数控回转工作台设计说明书

数控回转工作台设计
摘要
本次毕业设计的题目是数控回转工作台设计。

通过对数控回转工作台的设计，使大学生在步入社会之前，不仅能够设计出数控回转工作台，而且能够掌握机械设计的方法和步骤。

本课题研究的主要内容包括：确定数控回转工作台的传动方案；驱动力计算及其他相关计算；零件设计与校核；零件图的绘制与三维模型建立；绘制装配图及运动仿真。

对于数控回转工作台的设计，首先，进行总体方案设计，传动方案采用齿轮传动和蜗杆传动；然后进行各零件的设计与校核，蜗杆与轴采用整体式结构；蜗轮与工作台采用螺钉连接；工作台的平衡通过止推轴承来保证；箱体由箱座、箱盖和顶盖组成，其中箱体上设计了圆台和加强筋；最后，对各零件进行装配。

数控机床的圆周进给由回转工作台完成，回转工作台可以与X、Y、Z三个坐标轴联动，从而加工出各种球、圆弧曲面等。

回转工作台可以实现精确的自动分度，扩大了数控机床加工范围。

目前，数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床。

随着数控技术的应用越来越广泛，数控回转工作台的应用已成为历史的必然。

关键词：数控回转工作台；齿轮；蜗杆；箱体；建模
Design of NC rotary worktable
Abstract
The graduation project is the subject of design of CNC rotary worktable. NC rotary table on the design, so that before the students entered the community, not only to design a CNC rotary worktable, and can master the mechanical design of the methods and procedures. The main content of this research include: determining the transmission scheme of CNC rotary worktable; driving force calculation and other calculations; part design and verification; part and three-dimensional mapping model; assembly drawing and motion simulation.
NC rotary worktable for the design, first of all, the overall design, use of transmission scheme and worm gear drive; then each part of the design and verification, the whole worm and shaft structure; worm screw connection with the worktable; Balance worktable by thrust bearings to ensure; box from the box seat, lid and cover, of which the box on the design of the round table and strengthen the tendons; Finally, the parts for assembly.
The circumference of CNC rotary worktable by the completion of the feed, rotary worktable with X, Y, Z three axis coordinates to be processed into a variety of balls, such as circular surface. Precision rotary worktable can realize automatic indexing, and expand the range of CNC machining. Currently, the NC rotary table CNC boring and milling machines are mainly used. With more and more widespread application of CNC technology, CNC rotary worktable applications has become a historical necessity.
Keywords: NC rotary worktable; gear; worm; box; modeling
目录
插图清单 (V)
表格清单 (VI)
引言 (1)
第1章绪论 (2)
1.1本课题的学术背景及理论与实际意义 (2)
1.2本课题研究的主要内容 (2)
1.3数控回转工作台设计原理及优缺点 (3)
第2 章数控回转工作台的原理与应用 (4)
2.1数控回转工作台 (4)
2.2设计准则 (4)
2.3主要技术参数 (5)
第3章数控回转工作台的设计 (6)
3.1 传动方案的选择 (6)
3.1.1传动方案传动时应满足的要求 (6)
3.1.2传动方案及其分析 (6)
3.2 电机的选择 (7)
3.2.1 步进电机的原理 (7)
3.2.2步进电机的选择及运动参数的计算 (8)
3.3 齿轮传动的设计 (9)
3.3.1选择齿轮传动的类型与材料 (10)
3.3.2 按齿面接触疲劳强度设计 (10)
3.3.3 按齿根弯曲强度设计 (11)
3.3.4几何尺寸计算 (13)
3.3.5 结构设计 (13)
3.4 蜗轮及蜗杆的选用与校核 (14)
3.4.1选择涡杆传动类型 (14)
3.4.2选择材料 (14)
3.4.3按齿面接触疲劳强度进行设计 (14)
3.4.4蜗杆与涡轮的主要尺寸与参数 (15)
3.5 轴承的选用 (16)
3.5.1 轴承受到的载荷 (17)
3.5.2 验算轴承寿命 (18)
3.6 轴的校核与计算 (18)
3.6.1 轴1的校核与计算 (18)
3.6.2 轴2的校核与计算 (23)
第4章三维建模及运动仿真 (28)
4.1 零件绘制 (28)
4.2 装配 (29)
4.3 运动仿真 (31)
结论与展望 (32)
致谢 (33)
参考文献 (34)
附录A附加图、表 (35)
附录B科研工作和发表的论文 (35)
附录C英语文献及其翻译 (36)
附录D主要参考文献的题录与摘要 (57)
附录E光盘 (59)
插图清单
图1-1中国国际机床展览会数据统计 (2)
图3-1 传动方案 (6)
图3-2 一级齿轮传动 (9)
图3-3小齿轮 (13)
图3-4大齿轮 (13)
图3-5 圆锥滚子轴承 (16)
图3-6 轴2受力图 (16)
图3-7 轴承受力图 (17)
图3-8 轴1 (18)
图3-9 轴1受力图 (19)
图3-10 轴1零件装配 (20)
图3-11 轴1分段 (20)
图3-12 轴1应力分析 (21)
图3-13轴1结构图 (22)
图3-14 轴2零件装配 (24)
图3-15 轴2受力图 (25)
图3-16 轴2应力分析 (26)
图3-17 轴2结构图 (27)
图4-1草图工具 (28)
图4-2 特征操作 (28)
图4-3 凸圆、孔、螺纹等工具栏 (28)
图4-4 箱座 (29)
图4-5 箱盖 (29)
图4-6 装配工具栏 (30)
图4-7 数控回转工作台 (30)
图4-8 运动仿真 (31)
图4-9 运动控制 (31)
表格清单
表3-1 11BYG250D-0502步进电机指标 (6)
表3-2 轴1危险截面应力 (18)
表3-3 轴2危险截面应力 (23)
引言
随着生产力水平的发展，数控技术越来越广泛的应用于各个领域。

数控机床是数控技术最普遍的应用。

而数控回转工作台是一种可以实现圆周进给和分度运动的工作台，它常被使用于卧式的镗床和加工中心上，可提高加工效率，完成更多的工艺，它主要由原动力、齿轮传动、蜗杆传动、工作台等部分组成，并可进行间隙消除和蜗轮加紧，是一种很实用的加工工具。

本次毕业设计主要是解决数控回转工作台的工作原理和机械机构的设计与计算部分，设计思路是先原理后结构，先整体后局部。

目前数控回转工作台已广泛应用于数控机床和加工中心上，它的总的发展趋势是：1．在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型转台；
2．在性能上将研制以钢为材料的蜗轮，大幅度提高工作台转速和转台的承载能力；
3．在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。

数控转台的市场分析：随着我国制造业的发展，加工中心将会越来越多地被要求配备第四轴或第五轴，以扩大加工范围。

估计近几年要求配备数控转台的加工中心将会达到每年600台左右。

预计未来5年，虽然某些行业由于产能过剩、受到宏观调控的影响而继续保持着较低的行业景气度外，部分装备制造业将有望保持较高的增长率，特别是那些国家产业政策鼓励振兴和发展的装备子行业。

作为装备制造业的母机，普通加工机床将获得年均15％－20％左右的稳定增长。

第1章绪论
1.1 本课题的学术背景及理论与实际意义
2010年在北京举办的第11届中国国际机床展览会上，数控机床、加工中心、复合机床在装备制造业内已呈现出量大面广态势，这类工作母机在各类制造业已经普及应用，并清晰地表达出时代特征与发展潮流。

机床运动无论是并联运动机床，还是运动叠加串联机床，对大多数金属加工机床来说，数控进给复合运动的加工，是以直线轴加上回转轴的联动来实现。

为了应对日益增多的复杂零件加工、提高加工精度和效率，多轴机床和复合机床将会进一步创新发展。

因此在现代加工中心的开发中，数控回转轴的设计与制造，成为研制机床的核心任务之一，而数控回转轴，同时也起着承载工作重量、夹持工件的功能，故要重视其创新设计。

由图1-1所示，2010年中国国际机床展览会无论是在人数上，还是在交易额上，都是逐年上升。

图1-1 中国国际机床展览会数据统计
1.2 本课题研究的主要内容
通过对数控回转工作台设计，希望学生熟悉机电一体化系统中机械系统设计过程，以及掌握利用AutoCAD或UG来绘制二维图形或创建三维实体的能力。

毕业设计环节是教学计划中综合性最强的实践教学环节，对培养学生的思想、工作作风及实际能力、提高毕业生全面素质具有很重要的意义。

同时，对所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好的开端。

对数控回转工作台的设计主要是培养学生综合应用所学专业的基础理论、基本技能和专业知识的能力，培养学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。

而工科类学生更应侧重于从生产的第一线获得生产实际知识和技能，获得工程技术经用性岗位的基本训练，通过毕业设计，可树立正确的生产观点、经济观点和全局观点，实现由学生向工程技术人员的过渡。

1.3 数控回转工作台设计原理及优缺点
数控转台和数控分度头的使用，为加工中心和数控铣床提供了回转坐标，通过第四轴、第五轴驱动转台或分度头完成等分、不等分或连续的回转加工，完成复杂曲面加工，使机床原有的加工范围得以扩大。

数控分度头未来的发展趋势是：在规格上向两头延伸，即开发小规格和大规格的分度头及相关制造技术；在性能方面将向进一步提高刹紧力矩、提高主轴转速及可靠性方面发展。

数控机床的圆周进给由回转工作台完成，称为数控机床的第四轴：回转工作台可以与X、Y、Z三个坐标轴联动，从而加工出各种球、圆弧曲线等。

回转工作台可以实现精确的自动分度，扩大了数控机床加工范围。

数控回转工作台数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床，其外形和通用工作台几乎一样，但它的驱动是伺服系统的驱动方式。

它可以与其他伺服进给轴联动。

为自动换刀数控镗床的回转工作台。

它的进给、分度转位和定位锁紧都是由给定的指令进行控制的。

数控转台的发展趋势是：在规格上向两头延伸，即开发小型和大型转台；在性能上将研制以钢为材料的蜗轮，大幅度提高工作台转速和转台的承载能力；在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。

机床工具行业的发展，依赖于行业技术水平和创新能力的提高，依赖于机床的数控化和产品快速的升级换代，依赖于制造业从刚性自动化向柔性自动化方向转变这一社会需求，由于我国机床附件厂资金紧张，造成技术创新和技术改造的力度不大，使附件水平的发展严重滞后，成为制约民族机床工业发展的瓶颈。

国产配套件在产品质量、性能、结构创新、品牌信誉、外观造型、精度稳定性等方面与发达国家相比都存在一定的差距，但在产品的价格、交货期和售后服务上占有较大的优势。

另外，近几年台湾地区的数控附件产品明显加大了对大陆市场的开发力度，使国内市场竞争态势更加激烈。

在今后几年中，我国机床附件厂要发展中档次品种，在提高产品质量、性能水平和可靠性的同时，跟踪学习发达国家的先进技术，并在产品创新，提高工艺水平上多下功夫；总结经验，加强产、学、研的结合，走专业化生产的路子，面向市场，参与竞争，满足主机发展的需要。

第2章数控回转工作台的原理与应用
数控机床的圆周进给由回转工作台完成，称为数控机床的第四轴：回转工作台可以与X、Y、Z三个坐标轴联动，从而加工出各种球、圆弧曲面等。

回转工作台可以实现精确的自动分度，扩大了数控机床加工范围。

2.1数控回转工作台
数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床，其外形和通用工作台几乎一样，但它的驱动是伺服系统的驱动方式。

它可以与其他伺服进给轴联动。

它的进给、分度转位和定位锁紧都是由给定的指令进行控制的。

工作台的运动是由伺服电动机，经齿轮减速后由蜗杆传给蜗轮。

为了消除蜗杆副的传动间隙，采用了双螺距渐厚蜗杆，通过移动蜗杆的轴向位置调整间隙。

这种蜗杆的左右两侧面具有不同的螺距，因此蜗杆齿厚从头到尾逐渐增厚。

但由于同一侧的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的啮合。

当工作台静止时必须处于锁紧状态。

为此，在蜗轮底部的辐射方向有8对夹紧瓦，并在底座上均布同样数量的小液压缸。

当小液压缸的上腔接通压力油时，活塞便压向钢球，撑开夹紧瓦，并夹紧蜗轮。

在工作台需要回转时，先使小液压缸的上腔接通回油路，在弹簧的作用下，钢球抬起，夹紧瓦将蜗轮松开。

回转工作台的导轨面由大型滚动轴承支承，并由深沟球轴承及双列向心圆柱滚子轴承保持准确的回转中心。

数控回转工作台的定位精度主要取决于蜗杆副的传动精度，因而必须采用高精度蜗杆副。

在半闭环控制系统中，可以在实际测量工作台静态定位误差之后，确定需要补偿角度的位置和补偿的值，记忆在补偿回路中，由数控装置进行误差补偿。

在全闭环控制系统中，由高精度的圆光栅发出工作台精确到位信号，反馈给数控装置进行控制。

回转工作台设有零点，当它作回转运动时，先用挡铁压下限位开关，使工作台降速，然后由圆光栅或编码器发出零位信号，使工作台准确地停在零位。

数控回转工作台可以作任意角度的回转和分度，也可以作连续回转进给运动。

2.2设计准则
我们的设计过程中，本着以下几条设计准则：
1）创造性的利用所需要的物理性能
2）分析原理和性能
3）判别功能载荷及其意义
4）预测意外载荷
5）创造有利的载荷条件
6）提高合理的应力分布和刚度
7）重量要适宜
8）应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸
9）根据性能组合选择材料
10）零件与整体零件之间精度的进行选择
11）功能设计应适应制造工艺和降低成本的要求2.3主要技术参数
（1）最大回转半径：275 mm
（2）回转角度：0～360°
（3）回转精度：0．03°
（4）最大承载重量100㎏
第3章数控回转工作台的设计
3.1 传动方案的选择
3.1.1传动方案传动时应满足的要求
数控回转工作台一般由原动机、传动装置和工作台组成，传动装置在原动机和工作台之间传递运动和动力，并可实现分度运动。

在本课题中，原动机采用应采用步进电机，工作台为T形槽工作台，传动装置由齿轮传动和蜗杆传动组成。

合理的传动方案主要满足以下要求：
（1）机械的功能要求：应满足工作台的功率、转速和运动形式的要求。

（2）工作条件的要求：例如工作环境、场地、工作制度等。

（3）工作性能要求：保证工作可靠、传动效率高等。

（4）结构工艺性要求；如结构简单、尺寸紧凑、使用维护便利、工艺性和经济合理等。

3.1.2 传动方案及其分析
由图3-1所示，数控回转工作台的传动方案有两种：方案一为一级和二级都是齿轮传动；方案二为一级齿轮传动，二级蜗杆传动。

图3-1 传动方案
方案一的最大缺陷是：
1.总传动比小；
2.占用空间大；
3.只能使工作台完成回转功能，无法使工作台完成自锁。

而方案二虽然传动效率低，但以上三个功能全部都能完成自锁。

所以数控回转工作台传动方案为方案二：步进电机——齿轮传动——蜗杆传动——工作台。

该传动方案分析如下：
齿轮传动承受载能力较高，传递运动准确、平稳，传递功率和圆周速度范围
很大，传动效率高，结构紧凑。

蜗杆传动有以下特点：
1．传动比大，在分度机构中可达1000以上。

与其他传动形式相比，传动比相同时，机构尺寸小，因而结构紧凑。

2．传动平稳蜗杆齿是连续的螺旋齿，与蜗轮的啮合是连续的，因此，传动平稳，噪声低。

3．可以自锁当蜗杆的导程角小于齿轮间的当量摩擦角时，若蜗杆为主动件，
机构将自锁。

这种蜗杆传动常用于起重装置中。

4．效率低、制造成本较高蜗杆传动方面：齿面上具有较大的滑动速度，摩擦
磨损大，故效率约为0.7-0.8，具有自锁的蜗杆传动效率仅为0.4左右。

为了提高减
摩擦性和耐磨性，蜗轮通常采用价格较贵的有色金属制造。

由以上分析可得：将齿轮传动放在传动系统的高速级，蜗杆传动放在传动系统
的低速级，传动方案较合理。

3.2 电机的选择
3.2.1步进电机的原理
步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。

每输入一个脉冲，电机转轴步进一个步距角增量。

电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。

步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。

步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。

广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。

选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。

而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。

在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。

一般地说最大静力矩大的电机，负载力矩大。

选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到机床所需的脉冲当量。

在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。

但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。

精度是由电机的固有特性所决定。

选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之最高速连续工作频率能满足机
床快速移动的需要。

优点：
直接利用数字量进行控制；
传动惯量小，启动，停止方便； 成本低；
无误差积累； 定位准确；
低频率特性比较好； 调速范围较宽
3.2.2 步进电机的选择及运动参数的计算
许多机械加工需要微量进给。

要实现微量进给，步进电机、直流伺服交流伺服电机都可作为驱动元件。

步进电机的特点:一是过载性好。

其转速不受负载大小的影响，不像普通电机，当负载加大时就会出现速度下降的情况，所以步进电机使用在对速度和位置都有严格要求的场合；二是控制方便。

步进电机是以“步”为单位旋转的，数字特征比较明显，这样就给计算机控制带来了很大的方便，反过来，计算机的出现也为步进电机开辟了更为广阔的使用市场；三是整机结构简单。

传统的机械速度和位置控制结构比较复杂，调整困难，使用步进电机后，使得整机的结构变得简单和紧凑。

所以选择步进电机的计算如下：
1）电机的选择
按照工作要求和条件选两相混合式步进电机 2）功率
工作所需功率为：
/1000w
w w w p F V kW
η= (3-1)
/9950w
W nw P T kW
η= (3-2)
式中150T N M = ，36/m in w r η= 电机工作效率0.97w η=，
15036/(99500.97) 3.9w p kW
=⨯⨯=
电机所需的输出功率为：
/w P P η
= (3-3)
式中：η为电机至工作台主动轴之间的总效率。

齿轮：0.97w η= 轴承：0.99w η= 蜗杆; 0.8w η= 。

因此331230.970.990.80.75ηηηη==⨯⨯=
0.75η=
/ 3.8w p p kw η==
一般电机的额定功率
(1 1.3) 3.8 4.2m p p kW
=-=-
则取电机额定功率为： 3.8m P =。

3）转矩
由后面齿轮的转矩可得：
5
4
95.510 1.8110p
T N mm n
⨯=
=⨯
4）确定电机转速
由文献[2, 5~5]表1-8推荐的各种机构传动范围为，取： 齿轮传动比：3-5， 蜗杆传动比：15-32，
则总的传动范围为：1231553245160i i i =⨯=⨯-⨯=- 电机转速的范围为
(45160)3616205760/min
m N i n r =⨯=-⨯=-为降低电机的重量和价格，选取常用两相
混合式步进电机11BYG250D-0502，其各项指标如表3-1所示:
表3-1 11BYG250D-0502步进电机指标
5）利用步距角检验
主要技术参数中，回转精度：0．03°。

60i =可得步距角为：
0.03 1.8i α==
计算的值与11BYG250D-0502步进电机的步距角相吻合。

11BYG250D-0502步进电机满足条
件。

3.3 齿轮传动的设计
如图3-2所示，一级传动为齿轮传动，其中1为小齿轮，2为大齿轮，传动比为3。

图3-2 一级齿轮传动
3.3.1 选择齿轮传动的类型与材料
1）选用直齿圆柱齿轮传动； 2）选用7级精度；
3）选择小齿轮材料为40Gr （调质），硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢（调质）； 4）选小齿轮齿数Z=24，大齿轮齿数取Z=72
3.3.2 按齿面接触疲劳强度设计
1t d ≥ (3-4) (1) 确定公式内的各计算数值。

1）试选载荷系数 1.3t K =； 2）计算小齿轮传递的转矩
5
4
1
11
95.510 1.8110p T N m m
n ⨯=
=⨯
3）由文献[1,205~205]表10-7，齿宽系数1d φ=
4）由文献[1,201~201]表10-6查的材料的弹性影响系数1
20189.9E Z M P =
5）由文献[1,209~209]图10-21d 按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限
lim 1600H M Pa σ=；大齿轮的接触疲劳强度lim 2550H M Pa σ=；
6）由文献[1，206~206]]式10-13计算应力循环次数
9
119
1230601980(282508) 3.8101.2710
3
b N n jL N N ==⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=
=⨯
7) 由文献[1，206~206]图10-19取接触疲劳寿命系数120.90;0.95HN HN K K == 8) 计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得
1lim 1
12lim 2
2[]0.9600540[]0.95550522.5H N H H N H K M P a
S K M P a
S
σσσσ==⨯==
=⨯=
（2）计算
1）试算小齿轮的分度圆直径1t d ，代入[]H σ中较小的值
1
65.28
t
d m m
≥==
2）计算周转速度v
11
65.281980
6.76/
601000601000
t
d n
v m s
ππ⨯⨯
===
⨯⨯
3）计算齿宽b
1
165.2865.28
t
b d d m m
φ
==⨯=
4)计算齿宽与齿高之比b
h
模数1
1
65.28
2.97
22
t
t
d
m m m
Z
===
齿高2.252.252.976.
t
h m m m
==⨯=
65.28
9.77
6.68
b
h
==
5）计算载荷系数
根据 6.76/
v m s
=，7级精度，由文献[1，206~206]图10-8查的动载荷系数 1.17
V
K=;
直齿轮1
H F
K K
αα
==;
由文献[1，193~193]表10-2查得使用系数1
A
K=;
由文献[1，196~197]表10-4用插值法查的7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时；
1.423
H
K
β
=,由9.77
b
h
=、 1.423
H
K
β
=,。

由文献[1，210~210]查图10-23得 1.35
F
K
β
=;
故载荷系数 1.66
H H
K K K K K
αβ
∧∨
==
6)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由文献[1,204~204]式（10-10a）得
11
70.8
d d mm
==
7）计算模数m
1
1
70.8
3.22
22
d
m
Z
===
3.3.3 按齿根弯曲强度设计
由文献[1，201~201]式（10-5）得弯曲强度的设计公式为
m ≥
(3-5)
（1）确定公式内的各计算数值
1）由文献[1，207~208]图10-20查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限1500FE M Pa σ=；大齿轮的弯曲疲劳强度极限2380FE M Pa σ=
2）由文献[1，206~206]图10-18，取弯曲疲劳寿命系数10.85FN K = 20.88FN K = 3)计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数 1.4S =,由式（10-12）得
11
122
20.85500
[]303.571.40.88380
[]238.861.4
FN FE F FN FE F K M P a M P a
S K M P a M P a
S
σσσσ⨯===⨯=
=
=
4）计算载荷系数K
1 1.171 1.35 1.58
A V F F K K K K F αβ==⨯⨯⨯=
5)查取齿形系数
由文献[1，200~200]表10-5查的1 2.72Fa Y = 22.24Fa Y = 6）查取应力校正系数
由文献[1，200~200]表10-5查得1 1.57sa Y = 21.75sa Y = 7）计算大小齿轮的
F a sa Y Y σF []
并加以比较
110.014Fa sa Y Y σ=F 1
[] 220.016Fa sa Y Y σ=F 2
[]
（2）设计计算
1.18m ≥
=
对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得到模数m=3.22,并就近圆整为标准值m=3mm,按接触强度算的的分度圆直径170.8d m m =，算出小齿轮齿数
1123.6d Z m
=
=,取124
Z =。

这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。

3.3.4 几何尺寸计算
1）计算分度圆直径
112232472372216d Z m m m d Z m m m
==⨯===⨯=
2）中心距
12
72216
1442
2
d d a m m
++=
=
=
3）计算齿轮宽度
117272d b d m m
φ==⨯=
取
127570B m m B m m
==
3.3.5 结构设计
如图3-3,3-4所示，两齿轮均为实心结构的齿轮，齿轮与轴采用单键连接。

图3-3 小齿轮
图3-4大齿轮
3.4 蜗轮及蜗杆的选用与校核
3.4.1 选择涡杆传动类型
根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）
3.4.2 选择材料
考虑到蜗杆传动功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45-55HRC。

蜗杆用铸锡磷青铜ZcuSn10P1,金属模铸造。

为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。

3.4.3 按齿面接触疲劳强度进行设计
根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，，再校核齿根弯曲疲劳强度，由文献[1，254~254]式（11-12），传动中心距
a≥(3-6)
(1)确定作用在蜗杆上的转矩
2
T
按
12
Z=，估取效率0.75
η=，则
6
6
6
222
112
3.80.759.5510
9.5510
9.55108247727/1980/60
P p T N m m
n n i η⨯=⨯=⨯=⨯⨯
=
（2）确定载荷系数
因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均匀系数1K β=;由文献[1，253~253]表11-5选取使用系数 1.15A K =;由于载荷系数不高，冲击不大，可取动载荷系数 1.05K ∨=；则
1.21A K K K K β∨==
(3)确定弹性影响系数E Z
因选用的是铸锡磷青铜涡轮和钢蜗杆相配，故1
2160E Z M Pa =。

（4）确定接触系数Z ρ
先假设蜗杆分度圆直径1d 和传动中心距a 的比值
10.35
d a
=，从[1]图11-18中可查得
2.9Z ρ=。

（5）确定许用接触应力[]H σ
根据涡轮材料为铸锡磷青铜ZcuSnP1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度>45HRC ，可从文献[1，254~254]表11-7中查得涡轮的基本许用应力'[]268H M P a σ=。

应力循环次数 7
2198060601822508 6.05610
60
h N jn L ==⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯
寿命系数
0.99H N K == 则 '
[][
]0.99
268266
H H N
H
K
M P a σσ==⨯= （6）计算中心距
198a m m ≥
=
取中心距200a m m =,因20i =，从文献[1]表11-2中取模数8m =,蜗杆分度圆直径
180d m m
=。

这时
1800.4200
d a
=
=，从[1]图11-18中可查得接触系数' 2.74Z ρ=,,因为'
Z Z ρρ
<,
因此以上计算结果可用。

3.4.4 蜗杆与涡轮的主要尺寸与参数
（1） 蜗杆。