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摘要：在对一级蜗杆减速器进行设计时，会遇到很多的问题，我们应当具备丰富的知识和一定的经验，才能够自如的应对困难，本文就一级蜗杆减速器的蜗杆轴进行结构分析，介绍了关于一级蜗杆减速器蜗杆轴的设计方法。希望能够给有关人士提供参考，提高计算的效率。
关键词：蜗杆轴;强度;一级蜗杆减速器
一、减速器设计任务
设计一链式输送机传动系统中的减速器。要求传动系统中含有一级蜗杆减速器。
1.已知条件
（1）工作平稳，单向转动;（2）工作年限：5年，每年工作天数：300天;（3）拽引链的允许速度误差在5%以内，减速器通风良好，减速器批量生产，备有三相交流电源，电压380/220V。
2.原始数据
拽引链拉力 F/KN、拽引链速度υ/（m/s）、拽引链齿数Z、拽引链结节距P/mm。
二、设计蜗杆轴前的准备
1、选择电动机
按照工作要求和工况条件，选用三相笼型异步电动机，电压为380V，Y系列。计算传动装置的效率、电动机所需额定功率、传动装置的传动比、电动机转速范围。从而根据已有电动机额定功率、满载转速、同步转速确定电动机型号。
2、动力学参数计算
（1）计算传动装置的总传动比和分配传动比。
（2）计算传动装置各轴转速、输入功率、输出功率、输入转矩、输出转矩（与电动机、链式输送机相连的轴和一级蜗杆减速器中的蜗杆轴、蜗轮轴）。
三、一级蜗杆减速器蜗杆轴的设计计算
1、选择蜗杆轴的材料并确定其许用弯曲应力
根据已经确定的蜗杆轴的转速、输入功率、所传递的转矩选择蜗杆轴的材料并确定蜗杆轴的许用弯曲应力。
2、计算蜗杆轴的最小直径
蜗杆轴的最小直径一般是在与联轴器相配合的轴段。根据蜗杆轴的材料、许用扭转切应力选择蜗杆轴的参数A0值，根据公式
算出直径d，再根据最小轴段上要开的键槽个数查《机械设计课程设计》表得到蜗杆轴径增大的倍数b，则蜗杆轴的最小直径
。為了使所选轴段的直径与联轴器的孔径相配合，故需同时根据所选联轴器的型号确定该轴段的直径d1。
3、设计蜗杆轴的结构
（1）、蜗杆轴的结构分析
为方便安装和调整蜗杆轴。采用沿蜗杆轴线的水平面剖分箱体结构，蜗杆轴不长，故轴承采用两端固定方式。
图1蜗杆轴示意图
b、轴段1的直径由所选的联轴器的轴孔长度L确定轴段1的长度L1=L。
c、轴段2的直径d2要考虑到联轴器的轴向固定及密封圈的尺寸，联轴器用轴肩定位，轴肩高度为h，则d2=d1+2h由于轴段2的长度L2涉及的因素较多，稍后再确定。d、轴段3和7上要安装轴承，考虑蜗杆轴受径向力、切向力和较大轴向力，所以选用圆锥滚子轴承。轴段3上所安装的轴承，其直径应既便于轴承安装，又符合轴承内径系列。由圆锥滚子轴承的参数表查得到轴承内径d、外径D、宽度B、尺寸T、轴承内圈定位轴肩直径da，因此轴段3直径d3=d。通常一根轴上的两个轴承型号相同，因此d7=d3=d。取挡油环厚度为Δ，则轴段3和7的长度为L3=L7=Δ+T[1]。
e、轴段2的长度L2除与轴上的零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件尺寸有关。取箱座壁厚为δ、轴承端盖厚为e，端盖与轴承座间的调整垫片厚度为Δt[3]。为方便在不拆卸外部连接部件的条件下，可以装拆轴承端盖连接螺栓，并使轮毂外径与端盖螺栓的拆装不干涉，故取外部连接部件轮毂端面与端盖外端面的距离为K1。轴承座位外伸凸台高Δt，轴承座长为L?，则有L2=K1+e+Δt+L'-L3 [1]。
f、轴段4和轴段6的直径应取轴定位轴肩的直径，则d4=d6=da。轴段4和6的长度可由蜗轮顶圆直径=de2、蜗轮齿顶外缘与内壁距离Δ1和蜗杆宽b1，及壁厚、凸台高、轴承座长等确定。L4=L6=de2/2+Δ1+δ+Δt'-L'-b1/2[1] 。
g、轴段5的长度即为蜗杆齿长b1，蜗杆的分度圆直径为d5，齿根圆直径为da5，至此已初步确定了蜗杆轴的各段直径和长度。 四、按弯扭合成强度校核蜗杆轴的强度
第一步，计算蜗杆轴的弯矩，并做弯矩图从而确定蜗杆轴的危险截面C。
第二步、根据危险截面C处的水平弯矩MH1、危险截面C左侧垂直弯矩MV1、右侧垂直弯矩MV2，危险截面C处的转矩T。从而计算得出危险截面C左侧合成弯矩
和右侧合成弯矩
[2]。接着判断M1和M2的大小，从而确定危险截面C的左侧或者右侧为危险剖面，危险剖面的合成弯矩为M（M为M1、M2数值较大者）。
第三步，计算危险截面的抗弯截面系数为
、抗扭截面系数为
、最大彎曲应力为
、剪切应力为
。
第四步，按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向传动的蜗杆轴，转矩按脉动循环处理，取折合系数为
，则当量应力为
[2]。 根据自己所选择的轴的材料、轴的热处理工艺、轴的直径，查《机械设计手册》，查出轴的许用弯曲应力[σ-1]，判断σca是否小于[σ-1]，若满足，则蜗杆轴的强度满足要求。
五、在进行各项参数计算时应当注意的问题
1、在计算一级蜗杆减速器各轴的功率时一定要根据电动机的实际功率来进行准确的计算，在计算各轴的转速时一定要按照电动机的满载转速来计算。
2、在计算轴的最小直径时，为了使所选轴的直径与联轴器的孔径相配合，故需同时选取联轴器的型号，根据联轴器的孔径确定轴的最小直径。
参考文献：
[1]吴宗泽.机械设计课程设计手册[M].4版.北京：高等教育出版社，2012.05.
[2]濮良贵，陈国定.机械设计[M].9版.北京：高等教育出版社，2013.5.
作者简介：姓名：赵伟 出生 19970617 性别：男 民族： 汉族 籍贯：中国 职务/职称：大学生 学历：本科 单位：延边大学 单位邮编：133000 研究方向：机械设计制造及其自动化 所在省市：吉林省延边朝鲜族自治州延吉市
关键词：蜗杆轴;强度;一级蜗杆减速器
一、减速器设计任务
设计一链式输送机传动系统中的减速器。要求传动系统中含有一级蜗杆减速器。
1.已知条件
（1）工作平稳，单向转动;（2）工作年限：5年，每年工作天数：300天;（3）拽引链的允许速度误差在5%以内，减速器通风良好，减速器批量生产，备有三相交流电源，电压380/220V。
2.原始数据
拽引链拉力 F/KN、拽引链速度υ/（m/s）、拽引链齿数Z、拽引链结节距P/mm。
二、设计蜗杆轴前的准备
1、选择电动机
按照工作要求和工况条件，选用三相笼型异步电动机，电压为380V，Y系列。计算传动装置的效率、电动机所需额定功率、传动装置的传动比、电动机转速范围。从而根据已有电动机额定功率、满载转速、同步转速确定电动机型号。
2、动力学参数计算
（1）计算传动装置的总传动比和分配传动比。
（2）计算传动装置各轴转速、输入功率、输出功率、输入转矩、输出转矩（与电动机、链式输送机相连的轴和一级蜗杆减速器中的蜗杆轴、蜗轮轴）。
三、一级蜗杆减速器蜗杆轴的设计计算
1、选择蜗杆轴的材料并确定其许用弯曲应力
根据已经确定的蜗杆轴的转速、输入功率、所传递的转矩选择蜗杆轴的材料并确定蜗杆轴的许用弯曲应力。
2、计算蜗杆轴的最小直径
蜗杆轴的最小直径一般是在与联轴器相配合的轴段。根据蜗杆轴的材料、许用扭转切应力选择蜗杆轴的参数A0值，根据公式
算出直径d，再根据最小轴段上要开的键槽个数查《机械设计课程设计》表得到蜗杆轴径增大的倍数b，则蜗杆轴的最小直径
。為了使所选轴段的直径与联轴器的孔径相配合，故需同时根据所选联轴器的型号确定该轴段的直径d1。
3、设计蜗杆轴的结构
（1）、蜗杆轴的结构分析
为方便安装和调整蜗杆轴。采用沿蜗杆轴线的水平面剖分箱体结构，蜗杆轴不长，故轴承采用两端固定方式。
- 、确定各轴段的直径和长度
- 首先画出蜗杆轴的结构示意图，如图1。
图1蜗杆轴示意图
b、轴段1的直径由所选的联轴器的轴孔长度L确定轴段1的长度L1=L。
c、轴段2的直径d2要考虑到联轴器的轴向固定及密封圈的尺寸，联轴器用轴肩定位，轴肩高度为h，则d2=d1+2h由于轴段2的长度L2涉及的因素较多，稍后再确定。d、轴段3和7上要安装轴承，考虑蜗杆轴受径向力、切向力和较大轴向力，所以选用圆锥滚子轴承。轴段3上所安装的轴承，其直径应既便于轴承安装，又符合轴承内径系列。由圆锥滚子轴承的参数表查得到轴承内径d、外径D、宽度B、尺寸T、轴承内圈定位轴肩直径da，因此轴段3直径d3=d。通常一根轴上的两个轴承型号相同，因此d7=d3=d。取挡油环厚度为Δ，则轴段3和7的长度为L3=L7=Δ+T[1]。
e、轴段2的长度L2除与轴上的零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件尺寸有关。取箱座壁厚为δ、轴承端盖厚为e，端盖与轴承座间的调整垫片厚度为Δt[3]。为方便在不拆卸外部连接部件的条件下，可以装拆轴承端盖连接螺栓，并使轮毂外径与端盖螺栓的拆装不干涉，故取外部连接部件轮毂端面与端盖外端面的距离为K1。轴承座位外伸凸台高Δt，轴承座长为L?，则有L2=K1+e+Δt+L'-L3 [1]。
f、轴段4和轴段6的直径应取轴定位轴肩的直径，则d4=d6=da。轴段4和6的长度可由蜗轮顶圆直径=de2、蜗轮齿顶外缘与内壁距离Δ1和蜗杆宽b1，及壁厚、凸台高、轴承座长等确定。L4=L6=de2/2+Δ1+δ+Δt'-L'-b1/2[1] 。
g、轴段5的长度即为蜗杆齿长b1，蜗杆的分度圆直径为d5，齿根圆直径为da5，至此已初步确定了蜗杆轴的各段直径和长度。 四、按弯扭合成强度校核蜗杆轴的强度
第一步，计算蜗杆轴的弯矩，并做弯矩图从而确定蜗杆轴的危险截面C。
第二步、根据危险截面C处的水平弯矩MH1、危险截面C左侧垂直弯矩MV1、右侧垂直弯矩MV2，危险截面C处的转矩T。从而计算得出危险截面C左侧合成弯矩
和右侧合成弯矩
[2]。接着判断M1和M2的大小，从而确定危险截面C的左侧或者右侧为危险剖面，危险剖面的合成弯矩为M（M为M1、M2数值较大者）。
第三步，计算危险截面的抗弯截面系数为
、抗扭截面系数为
、最大彎曲应力为
、剪切应力为
。
第四步，按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向传动的蜗杆轴，转矩按脉动循环处理，取折合系数为
，则当量应力为
[2]。 根据自己所选择的轴的材料、轴的热处理工艺、轴的直径，查《机械设计手册》，查出轴的许用弯曲应力[σ-1]，判断σca是否小于[σ-1]，若满足，则蜗杆轴的强度满足要求。
五、在进行各项参数计算时应当注意的问题
1、在计算一级蜗杆减速器各轴的功率时一定要根据电动机的实际功率来进行准确的计算，在计算各轴的转速时一定要按照电动机的满载转速来计算。
2、在计算轴的最小直径时，为了使所选轴的直径与联轴器的孔径相配合，故需同时选取联轴器的型号，根据联轴器的孔径确定轴的最小直径。
参考文献：
[1]吴宗泽.机械设计课程设计手册[M].4版.北京：高等教育出版社，2012.05.
[2]濮良贵，陈国定.机械设计[M].9版.北京：高等教育出版社，2013.5.
作者简介：姓名：赵伟 出生 19970617 性别：男 民族： 汉族 籍贯：中国 职务/职称：大学生 学历：本科 单位：延边大学 单位邮编：133000 研究方向：机械设计制造及其自动化 所在省市：吉林省延边朝鲜族自治州延吉市