范志剛

(國營大眾機械廠，山西 太原 030024)

1 概述

1.1 功能

某小型轉(zhuǎn)臺方位裝置是由電機通過裝置帶動轉(zhuǎn)臺及高低裝置水平轉(zhuǎn)動的裝置。該裝置主要采用機電一體化控制，使轉(zhuǎn)臺及高低裝置按控制指令自動水平轉(zhuǎn)動，該裝置還具有手動功能。

1.2 組成

該裝置主要由直流減速電動機、蝸輪蝸桿減速器、手動裝置、微動開關、殼體等組成。主要組成見表1。

表1 裝置主要組成

2 主要技術指標

2.1 技術指標(見表2)

表2 技術指標

3 詳細設計

3.1 工作原理及功能

3.1.1 工作原理

該裝置采用機電一體化技術，控制直流減速電動機帶動蝸輪蝸桿減速器正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，從而帶動轉(zhuǎn)臺自動水平轉(zhuǎn)動。

3.1.2 功能

該裝置具有自動功能和手動功能。

3.2 主要組成設計

該裝置通過直流減速電動機實現(xiàn)電能到機械能的轉(zhuǎn)換，通過傳動機構實現(xiàn)功率傳輸，減小速度，增強扭矩，從而轉(zhuǎn)臺自動水平轉(zhuǎn)動。

該裝置主要由直流減速電動機、蝸輪蝸桿減速器、手動裝置、殼體等組成。傳動簡圖見圖1。

圖1 傳動簡圖

3.2.1 電機選型

電機選型步驟如下：

1) 初選

根據(jù)技術要求計算負載功率

P=M·ω

其中：P為負載功率；M為負載轉(zhuǎn)矩；ω為負載角速度。

將技術參數(shù)代入公式，計算結果P=4.71W。

電機的主要參數(shù)見表3。

表3 磁直流減速電動機參數(shù)

減速比i1=50，i2=40；

輸出轉(zhuǎn)矩為：0.095×50×80%×40×50%=76 N·m

2) 核算

輸出轉(zhuǎn)矩為76 N·m，負載轉(zhuǎn)矩為30 N·m，約為負載轉(zhuǎn)矩的2.5倍。

電機電流為額定電流2 A，滿足最大耗流≤3 A的要求。

該型電機滿足要求。

3.2.2 蝸輪蝸桿減速器

1) 特點

該減速器具有以下特點：

a) 傳動平穩(wěn)，溫升低，噪音小，能適應在惡劣環(huán)境中長期連續(xù)工作；

b) 承載大，輸出扭矩大，壽命長；

c) 結構緊湊，體積小，重量輕，安裝空間緊湊，機械強度高。

2) 設計選用材料

蝸桿：40Cr鋼，表面調(diào)頻淬火處理；

蝸輪：采用特殊配制的耐磨錫青銅，將青銅輪圈鑲鑄在預熱的鑄鐵輪芯上，冷縮后產(chǎn)生箍緊力，使輪圈和輪芯可靠地連接在一起。

3) 結構

根據(jù)設計要求及結構形式，選取z1=1，z2=40，i=40，m=2。蝸輪蝸桿減速器示意圖見圖2。

圖2 蝸輪蝸桿減速器示意圖

4) 校核計算

蝸輪齒面接觸強度σH:369.317 N/mm2，通過接觸強度驗算。

蝸輪齒根彎曲強度σF:72.578 N/mm2，通過彎曲強度計算。

3.2.3 軸承的組合設計

軸承組合設計考慮在結構上保證軸系的固定、游動、游隙的調(diào)整。軸承支點跨距小于300 mm，采用兩端固定結構，用端蓋頂住軸承外圈的外側，其結構簡單，通過計算，留有適量的軸向間隙0.05mm，以避免工作中因熱伸長變形并保證軸承靈活運轉(zhuǎn)。間隙量是靠調(diào)整的方法來控制的，調(diào)整軸承外圈的軸向位置得到合適的間隙量。

圖3 校核計算圖

3.2.4 手動裝置

1) 功能及組成

該裝置具有手動功能，可通過手動將轉(zhuǎn)臺及高低裝置水平轉(zhuǎn)動。

手動裝置由齒輪副、離合器、手動軸、搖把等組成。示意圖見圖4。

圖4 示意圖

2) 齒輪副

此次設計中，齒輪傳動布置在低速級，選用直齒，傳動效率較高。材料選用鋼45，強度較高，塑性和韌性好，承受載荷較大，采用齒面高頻淬火處理，提高齒面硬度。齒輪副設計中，采用過輪，也稱為惰輪，保證電動旋轉(zhuǎn)方向與手動旋轉(zhuǎn)方向一致，同時因空間結構要求，改變齒輪副的中心距。

3) 離合器

采用彈簧作為離合器，將手動傳動系統(tǒng)直接與蝸輪蝸桿減速器相連，負責動力和傳動系統(tǒng)的切斷和結合作用。

3.2.5 殼體

殼體起著支持和固定軸系零件，保證軸系運轉(zhuǎn)精度、良好潤滑及可靠密封等重要作用。殼體采用ZL102制成，具有優(yōu)良的機械性質(zhì)；質(zhì)輕；切削性良好；耐腐蝕性良好；尺寸精度高；表面處理特性好；物理性質(zhì)佳；價格低廉、穩(wěn)定。

殼體設計時考慮了以下幾個方面：

1) 殼體具有足夠的剛度，避免在加工和使用過程中，出現(xiàn)因受復雜的變載荷而引起相應的變形。若殼體的剛度[2]不夠，會引起軸承中心線的過度偏斜，從而影響傳動件的運動精度，甚至由于載荷集中

而導致運動副的加速磨損。

2) 殼體具有可靠的密封性及便于傳動件潤滑，此次設計中，滾動軸承速度較低，采用脂潤滑。脂潤滑的結構簡單，易于密封。一般每隔半年左右補充或更換一次潤滑脂。潤滑脂的裝填量不應超過軸承空間的1/3～1/2。軸伸端密封屬接觸式密封，采用FB骨架唇形密封圈，內(nèi)有金屬骨架，與孔緊密配合裝配即可，注意唇形密封圈的安裝方向，以防漏油為主，唇邊對著殼體內(nèi)。同時允許在蓋與殼體接觸面均勻涂抹密封膠。

4 結束語

目前，根據(jù)任務書的要求，我們已完成設計工作。經(jīng)過驗證，設計結果滿足任務書要求，現(xiàn)已具備轉(zhuǎn)入試制階段的條件。