高速蜗轮副齿面修形及跑合系统的设计

高速蜗轮副齿面修形及跑合系统的设计 2006年9月中国制造业信息化第35卷第17期 高速蜗轮副齿面修形及跑合系统的设计 江刘苗 (江苏省农垦集团有限公司,江苏南京210008) 摘摹:根据用户要求,分析了八头高速蜗轮副的工艺要求,设计和制造了相应的高 速蜗轮副齿面 修形及跑合系统,经过实际使用,蜗轮副接触面积达到90%,具有较大的推广价值. 关键词:八头高速蜗轮副;修形;跑合;润滑 中图分类号:TH132.44文献标识码:A文章编号:1672—1616(2006)17—0068—03 宝钢钢管分公司在江苏省金象减速机有限公 司订购的八头高速蜗轮副产品,最高转速为"= 3375r/rain,输入功率为55.93kW,经过仔细研究 和优化设计确定其参数为:模数=9ram,蜗杆分 度圆直径dl=87.28mm,蜗杆头数=8,砂轮分 度圆齿形角a=20.,砂轮母线曲率半径p= 50mm,蜗杆分度圆螺旋升角y】=39.3113,蜗轮 齿数z2=30,中心距a=183.5ram.此八头高速 蜗轮副的生产在国内是空白,具有领先水平.为了 提高蜗轮副的啮合效果,使其接触斑点面积达到 70%,90%甚至以上,就要对蜗轮齿面进行修形; 由于蜗轮副装配到工作机上时就必须立即正常运 行,因而蜗轮副出厂前必须进行充分的跑合(空载, 负载),为此需要设计制作齿面修形及跑合系统. 1系统的总体设计 1.1总体系统图 总体系统图如图1所示. 控台及计算机磁粉|?动器 信^处理中一 l ln机...十/L.抖I\[:装 忆I 图1总体系统图 1.2设计分析 a.蜗轮副工作时是受恒转矩,最大输出转矩 丁2计算如下: Pl=55,93kW T2=9550×PI×i/n1= 9550×55.93×3.75/3375= 593.45(N?IT/)(假设传动效率为100%) i=g2/gl=30/8=3.75 式中:Pl为输入功率;为速比;",为最高输入转 速. b.目前市场上电机的最高输出转速均在 3000r/min以下,如果要使系统输入转速达到 3375r/min,必须在电机后增加一级增速器,这样 就会使整个系统的设计非常复杂.另一方面,蜗轮 副的实际工作中在最高转速时的工作运转时间不 是长期连续的,大部分工作在3000r/min以下. 同时,系统不同规格的标准配件(如电机,磁粉制动 器等)价格的差别也是很大的,为了降低系统设计 的复杂程度和经济成本,确定系统最高输入转速 ,2=3000r/rain,这样就可以直接选取标准电机, 并且其他标准配件的规格也会相应降低,而在此转 速下进行满负载跑合试验,已基本满足试验要求. 1.3标准配件规格的确定 a.电机的确定:蜗轮在修形的初期修形量较 大,这时要求电机输入转速较低,而蜗轮修形后期 主要是降低蜗轮齿面的粗糙度,这时要求电机输入 较高的转速;蜗轮副在跑合时按照相关标准的规 定,需要从低速到高速逐渐进行.为了减少更换电 机和重复安装的次数,首先确定电机为调速电机. 并且要求其额定功率和转速大于或等于系统的最 高输入转速"和最高功率P. 收稿日期:2006—05,11 作者简介:江刘苗(1975一),男,安徽安庆人,江苏省农垦集团有限公司工程师, 硕士,主要研究方向为计算机辅助工程和系统集成. ? 应用研究?江刘卣高速蜗轮副齿面修形及跑合系统的设计69 =3000r/min P=丁,×/(9550×i)=49.7l(kW) 式中:丁2为最大输出转矩;i为速比. 确定电机为YBP250M2A,额定最高转速 3000r/min,功率55kW. b.蜗轮副输入端转矩传感器的确定,要求其额 定转矩和转速大于系统的最高输入转速和最高 转矩丁. Tt=9550×P/n=9550×49.71/3000= 158.24(N-m) 确定转矩传感器为C(姐一20,额定转矩 200N-m,额定转速4000r/min. c.蜗轮副输出端转矩传感器的确定,要求其额 定转矩和转速大于蜗轮副的最高输出转速和最 高转矩丁,. 2=/i:3000/3.75=800(r/min) 确定转矩传感器为CGQ一100,额定转矩 1' 1000N?m,额定转速2000r/min. d.磁粉制动器的确定(作为加载器使用),要求 其在最高转速时(2=800r/min)连续运转的额定 转矩1,大于蜗轮副的最高输出转矩T2. 确定磁粉制动器为CZ一1000,额定滑差功率 为P=50kw.当蜗轮副输出转速为2=800r/ min,即蜗杆输入转速为3000r/min,此时磁粉制动 器额定转矩为 T=9550P/n2=9550×50/800= . 596.875(N.m) 2工装设计 工装设计的原则是要求修形和跑合的工装通 用,如图2所示. 2.1箱体设计 箱体设计为上,中,下三分体结构,这样就可以 在对多个蜗轮修形而进行更换蜗轮时,只需打开下 d气6 1一蜗杆(艺蜗杆);2一蜗轮;3一喷油管;4一上箱体;5一中箱休;6--F箱体;7一观察 窗;8--一级过滤椒; 9一二级过滤板;10--过滤器;11一油泵;12--温度传感器;13一溢流阀 图2修形和跑合工装 箱体进行更换蜗轮.当修形结束后进行跑合时直高,如果润滑状况不好,不能形成 良好的润滑油膜, 接打开上箱体,更换工艺蜗杆为成品蜗杆即可.很容易发生磨粒磨损,胶合等失效 形式.当相对滑 2.2蜗杆设计动速度l2>10m/s时,应采用强制润滑蜗轮副. 工艺蜗杆和成品蜗杆的安装尺寸设计成完全12=7【/(60×1000cos71)= 一 致[1,2].丁【×87. 28×3ooo/(6o× 2.3观察口设计1000COS39.3113)=l7.78(m/s) 在下箱体设计大的观察口,以便在修形时随时因而,此蜗轮副跑合时必须采用强制 润滑. 观察蜗轮齿面情况.b.蜗轮齿面在修形时,齿面摩擦和切屑的形成 会产生大量的热量,为防止齿面烧伤与切屑滞留划 3润滑系统设计伤蜗轮齿面,必须设计润滑系统以冷却,冲洗,润滑 3.1润滑系统设计的必要性齿面,使其达到修形效果. a.蜗杆传动相对滑动速度大时,发热量相对较3.2具体设计 702006年9月中国制造业信息化第35卷第17期 a.润滑点设计:各个轴承均设置润滑点;蜗轮 副啮合处的润滑设计是在蜗杆的两边平行于蜗杆 轴线布置2根8mm的铜管作为喷油管(图2,件 3),并分别钻有l0个直径为2mm的小孔指向啮合 部位,这样蜗轮副在两个方向运转时都可以得到充 分均匀的润滑. b.流量,压力:流量根据蜗轮副的中心距 183.5mm应为4L/min,考虑到润滑点多,并且考虑 到修形时冲洗效果,采用流量6L/min,油管压力采 用0.3--0.4MPa. C.其他设计:由于修形时会有切屑产生,跑合 初期也容易产生铜屑,因此除了油泵进油口设有过 滤器外,增设了一级过滤板和二级过滤板以增强过 滤精度,防止杂质堵塞过滤器;进油口和回油口均 设有温度传感器,以便观察和采集温度数据. 4系统使用 a.系统先用于齿面修形,此时工装上装配工艺 蜗杆,脱开与磁粉制动器联接的联轴器,润滑系统 采用煤油与机油的混合液,采用不同的输入转速 (由低至高)使蜗轮齿面修形区域达到90%以上为 止. b.修形工作完成后清理工装,润滑系统内的杂 质,并进行充分的清洗和冲洗.更换工艺蜗杆为成 品蜗杆,更换混合液为齿轮油.进行空载跑合,负 载跑合,并收集数据(部分数据摘录见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1). 5结束语 江苏省金象减速机有限公司运用齿面修形及 表1跑合数据记录表 跑合系统对八头高速蜗轮副进行实际修形,达到了 齿面要求;同时也进行了跑合试验,蜗轮副产品在 实际应用中达到了用户使用要求,得到了用户的认 可.此系统的设计及制作运用的成功,对生产此类 高要求蜗轮副产品有相当大的借鉴作用,同时积累 了宝贵经验. 参考文献: [1]杨兰春.蜗杆传动手册[M]上海:华东化工学院出版社 1990. [2]中国机械设计大典编委会.中国机械设计大典(第4卷)[M] 南昌:江西科学技术出版社,2002. DesignoftheProfilingAmendmentandMatchingSystemfortheHigh——SpeedWorm JIANGLiu—miao (JiangsuAgricultureAssartingGroupCo.Ltd.,JiangsuNanjing,210008,China) Abstract:Accordingtocustomer'Srequest,itanalyzestheprocessingrequirementofeight— threadhigh— speedwoITngearset,designsandmakesthecorrespondinggearprofileamendmentandrunni ng—insystem ThewormgearsetmeshSUrfaceareareaches90%andSOisworthwidelyapplied. Keywords:Eight—ThreadHigh— SpeedWormGearSet;ProfileAmendment;Matching;Lubrication