手扶电梯驱动系统与控制电路设计

摘要
自动扶梯应用日益广泛，大型商场，宾馆都已离不开它，且在火车站，机场等也愈大显身手。

一个完整的扶梯系统包括电动机，主传动机构，链条机构，以及滚轮，梯级，扶手等。

通常把电动机，主传动机构，链条机构以及制动，限速机构设计成一整体，叫做驱动机。

本文驱动机采用整轴式，用蜗杆副作为传动装置。

驱动机是自动扶梯的驱动和减速机构，是其主要组成部分。

主要功能是驱动扶梯减速运行，完成停车制动，限制超速和逆转运行。

驱动机的产品质量直接影响整个扶梯的工作性能，工作状态，运载能力，工作寿命，所以扶梯对驱动机提出了极高的技术要求，研究驱动机，采用高技术设计驱动机，高质量地生产驱动机已成为开发和发展自动扶梯的重要课题。

本文还对对蜗杆副进行了较核，计算对键槽进行了受力分析。

关键词：自动扶梯；电动机；机构；制动；驱动机
Abstract
The range of Escalators includes products for commercial use - in department stores, hotels or offices, as well as those for use in public areas such as railway stations, airports or the underground.A comprehensive system of escalator includes the electric moror,the main The different specification thickness tubing, the spacingguide screw adjustment quantity size is different. After the caterpillar tractor the axis of a bridgemachine-finishing craft, designs the aggregate machine-tool which onits flange plate six holes drill hole working procedures uses huatai and the foundation.In the design process has consulted the massivedomestic and foreign correlation data, discovered at present does thedesign is a tradition but has the very many practical significance thedesign..
Transmission mechanism ,the chain transimission mechanism and steps,handrails. Usually,get the elector motor,the main transmission mechanism and additional brakes into one ,called the drive. As follows mainly clarifies the as follows main elaborationplastic tubing planet cutter system design.The turning gear cavity is loaded with, is the externalpower supply connects through it with on electric appliance.The drive is the most important part of the escalator ,which effects directly the quality of the escalator.for example ,the drive is the origin of the noise and the vibration produced when the escaltor works.
Keywords : Escalator moror mechanism brake drive
目录
1绪论 (1)
1.1 自动扶梯的基本结构 (1)
1.1.1 支承部分 (1)
1.1.2 驱动系统 (1)
1.1.3 运载系统 (2)
1.1.4 扶手系统 (3)
1.1.5 电气控制系统 (3)
1.1.6安全保护系统 (3)
2 驱动机的类型 (4)
2.1 驱动机应具备的技术条件 (4)
2.1.1驱动机的组成 (4)
2.1.2 驱动机的技术要求 (4)
2.2 驱动机主传动机构的选用 (5)
2.2.1 主传动机构的的选择原则和依据 (5)
2.2.2传动机构的性能及对比分析 (5)
2.3 驱动机的机构形式 (7)
2.3.1 立式和卧式驱动机 (7)
2.3.2 整轴式和分轴式驱动机 (7)
3 自动扶梯的驱动功率计算 (8)
3.1自动扶梯的主要参数 (8)
3.2 自动扶梯阻力计算 (8)
3.3 自动扶梯的功率计算 (10)
4 驱动机主传动结构的设计 (11)
4.1 ZC
蜗杆副的定义和传动特点 (11)
1
蜗杆副的设计与计算 (11)
4.2 ZC
1
4.3蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 (12)
蜗杆副的几何尺寸计算 (13)
4.4ZC
1
5 驱动机的结构设计 (16)
5.1 驱动机结构设计应达到的技术要求 (16)
5.2驱动机整体设计考虑的问题 (16)
5.2.1 选择机型确定基本结构尺寸 (16)
5.2.2 外观布置 (16)
5.3 整轴式蜗杆副驱动机蜗杆轴的结构 (17)
5.3.1 轴承及轴承在轴蜗杆上的位置 (17)
5.4蜗杆轴的设计 (18)
5.4.1蜗杆轴的材料 (18)
5.4.2确定蜗杆轴的最小直径： (18)
5.4.3轴的扭转刚度校核计算 (19)
5.5低速轴的设计 (19)
5.5.1确定低速轴的最小直径： (19)
5.5.2按弯扭合成强度条件进行轴强度校核 (20)
5.5.3轴的刚度校核计算 (22)
5.6键的联接强度计算 (23)
5.7 制动系统的设计 (24)
6 驱动机的安装工艺 (25)
6.1 驱动机安装中应实现的技术指标 (25)
6.2精心调整传动机构的啮合斑点 (25)
6.3完成图样要求的轴窜量 (25)
6.3精心装配，达到“最佳”配合 (25)
6.4提高表面质量 (25)
6.5制动器，限速器和防逆运转器的安装 (25)
6.6重视跑合工艺 (25)
6.7驱动机安装工艺流程 (25)
6.8测量一批零件精度，择优组合 (26)
6.9 对主要的大尺寸旋转零件做净平衡 (26)
6.10彻底清砂，涂防锈底漆 (26)
6.11安装轴系零件 (26)
6.12轴蜗杆与箱体配合 (26)
6.13电动机定子与箱体配合 (26)
6.14装轴承支承压盖和上轴承 (26)
6.15装配蜗轮，初测驱动机性能 (27)
6.16跑合 (27)
6.17装限速器与防逆运转器 (27)
6.18装制动器 (27)
6.19油漆 (27)
6.20安装补充： (27)
7 可编程序控制器 (29)
7.1 PC的结构 (29)
7.2 PC的工作原理 (29)
7.3 PC的工作方式 (29)
8 自动扶梯的PC控制 (31)
8.1 自动扶梯的主电路 (31)
8.2 自动扶梯的控制线路 (32)
8.3 PC控制梯形图 (33)
结论 (35)
致谢 (36)
参考文献 (37)
附录............................................................................................................... 错误！未定义书签。

附录1 ..................................................................................................... 错误！未定义书签。

附录2 (54)
1绪论
电梯是机电一体化的典型产品。

近年来自动扶梯的高速度发展，不仅满足了各部门
得到需要，而且促进了各行业的兴隆发达，效益倍增。

“自动扶梯热”的 形成和持续，将
进一步促使新产品的开发和产品质量的提高。

自动扶梯多用于人流密集的公共场所如：商场、大厦、地铁、车站、机场、码头等，
其特点是在较短时间内输送大量的客流。

自动扶梯的普及也给人节省大量时间，提高整个
社会的工作效率。

在这种形式下，普及电梯技术，研究电梯技术已成为当务之急。

1.1 自动扶梯的基本结构
1.1.1 支承部分
自动扶梯的支承部分即扶梯的
桁架，桁架架设在建筑物结构上，
能支承全部部件和乘客的重量，用
型钢焊接而成。

桁架上所有的弦，柱及对角支
承均可采用角钢、方形钢管焊接而
成。

要求刚度好、重量轻。

根据设
计需要和便于运输，桁架一般分成
三段，即上水平段框架、倾斜段框
架。

下水平段框架。

提升高度较大
时，再对倾斜段分段。

1.1.2 驱动系统
驱动系统由主机、主驱动轴、主驱动链、扶手带驱动链、扶手带驱动轴、梯级链张紧
装置等组成。

其功能是驱动梯级和扶手带的运动。

（1）主机 。

扶梯的动力，通过主驱动链使主轴转动。

（2）主驱动轴。

轴使的梯级链轮带动梯级链，使安装在梯级条上的梯级运功；轴上
的扶手带驱动链以相同的方式驱动扶手带驱动轮，使扶手带运功。

（3）梯级链轮张紧装置。

该装置安装在扶梯下部，作用使拉紧梯级链。

（4）自动润滑装置。

其功能是定时、定量对梯级、主驱动链等运动部件进行润滑。

图1-1 架结构1-上弦 2-下弦 3-柱 4-对角支承
1.1.3 运载系统
图1-2 驱动系统结构
1-扶手带2-牵引链轮3-控制柜4-驱动机组5-传动链条6-传动链轮
7-主驱动轴8-扶手驱动轮9-扶手带压紧装置10-梯级链条11-梯级运载系统由梯级、梯级链、导轨、地板和梳齿板等组成，其功能是运送乘客。

梯级链将主机的动力传送给梯级，使梯级沿着导轨运动
(1)梯级。

梯级的功能是用来运送乘客，是扶梯的工作部件。

梯级上有四个轮子，
二个直接装在梯级上，称为梯级滚轮；另二个装在梯级链上，使梯级与梯级相连，称为梯级链滚轮。

由于梯级链滚轮受的力要大一些，有称为梯级主轮；梯级滚轮则被称为副轮。

图1-3 滚子链
1-销2-链板3-滚子4-链级主轮5-梯级轴
(2)地板与梳齿板。

地板为乘客在扶梯两端提供站立平台，同时又是机房的盖板，
梳齿板位于梯级的出入口。

梳齿板上的梳齿与梯级的齿槽相啮合，保证梯级在回转时的安全性。

(3)导轨：导轨是梯级运动的导向，并起到支撑梯级及梯级链的作用。

由支承梯级
工作的工作导轨和使梯级回转的返回导轨、防止梯级在工作时脱轨的压轨及相应的支撑件组成。

1.1.4 扶手系统
扶手系统由扶手带，扶手带驱动装置。

扶手装置等组成。

（1）扶手带。

是与梯级以相同速度运动的，供人扶手的部件。

（2）扶手带驱动装置。

其功能是驱动扶手带。

（3）扶手装置。

扶手装置是乘客乘扶梯时扶手用的，同时起到护栏的作用。

它由扶手带、扶手带导轨、扶手支架、扶手栏板、内外盖板及裙部组成。

1.1.5 电气控制系统
电气控制系统实现对扶梯的运行控制，主要由控制柜，控制按钮、开关等组成。

1.1.6安全保护系统
安全保护系统的功能是当自动扶梯处于不安全状态，安全装置使之停止。

最常见的保护装置有：
（1）主驱动链破短保护。

当驱动链松弛或破断时，使扶梯停止。

（2）扶手带入口保护。

防止手伸入扶手带入口的保护。

（3）梯级链的安全保护。

当梯级链过分伸长或断裂时，使扶梯停止。

（4）梳齿板安全保护。

当梯级在通过梳齿板受到阻碍时使扶梯停止。

（5）梯级运行安全保护。

当梯级滚轮破损导致梯级塌陷时迫使梯级停止。

（6）防逆转保护。

当扶梯在运行中发生逆向运动时，使扶梯停止。

为了使乘客舒适，对公共场所不产生噪声污染，对扶梯的主要要求使运行平稳，噪声小。

故降低噪声和振动是扶梯技术的主要攻关项目。

扶梯由动力源，传动机构，执行机构三部分组成。

其工作原理是：电动机驱动主传动机构，链传动机构及多个滚轮，带动梯级循环运行，执行输送任务，往往把电动机，主传动机构及附加的制动与限速装置设计成一个整体，这个整体就称为驱动机。

驱动机是自动扶梯的驱动和减速机构，是其主要组成部分。

主要功能是驱动扶梯减速运行，完成停车制动，限制超速和逆转运行。

驱动机的产品质量直接影响整个扶梯的工作性能，工作状态，运载能力，工作寿命，所以扶梯对驱动机提出了极高的技术要求，研究驱动机，采用高技术设计驱动机，高质量地生产驱动机已成为开发和发展自动扶梯的重要课题。

2 驱动机的类型
2.1 驱动机应具备的技术条件
2.1.1驱动机的组成
图 2-1
图2-1 驱动机结构
驱动机主要由交流电动机，主减速器，制动器，限速器，防逆运转器及机架组成。

电动机和主减速器通过同轴线止扣用螺栓固联在一起。

电动机轴和主减速器的高速主
动轴为一体；制动器放在高速轴上，以获得较小的制动力矩；防逆运转器放置在低速从动
轴上，接通电源，制动器打开，电动机运转将功率输入给主传动机构，通过主传动机构的
从动轴将功率传人链机构，带动梯级和扶手带运行工作。

切断电源时，制动器通过弹簧由
包闸臂包紧包闸轮，产生摩擦力矩，使主轴减速停车。

当电动机超速时，限速器切断电源，
制动器工作，扶梯随之停车，同样逆运转时亦可体车。

整个驱动机固联在机架上。

2.1.2 驱动机的技术要求
（1）具有较高的强度
即在设计驱动机时，应首先满足在设计寿命内，不产生任何失效形式的强度要求。

（2）具有较高的传动效率
传动效率体现了输入功率在驱动机中有效利用的程度。

在输入功率相同的情况下，克
服生产阻力矩的大小直接影响驱动机传动效率的高低，也反映了能量损耗的多少。

（3）具有较高的体积载荷
体积载荷是指驱动机传递的功率除以驱动机体积所得的商。

即要求驱动机所占的空间
较小，在扶梯运载量不变的条件下，驱动机必须具有小体积，大功率的特性。

（4）要满足扶梯的要求
即驱动机须较大的减速比，恒定的运动速度（慢速 v ＝0。

5m/s ）,及满足连续，起动
次数较少的正反运动。

且正反运转具有相同的工作特性。

（5）具有较低的噪声和振动
为了达到人乘舒适，减少噪声对公共场所的污染，扶梯应具有噪声低，振动小，工作
运行平稳的特性。

（6）应具有合理的结构设计
主要评定条件是：满足强度和刚度的要求；外观朴实大方；制造与安装工艺好；装拆方便；成本低廉。

（7）具有灵活，可靠的制动性能
驱动机附设的制动器是为了缩短停车时间，加速停车。

其制动力矩应大于轴的输入转矩。

制动技术应先进，强度高，寿命长，灵活可靠，机构紧凑。

（8）限速器和防逆运转器要灵活可靠
2.2 驱动机主传动机构的选用
2.2.1 主传动机构的的选择原则和依据
驱动机主传动机构选择的原则是：
（1）驱动机的工况条件。

驱动机属于起动次数较少，空载起动，连续运行，传动比恒定，速度较低，工作冲击小，所需功率小，要求体积载荷大，传动效率高，振动小，噪声低，能正反运行的传动装置。

（2）环境良好，但通风条件差。

（3）制造，安装，维修的工艺性，成本，利润。

（4）主传动机构的技术含量及发展前景。

（5）结构形式及结构布置上的要求。

2.2.2传动机构的性能及对比分析
传动装置是把动力机产生的机械能，传送到执行机构上的装置。

驱动机中的传动机构和链传动机构，构成了扶梯和人行道的传动装置。

驱动机的件速器不分是扶梯传动装置的主要部分。

本设计将驱动机的传动装置称为主传动机构。

传动形式有械传动，液压传动，电传动三种类型。

其中机械传动是驱动机的最佳选择。

机械传动有多种形式，主要有摩擦轮传动，链传动，带传动，齿轮传动等。

其中摩擦轮传动过程中速度不恒定，滑动率较大，要设有加压装置，故承受的径向力大，体积载荷小，传动比范围小，使用寿命短，所以不适合驱动机的主传动机构。

带传动传动可实现大中心距，工作平稳、缓冲击、吸震、噪音低，有过载保护能力、结构简单、工艺性好、成本低，但传动比不恒定，滑动率大，传动不范围小、轴承受径向力较大、体积载荷小、寿命短等不足之外，不宜在驱动机上应用。

特别指出，齿形带吸取了链传动及带传动的优点，克服了其不足，已成为有发展前途的传动机构。

链传动由于具有多边形效应，传动中产生周期性加速度，引起振动和噪声，轴的径向力较大，磨损后易产生振动和脱链，只能用于低速传动，所以不能用于驱动机的主传动机构。

齿轮传动是机械传动中用途最广的传动形式，它具有其他传动机械形式不可比拟的许多特点，如传动效率高，传动比和速度范围大，传动比恒定，寿命长，体积载荷大，工作
安全可靠，而且种类很多。

通过以上机械传动类型特性简单比较，认为齿轮传动是驱动机的主传动机构的在目前的技术条件下，要优于其他传动形式。

是“最佳”方案。

齿轮传动种类很多，其啮合特点、应用范围、设计技术、结构特性等各不相同，所以用于主传动机构也必须认真研究，特别是结合工艺、设备条件加以选择。

国内外驱动机所选用的主传动机构差异较大，国内以选用蜗杆副为主，国外正向齿轮副以及行星齿轮系方向发展。

现列举主要的齿轮传动类型
渐开线圆柱齿轮副。

斜齿圆柱齿轮副具有重合度大、瞬时接触线长、承载能力大、工作平稳、噪音较低等特点，很大程度上满足了驱动机所要求的技术指标，得到广泛的应用。

目前国外多用同轴式二级斜齿圆柱齿轮传动作为主传动机构，这样驱动机结构紧凑、体积小、重量轻、体积载荷大其设计技术用的较合理。

采用展开式二级斜齿圆柱传动作为驱动机的主传动机构这种设计方法，未能更好的结合驱动机的技术要求加以体现，仅是一般的设计方法，机构不够紧凑，体积载荷较小。

圆柱蜗杆及圆柱斜齿轮的混合应用。

圆柱蜗杆副在大传动比时，传动效率较低。

为提高传动效率和使驱动机机构紧凑，又便于交错轴传递转矩，将渐开线斜齿圆柱齿轮副和圆柱蜗杆副联合应用作为主传动机构，也是较合理的设计方案。

圆锥齿轮副。

驱动机主传动机构可选用曲线齿圆锥齿轮副。

因为它具有传动平稳、振动小、噪音低、承载能力大、安全可靠、传动效率高等优点。

由于驱动机所用的传动比在20~40之间，用单级圆锥齿轮副四不能实现的，用二级传动机构设计较困难，故用圆锥齿轮副和圆柱齿轮副联合应用比较合理。

输入轴和输出轴垂直，显得机构紧凑，使用也更加方便。

形星齿轮传动。

行星齿轮在驱动机上的应用，也是驱动机设计的一大突破。

行星齿轮传动为主传动机构的驱动机具有机构紧凑，体积载荷大，噪音低、振动小、传动效率高的工作性能。

带传动与齿轮传动、蜗镐传动的混合机构。

利用齿形带的工作特性，特别是吸振、缓振的特点，可把齿形带放置在第一级，从而带动同轴式齿轮传动机构或一级蜗杆传动机构的驱动机将是一种良好的设计方案。

齿轮传动中的圆柱蜗杆副具有传动比范围大，速度恒定，体积载荷大，机构紧凑，工艺性好，机构简单，成本低，噪声低，便于设计成立式驱动机等一系列优点。

分析各种蜗杆传动的啮合特性及工艺等综合因素，采用圆柱蜗杆副为主传动机构较为合适。

通过蜗杆类型及几何参数、啮合参数的选择，可以克服传动效率低的不利因素。

2.3 驱动机的机构形式
2.3.1 立式和卧式驱动机
目前广泛应用的驱动机有；立式和卧式驱动机两大类。

立式和卧式在使用上没有什么区别，而在机构上有较大差异。

从整体机构分析，蜗杆副驱动机多用立式，立式一般情况下比卧式占有面积小，在扶梯上的安装较为方便。

2.3.2 整轴式和分轴式驱动机
整轴式就是电动机轴和主传动机构的高速轴为一体。

不是一体而用联轴器联接成一体时，为分轴式驱动机。

目前所用的驱动机中，卧式齿轮副驱动机都是分轴式的。

立式蜗杆副驱动机分两种，一种是整轴式蜗杆副驱动机，一种是分轴式蜗杆副驱动机。

目前西欧各国生产的自动扶梯普遍采用整轴式驱动机。

国内整轴式蜗杆副驱动机也被广泛应用。

九三太工大电梯实业公司也设计生产整轴式蜗杆副的驱动机，由于机构合理，安装工艺严谨而达到了较高质量。

整轴式蜗杆副驱动机与分轴式驱动机相比其主要特点是：降低了高度（一般低100~150mm）、成本和售价低（一般低20%），结构比较简单，就目前驱动机发展的方向，正向小型化发展，尽量要求驱动机的尺寸小，所以选用整轴式结构。

3 自动扶梯的驱动功率计算
3.1自动扶梯的主要参数
1) 提升高度H ：建筑物上，下楼层间的高度。

取H ＝5m ，为小提升高度。

2）理论输送能力t C ，设备每小时内理论上能输送的人数。

当自动扶梯的各梯级均站满人时，就达到了其理论输送能力，由3.1计算
1
3600
t KV
C Y = 式（3.1） 式中t C ——理论输送能力（人/h ）
K ——承载系数，与踏板名义宽度1Z 有关。

当1Z ＝1.0m 时，k=2 V ——额定速度（m/s ）取v=0.65m/s 1Y ——梯级深度（m ）取Y1=0.4m
所以t C =3600×20.65
0.4
⨯=11700(人/h)
3) 额定速度v 自动扶梯运行速度的快慢，直接影响到乘客在扶梯上的停留时间。

与满载系数＃密切相关，根据现场实测数据并经线性回归，得
ϕ＝1.1－0.6V=1.1-0.6×0.65＝0.71
4) 梯级名义宽度1Z 取1Z =1.0m 5) 倾角α为o 30
3.2 自动扶梯阻力计算
为方便起见，扶梯自重的线载荷t q 表示，经过估算每个梯级的重量为70kg 梯级的宽度大约是400mm ；每个滚子的重量约为2.5kg,梯级的节距是100mm 。

那么可以算出梯级的线载荷为，取g=10, 11个滚轮才间隔1.0m 。

t q =
7010
2.5101120.4⨯+⨯⨯⨯≈2700N 乘客的线载荷用r q 表示， 其计算公式如下
r q =0.4KQ
ϕ 式(3.1)
Q ——估计平均每个乘客的重量大约60kg, 0.4——表示梯级的宽度大约是400mm ； k ——每一梯级上可站立的人数； ϕ ——满载系数。

（取0.71）
代值计算结果是r q =2200N 总阻力法
总阻力法求自动扶梯阻力的思路是：分别计算自动扶梯驱动装置所需要克服的各项阻力，包括扶手系统的阻力，然后求出扶梯系统的总阻力。

见图
图3-1 扶梯的受力分析
（1） 路上分支倾斜区段乘客载荷形成的阻力。

1W = r q m L ⨯ sin cos αμα+（） 式(3.2) （2） 乘客载荷形成的阻力
梯路上水平分支区段共有2个，乘客载荷形成的相应阻力为：
2W =2r q l μ 式(3.3)
（3） 上分支与下分支倾斜区段梯级自重形成的阻力，可认为上、下分支的阻力相等。

3W =2t q m L μ 式(3.4)
（4） 上分支与下分支4个水平区段梯级自重形成的阻力这个阻力可看作相等。

4W =4t q l μ 式(3.5)
（5） 梯路曲线区段的运动阻力
这个阻力可看作乘客与梯级自重共同形成，每个曲线区段内的载荷均可分解为垂直梯路方向的载荷和平行梯路方向的载荷两部分。

垂直梯路方向的载荷应乘以()cos 2α因子，
而平行梯路方向的载荷则应乘以()sin 2α因子。

经过分析可以得出梯路曲线区段运动阻力
应为：
5W =[2r q (cos
sin
22
α
α
μ+)+4t q cos
2
μ
μ]l 式(3.6)
(6)梯路转向区段运动阻力
这个区段的阻力主要通过摩擦传递，即
6W = t q ψμ 式(3.7)
(7) 扶手系统阻力
7W =4r q (m L +2l )f
βμ
式(3.8)
上面各个式中的参数为
71~W W ——阻力（N ）
； r q ——乘客线载荷（N/m ）2200N t q ——梯路线载荷（N/m ）2700N
μ ——梯级车轮的摩擦因子，取μ=0.025~003；
l ——进出端水平端长度（m ），小提升高度取0.6m.
m L ——倾斜区段梯路水平投影长度(m)计算的4.33m
l '——梯路曲线区段水平投影长度(m)取0.6m
ψ——梯路转向时，梯级所经路径的曲线长度（m ）
；取2m β——乘客手握扶手胶带的附加阻力系数，取β=1.5 f q ——扶手胶带的线载荷（N/m ）,可以取f q =25N/m;
f μ ——扶手胶带阻力系数，可取f μ=0.3
α——自动扶梯倾角 30
经过计算得 1W =5239N 2W =80N 3W =702N 4W =195N 5W =266
6W =195N 7W =240
扶梯系统的总阻力就是上述各项阻力之和，
7654321W W W W W W W W ++++++=
W =6915N
3.3 自动扶梯的功率计算
自动扶梯的总功率计算可以用总阻力法求出，其具体公式如下：
N=1000WV
η 式(3.9)
式中N ——自动扶梯的总功率（KW ）
W ——用总阻力法求出的自动扶梯总阻力 V ——自动扶梯额定速度（m/s ）；0.65m/s η
——传动系统的效率 η的计算由四对滚动轴承副，（传动效率0.98）；两个链传动副（传动效率0.92）； 一对蜗轮副传动（传动效率0.9）。

则 η=420.980.920.90⨯⨯=0.703 式(3.10) 代值计算总功率N=6.45
4 驱动机主传动结构的设计
4.1 ZC 1蜗杆副的定义和传动特点
ZC 1蜗杆副其定义如下：一个圆柱蜗杆，其轴平面或法平面的齿廓是一段圆弧或是圆环面包络面的平面截线时，称这种蜗杆为圆弧圆柱蜗杆，简称ZC 蜗杆，齿形C 。

ZC 1蜗杆副属于ZC 蜗杆副的一种。

圆环面包络圆柱蜗杆副（ZC 1蜗杆）
该蜗杆属于包络型曲面纹面圆柱蜗杆，刀具是圆环面的砂轮，在刀具的轴平面内，产形线是圆环面母圆的一段凸圆弧，将刀具轴线置在过齿槽中与分度圆螺旋线平行的假想螺旋线的法面内，刀具轴线与蜗杆轴线的轴交角为01γγ=。

当刀具一边绕自身轴线转动，一边又相对蜗杆毛坯做螺旋运动是，刀具刃面的包络面，既蜗杆螺旋面。

ZC 1蜗杆磨齿工艺良好，可获得高精度硬齿面，是圆弧圆柱蜗杆最有发展前途的蜗杆。

圆弧圆柱蜗杆副的啮合特性 （1） 具有较大的诱导曲率半径ρ∑
蜗杆副共轭齿面呈凸凹公轭啮合，ρ∑较大，赫尔兹应力就小，同时动压润滑条件改善，齿面强度和传动效率提高
（2） 有良好的接触线形状
ZC 蜗杆副的接触线形状有利于动压油膜形成，Ω为40~75
约占理论啮合区的60%以上。

良好的润滑，使传动效率可达到（0.97~0.98），油温低，磨料磨损小，齿面强度高，承载能力大，工作平稳，噪音低的主要原因。

（3） 具有良好的工艺性 （4） 必须采用径向正变位
（5） 具有灵活的设计方案可快活的选择“最佳”几何参数也啮合参数。

（6） 对中心距偏差较敏感
中心距偏差增大时，回引起蜗杆齿顶也蜗轮齿面呈线接触，造成宏观接触 面积减少，“最佳”啮合部位无法实现。

4.2 ZC 1蜗杆副的设计与计算
电动机转速1n =1440r/min ，按强度校核，中心距a=180mm, ZC 1蜗杆副驱动机设计。

根据驱动机输出轴转速的一般要求2n ≈40r/min,可得公称传动比12i =40
按一般设计方案取，1139z ==2、z 、m=7mm 、为好。

但是为了提高设计质量推荐方案为：初选q=20, 1z =2, 2z =80,于是 m=
2
1z q a
z +=3.6mm 取3.5mm 式(4.1)
1z a=m(q+2z ) q+ 2z =
m
a 2 q+2z =102.85714, 取q=22 2z =81
4.3蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算
蜗轮轮齿因弯曲强度不足而失效的情况，都发生在蜗轮齿数较多（290Z >）时，或开式传动中，因此，对闭式蜗杆传动通常只作弯曲强度的校核计算，这种计算是必须的。

因为校核蜗轮轮齿的弯曲强度不仅只是为了判断弯曲断裂的可能性，对那些承重载的动力蜗杆副，蜗轮轮齿的弯曲变形还要直接影响到蜗杆副的运动平稳性精度。

考虑到蜗杆传递的功率不大，速度较低，故蜗杆选用45钢，因希望效率高些，耐磨性好些。

故蜗杆螺旋齿面要求表面淬火，硬度为45~55HRC 。

蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10p1,金属模制造。

为了节约贵重有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。

齿根弯曲疲劳强度验算
[]
F Fa F Y Y m d d KT σσβ≤=
2212
53.1 式(4.2)
F σ——蜗轮齿根弯曲应力，单位为a MP
[]F σ——蜗轮的许用弯曲应力，单位为a MP 。

[]F σ=[]F FN K σ'，其中[]F σ'为计人齿根
应力校正系数2sa Y 后蜗轮的基本许用应力，可查表得出，FN K 寿命系数，FN K =6
910
N
，其
中N 为应力循环次数。

（当610N ≠时，需将表中乘以FN K ；当72510N ≥⨯时，取72510N =⨯；510N <时，取510N =。

）根据此说明可以计算
FN K =6
9
7
10
2510
⨯=0.541 式(4.3) 1d ——为蜗杆公称直径77mm
2d ——蜗轮的公称直径283.5mm
m ——蜗杆模数为3.5
2Fa Y ——蜗轮齿形系数，可由蜗轮的当量齿数2
32cos v z
z γ
=及蜗轮的变位系数2x 查出。

根据此公式可计算蜗轮当量齿数2
32cos v z z γ
=
=82
Y β——螺旋角影响系数，1140
Y γ
=-
5.2γ=。