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基于solidworks的蜗轮蜗杆型变速箱的设计与分析

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  • 发布时间:2014-08-26
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蜗轮蜗杆结构是机械传动系统中的常见结构,主要用于将空间交错垂直方向的动力进行传递,蜗轮蜗杆与其他传动机构,如圆锥齿轮机构、圆柱齿轮机构相比,在齿轮外形类似的情况下,传动比最大。

蜗轮蜗杆齿机构广泛应用在汽车工业、机械工业和农业各类领域中,通过动力轴的改变,实现升速或降速。尽管蜗轮蜗杆作为主要减速机构已实现系列化生产,但是实际生产应用过程中由于扭矩、转速、传动比的不同,仍然需要设计大量的蜗轮蜗杆变速箱。

传统蜗轮蜗杆变速箱的设计主要根据动力核算设计蜗轮蜗杆,根据安装位置、加工条件设计箱体,设计过程较为漫长,各部件的校核分析工作量较大。

Solidworks是基于草图特征的三维设计软件,其内嵌simulation有限元分析插件,能与迈迪参数化设计软件串行运行,因此在solidworks平台下进行蜗轮蜗杆变速箱的设计和分析,既能提高设计效率,又利于实现参数化设计分析。

1 蜗轮蜗杆概述1.1 原理蜗轮蜗杆传动机构是由齿轮传动机构延伸而来的,蜗杆上的齿形与齿轮机构类似,通常为渐开线齿廓,其上齿呈螺旋线形状分布,根据螺旋线的多少,用头数来区分蜗杆;蜗轮则是在圆周方向上滚切出若干齿形。蜗轮的齿数通常比较多,而蜗杆的头数通常比较少,因此二者的传动比通常比较大,蜗杆的转速远远大于蜗轮的转速。外部动力传递给蜗杆后,高速转动的蜗杆通过蜗轮后迅速降速;当实现升速时,则可将动力传递给蜗轮的齿轮轴,带动蜗杆高速旋转。

1.2应用蜗轮蜗杆变速箱主要用于传递交错轴之间的回转运动,在绝大多数情况下,两轴的空间是相互垂直的,轴交角为90。,蜗轮蜗杆变速箱广泛应用在机床、汽车、农业机械、工程机械中。蜗轮蜗杆减速箱通常与电动机连接,通过电动机带动蜗杆转动,经过蜗轮减速后将动力传递给各类工作部件,蜗轮蜗杆减速箱通常应用在矿山机械的物料输送带、包装机械的物料专业生产线中,蜗轮蜗杆减速箱降速效果明显,同时能获得较大扭矩,利于对低速、大功率物品做水平直线传送。蜗轮蜗杆机构通常也用于升速,例如工程机械中除雪设备,通常需要利用高速气流将地面积雪旋转吸收抛扔,而动力输入轴的转速通常为540转/分钟,需要通过蜗轮蜗杆加速后增大蜗杆的转速,带动作业部件除雪。

蜗轮蜗杆机构的优势主要有以下几点:首先传动比较大,比交错轴斜齿轮机构更紧凑;其次蜗轮、蜗杆之间是线接触,二者的承载能力比交错轴斜齿轮大得多;第三,重合度较大,传动较为平稳,振动噪声较小;第四,当蜗杆的导程角小于轮齿间的当量摩擦角时,机构具有自锁性,即只能由蜗杆带动蜗轮,而不能由蜗轮带动蜗杆,所以在大型工程机械中通常用于安全保护锁定。

蜗轮蜗杆机构的常见缺点如下:(1)由于啮合时相对滑动速度较大,所以齿面之间易于磨损,容易发热,导致传动效率较低,而且对于具有自锁性能的蜗杆机构,其效率更低。

(2)为了散热和减小磨损,通常需要贵重的抗磨材料和良好的润滑装置,从而提高了生产使用成本。

收稿 日期 :2013-04-13作者简介:周 文(1966-),男,四川泸县人,副教授,工学硕士,主要从事机械设计研究与教学。

26Equipment Manufacturing Technology No.7,2013最大处具有相关性,大圆环箱体端部应变较大,在1.688×10 7.581 x 10-7 mm之间,其中凸台根部应变最大。环节应变较大可以通过倒圆角或焊接加强筋等方式。

4 结束语在 solidworks环境下进行蜗轮蜗杆设计,可以充分利用迈迪参数化设计软件,极大降低了蜗轮、蜗杆的设计程序,无需草图和特征建模。对蜗轮蜗杆箱体的有限元分析发现,大圆管固定端的应力和应变较大,在箱体加工时要对端面倒圆角或焊接加强筋,在箱体整体固定时要在另-端加支撑,降低挠性变形。

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