作環(huán)境和精度要求的工作特點(diǎn)，給出詳細(xì)的分析及保護(hù)措施。給出合理的解決方案[2]。
2. 設(shè)計(jì)產(chǎn)品面臨的形勢(shì)
機(jī)械產(chǎn)品自十九世紀(jì)后期到本世紀(jì)四十年代，積累了數(shù)十年的生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，各類(lèi)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)典型化，設(shè)計(jì)方法和程序也有新的改進(jìn)和發(fā)展。特別是近幾十年來(lái)的發(fā)展，要求不斷地提高機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[3]?？偟内厔?shì)是品種復(fù)雜化，高參數(shù)和大容量化，設(shè)備成套和自動(dòng)化；以及更高的質(zhì)量可靠性，維修簡(jiǎn)易，和制造成本低廉等，以其質(zhì)量技術(shù)水平和商品售價(jià)取得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)[4]。新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是過(guò)去生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)、技術(shù)知識(shí)的積累，科研成果的評(píng)價(jià)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等為基礎(chǔ)的，并經(jīng)歷了不斷的改進(jìn)過(guò)程：經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)期，產(chǎn)品設(shè)計(jì)中運(yùn)用較多的經(jīng)驗(yàn)算式，所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)及零部件的安全系數(shù)較大。只能研究整機(jī)的綜合技術(shù)性能，對(duì)零部件性能掌握甚少[5]。加強(qiáng)科學(xué)試驗(yàn)和技術(shù)分析時(shí)期，特點(diǎn)是提高測(cè)試技術(shù)，加強(qiáng)產(chǎn)品的科學(xué)試驗(yàn)，產(chǎn)品的整體系統(tǒng)試驗(yàn)趨于完善化。這就使原有的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)得到了改進(jìn)和提高[6]。
三.平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及概述
平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干構(gòu)件用低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副，移動(dòng)副）連接組成的平面機(jī)構(gòu)。運(yùn)動(dòng)形式有：轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)，擺動(dòng)，平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)有：磨損小，運(yùn)動(dòng)副單位面積所受壓力小，便于潤(rùn)滑。制造方便，易獲得較高的制造精度[7]。兩構(gòu)件之間的接觸靠本身的幾何封閉來(lái)維系[8]。缺點(diǎn)有：當(dāng)給定的運(yùn)動(dòng)要求較多或較復(fù)雜時(shí)，需要的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)往往較多，這樣使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，增加制造，安裝的難度。平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，其分為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，雙曲柄機(jī)構(gòu)，雙搖桿機(jī)構(gòu)[9]。
四．蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的組成
蝸桿傳動(dòng)是在空間交錯(cuò)的兩軸間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種傳動(dòng)，兩軸線(xiàn)間的夾角可為任意值，常用的為90°。蝸桿傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大, 結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，所以它廣泛應(yīng)用在機(jī)床、汽車(chē)、儀器、起重運(yùn)輸機(jī)械、冶金機(jī)械以及其它機(jī)械制造部門(mén)中。
蝸桿傳動(dòng)中蝸桿為主動(dòng)件，其由蝸輪和蝸桿組成。其中常用的有阿基米德圓柱蝸桿傳動(dòng)和圓弧齒圓柱蝸桿傳動(dòng)。根據(jù)螺桿形狀的不同，可以分為圓柱面蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng),和錐面蝸桿傳動(dòng)。
五.平行光管的精度
平行光管分劃板在按計(jì)算出的y值進(jìn)行刻制的過(guò)程中,由于工藝等原因,必然會(huì)有刻制誤差Δy[15]。也就是說(shuō),標(biāo)準(zhǔn)值為β的刻線(xiàn)實(shí)際已位于y+Δy處;同樣,f′的實(shí)際值與設(shè)計(jì)值也存在一定的誤差Δf′。這樣,由于Δy和Δf′而產(chǎn)生了角度的示值誤差Δβ。
除了在設(shè)計(jì)和制造時(shí)保證平行光管的精度外,在使用之前一般還需要對(duì)儀器進(jìn)行校正。通過(guò)校正要達(dá)到以下要求:分劃板地刻度平面和物鏡焦平面相重合;分劃板地刻度中心與物鏡光軸重合[16]。
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[7] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)聯(lián)合編寫(xiě)組編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 中冊(cè)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 1987
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告
２．本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）：
本課題要完成的任務(wù)：
平行光管測(cè)量?jī)x是一種光學(xué)精密測(cè)量?jī)x器，某研究所需要為其購(gòu)買(mǎi)的平行光管
測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)建造一個(gè)平臺(tái)，手動(dòng)實(shí)現(xiàn)要求的測(cè)量動(dòng)作。
本課題利用所學(xué)設(shè)計(jì)理論與方法對(duì)該平臺(tái)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，解決在設(shè)計(jì)和分析
過(guò)程中所遇到的具體問(wèn)題。最后利用CAD軟件完成設(shè)計(jì)任務(wù)。
本課題的要求：
對(duì)本課題進(jìn)行深入的分析與研究，熟悉所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的工作原理與工作過(guò)程。熟
練掌握所使用的設(shè)計(jì)軟件的一般功能，在此基礎(chǔ)上對(duì)軟件中運(yùn)動(dòng)分析進(jìn)行深入的
探討，設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足課題要求的產(chǎn)品。
研究要考慮的問(wèn)題：
1.平行光管測(cè)試平臺(tái)外形的大小。
2.平行光管測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)成本。
3.平行光管測(cè)試平臺(tái)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)控制方式。
4.平行光管測(cè)試平臺(tái)實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)時(shí)動(dòng)力來(lái)源。
5.平行光管測(cè)試平臺(tái)平動(dòng)機(jī)構(gòu)要求實(shí)現(xiàn),水平擺動(dòng)，俯仰擺動(dòng)。
6.平行光管測(cè)試平臺(tái)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)擺動(dòng)的范圍。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
所在系審查意見(jiàn)：
同意開(kāi)題
系主任：
2016 年3 月22 日
附件：參考文獻(xiàn)格式
學(xué)術(shù)期刊 作者﹒論文題目﹒期刊名稱(chēng)，出版年份，卷(期)：頁(yè)次
如果作者的人數(shù)多于3人，則寫(xiě)前三位作者的名字后面加“等”，作者之間以逗號(hào)隔開(kāi)。例如：
[1] 李峰，胡征，景蘇等. 納米粒子的控制生長(zhǎng)和自組裝研究進(jìn)展. 無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)， 2001, 17(3): 315~324
[2] J.Y.Li, X.L.Chen,H.Li. Fabrication of zinc oxide nanorods. Journal of Crystal Growth, 2001,233:5～7
學(xué)術(shù)會(huì)議論文集 作者﹒論文題目﹒文集編者姓名﹒學(xué)術(shù)會(huì)議文集名稱(chēng)，出版地：出版者，出版年份：頁(yè)次
例如：
[3] 司宗國(guó)，謝去病，王群﹒重子湮沒(méi)快度關(guān)聯(lián)的研究﹒見(jiàn)趙維勤，高崇壽編﹒第五屆高能粒子產(chǎn)生和重離子碰撞理論研討會(huì)文集，北京：中國(guó)高等科學(xué)技術(shù)中心，1996：105
圖書(shū) 著者﹒書(shū)名﹒版本﹒出版地：出版者，出版年﹒頁(yè)次
如果該書(shū)是第一版則可以略去版次。
例如：
[4]韓其智，孫洪洲﹒群論﹒北京：北京大學(xué)出版社，1987﹒101
預(yù)印本 作者﹒論文題目﹒預(yù)印本編號(hào)（出版年份）
例如：
[5]Xiaofeng Guo and Jianwei Qiu﹒The leading power corrections to the structure functions﹒hep—ph/9810548(1998)
學(xué)位論文 作者﹒論文題目﹒學(xué)士(或碩士、博士)學(xué)位論文. 出版地：出版者，出版年份
例如：
[6] 陳異. 納米粒子形貌控制研究. 碩士學(xué)位論文. 北京：中國(guó)科學(xué)院, 2002
電子文獻(xiàn) 主要責(zé)任者. 電子文獻(xiàn)題名﹒電子文獻(xiàn)的出處或可獲地址. 發(fā)表或更新日期
例如：
[7] 王明亮. 關(guān)于中國(guó)學(xué)術(shù)期刊標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)工程的進(jìn)展. http://www.caycd.edu.cn/pub/wml.txt/980810-2.html, 1998-08-16
專(zhuān)利 專(zhuān)利所有者. 專(zhuān)利名稱(chēng). 專(zhuān)利國(guó)別：專(zhuān)利號(hào)，日期.
例如：
[8] 姜錫洲.一種溫?zé)嵬夥笏幹苽浞桨? 中國(guó)專(zhuān)利：881056073，1989-07-26.
平行光管測(cè)量平臺(tái)總體方案及擺動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘要：平行光管主要是用來(lái)產(chǎn)生平行光束的光學(xué)儀器，平行光管測(cè)量?jī)x是一種光學(xué)精密測(cè)量?jī)x器，本設(shè)計(jì)要為給定的平行光管測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)建造一個(gè)測(cè)量平臺(tái)，手動(dòng)實(shí)現(xiàn)要求的測(cè)量動(dòng)作。???
本設(shè)計(jì)首先將運(yùn)用所學(xué)理論基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)平行光管測(cè)量平臺(tái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，包括測(cè)量平臺(tái)的前后平動(dòng)上下平動(dòng)，水平擺動(dòng)和俯仰擺動(dòng)四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。確定測(cè)量平臺(tái)的總體的設(shè)計(jì)方案及其主要結(jié)構(gòu)，然后運(yùn)用UG三維CAD軟件對(duì)測(cè)量平臺(tái)進(jìn)行三維建模，得到平行光管測(cè)量平臺(tái)的三維模型。最后通過(guò)給定的原始數(shù)據(jù)和要求對(duì)該平臺(tái)的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算。
關(guān)鍵字：平行光管，測(cè)量平臺(tái)，UG軟件，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)
I
The Design of collimator Measuring platform—Overall Plan and Design of Tilting Mechanism
Abstract: Collimator is mainly used to produce a parallel beam optical instrument. Collimator is a kind of optical precision measuring instrument. The design will built a measuring platform for a given collimator, which will measure implementation requirements manually.
First, this design will use the basic knowledge of theory which we have learned design collimator measurement platform and make motion analysis, including before and after ,from top to bottom, horizontal swing and pitch oscillation four degrees of freedom of movement of the measurement platform. And make sure the overall design scheme of measuring platform and its main structure. And then using UG three-dimensional CAD software make 3D modeling for measuring platform, and get 3D model of the collimator measuring platform. Finally, by using the original data and the demand make a a detailed design and calculation for tilting mechanism of the platform .
Keywords: collimator, measuring instrument, UG software, tilting mechanism
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
目錄 III
1 緒論 1
1.1 選題背景與研究意義 1
1.1.1 選題背景 1
1.1.2 研究意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1
1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀 1
1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 1
1.3 本課題研究的內(nèi)容 1
2 平行光管及其測(cè)量平臺(tái)的介紹 3
2.1 平行光管的結(jié)構(gòu) 3
2.2 平行光管測(cè)量平臺(tái)的介紹 4
3 UG軟件功能簡(jiǎn)介及測(cè)量平臺(tái)結(jié)構(gòu)建模 9
3.1 測(cè)量平臺(tái)總體運(yùn)動(dòng)分析與結(jié)構(gòu)建模 9
4 蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的介紹和運(yùn)動(dòng)分析 14
4.1 蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 14
4.2 蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn) 14
4.3 蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)類(lèi)型 14
4.4 蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)分析 15
5 蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的參數(shù)和尺寸計(jì)算 15
5.1 蝸輪蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及選擇 15
5.2 蝸輪蝸桿傳動(dòng)中失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 20
5.3 蝸輪蝸桿傳動(dòng)的材料和結(jié)構(gòu) 21
5.4 蝸輪蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 24
5.5 蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算 28
總結(jié)與展望 30
參考文獻(xiàn) 32
致謝 34
IV
1 緒論
1.1 選題背景與研究意義
1.1.1 選題背景
某研究所需要為其購(gòu)買(mǎi)的平行光管測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)建造一個(gè)平臺(tái)，手動(dòng)實(shí)現(xiàn)要求的測(cè)量動(dòng)作。
平行光管測(cè)量平臺(tái)主要用于平行光管的上下平動(dòng)前后平動(dòng)，俯仰擺動(dòng)和水平擺動(dòng)四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。
1.1.2 研究意義
平行光管測(cè)量平臺(tái)作為平行光管測(cè)量?jī)x器的一個(gè)載體，它的結(jié)構(gòu)特性和運(yùn)動(dòng)功能將很大程度上影響平行光管測(cè)量的結(jié)果和效率，所以對(duì)平行光管測(cè)量平臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)有很大的現(xiàn)實(shí)意義。
傳統(tǒng)的定位平臺(tái)在性能方面滿(mǎn)足不了平行光管的測(cè)量要求，特別是該平臺(tái)必須能夠?qū)崿F(xiàn)四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，這對(duì)定位平臺(tái)的開(kāi)發(fā)提出了挑戰(zhàn)。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀
日本日立(Hitachi)公司研制的XY定位平臺(tái)。此平臺(tái)具有微動(dòng)臺(tái)和粗動(dòng)臺(tái)雙層結(jié)構(gòu)。粗動(dòng)臺(tái)可作160μrad的旋轉(zhuǎn)。Heui Jae Pahk等設(shè)計(jì)的精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)采用雙層驅(qū)動(dòng)技術(shù)，粗動(dòng)臺(tái)采用滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)，微動(dòng)臺(tái)采用壓電元件驅(qū)動(dòng)，在200mm的運(yùn)動(dòng)行程內(nèi)，實(shí)現(xiàn)10nm的定位精度[3]。x方向的定位精度為20nm，Y方向的定位精度為15.6nm[6-8]。
1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國(guó)對(duì)精密定位平臺(tái)的研究與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大差距。比如清華大學(xué)在步進(jìn)掃描光刻機(jī)硅片臺(tái)掩膜臺(tái)系統(tǒng)上取得了重要的研究成果，使其運(yùn)動(dòng)定位精度可達(dá)12nm[9]。比如哈爾濱工大節(jié)德剛設(shè)計(jì)的高速高精度XY定位平臺(tái)，最大運(yùn)動(dòng)加速度可達(dá)50-100m／s2[10]。比如天津大學(xué)設(shè)計(jì)的兩自由度高速高加速定位平臺(tái)。該平臺(tái)運(yùn)動(dòng)最大加速度50m／s2[11]。以設(shè)計(jì)宏微兩級(jí)驅(qū)動(dòng)和直線(xiàn)旋轉(zhuǎn)混合驅(qū)動(dòng)，并以氣浮、磁浮技術(shù)試驗(yàn)運(yùn)動(dòng)性能極限，已經(jīng)成為業(yè)界研究的新熱點(diǎn)[14-15]。
1.3 本課題研究的內(nèi)容
本設(shè)計(jì)首先對(duì)平行光管實(shí)驗(yàn)平臺(tái)作簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)地運(yùn)動(dòng)分析，并用UG對(duì)測(cè)量平臺(tái)進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)建模。同時(shí)本設(shè)計(jì)將利用所學(xué)理論基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)平行光管測(cè)量平臺(tái)的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)地運(yùn)動(dòng)分析，并對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，畫(huà)出零部件的CAD工程圖紙，掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的一般步驟，將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)際中。具體研究過(guò)程如下：
1) 平行光管實(shí)驗(yàn)平臺(tái)功能與結(jié)構(gòu)分析
通過(guò)對(duì)平行光管實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行功能與結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)具體的技術(shù)要求來(lái)確定本設(shè)計(jì)研究的具體內(nèi)容。
2) UG三維CAD軟件的學(xué)習(xí)和應(yīng)用
UG是美國(guó)UGS(Unigraphics?Solutions)公司的主導(dǎo)產(chǎn)品，是集CAD/CAE/CAM于一體的三維參數(shù)化軟件，本文將利用UG軟件對(duì)平行光管測(cè)量平臺(tái)進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模，形象直觀地表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)內(nèi)容。?
3) 蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的介紹和運(yùn)動(dòng)分析
蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)一般用來(lái)傳遞兩交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，此次設(shè)計(jì)采用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)平行光管測(cè)量平臺(tái)的水平擺動(dòng)和俯仰擺動(dòng)，對(duì)其運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)地分析與計(jì)算。
4） 蝸輪蝸桿擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件參數(shù)選擇和關(guān)鍵件的強(qiáng)度校核
本文通過(guò)查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》等參考資料對(duì)蝸輪蝸桿擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的零部件進(jìn)行選型和設(shè)計(jì)，并對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行強(qiáng)度校核。
VI
`
2 平行光管及其測(cè)量平臺(tái)的介紹
本章主要介紹平行光管的結(jié)構(gòu)與功能，并對(duì)本設(shè)計(jì)中平行光管測(cè)量平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作條件作簡(jiǎn)單介紹。
2.1 平行光管的結(jié)構(gòu)
平行光管是用來(lái)產(chǎn)生平行光束的一種光學(xué)儀器。
圖2-1 直筒式光源示意圖
1．平行光管主要規(guī)格
（１）物鏡焦距：550毫米
（2）物鏡口徑：55毫米。
（3）高斯目鏡：焦距為44毫米，放大倍數(shù)為5.7×。
圖2-2 平行光管5種分劃板
2．分劃板
型平行光管有種分劃板，如圖1-3所示。
（１） 十字分劃板（２）鑒別率板（３）星點(diǎn)板（４）玻羅板
3．用平行光管測(cè)量焦距
因?yàn)?
所以
（1－1）
式中為被測(cè)透鏡焦距，為平行光管焦距實(shí)測(cè)值，為玻羅板上所選用線(xiàn)距實(shí)測(cè)值（），為測(cè)微目鏡上玻羅板低頻線(xiàn)的距離（，即測(cè)量值）。
本設(shè)計(jì)給定平行光管長(zhǎng)1500mm,最大口徑150mm，重量10.5KG。其三維模型如下圖2-5所示。
圖2-3 平行光管三維模型
2.2 平行光管測(cè)量平臺(tái)的介紹
平行光管測(cè)量平臺(tái)有四個(gè)自由度，分別為前后平動(dòng)，上下平動(dòng)，水平擺動(dòng)，俯仰擺動(dòng)。其中上下平動(dòng)可實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)和微調(diào)，運(yùn)動(dòng)臺(tái)的結(jié)構(gòu)主要有底座，四塊運(yùn)動(dòng)板，四個(gè)手輪，兩個(gè)導(dǎo)柱，兩個(gè)導(dǎo)套，轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)臺(tái)，燕尾導(dǎo)軌以及配重平衡塊組成。
技術(shù)參數(shù)如下：
平行光管長(zhǎng)1500mm,最大口徑150mm，重量10.5KG。
圖2-4 平行光管示意圖
運(yùn)動(dòng)范圍：
平行光管上下平動(dòng)行程為1500mm-2500mm,其中微調(diào)范圍為50mm,偏差10μm；
圖2-5平行光管上下平動(dòng)行程示意圖
平行光管前后平動(dòng)行程為100mm,偏差10μm；
圖2-6平行光管前后平動(dòng)行程示意圖
平行光管水平擺動(dòng)角度為3°到5°；
圖2-7平行光管水平擺動(dòng)角度示意圖
平行光管俯仰擺動(dòng)3°到5°。
圖2-8 平行光管俯仰擺動(dòng)角度示意圖
平行光管要實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程：
1、上下平動(dòng)
上下平動(dòng)分為快速和微調(diào)運(yùn)動(dòng)?？焖龠\(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)推或拉手柄，借助配重平衡塊施加一定的力，使平行光管支撐平臺(tái)沿支架導(dǎo)軌快速上下移動(dòng)，到達(dá)預(yù)定位置后，通過(guò)旋緊螺栓使其固定不動(dòng)。若再次移動(dòng)需重新松開(kāi)旋緊螺栓方可移動(dòng)。微調(diào)運(yùn)動(dòng)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，手柄通過(guò)絲杠螺母副帶動(dòng)平行光板托板上固定的導(dǎo)柱沿著導(dǎo)套做上下微調(diào)運(yùn)動(dòng)。
2、前后平動(dòng)
轉(zhuǎn)動(dòng)手輪通過(guò)絲杠螺母副使測(cè)量平臺(tái)沿底座V型和矩形導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)橫向移動(dòng)，螺母固定在移動(dòng)平臺(tái)上，一端采用V型槽導(dǎo)軌，防止平臺(tái)起伏。
3、水平擺動(dòng)
轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，通過(guò)蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)測(cè)量平臺(tái)水平轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)的另一端通過(guò)矩形槽和固定軸來(lái)實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)角度的控制。
4、俯仰擺動(dòng)
轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，通過(guò)蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)測(cè)量平臺(tái)俯仰擺動(dòng)，俯仰擺動(dòng)的角度控制是通過(guò)兩條固定在平臺(tái)上的鐵片和固定轉(zhuǎn)臺(tái)之間距離來(lái)控制的。
XXXVI
`
3 UG軟件功能簡(jiǎn)介及測(cè)量平臺(tái)結(jié)構(gòu)建模
UG是美國(guó)UGS(Unigraphics?Solutions)公司的主導(dǎo)產(chǎn)品，是集CAD/CAE/CAM于一體的三維參數(shù)化軟件
3.1 測(cè)量平臺(tái)總體運(yùn)動(dòng)分析與結(jié)構(gòu)建模
平行光管測(cè)量平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)三維建模最終結(jié)果如下圖3-1所示。
立柱支架17
旋緊螺栓16
推拉手柄15
微調(diào)絲杠14
螺母固定板13
導(dǎo)套支撐臺(tái)11
滾輪支撐架6
配重上板4
擰緊螺母2
配重塊支撐臺(tái)1
緊固槽鋼18
微調(diào)螺母12
微調(diào)導(dǎo)套10
平行光管支撐臺(tái)9
微調(diào)導(dǎo)柱8
滾輪7
配重側(cè)板5
配重塊導(dǎo)桿3
配重平衡塊4
底座箱體
支撐固定臺(tái)
水平轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)箱體
止動(dòng)銷(xiāo)
水平擺動(dòng)角度控制鐵片
俯仰擺動(dòng)角度控制鐵片
固定架
俯仰擺動(dòng)機(jī)構(gòu)箱體
分度連接盤(pán)
夾緊塊
圖3-1 平行光管測(cè)量平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)三維模型
1、上下平動(dòng)
上下平動(dòng)分為快速運(yùn)動(dòng)和微調(diào)運(yùn)動(dòng)。
快速運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)推或拉推拉手柄15，在左邊配重平衡塊4的配合下，帶動(dòng)整個(gè)微調(diào)裝置沿著立柱支架17的導(dǎo)軌上下快速平動(dòng)，到達(dá)預(yù)定位置后，通過(guò)旋緊旋緊螺栓16使其固定不動(dòng)，保持現(xiàn)有的位置狀態(tài)。若再次移動(dòng)需重新松開(kāi)旋緊螺栓16方可移動(dòng)。
2、前后平動(dòng)
螺母6
絲杠支撐塊4
絲杠1
V型導(dǎo)軌2
矩型導(dǎo)軌5
支撐移動(dòng)平臺(tái)3
圖3-2 前后平動(dòng)示意圖
測(cè)量平臺(tái)的前后平動(dòng)也是通過(guò)絲杠螺母副來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)手柄帶動(dòng)絲杠1轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠1通過(guò)固定在平臺(tái)上的螺母6從而帶動(dòng)平臺(tái)沿著矩型導(dǎo)軌5和V型導(dǎo)軌2實(shí)現(xiàn)前后平動(dòng)。
3、水平擺動(dòng)
轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，手柄固定在蝸桿上，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)測(cè)量平臺(tái)水平轉(zhuǎn)動(dòng)，在另一端，通過(guò)矩形塊和固定軸實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)角度的控制。如圖3-3所示。
圖3-3 水平擺動(dòng)角度的控制裝置圖
4、俯仰擺動(dòng)
轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，手柄固定在蝸桿上，通過(guò)蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)測(cè)量平臺(tái)俯仰擺動(dòng)，俯仰擺動(dòng)的角度控制是通過(guò)兩條固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上的鐵片和固定轉(zhuǎn)臺(tái)之間距離來(lái)控制的具體結(jié)構(gòu)如圖4-4所示。
圖3-4 俯仰擺動(dòng)角度的控制裝置圖
4 蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的介紹和運(yùn)動(dòng)分析
4.1 蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
圖4-1蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖
蝸桿傳動(dòng)是在空間交錯(cuò)的兩軸間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種傳動(dòng)，兩軸線(xiàn)間的夾角可為任意值，常用的為90°。蝸桿傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大, 結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，所以它廣泛應(yīng)用在機(jī)床、汽車(chē)、儀器、起重運(yùn)輸機(jī)械、冶金機(jī)械以及其它機(jī)械制造部門(mén)中。
蝸桿傳動(dòng)中蝸桿為主動(dòng)件，其由蝸輪和蝸桿組成。其中常用的有阿基米德圓柱蝸桿傳動(dòng)和圓弧齒圓柱蝸桿傳動(dòng)。
4.2 蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)
蝸輪蝸桿傳動(dòng)有以下特點(diǎn)：
1、可以得到很大的傳動(dòng)比
2、承載能力高于交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)；
3、傳動(dòng)比較平穩(wěn)，噪音比較?。?
4、具有很好的自鎖性能
5、效率比較低，磨損比較嚴(yán)重；
6、蝸桿的軸向力較大；
7、一般用于間歇工作場(chǎng)合。
4.3 蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)類(lèi)型
根據(jù)螺桿形狀的不同，可以分為圓柱面蝸桿傳動(dòng)環(huán)面蝸桿傳動(dòng),和錐面蝸桿傳動(dòng)。
a) b) c)
圖4-2蝸桿的傳動(dòng)類(lèi)型
4.4 蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)分析
由于蝸桿傳動(dòng)比較平穩(wěn),振動(dòng)較小,沖擊和噪聲也較小，可以單級(jí)傳動(dòng)并獲得教大的傳動(dòng)比,有利于平臺(tái)分度的實(shí)現(xiàn)，所以選用蝸輪蝸桿傳動(dòng)。
5 蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的參數(shù)和尺寸計(jì)算
5.1 蝸輪蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)及選擇
1、模數(shù)m和壓力角
因?yàn)槲仐U傳動(dòng)在主平面內(nèi)相當(dāng)于漸開(kāi)線(xiàn)齒輪與齒條的嚙合，故蝸桿的軸向齒距應(yīng)等于蝸輪的端面齒距 , 蝸桿、蝸輪以主平面內(nèi)的參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值。蝸桿的軸向壓力角ax1應(yīng)等于蝸輪的端面壓力角。且均為標(biāo)準(zhǔn)值 。
蝸桿傳動(dòng)正確嚙合的條件為:
( 5 - 1 )
根據(jù)測(cè)量平臺(tái)的實(shí)際尺寸大小要求，本設(shè)計(jì)中選取蝸桿的模數(shù)m=8。
2、蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)
蝸桿的頭數(shù)一般取=1，2，4，6。傳動(dòng)比大或傳遞轉(zhuǎn)矩大, 取小值；要求自鎖時(shí)取=1；傳動(dòng)功率較大、傳動(dòng)效率較高、傳動(dòng)速度大，取大值，但蝸桿頭數(shù)過(guò)多，加工精度難于保證。綜上所述，本設(shè)計(jì)中取=1。
在動(dòng)力傳動(dòng)中，為了增加同時(shí)嚙合齒的對(duì)數(shù)，一般?。?9～83。過(guò)少將產(chǎn)生根切；過(guò)大，將導(dǎo)致模數(shù)過(guò)小以使齒根彎曲疲勞強(qiáng)度不足；當(dāng)模數(shù)一定時(shí)，蝸輪直徑過(guò)大，蝸桿長(zhǎng)度增加，剛度減小。
、可根據(jù)傳動(dòng)比按表5-1選取。
表5-1 和的推薦值
傳動(dòng)比
5～8
7～16
15～32
30～83
蝸桿頭數(shù)
6
4
2
1
蝸輪齒數(shù)
29～48
29～64
30～64
30～83
蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，傳動(dòng)比公稱(chēng)值按以下數(shù)值來(lái)選取：5、7.5、10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、70、80。其中10、20、40、80為基本傳動(dòng)比，應(yīng)優(yōu)先選用。
本設(shè)計(jì)中取蝸輪的齒數(shù)z2=30。
3、蝸桿的分度圓直徑d1和導(dǎo)程角
如圖5-2所示，可得
( 5—2 )
圖5-2 分度圓柱展開(kāi)圖
式中：px1為蝸桿軸向齒距(mm)；d1為蝸桿分度圓直徑（mm）。
當(dāng)蝸桿導(dǎo)程角選擇大時(shí)，傳動(dòng)效率比較高。效率高的傳動(dòng)通常取=150~300，所以我們采用多頭蝸桿；當(dāng)要求具有自鎖性能的傳動(dòng)，通常采用<的蝸桿傳動(dòng)，此時(shí)蝸桿的頭數(shù)為1。
由式5--2 得
(5—3)
式中：，若m值一定，q值增大，則蝸桿直徑d1增大，蝸桿的剛度提高。小模數(shù)蝸桿通常具有較大的q值，才能使蝸桿有足夠的剛度。
表5-2蝸桿基本參數(shù)（Σ= 90o）(摘自GB10085-1988)
模數(shù)m
(mm)
分度圓直徑d1(mm)
蝸桿頭數(shù)
直徑系數(shù)
q
m2d1
(mm)3
模數(shù)m
(mm)
分度圓直徑
d1(mm)
蝸桿頭數(shù)
直徑系數(shù)
q
m2d1
(mm)3
1
18
1（自鎖）
18.000
18
6.3
(80)
1, 2, 4
12.698
3175
1.25
20
1
16.000
31.25
112
1（自鎖）
17.778
4445
22.4
1（自鎖）
17.920
35
8
(63)
1, 2, 4
7.875
4032
1.6
20
1, 2, 4
12.500
51.2
80
1, 2, 4, 6
10.000
5376
28
1
17.500
71.68
(100)
1, 2, 4
12.500
6400
2
(18)
1, 2, 4
9.000
72
140
1（自鎖）
17.500
8960
22.4
1, 2, 4
11.200
89.6
10
(71)
1, 2, 4
7.100
7100
(28)
1, 2, 4
14.000
112
90
1, 2, 4, 6
9.000
9000
35.5
1（自鎖）
17.750
142
(112)
1, 2, 4
11.200
11200
2.5
(22.4)
1, 2, 4
8.960
140
160
1（自鎖）
16.000
16000
28
1, 2, 4, 6
11.200
175
12.5
(90)
1, 2, 4
7.200
14062
(35.5)
1, 2, 4
14.200
221.9
112
1, 2, 4
8.960
17500
45
1（自鎖）
18.000
281
(140)
1, 2, 4
11.200
21875
3.15
(28)
1, 2, 4
8.889
278
200
1（自鎖）
16.000
31250
35.5
1, 2, 4, 6
11.27
352
16
(112)
1, 2, 4
7.000
28672
45
1, 2, 4
14.286
447.5
140
1, 2, 4
8.750
35840
56
1（自鎖）
17.778
556
(180)
1, 2, 4
11.250
46080
4
(31.5)
1, 2, 4
7.875
504
250
1（自鎖）
15.625
64000
40
1, 2, 4, 6
10.000
640
20
(140)
1, 2, 4
7.000
56000
(50)
1, 2, 4
12.500
800
160
1, 2, 4
8.000
64000
71
1（自鎖）
17.750
1136
(224)
1, 2, 4
11.200
89600
5
(40)
1, 2, 4
8.000
1000
315
1（自鎖）
15.750
126000
50
1, 2, 4, 6
10.000
1250
25
(180)
1, 2, 4
7.200
112500
(63)
1, 2, 4
12.600
1575
200
1, 2, 4
8.000
125000
90
1（自鎖）
18.000
2250
(280)
1, 2, 4
11.200
175000
6.3
(50)
1, 2, 4
7. 936
1985
400
1（自鎖）
16.000
250000
63
1, 2, 4, 6
10.000
2500
注：①表中模數(shù)和分度圓直徑僅列出了第一系列的較常用數(shù)據(jù)。②括號(hào)內(nèi)的數(shù)字盡可能不用。
由以上所述可得，本設(shè)計(jì)中選取蝸桿頭數(shù)z1=1，分度圓直徑d1=80mm，直徑系數(shù)q=12.6。
4、傳動(dòng)比和中心距
蝸桿傳動(dòng)中的傳動(dòng)比等于蝸桿與蝸輪轉(zhuǎn)速的比值。當(dāng)蝸桿回轉(zhuǎn)一周時(shí)，蝸輪轉(zhuǎn)過(guò)個(gè)齒（或周），因此傳動(dòng)比為:
（5—4）
式中：n1、n2分別為蝸桿和蝸輪的轉(zhuǎn)速（r/min）。
在蝸桿傳動(dòng)中，當(dāng)蝸桿節(jié)圓和蝸輪分度圓重合，蝸桿軸線(xiàn)與蝸輪軸線(xiàn)之間的距離為中心距。計(jì)算公式為：
（5—5）
5、蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸
表5-3 阿基米德蝸桿傳動(dòng)的尺寸計(jì)算
名 稱(chēng)
計(jì) 算 公 式
蝸 桿
蝸 輪
齒頂高和齒根高
，
分度圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
頂隙
蝸桿軸向齒距 蝸輪端面齒距
蝸桿分度圓導(dǎo)程角
蝸輪分度圓螺旋角
中心距
蝸桿寬度(蝸桿螺紋部分長(zhǎng)度)b1
蝸輪咽喉母圓半徑
=1、2時(shí)
≥（11＋0.06）m
=3、4時(shí)
≥(12.5+0.09) m
蝸輪外圓直徑
=1,
=2～3,
=4～6,
蝸輪寬度
=1、2 ≤0.75
=4～6, ≤0.67
蝸桿軸面壓力角
蝸輪齒寬角
=200
=900~1000
蝸輪齒頂圓弧半徑
蝸輪齒根圓弧半徑
蝸輪輪緣寬度
= 1, 2 0.75
= 4 = 0.67
蝸輪輪齒包角
一般動(dòng)力傳動(dòng) = 700 ~ 900
高速動(dòng)力傳動(dòng) = 900 ~ 1300
分度傳動(dòng) = 450 ~ 600
5.2 蝸輪蝸桿傳動(dòng)中失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
蝸桿傳動(dòng)中蝸桿的螺旋面和齒面之間有比較大的相對(duì)滑動(dòng)。滑動(dòng)速度vs沿蝸桿螺旋線(xiàn)的切線(xiàn)方向。如圖5-3所示，v1為蝸桿的圓周速度，v2為蝸輪的圓周速度，作速度三角形得：
(5—6)
式中，---蝸桿直徑 ， ---蝸桿轉(zhuǎn)速 。
滑動(dòng)速度vs，對(duì)蝸桿傳動(dòng)有很大的影響。當(dāng)潤(rùn)滑條件比較差時(shí)，滑動(dòng)速度大,會(huì)加快磨損，使摩擦發(fā)熱嚴(yán)重而發(fā)生膠合；潤(rùn)滑條件好時(shí)，增大vs有利于油膜形成，摩擦系數(shù)fv反而下降，磨損情況得以改善，從而提高嚙合效率和抗膠合能力。其概略值如圖5-4所示。
圖5—3 蝸桿傳動(dòng)滑動(dòng)速度圖 5—4 滑動(dòng)速度vs的概略值
蝸桿傳動(dòng)的失效形式和齒輪傳動(dòng)類(lèi)似. 但其有相對(duì)滑動(dòng)速度較大、發(fā)熱量較大從而使效率低，傳動(dòng)更容易發(fā)生磨損和膠合,。
5.3 蝸輪蝸桿傳動(dòng)的材料和結(jié)構(gòu)
1、蝸桿、蝸輪的材料選擇
對(duì)于蝸桿傳動(dòng)的失效形式，設(shè)計(jì)所選中的材料不僅要有足夠的強(qiáng)度，還要有良好的減摩性、耐磨性和抗膠合能力。所以蝸桿傳動(dòng)中一般采用青銅齒圈與淬硬的鋼制蝸桿相匹配.
蝸桿一般用碳鋼或合金鋼制造，蝸桿常用材料見(jiàn)表5-4。
蝸輪材料可參考相對(duì)滑動(dòng)速度vs來(lái)選擇。常用的材料為鑄錫青銅或鑄鋁鐵青銅、灰鑄鐵等。常用材料見(jiàn)表5-5。
表5—4蝸桿常用材料及應(yīng)用
材料牌號(hào)
熱 處 理
硬 度
表面粗糙度/um
應(yīng) 用
45鋼，42SiMn，40Cr，42CrMo，38SiMnMo，
40CrNi
表面淬火
45～55HRC
1.6~0.8
中速、中載、一般傳動(dòng)
20Cr，15CrMn，20CrMnTi，
20CrMn，
滲碳淬火
56～62HRC
1.6~0.8
高速、重載、重要傳動(dòng)
45鋼
調(diào)質(zhì)或正火
220~270HBS
6.3
低速、輕、中載、不重要傳動(dòng)
表5—5蝸輪常用材料及應(yīng)用
材料
牌號(hào)
適用的滑動(dòng)速度/（m/s）
特性
應(yīng) 用
鑄錫青銅
ZCuSn10P1
≤25
耐磨性、跑合性、抗膠合能力、可加工性能均較好，但強(qiáng)度低，成本高
連續(xù)工作的高速、重載的重要傳動(dòng)
ZCuSn5Pb5Zn5
≤12
速度較高的輕、中、重載傳動(dòng)
鑄鋁鐵青銅
ZCuA110Fe3
≤10
耐沖擊，強(qiáng)度較高，可加工性能好，抗膠合能力較差，價(jià)格較低
速度較低的重載傳動(dòng)
速度較低，載荷穩(wěn)定的輕、中載傳動(dòng)
黃銅
ZCuZn38Mn2Pb2
≤10
灰鑄鐵
HT150
HT200
HT250
≤2
鑄造性能、可加工性能好，價(jià)格低，抗點(diǎn)蝕和抗膠合能力強(qiáng)，抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌度低
低速，不重要的開(kāi)式傳動(dòng)；蝸輪尺寸較大的傳動(dòng)；手動(dòng)傳動(dòng)
所以選用鑄鋁鐵青銅ZCuA110Fe3為蝸輪材料，選擇45鋼為蝸桿材料。
2、蝸桿、蝸輪的結(jié)構(gòu)
蝸桿通常和軸做成一體，稱(chēng)之為蝸桿軸，如圖5-5所示，按照蝸桿螺旋部分加工方法的不同,可以分為車(chē)制蝸桿和銑削蝸桿.，因?yàn)檐?chē)制蝸桿有退刀槽，所以剛性比較差（圖a）；當(dāng)銑削蝸桿無(wú)退刀槽時(shí)，d大于df (圖b)，剛性較好。
a） b）
圖5-5 蝸桿軸結(jié)構(gòu)
蝸輪結(jié)構(gòu)分為整體式和組合式，如圖5-6所示。
鑄鐵蝸輪和直徑小于100mm的青銅蝸輪可以做成整體式，如圖( 5-6C)所示。
組合形式有以下三種。
(1) 齒圈壓配式，如圖(5-6a）所示。 齒圈采用青銅材料，兩者使用過(guò)盈配合，并沿著配合面安裝4到6個(gè)緊定螺釘，此結(jié)構(gòu)通常用于中等尺寸且工作溫度變化小的場(chǎng)合。
(2) 螺栓連接式，如圖(5-6b）所示。齒圈和輪芯一般采用普通螺栓或者鉸制孔螺栓連接，通常用于尺寸較大的場(chǎng)合。
(3) 組合澆注式，如圖(5-6d）所示。在鑄鐵輪芯上制出榫槽，澆注上青銅輪緣，然后切齒，這種結(jié)構(gòu)適用于中等尺寸，批量生產(chǎn)的蝸輪。
圖5-6 蝸輪的結(jié)構(gòu)形式
本設(shè)計(jì)中的蝸輪結(jié)構(gòu)選擇螺栓連接式結(jié)構(gòu)。
3、蝸桿傳動(dòng)的精度等級(jí)
表5 – 6 蝸桿傳動(dòng)精度等級(jí)的選擇
精度等級(jí)
蝸輪圓周速度
/m·s
蝸桿齒面的表面粗糙度Ra值/ μm
蝸輪齒面的表面粗糙度Ra值/μm
使用范圍
6
＞5
≤0.4
≤0.8
中等精密機(jī)床的分度機(jī)構(gòu)
7
＜7.5
≤0.8
≤0.8
中速動(dòng)力傳動(dòng)
8
＜3
≤1.6
≤1.6
速度較低或短期工作的傳動(dòng)
9
＜15
≤3.2
≤3.2
不重要的低速傳動(dòng)或手動(dòng)傳動(dòng)
5.4 蝸輪蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算
1、蝸輪旋轉(zhuǎn)方向的判定
蝸輪旋轉(zhuǎn)方向，按照蝸桿螺旋線(xiàn)旋向和旋轉(zhuǎn)方向，應(yīng)用于左右手定則判定。
如果蝸桿為右旋時(shí)，順著右手四個(gè)手指方向并沿著蝸桿轉(zhuǎn)向握起來(lái)，大拇指所指的方向相反為蝸輪上嚙合點(diǎn)的線(xiàn)速度方向，則蝸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖5-7a所示。當(dāng)蝸桿為左旋時(shí)，同理則用左手按相同方法判定。如圖5-7b所示
圖 5-7 蝸輪旋轉(zhuǎn)方向的判斷
2、輪齒上的作用力
由于蝸桿傳動(dòng)受力分析與斜齒圓柱齒輪的受力分析相似，如圖5-8所示，如果不計(jì)齒面間的摩擦力，當(dāng)蝸輪作用于蝸桿齒面上的法向力Fn ，再節(jié)點(diǎn)C處可以分解為三個(gè)相互垂直的分力：圓周力Ft1 、軸向力Fx1、徑向力Fr1 。由圖上可知，蝸輪上的圓周力等于蝸桿上的軸向力，蝸輪上的徑向力等于蝸桿上的徑向力，蝸輪上的軸向力等于蝸桿上的圓周力。這些對(duì)應(yīng)力的大小相等方向相反。
各力的大小可按下式計(jì)算：
N （5—7 )
N (5—8)
N (5—9)
N .mm (5—10)
式中：T1、T2分別為作用在蝸桿和蝸輪上的轉(zhuǎn)矩，、分別為蝸桿和蝸輪的分度圓直徑（m m）,η為蝸桿傳動(dòng)的總效率（可參考相關(guān)資料確定）。
圖5—8 蝸桿傳動(dòng)受力分析
3、蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
鋼制蝸桿與青銅蝸輪的強(qiáng)度校核公式：
（5—11）
設(shè)計(jì)公式為：
≥ （5—12）
式中：T2為蝸輪軸的轉(zhuǎn)矩（Nmm）；當(dāng)載荷相對(duì)滑動(dòng)速度較小時(shí)，取較小值，反之取較大值，嚴(yán)重沖擊時(shí)取K=1.5；[σH ]— 蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力（MPa）。當(dāng)蝸輪材料為錫青銅（σb<300MPa）時(shí)，其主要失效形式為疲勞點(diǎn)蝕，。為蝸輪材料基本許用接觸應(yīng)力，如表9—6所示；ZN為壽命系數(shù)，，N為應(yīng)力循環(huán)次數(shù)， ，n2為蝸輪轉(zhuǎn)速(r/min)，為工作壽命（h）；N >25×107時(shí)應(yīng)取N=25×107，時(shí)應(yīng)取。
表5—6 錫青銅蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力[σ0H] (N=107) ( MPa )
蝸輪材料
鑄造方法
適用的滑動(dòng)速度vS
m/s
蝸桿齒面硬度
≤350HB
>45HRC
ZCuSn10P1
砂 型
金屬型
≤12
≤25
180
200
200
220
ZCuSn5Pb5Zn5
砂 型
金屬型
≤10
≤12
110
135
125
150
表5—7 鑄鋁青銅及鑄鐵蝸輪的許用接觸應(yīng)力[σH] （MPa）
蝸輪材料
蝸桿材料
滑動(dòng)速度vS（m/s）
0.5
1
2
3
4
6
8
ZCuAl10Fe3
淬火鋼
250
230
210
180
160
120
90
ZCuZn38Mn2Pb2
淬火鋼
215
200
180
150
135
95
75
HT150；HT200
滲碳鋼
130
115
90
—
—
—
—
HT150
調(diào)質(zhì)鋼
110
90
70
—
—
—
—
4、蝸輪輪齒的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算
齒根彎曲強(qiáng)度的校核公式:
≤ （9—12）
設(shè)計(jì)公式為： ≥ （9—13）
式中：[σ0F]為蝸輪材料的基本許用彎曲應(yīng)力，如表5—9所示。YN為壽命系數(shù)，N = 60n2Lh。當(dāng)N > 25×107時(shí)，取N =25×107;
當(dāng)N <105時(shí)，取N=105。
表5—8 蝸輪的齒形系數(shù)（，）
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
22
24
26
YF2
4. 55
4. 14
3. 70
3. 55
3. 34
3. 22
3. 07
2. 96
2. 89
2. 82
2. 76
2. 66
2. 57
2. 51
28
30
35
40
45
50
60
70
80
90
100
150
200
300
YF2
2. 48
2. 44
2. 36
2. 32
2. 27
2. 24
2. 20
2. 17
2. 14
2. 12
2. 10
2. 07
2. 04
2. 04
表5—9 蝸輪材料的基本許用彎曲應(yīng)力 ( N=106 ) （MPa）
材 料
鑄造方法
蝸桿硬度≤45HRC
蝸桿硬度>45HRC
單向受載
雙向受載
單向受載
雙向受載
ZCuSn10Pb1
砂 模
金 屬 模
200
250
140
150
51
58
32
40
64
73
40
50
ZCuSn5Pb5Zn5
砂 模
金 屬 模
180
200
90
90
37
39
29
32
46
49
36
40
ZCuAi10Fe3
金 屬 模
500
200
90
80
113
100
HT150
砂 模
150
—
38
24
48
30
HT200
砂 模
200
—
48
30
60
38
5.5 蝸桿傳動(dòng)的效率、潤(rùn)滑和熱平衡計(jì)算
1、蝸桿傳動(dòng)的效率
閉式蝸桿傳動(dòng)的總效率由嚙合效率、攪油效率和軸承效率三部分組成即：
（5—15）
當(dāng)蝸桿為主動(dòng)件時(shí)，嚙合效率為：
通常，攪油效率 =0.95 ～ 0.99，滾動(dòng)軸承效率=0.99，滑動(dòng)軸承效率=0.98～0.99綜合考慮，?。?.95～0.97,故有：
（5—16）
如表5—10所示。
在初步計(jì)算時(shí)，蝸桿傳動(dòng)效率可以近似取下列數(shù)值：
閉式傳動(dòng)： 1 2 4 6
0.7~0.75 0.75~0.82 0.82~0.92 0.86~0.95
開(kāi)式傳動(dòng)：＝1、2 ；＝0.60~0.70。
表5—10當(dāng)量摩擦系數(shù) 和當(dāng)量摩擦角
蝸輪材料
錫青銅
鋁青銅
灰鑄鐵
蝸桿齒面硬度
≥45HRC
<45HRC
≥45HRC
≥45HRC
<45HRC
滑動(dòng)速度 (m/s)
0.01
0.110
6o17ˊ
0.120
6o51ˊ
0.180
10o12ˊ
0.018
10o12ˊ
0.190
10o45ˊ
0.05
0.090
5o09ˊ
0.100
5o43ˊ
0.140
7o58ˊ
0.140
7o58ˊ
0.160
9o05ˊ
0.10
0.080
4o34ˊ
0.090
5o09ˊ
0.130
7o24ˊ
0.130
7o24ˊ
0.140
7o58ˊ
0.25
0.065
3o43ˊ
0.075
4o17ˊ
0.100
5o43ˊ
0.100
5o43ˊ
0.120
6o51ˊ
0.50
0.055
3o09ˊ
0.065
3o43ˊ
0.090
5o09ˊ
0.090
5o09ˊ
0.100
5o43ˊ
1.00
0.045
2o35ˊ
0.055
3o09ˊ
0.070
4o00ˊ
0.070
4o00ˊ
0.090
5o09ˊ
1.50
0.040
2o17ˊ
0.050
2o52ˊ
0.065
3o43ˊ
0.065
3o43ˊ
0.080
4o34ˊ
2.00
0.035
2o00ˊ
0.045
2o35ˊ
0.055
3o09ˊ
0.055
3o09ˊ
0.070
4o00ˊ
2.50
0.030
1o43ˊ
0.040
2o17ˊ
0.050
2o52ˊ
3.00
0.028
1o36ˊ
0.035
2o00ˊ
0.045
2o35ˊ
4.00
0.024
1o22ˊ
0.031
1o47ˊ
0.040
2o17ˊ
5.00
0.022
1o16ˊ
0.029
1o40ˊ
0.035
2o00ˊ
8.00
0.018
1o02ˊ
0.026
1o29ˊ
0.030
1o43ˊ
10.0
0.016
0o55ˊ
0.024
1o22ˊ
15.0
0.014
0o48ˊ
0.020
1o09ˊ
24.0
0.013
0o45ˊ
注：對(duì)于硬度≥45HRC的蝸桿，值系指< 0.32~1.25μm，經(jīng)跑合并充分潤(rùn)滑的情況
2、蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑
為提高蝸桿傳動(dòng)的效率，降低齒面的工作溫度，避免膠合和減少磨損。對(duì)蝸桿傳動(dòng)進(jìn)行良好的潤(rùn)滑顯得特別重要。
一般采用粘度較大的潤(rùn)滑油，使其提高其抗膠合能力，可以加入油性添加劑從而提高油膜的剛度，但是青銅蝸輪不可以采用活性大的油性添加劑，以防止被腐蝕。
閉式蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑油粘度和潤(rùn)滑方法可以參考表5—11選擇。開(kāi)式傳動(dòng)所以采用粘度比較高的齒輪油或者潤(rùn)滑脂進(jìn)行潤(rùn)滑。vS >5m/s時(shí)常用上置式（圖5—9c），油面允許達(dá)到蝸輪半徑1/3處。
表9—11 蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑油粘度及潤(rùn)滑方法
滑動(dòng)速度vS (m/s)
<1
<2.5
<5
>5～10
>10～15
>15～25
>25
工 作 條 件
重載
重載
中載
－
－
－
－
運(yùn)動(dòng)粘度υ40℃ (mm2/s)
1000
680
320
220
150
100
68
潤(rùn) 滑 方 法
浸 油
浸油
或噴油
噴油潤(rùn)滑，油壓（MPa）
0.07
0.2
0.3
3、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算
在單位時(shí)間內(nèi)，蝸桿傳動(dòng)由于摩擦發(fā)熱，因功率損耗而產(chǎn)生的熱量為：
W
式中：P1— 蝸桿傳動(dòng)的輸入功率（KW）；η— 蝸桿傳動(dòng)的效率。
自然冷卻時(shí)單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)箱體外壁散逸到周?chē)諝庵械臒崃繛椋?
W
式中：KS — 為傳熱系數(shù)（W/m2℃）。箱體通風(fēng)良好時(shí)，可取Ks=14～17.5W/m2℃，通風(fēng)不良時(shí)，取Ks=14～17.5W/m2℃；
A — 為散熱面積（m2）。 凸緣和散熱片的面積按其表面積的50 % 計(jì)算；
— 為箱體內(nèi)的油溫。
— 為周?chē)諝獾臏囟龋ǔＨ?=20℃。
根據(jù)熱平衡條件Q1= Q2，于是可得滿(mǎn)足熱平衡條件時(shí)潤(rùn)滑油的溫度為：
≤ （5—17）
一般取許用油溫[t1]=750～80℃，最高不超過(guò)90℃。
總結(jié)與展望
本文主要對(duì)平行光管測(cè)量平臺(tái)進(jìn)行了詳細(xì)地運(yùn)動(dòng)分析，并對(duì)平臺(tái)的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)地設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般過(guò)程有了深刻的了解。同時(shí)讓我對(duì)蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了深入的了解和學(xué)習(xí)。
通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我了解了很多測(cè)量平臺(tái)的知識(shí)。使我了解了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在該方面的先進(jìn)技術(shù)。這次設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)一個(gè)綜合考察，也使我在機(jī)械設(shè)計(jì)方面有了更大的進(jìn)步。這段時(shí)間，我通過(guò)網(wǎng)上查找資料，翻閱有關(guān)專(zhuān)業(yè)書(shū)籍，使我學(xué)到很多測(cè)量平臺(tái)的有關(guān)的知識(shí)。還熟悉了擺動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程和步驟，并且鞏固了機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。
在本次設(shè)計(jì)中，更多的是對(duì)機(jī)械CAD軟件的使用，這使我能更加熟練的運(yùn)用CAD畫(huà)圖，而且還熟練掌握了一些常用軟件的應(yīng)用，比如UG，OFFICE等。
此次畢設(shè)是一個(gè)實(shí)際應(yīng)用型課題，我國(guó)的機(jī)械產(chǎn)業(yè)還沒(méi)有達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。這些年來(lái)，國(guó)家對(duì)機(jī)械制造業(yè)更加大力的發(fā)展和推動(dòng)，對(duì)于其相關(guān)產(chǎn)業(yè)也有大幅度的推進(jìn)。
參 考 文 獻(xiàn)
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XXXIX
`
致 謝
光陰似箭，日月如梭。大學(xué)生活眨眼間就過(guò)去了，看著自己走過(guò)的路，心中倍感充實(shí)，當(dāng)我做完此次畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，感慨良多。
首先感謝培養(yǎng)教育我的中北大學(xué)，它濃厚的學(xué)術(shù)氛圍，舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境讓我終生難忘！感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師王彪老師。他在忙碌的科研工作中擠出時(shí)間來(lái)審查、修改我的論文。他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪。在課題研究的整個(gè)過(guò)程中，王彪老師一直都給予了悉心的指導(dǎo)與幫助。
感謝我的同窗好友，他們和我共同度過(guò)四年美好美好的大學(xué)時(shí)光，正是他們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本次設(shè)計(jì)的順利完成。
感謝生我養(yǎng)我的父母，他們給予了我最無(wú)私的愛(ài)，為我的成長(zhǎng)付出了許多許多，焉得諼草，言樹(shù)之背，養(yǎng)育之恩，無(wú)以回報(bào)，惟愿他們健康長(zhǎng)壽！