第6章 蜗杆轴的设计计算及轴承选用

第6章 蜗杆轴的设计计算及轴承选用

6.1 蜗杆轴的设计

1）选择蜗杆轴的材料

根据蜗杆蜗轮传动特性，选择蜗杆轴材料为20CrMnTi，采用渗碳淬火，淬火深度0.8-1mm，渗碳后硬度为55-61HRC。其机械性能由机械设计课程设计手册表2-9查得抗拉强度为1080MPa. 1) 蜗杆轴上的功率P=4.508kW，蜗杆转速n=1620r/min，

由公式得：转矩T=26.57N.m 2) 初步确定轴的最小直径

按照公式 dminC3取C=105。

dmin14.77mm

P 估算轴的最小直径，查机械设计教材表11.3n3) 蜗杆轴的结构设计

① 下图6-1-1为蜗杆轴的装配示意图

图6-1-1

② 根据轴的设计要求、结构工艺要求及轴向定位要求，确定蜗杆轴的直径和长度，如下图5-1-2

图6-1-2

3) 蜗杆轴的最小直径显然是安装同步大带轮处的直径，按照前面设计的同步带轮的要求，轴需与带轮及其胀紧套相匹配，故取35mm.

4) 按照前面蜗杆的设计要求，蜗杆的节圆直径，蜗杆的齿形长度为

130mm

5) 为了满足蜗杆加工过程中避免刀具干涉，以及处于对蜗杆使用过程

因杆齿两端受力考虑，选择蜗杆长度为244mm.

6) 初步选择滚动轴承。因为蜗杆蜗轮传动过程中，同时受到径向力和

轴向力的作用，由于轴向间隙可调，故选用角接触球轴承，双列背靠背安装，选择轴承型号为7208C，查机械设计课程设计手册，轴承的安装宽度B=18mm，轴承内径d=40mm.

7) 在安装同步带轮轴上，其受力情况可以看着为悬臂梁。对此，如果

不增加一对轴承支撑，对蜗杆轴的受压比较大，所以增加一对面对面安装的角接触球轴承，只起支撑同步带的作用，根据同步带的设计，选择轴承的型号为7007C，其安装的宽度为14mm。通过轴承套和同步带的安装可以确定该轴段的长度为98mm，从图6-1-1看出，其预留长度的目的是为了调整同步带轮的轴向距离，从而与电机轴的小带轮相匹配，保证其在同一安装平面。

8) 各轴间的倒角。螺纹倒角为C1，轴肩倒角为R0.5。 9) 根据转台底座支撑蜗杆轴承的位置设计，外隔套与底座配合用于轴承的定位和密封,轴承用紧固螺母支撑轴套固定，紧固螺母选用M40×1.5，螺纹长度为23mm,螺纹轴与轴承安装轴间留有3×1的螺纹退刀槽，轴套长22.5mm。

6.2 轴上载荷及其轴承的校核

根据轴的结构图，做出轴的计算受力简图如图6-2-1：

图6-2-1

（根据轴承的安装要求和受力分析，其支点为双列轴承中心偏移一个安装距离，查机械设计手册计算可知其与蜗杆的距离为185mm，由于右边支撑轴承仅仅支撑同步带轮的径向力，同步带的预紧力不大，最基本的面对面安装的角接触球轴承能够满足，受力分析时可以暂时不计算，而且根据安装要求，其成对安装的轴承能够轴向移动，满足蜗轮的轴向距离调节要求。）

1）计算作用在蜗杆轴上的力

T126.57N•m T2T1i12T1Z210826.570.752152.17Nm Z11Ft12T1/d12T1/qm226.57/501062.8N Ft22T2/d22T2/Z2m22152.17/5407971N Fr2Ft2tan7971tan202901N

1）

校核轴承寿命

查机械设计课程设计手册，7208C角接触球轴承的参数

动载荷Cr36800N

静载荷C0r25800N 查机械设计表8.6得：负荷系数fp为1.3. ① 计算派生轴向力

由机械设计表8.7，查得派生轴向力为：S=0.5R，则可求得左右轴承的派生轴向力分别为： S10.5R11992.75N S20.5R21992.75N

根据轴承的轴向负荷分析,轴承有向左移动的趋势，左边的轴承被挤压，根据力的平衡关系，作用在左边轴承的总的轴向力为

4893.75N ，作用在右边轴承的总的轴向力为 1992.75N. ② 计算当量动载荷

左边轴承：

A14893.750.190 C025800由机械设计表8.5，通过线性查值法求得：e10.51

A14892.751.23e1 R13985.5由e1查机械设计表8.5，并用线性插值法求得：x10.27、

y11.80，由此可求得

P1fp(x1R1y1A1)1.3(0.273985.51.804873.75)12803N

右边轴承：

A21992.750.077 C025800由机械设计表8.5，通过线性查值法求得：e20.45

A21992.750.5e2 R23985.5

由e2查机械设计表8.5，并用线性插值法求得：x20.27、

y22.05，由此可求得

P2fp(x2R2y2A2)1.3(0.273985.52.051992.75)6709.59

③ 轴承的寿命计算

由于，按照左边轴承计算轴承的寿命

106CLh()977Lh

60nP所以选择的双列角接触球轴承满足要求。

2）做出弯矩图和扭矩图

图6-2-2

图5-2

6-2-3

6.3 转台轴承的设计选择

根据转台回转分度工作的情况分析，转台轴承必须承受较大的轴向力和径向力，于是我们首先想到对称安装的圆锥滚子轴承或者通过圆锥滚子轴承和角接触球轴承组合安装来实现。如果是用于转台工作，对称安装的圆锥滚子轴承经过多年的实际应用情况反映出很多问题，最主要的问题是安装的空间过大，承受的空间倾覆力矩不够，于是通过多年的设计改进，现在转台多用组合轴承。我们知道推力球轴承能够承受巨大的轴向载荷，通过改进组合，将圆柱滚子轴承和推力球轴承组合设计，改进出适用于回转工作转台的组合轴承[7]。

本次设计转台选用的轴承是推力向心圆柱滚子轴承，其型号是：YRT325，主要尺寸：325×450×660mm,它由一个推力向心底圈和一个推力向心轴圈，一个推力垫圈，两个滚针保持架组件和一组向心圆柱滚子组成，如图5-3-1。该轴承的主要特点是：

1） 2） 3） 4）

能够双向承受轴向载荷、径向载荷以及倾覆力矩； 具有很高的倾覆刚度和旋转精度； 具有高精度、高刚度、低摩擦力矩； 结构紧凑，安装维护简便。

图6-3-1