1目 录摘要 .2第一章 引言 .31.1 设计的目的、意义及技术要求 .31.2 当二包发展概况 .41.3 前平面二包理论与应用研究不足与研究展望 .81.4 齿轮减速器的发展趋势 .9第二章 平面二包的传动原理和总传动比分析设计 .122.1 传动原理 .122.2 主要特点 .122.3 传动方案对比和选取 .142.4 电动机的选择 .14第三章 平面二次包络环面蜗杆传动的设计 .183.1 主要参数的选择原则 .183.2 几何尺寸计算 .20第四章 直齿轮设计计算 .244.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 .244.2 按齿面接触强度设计 .244.3 按齿根弯曲强度设计 .264.4 几何尺寸计算 .27第五章 轴的设计计算 .285.1 轴的设计计算 .285.2 轴的设计计算 .295.3 轴的设计计算 .305.4 键的设计计算 .31结论与展望 .33参考文献 .34致谢 .35附录 1 译文 .36附录 2 英文原文 .522平面二次包络环面蜗杆传动数控转台的设计摘要：为了拓宽数控机床的适用范围，实现提高刚性，提高旋转过程中的承载能力的弱点，本设计针对国内的传动转台的弱点，实现了可以承受较低切削扭矩的零件加工具体，通过整体方案和结构设计，传动装置采用两级传动，其一级传动由一对传动比为1：63 的平面二次包络环面蜗轮副实现，二级传动由一对传动比为1：2.857的直齿轮实现，总传动比为1：180，这样的结构尺寸小，承载大，实用性强。关键词：数控转台；平面二次包络环面蜗轮副；加工范围The design of plane double enveloping worm gear on the NC rotary tableAbstract: In order to broaden the scope of CNC machine tools to achieve increased rigidity and improve the carrying capacity of rotating process weaknesses, the design of drive turntable for domestic weakness can be achieved under low cutting torque machining of specific programs through the whole and structural design, gear drive with two levels, its a drive transmission ratio by a pair of one sixty-three plane double enveloping Worm achieved by a pair of secondary transmission ratio of 1:2.857 direct drive Gears, the total transmission ratio is 1:180, the structure of such small size, carrying a large, practical.Keywords: NC rotary table; plane double enveloping worm gear; processing range3第一章 引言1.1 设计的目的、意义及技术要求我湘潭大学机械工程学院近期购买的一台国产 4 轴 4 联动数控铣床，配置的作为机床第 4 轴的数控转台就是 TK13 系列中的 TK13250 型号。在使用中，以充分暴露其刚性不足，在旋转过程中承载能力差的弱点，这几乎是国产数控转台的通病。生产厂家在其说明书已明确规定，转台出于非刹紧状态时， “只能承受较低切削扭矩的零件加工”。因此，数控机床虽有多轴联动的功能，却很难在转台参与联动的过程中进行实质性的切削加工，极大地限制了数控机床的使用范围。上述弊端的存在，主要是因为传动链最后一环的蜗杆蜗轮机构品质低劣，与国际上高品质的蜗杆蜗轮副相去甚远，精度、强度、寿命均不在一个档次。本设计目的为了研制高性能的数控转台，尤其以高扭矩为目标。突破传统的蜗杆蜗轮传动模式，以平面二次包络环面蜗杆传动与普通斜齿轮搭配来减速，立志于提供高强度、高精度、高寿命的目的。平面二次包络环面蜗杆传动（简称平面二包）是我 1970 年代首创的一种新型机械传动形式。它是在美国“Cone”蜗杆（俗称球面蜗杆）和日本东京工业大学“斜平面蜗轮”的基础上发展而来的。该传动比国际王牌产品美国 ConeDrive 工艺性能更好，蜗杆齿面可以淬火并用砂轮磨削，啮合质量高。由于该蜗杆副齿面啮合时呈双线接触，接触点的法向速度大，综合曲率半径大，接触应力小，易形成油膜，具有承载能力大、效率高、使用寿命长等优点。经美国 ConeDrive 公司测试承载能力为其相应产品的2.2 倍。被誉为“当代最优越的蜗杆传动” 。为了推广先进蜗杆传动产品，国家已颁布“平面二次包络环面蜗杆减速器国家标准” ，并宣布淘汰落后的阿基米德蜗杆减速器。平面二次包络环面蜗杆传动是具有国内外先进制造水平的高新技术产品，由于具有啮合过程形成动压油膜的独特性能使其具有寿命长、效率高、承载能力强等优点，特别适合于现代机械重载、高速的需要，深受用户欢迎。因此，在整个冶金工业、造船工业、石油、化工机械、通用机械、轻工机械、兵器工业、建筑机械等都有很高的声誉。但由于其成形过程为二次包络，使其啮合性能分析困难，加工工艺复杂，成本高，从而阻碍了大面积推广应用。为了改进这种蜗轮副的设计、制造方法，以便生产出高性能、高精度的平面二次包络蜗轮副产品，促进其标准化、系列化、大批量数控化生产，我国学者与工程技术人员近年来对其进行了广泛的研究。本设计要求设计出实现上述要求的较为合理的方案，并进行相关计算。最后对整个数控转台进行机械结构设计，用 UG 完成每个零件的三维造型和整个系统的总装图，并用 AutoCAD 绘制整个试验机的二维图。41.2 平面二包发展概况平面蜗轮传动产生于 1922 年美国，主要用于精密分度，如天文望远镜、齿轮测量仪、圆刻线机等。由于制造工艺简单，容易获得高精度，其齿距误差可达到 0.25以内，只适用于大传动比的场合。1951 年日本佐藤发明了斜齿平面蜗轮传动，由大传动比扩展到中、小传动比（110） 。1969 年日本石川昌一获得了平面包络环面蜗杆环面蜗杆传动的专利，专利介绍的内容是指这种蜗杆的标准传动。其蜗轮可以用展成法加工，生产效率提高了，承载能力、传动效率也有明显地增长。我国从 20 世纪 60 年代初开始，由第一机械工业部机械科学研究院(现郑州机械研究所 )开展了平面蜗轮的研究工作。1964 年与石景山钢铁公司机械厂（即首钢机械厂）合作研制成中心距为540mm 的平面蜗轮副，用于 30t 转炉的倾转机构中;成功制造蜗轮直径 2160mm 的精密分度蜗轮副，用天文远镜上，其一齿运动误差小于 1。 1971 年首钢公司机械厂在制造斜齿平面蜗轮副的基础上，创造了我国第一套平面包络环面蜗杆副，并用于生产。北京市和原冶金工业部于 1977 年命名这种蜗杆副为“首钢 (SG)-71 型蜗杆副” 。目前我国已成功研制成中心距 1200mm 和 760mm 的平面包络环面蜗杆传动压下装置，而且利用计算机对蜗杆副齿形参数进行优化选择，用机械 CAD 对蜗杆副、减速机及蜗轮滚刀进行辅助设计，用环面蜗杆专用机床及独特的工艺路线，对蜗杆及蜗轮滚刀进行与其成形原理完全一致的加工，不需任何修形。国内主要的平面二次包络环面蜗杆传动的产品河北吴桥鑫纪源减速机有限公司生产的 PWU 平面二次包络环面蜗杆减速机：图 1-1 PWU 平面二次包络环面蜗杆减速机PWU 型平面二次包络环面蜗杆减速器（GB/T164491996）其蜗齿面是以一个平面为母面，通过相对圆周运动，包络出环面蜗杆的齿面，再以蜗杆的齿面为母线，通过5相对运动包络出蜗轮的齿面，称为平面二次包络环面蜗杆副。包括 PWU、PWO、PWS 型三种型式，适用于冶金、矿山、起重、运输、石油、化工、建筑等行业机械设备的减速传动。工作条件：两轴交角为 90；蜗杆转速不超过 1500r/min；工作环境温度为040，当环境温度低于 0或高于 40时，启动前润滑油要相应加热或冷却；蜗杆轴可正、反向运转。PWU 系列传动比标记方法1.型号1) PWU 型蜗杆在蜗轮之下平面二次包络环面蜗杆减速器；2) PWO 型蜗杆在蜗轮之上平面二次包络环面蜗杆减速器；3) PWS 型蜗杆在蜗轮之侧平面二次包