基于W的蜗杆减速器机械设计摘要: 简朴简介了SoldWors的有关操作和机构运动仿真的插件OSMOStio，应用Sliorks及OSMMtio，对蜗轮蜗杆减速器进行造型设计及运动模拟仿真,并对仿真成果进行分析。核心词：减速器 蜗轮蜗杆 Sldorks 仿真1Slior有关操作：1.零件实体的建模 构件是由若干零件构成的，因此，在运动机构动态仿真前,要先做有关零件的实体建模。Soiwrks顾客界面非常人性化,便于操作。在Solor的原则菜单中，涉及了多种用于创立零件特性和基准特性的命令。其中基本实体特性重要有拉伸凸台l基体、旋转凸台/基体等。在基本实体特性上可添加圆角、倒角、筋、抽壳、拔模及异型孔、线性阵列、圆周阵列、镜像等放置特性，这些特性的创立对于实体造型的完整性非常重要。在解决复杂的几何形状时还需要其他高档特性选项，涉及扫描、放样凸台/基体及参照几何体中基准轴、基准面这些定位特性等。通过以上特性造型技术在olidwrks能设计出需要的实体特性。1.2零件的装配 运用Solidworks的装配体模块,可将零件模型装配成机械系统。与老式的D创立三维装配体模型流程相比,在olidwks装配体环境中可在位创立零件,也可以在装配体环境中修改零件而不需要单独打开该零件。当保存装配体时,零件文献也被保存到指定的目录。当在位创立零件,或在多种装配体中使用或重用零件时，可使用lidworks创立的有自适应特性的零件,自适应零件可以根据其他零件自动调节到相应的大小和位置。这样可节省时间，提高精度，从而大大提高了设计的灵活性，减少了工作量。.3机构运动仿真目前，基于ldwork, Pr/，G等A软件的立体零件建模,三维零件模拟装配等功能已经成熟,在计算机屏幕上便可实现以零件模型替代实物,进行方案选择及修改、运动分析及校核,为产品的设计开发带来很大的以便。SMOSMion软件是一种能为广大顾客提供实现数字化功能样机的优秀工具，它与当今主流的三维CD软件Sd Works无缝集成，是全功能的运动仿真软件，可以建立多种复杂运动机构的精确运动模型,并对运动机构进行运动学和动力学仿真，得到机构中各零部件的运动状况,分析其零件的位移、速度、加速度、作用力与反作用力等,并以图形、动画、表格等多种形式输出运算成果。通过对零件的构造设计、应用材料以及工作条件的调节,可得到不同的仿真成果，尽而选择最佳设计方案。大大简化了机构的设计开发过程，缩短了开发周期，减少了开发费用。同步又提高了产品质量、总之.COSMOSoton功能强大,求解可靠,求得的仿真成果与实际状况十分吻合。蜗轮蜗杆减速器. 蜗轮蜗杆减速器简介蜗轮蜗杆减速机（如图)是一种动力传达机构,运用齿轮的速度转换器，将电机(马达）的回转数减速到所要的转数,并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机构中,减速机的应用范畴相称广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹,从交通工具的船舶、汽车、机车,建筑用的重型机具,机械工业所用的加工机具及自动化生产设备,到平常生活中常用的家电,钟表等等。图其应用从大动力的传播工作，到小负荷，精确的角度传播都可以见到减速机的应用,且在工业应用上,减速机具有减速及增长转矩功能。因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。22蜗杆传动特点蜗杆传动的重要长处是可以获得较大的单级传动比。在动力传动中,传动比的一般范畴在80 ,对非动力传动,传动比可达 000 或更大。由于传动比大，零件数目少,因而构造紧凑。由于蜗杆齿是持续的螺旋齿,与蜗轮轮齿的啮合是逐渐进入或退出啮合,因而传动平稳,振动和噪声小。此外，不需其他辅助机构即可获得传动的自锁性。 蜗杆传动的重要缺陷是效率低,故不适宜在大功率持续运转条件下工作。为减轻齿面磨损及避免胶合,蜗轮一般需要用较贵重的减摩材料 ( 如青铜 ） 制造。目前，多种新型蜗杆传动研究的重点是提高传动效率,以适应高效率持续大功率传动的规定2.3蜗轮蜗杆减速机的常用问题 、减速机发热和漏油蜗轮减速机为了提高效率,一般均采用有色金属做蜗轮, 采用较硬的钢材,由于它是滑动摩擦传动，在运营过程中，就会产生较高的热量，使减速机各零件和密封之间热膨胀产生差别，从而在各配合面产生间隙,而油液由于温度的升高变稀，容易导致泄漏。重要因素有四点,一是材质的搭配与否合理，二是啮合磨擦面的表面质量，三是润滑油的选择,添加量与否对的，四是装配质量和使用环境。 2、蜗轮磨损 蜗轮一般采用锡青铜，配对的蜗杆材料一般用45钢淬硬至HR45一55,还常用40:淬硬HR5一5,经蜗杆磨床磨削至粗糙度O8fcm,减速机正常运营时，蜗杆就象一把淬硬的“锉刀”，不断地锉削蜗轮,使蜗轮产生磨损。一般来说,这种磨损很慢,象某厂有些减速机可以使用以上。如果磨损速度较快，就要考虑减速机的选型与否对的,与否有超负荷运营，蜗轮蜗杆的材质,装配质量或使用环境等因素。、传动小斜齿轮磨损 一般发生在立式安装的减速机上,重要跟润滑油的添加量和润滑油的选择有关。立式安装时,很容易导致润滑油油量局限性，当减速机停止运转时,电机和减速机间传动齿轮油流失，齿轮得不到应有的润滑保护,启动或运转过程中得不到有效的润滑导致机械磨损甚至损坏。 4、蜗杆轴承损坏减速机发生故障时,虽然减速箱密封良好,该厂还是常常发现减速机内的齿轮油已经被乳化，轴承已生锈、腐蚀、损坏,这是由于减速机在运停过程中，齿轮油由热变冷后产生的水分凝聚导致;固然,也和轴承质量,装配工艺措施密切有关。3减速器重要零件造型3.1蜗杆（如图2)图2 蜗杆重要参数与几何尺寸：蜗杆线数2模数=分度圆直径8mm 蜗杆长度l88mm蜗杆导程角r=11186蜗杆轴输入功率P.5w 转矩T=43.7Nm蜗杆轴材料选用5钢，淬火解决，45HRC。3.2蜗轮(如图3） 重要参数及几何尺寸:模数 m=8 蜗轮宽度 B=60mm蜗轮齿数=4 蜗轮分度圆直径d=3mm图3蜗轮33蜗轮轴（如图4)蜗轮轴的输出功率P4.46w转矩T514.84Nm选用轴的材料为45钢调质解决。34箱体（如图5）箱体是减速器的重要构成部件，它是传动零件的基座,应具有足够的强度和刚度。 箱体一般用灰铸铁制造,灰铸铁具有较好的锻造性能和减振性能。对于重载或有冲击载荷的减速器也可以采用铸钢箱体。单件生产的减速器,为了简化工艺、减少成本,可采用钢板焊接的箱体。为了便于轴系部件的安装和拆卸,箱体制成沿轴心线水平剖分式。上箱盖和下箱体用螺栓联接成一体。轴承座的联接螺栓应尽量接近轴承座孔,而轴承座旁的凸台 ,应具有足够的承托面，以便放置联接螺栓，并保证旋紧螺栓时需要的扳手空间。为保证箱体具有足够的刚度,在轴承孔附近加支撑筋。为保证减速器安顿在基本上的稳定性并尽量减少箱体底座平面的机械加工面积,箱体底一般不采用完整的平面。3.5通气器减速器工作时，由于箱体内温度升速，气体膨胀，使压力增大,箱体内外压力不等。为使箱体内受热膨胀的气体自由排出,以保持箱体内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面或轴伸密封件处向外渗漏，箱体顶部应装有通气器。如图6在内部横向的孔与纵向的孔是相交的。3.6游标尺润滑对蜗杆传动来说,具有特别重要的意义。由于当润滑不良时,传动效率将明显减少，并且会带来剧烈的磨损和产生胶合破坏的危险,因此往往采用粘度大的矿物油进行良好的润滑,在润滑油中还常加入添加剂,使其提高抗胶合能力。对闭式蜗杆传动采用油池润滑时,在搅油损耗不致过大的状况下,应有合适的油量。这样不仅有助于动压油膜的形成,并且有助于散热。蜗杆下置式，浸油深度应为蜗杆的一种齿高；当为蜗杆上置式时，浸油深度约为蜗轮外径的13。为使箱体内保持适度的油量，在下箱体应装有游标尺(如图7）。 图4 蜗轮轴 上箱体 b 下箱体图5 箱体 图 通气器 图7 游标尺3.7电扇由于蜗杆传动效率较低，工作时发热量大,在闭式传动中，若散热不良，将使减速器温度和油温不断升高，润滑油稀释,变质老化,润滑失效，导致齿面胶合。根据热平衡计算在既定工作条件下的油温为191,故选用在蜗杆轴端加装电扇(如图)来提高散热能力。 图3.8其她零部件由于蜗杆传动中，轴同步受到径向力和轴向力,故用圆锥滚子轴承,在蜗轮轴端选用30212型,在蜗杆轴端选用3027型。此外尚有多种型号的螺栓、螺母，在这里不再赘述。蜗杆减速器装配及运动仿真 4.1蜗杆减速器装配 装配时可分为两大部分，一是蜗轮装配体,一是蜗杆装配体及下箱体。然后按照各个零部件的配合关系依次进行装配。 4.2运动仿真将电扇、蜗杆、蜗杆键、蜗杆轴承、蜗轮装配体都设立为运动零部件,其他均为静止零部件。为蜗轮、蜗杆添加的旋转副并设蜗杆轴为主运动件，添加运动速度为360度秒。为提高仿真效率,蜗轮蜗杆之间的啮合不使用碰撞关系,而在蜗轮与蜗杆的旋转副之间添加耦合，根据传动比为20.及转动的方向,故耦合关系为蜗杆转动05,蜗轮转。将仿真时间设立为10秒。4.仿真成果分析 根据蜗杆减速器的运动仿真,绘出蜗轮与蜗杆的角速度如图9, a 蜗杆角速度 蜗轮角速度图4.蜗轮轴有限元分析蜗杆轴材质为钢，在轴承支撑处添加约束,蜗轮与轴配合除添加载荷,F313.27N，根据所指定的参数,在设计中所找到的最低安全参数（FOS）为，396.55,故设定显示模型中安全系数低于39的核心区域。 蜗轮轴中的应力分布如图10： 图10 蜗轮轴中的应力分布 蜗杆轴中的位移分布如图11：图11 蜗杆轴中的位移分布蜗杆轴中变形形状如图1:图12蜗杆轴中变形形状4.6装配体爆炸图图134.7装配体工程图图结束语 应用oliWors及OMOSMin的有关模块，在三维环境下完毕蜗轮蜗杆的设计方案,并且对设计方案进行运动模拟仿真,分析设计方案。在该过程中,进一步熟悉掌握了SoidWorks的三维造型及COSMOSMio的运动仿真。 参照文献【】机械设计(第八版） 濮良贵 纪明刚 主编 高等教育出版社 【2】Soliors产品设计基本与工程范例曹立文 魏永庚 宋义林主编 清华大学出版社 【3】Solidorks设计与分析范例教程赵罘 龚堰珏 编著 机械工业出版社