11 4 驱动机主传动结构的设计
4.1 ZC1蜗杆副的定义和传动特点
ZC1蜗杆副其定义如下：一个圆柱蜗杆，其轴平面或法平面的齿廓是一段圆弧或是圆环面包络面的平面截线时，称这种蜗杆为圆弧圆柱蜗杆，简称ZC蜗杆，齿形C。ZC1蜗杆副属于ZC蜗杆副的一种。
圆环面包络圆柱蜗杆副（ZC1蜗杆）
该蜗杆属于包络型曲面纹面圆柱蜗杆，刀具是圆环面的砂轮，在刀具的轴平面内，产形线是圆环面母圆的一段凸圆弧，将刀具轴线置在过齿槽中与分度圆螺旋线平行的假想螺旋线的法面内，刀具轴线与蜗杆轴线的轴交角为?0??1。当刀具一边绕自身轴线转动，一边又相对蜗杆毛坯做螺旋运动是，刀具刃面的包络面，既蜗杆螺旋面。ZC1蜗杆磨齿工艺良好，可获得高精度硬齿面，是圆弧圆柱蜗杆最有发展前途的蜗杆。
圆弧圆柱蜗杆副的啮合特性 （1） 具有较大的诱导曲率半径??
蜗杆副共轭齿面呈凸凹公轭啮合，??较大，赫尔兹应力就小，同时动压润滑条件改善，齿面强度和传动效率提高
（2） 有良好的接触线形状
ZC蜗杆副的接触线形状有利于动压油膜形成，?为40~75
约占理论啮合区的60%以上。良好的润滑，使传动效率可达到（0.97~0.98），油温低，磨料磨损小，齿面强度高，承载能力大，工作平稳，噪音低的主要原因。
（3） 具有良好的工艺性 （4） 必须采用径向正变位
（5） 具有灵活的设计方案可快活的选择“最佳”几何参数也啮合参数。 （6） 对中心距偏差较敏感
中心距偏差增大时，回引起蜗杆齿顶也蜗轮齿面呈线接触，造成宏观接触 面积减少，“最佳”啮合部位无法实现。
4.2 ZC1蜗杆副的设计与计算
电动机转速n1=1440r/min，按强度校核，中心距a=180mm, ZC1蜗杆副驱动机设计。 根据驱动机输出轴转速的一般要求n2?40r/min,可得公称传动比i12=40
按一般设计方案取，z1?1、z2?39、m=7mm、为好。但是为了提高设计质量推荐方案为：初选q=20, z1=2, z2=80,于是 m=
z1a=3.6mm 取3.5mm 式(4.1) q?z2 12 z1a=m(q+z2) q+ z2=
2a mq+z2=102.85714, 取q=22 z2=81
4.3蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算
蜗轮轮齿因弯曲强度不足而失效的情况，都发生在蜗轮齿数较多（Z2?90）时，或开式传动中，因此，对闭式蜗杆传动通常只作弯曲强度的校核计算，这种计算是必须的。因为校核蜗轮轮齿的弯曲强度不仅只是为了判断弯曲断裂的可能性，对那些承重载的动力蜗杆副，蜗轮轮齿的弯曲变形还要直接影响到蜗杆副的运动平稳性精度。
考虑到蜗杆传递的功率不大，速度较低，故蜗杆选用45钢，因希望效率高些，耐磨性好些。故蜗杆螺旋齿面要求表面淬火，硬度为45~55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10p1,金属模制造。为了节约贵重有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。
齿根弯曲疲劳强度验算
1.53KT2式(4.2) YFa2Y????F?d1d2m
?F?
?F——蜗轮齿根弯曲应力，单位为MPa
[?F]——蜗轮的许用弯曲应力，单位为MPa。[?F]=[?F]?KFN，其中[?F]?为计人齿根
610应力校正系数Ysa2后蜗轮的基本许用应力，可查表得出，KFN寿命系数，KFN=9，其N中N为应力循环次数。
（当N?106时，需将表中乘以KFN；当N?25?107时，取N?25?107；N?105时，取N?105。）根据此说明可以计算
610=0.541 式(4.3) KFN=9725?10d1——为蜗杆公称直径77mm
d2——蜗轮的公称直径283.5mm
m——蜗杆模数为3.5
zYFa2——蜗轮齿形系数，可由蜗轮的当量齿数zv2?2cos3?及蜗轮的变位系数x2查出。
根据此公式可计算蜗轮当量齿数zv2?z2cos3?=82
Y?——螺旋角影响系数，Y?1??140 ??5.2
13 T2蜗轮的是的公称转矩，其计算公式如下：
6=T9.55?10?2
p2p??式(4.4) ?9.55?106?1n2n1/i12
式中p1——蜗杆轴的输入功率6.45kw
n1——蜗杆的转速1440r/min p2——蜗轮功率输入功率 n2——蜗轮的转速
?——蜗杆副的转动效率0.90
代值可计算出T2=1.56?106
K——载荷系数，K=KAK?KV，其中KA为使用系数，K?为齿向载荷分布系数，当蜗杆传动平稳载荷下工作时，载荷分布不均匀现象将由于工作表面良好的磨合而得到改善，此时可取K??1。KV为动载荷系数，由于蜗杆传动一般较平稳，动载荷要比齿轮传动的小得多，故KV值可取定如下，当蜗轮的圆周速度v2?3m/s时，取Kv=1.0~1.1；v2?3m/s时，
Kv=1.1~1.2。取Kv=1.05
其计算公式如下：
K=KAK?KV=1×1×1.05=1.05 式（4.5)
当量齿数 zv2? 82
根据 x2= －0.07143, zv2?82，可差得齿形系数YFa2＝2.26 螺旋角系数 Y?＝0.963，KFN＝0.541
??F?＝56×0.541＝30.32MPa
1.53?1.05?1560000?0.963?2.26＝24.66﹤??F? ?F =
77?283.5?3.5?F 所以合格
4.4 ZC1蜗杆副的几何尺寸计算
表4-1 蜗杆副各个尺寸计算
序号 1 名称 变位系数 ZC1蜗杆副（计算公式） 最佳0.7~1.2 结果 0.9 备注 14 续表 4-1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 齿形角 齿形圆弧半径 齿顶高系数 顶隙系数 齿厚 齿距 齿廓圆弧中心 齿廓圆弧中心 砂轮直径 全齿高 23?0.5 m ?(5.5~6）?=1 ha23 20.3 1 0.16 4.40 10.99 18.69 7.56 c?=0.16 sx1=0.4?m px??m c?b?r1?d?a?r1?cos?n cos?n sin?n ?h?(2ha?0.16)m ?ham?sin? mx?sin?12 最小齿廓圆弧半径 min8.96 两者之中取大值 min13 14 15 16 17 中心距 蜗杆齿数 蜗轮齿数 蜗杆直径系数 变位系数 a?1m(q?z2?2x) 2180 2 81 22 -0.0175 由强度确定 z1?2 z2?81 d1?22 ma1x??(q?z2) m2q?18 模数 mx?2a (q?z2?2x)3.5 19 20 法向模数 蜗杆导程 mn?mxcos?1 pz??mxz1 3.486 21.98 15 续表4-1 21 蜗杆导程角 ?1?arctan(1) z1) q?2xzq5.2 22 蜗杆节圆柱导程角 蜗杆分圆柱半径 蜗轮分圆柱半径 蜗杆节圆柱半径 蜗轮节圆柱半径 蜗轮喉圆半径 蜗杆顶圆柱半径 蜗轮根圆半径 蜗轮根圆半径 蜗轮顶圆直径 蜗轮咽喉母圆半径 蜗轮齿宽 蜗杆齿宽 法向齿形角 蜗杆螺旋参数 ?1??arctan(r1?5.227 35.5 141.75 38.26 145.75 143.23 77 34.44 139.46 288.05 35 53 72 0.4227 3.5 23 23 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 1mxq 21r2?mxz2 21r1??mx(q?2x) 21r2??mz2 2 ra2?r2?2ha ra1?1?mx(q?2ha) 2rf1?rf2?1?m[q?2(ha?c?)] 21?m[z2?(ha?c?)?2x] 2dH?da2?(1~1.5)mx rg2?a?ra2 b2?(0.65~0.7)da1 b1?(12.5?0.1z2)mx tanan?tanaxcos?1 p?1mz1 237 传动比 i12??1n1?=40 ?2n2?d1n1 40.5 38 39 40 蜗杆圆周速度 蜗轮圆周速度 相对速度 v(12)60?1000?d2n2v2? 60?1000mn1?(q?2x)2?z12 19100v1?5.88 0.535 5.71