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《農業裝備技術雜志》2014年第四期

1零件的基本參數

常見的蝸輪蝸桿傳動如圖1所示，傳遞動力的兩根軸是呈空間交錯的方式。

1.1模數m和壓力角α模數m和壓力角α的選取關系到蝸桿蝸輪是否能正確嚙合，蝸桿的軸向模數要等于蝸輪的法面模數，蝸桿的壓力角要和蝸輪的壓力角要相等，這樣才能正確嚙合。蝸桿軸向壓力角與法向壓力角的關系就形成了導程角，關系式：

1.2導程角γ蝸桿的軸向壓力角和法向壓力角的關系形成了導程角。它的形成原理與蝸桿的旋向相一致，所以蝸桿軸向齒距pa與蝸桿導程pz的關系滿足pz＝z1pa。導程角大，傳動效率高；導程角小，傳動效率低。為達到較好的自鎖性，導程角常取γ＝3°～33°。在本機構中選擇導程角為γ＝3°11''''5''''''''。

1.3蝸桿頭數z1和蝸輪齒數z2蝸桿的頭數多少，使得蝸桿應用場合完全不一樣。頭數少時用于輕載傳動，頭數多時效率高可用于重載傳動。蝸桿的頭數多少可以根據使用情況下傳動比的大小和傳動效率來選取。當選取傳動比大時，頭數要少；當選取傳動效率高時，頭數要多。常用的蝸桿頭數是1、2、4、6。蝸桿頭數和導程角的關系有：z1＝1，γ=3°～8°。根據輪胎拆裝機的使用要求，為獲得大的傳動比，將蝸桿的頭數選擇為1，也就是單頭蝸桿。蝸輪的齒數由蝸桿的頭數決定，兩者滿足一定的關系：z2＝uz1。為增加傳動的平穩性，應選擇較多的蝸輪齒數，但過多的齒數的蝸輪較大，蝸桿的長度就越長，剛性不足，不利于傳動。當蝸輪直徑一定時，齒數z2選取過多，模數m就減小很多，這樣直接影響輪齒的彎曲強度也不利于傳動。所以，齒數的多少要適宜，常用的蝸輪齒數為：z2=32～80。為獲得大的傳動比，在輪胎拆裝機中的蝸輪選取模數為2，齒數為100，節圓直徑200.3，法向節距6.28。

1.4傳動比i蝸桿傳動減速裝置中，傳動比的公稱值選取范圍一般為5～80。在本機構中，根據使用要求，傳動比為1∶100。一般傳動比i大于80的話就是大傳動比。為解決大傳動比的技術問題，就要對蝸輪蝸桿的各個參數進行重新的設計，對傳動模數和齒數進行最優的設計。傳動比：i=n1主動/n2從動；蝸桿為主動的減速運動中i=n1/n2=z2/z1=u；式中：n1-蝸桿轉速；n2-蝸輪轉速。

2蝸桿設計

2.1參數設計蝸桿是本傳動系統中的主動件，它的強度、剛度需要滿足使用要求。為獲得大的傳動比，在輪胎拆裝機中的蝸桿選取模數為m=2，頭數z1=1，導程角為γ＝3°11''''5''''''''。蝸桿的軸向齒距：p1=m=6.28；蝸桿的導程：p2=mz1=6.28；蝸桿節徑：d1=z1mtanγ=qm=35.56。

2.2結構設計蝸桿的結構設計需要滿足承載的需要，所以需要使用軟件進行相關設計分析。本機構蝸桿采用CREO軟件進行三維建模，然后進行受力分析。其受力變形圖如圖2所示，為放大其變形的效果，示例中增加了受力的大小。

3蝸輪設計

蝸輪在傳動中起到了至關重要的作用，其設計中的主要難度是蝸輪輪齒的磨損。所以材料的選擇很重要，一般的，全部采用耐磨材料則成本較大，也不合理。如果采用45#鋼材料，成本低，但在嚙合處易磨損。根據設計的要求，將蝸輪分為蝸輪的輪芯和蝸輪的外廓兩部分，蝸輪結構設計示意圖如圖3所示。蝸輪輪芯和蝸輪輪廓分別采用不同的材料，既節省成本又增加蝸輪輪齒的耐磨性。為滿足蝸輪使用的要求，蝸輪輪芯采用45#鋼，蝸輪輪廓采用高鋁鋅基合金ZA-27。高鋁鋅基合金ZA-27材料，具有較高強度和硬度。具有較高的抗拉強度，幾乎超過了所有的有色金屬HT和KT。其力學性能顯著優于傳統壓鑄合金，抗拉強度提高50%。合金比重遠小于銅合金和黑色金屬。熱導率高，散熱快，磨面溫升慢且低，與蝸桿摩擦有更好的保護作用。材料密度低，產品質量輕，安裝使用方便。有著較高的阻尼特性，減振抗噪聲效果顯著。將45#鋼的蝸輪輪芯外鑄蝸輪外廓ZA-27形成蝸輪。

4結語

本系統以大速比蝸輪蝸桿傳動機構的設計與應用，結合蝸桿蝸輪的傳動特點進行參數化設計，并通過CREO軟件三維模型的受力分析，通過在輪胎拆裝機中的應用效果顯著。對蝸輪結構進行了組合設計，采用不同材料，實現了新型材料和普通材料的有機結合。整套傳動系統實現了高效率、低成本，產生了較好的經濟效益。

作者：汪榮青單位：浙江機電職業技術學院