范志剛

(國(guó)營(yíng)大眾機(jī)械廠，山西 太原 030024)

1 概述

1.1 功能

某小型轉(zhuǎn)臺(tái)方位裝置是由電機(jī)通過(guò)裝置帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)及高低裝置水平轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置。該裝置主要采用機(jī)電一體化控制，使轉(zhuǎn)臺(tái)及高低裝置按控制指令自動(dòng)水平轉(zhuǎn)動(dòng)，該裝置還具有手動(dòng)功能。

1.2 組成

該裝置主要由直流減速電動(dòng)機(jī)、蝸輪蝸桿減速器、手動(dòng)裝置、微動(dòng)開(kāi)關(guān)、殼體等組成。主要組成見(jiàn)表1。

表1 裝置主要組成

2 主要技術(shù)指標(biāo)

2.1 技術(shù)指標(biāo)(見(jiàn)表2)

表2 技術(shù)指標(biāo)

3 詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.1 工作原理及功能

3.1.1 工作原理

該裝置采用機(jī)電一體化技術(shù)，控制直流減速電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿減速器正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)自動(dòng)水平轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.1.2 功能

該裝置具有自動(dòng)功能和手動(dòng)功能。

3.2 主要組成設(shè)計(jì)

該裝置通過(guò)直流減速電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)功率傳輸，減小速度，增強(qiáng)扭矩，從而轉(zhuǎn)臺(tái)自動(dòng)水平轉(zhuǎn)動(dòng)。

該裝置主要由直流減速電動(dòng)機(jī)、蝸輪蝸桿減速器、手動(dòng)裝置、殼體等組成。傳動(dòng)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 傳動(dòng)簡(jiǎn)圖

3.2.1 電機(jī)選型

電機(jī)選型步驟如下：

1) 初選

根據(jù)技術(shù)要求計(jì)算負(fù)載功率

P=M·ω

其中：P為負(fù)載功率；M為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；ω為負(fù)載角速度。

將技術(shù)參數(shù)代入公式，計(jì)算結(jié)果P=4.71W。

電機(jī)的主要參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 磁直流減速電動(dòng)機(jī)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(fù)載轉(zhuǎn)矩為30 N·m，約為負(fù)載轉(zhuǎn)矩的2.5倍。

電機(jī)電流為額定電流2 A，滿足最大耗流≤3 A的要求。

該型電機(jī)滿足要求。

3.2.2 蝸輪蝸桿減速器

1) 特點(diǎn)

該減速器具有以下特點(diǎn)：

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

b) 承載大，輸出扭矩大，壽命長(zhǎng)；

c) 結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，安裝空間緊湊，機(jī)械強(qiáng)度高。

2) 設(shè)計(jì)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(yù)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(jié)構(gòu)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求及結(jié)構(gòu)形式，選取z1=1，z2=40，i=40，m=2。蝸輪蝸桿減速器示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 蝸輪蝸桿減速器示意圖

4) 校核計(jì)算

蝸輪齒面接觸強(qiáng)度σH:369.317 N/mm2，通過(guò)接觸強(qiáng)度驗(yàn)算。

蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度σF:72.578 N/mm2，通過(guò)彎曲強(qiáng)度計(jì)算。

3.2.3 軸承的組合設(shè)計(jì)

軸承組合設(shè)計(jì)考慮在結(jié)構(gòu)上保證軸系的固定、游動(dòng)、游隙的調(diào)整。軸承支點(diǎn)跨距小于300 mm，采用兩端固定結(jié)構(gòu)，用端蓋頂住軸承外圈的外側(cè)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)計(jì)算，留有適量的軸向間隙0.05mm，以避免工作中因熱伸長(zhǎng)變形并保證軸承靈活運(yùn)轉(zhuǎn)。間隙量是靠調(diào)整的方法來(lái)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(jì)算圖

3.2.4 手動(dòng)裝置

1) 功能及組成

該裝置具有手動(dòng)功能，可通過(guò)手動(dòng)將轉(zhuǎn)臺(tái)及高低裝置水平轉(zhuǎn)動(dòng)。

手動(dòng)裝置由齒輪副、離合器、手動(dòng)軸、搖把等組成。示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 示意圖

2) 齒輪副

此次設(shè)計(jì)中，齒輪傳動(dòng)布置在低速級(jí)，選用直齒，傳動(dòng)效率較高。材料選用鋼45，強(qiáng)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(shè)計(jì)中，采用過(guò)輪，也稱為惰輪，保證電動(dòng)旋轉(zhuǎn)方向與手動(dòng)旋轉(zhuǎn)方向一致，同時(shí)因空間結(jié)構(gòu)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(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)直接與蝸輪蝸桿減速器相連，負(fù)責(zé)動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)的切斷和結(jié)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(yùn)轉(zhuǎn)精度、良好潤(rùn)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(jī)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(jià)格低廉、穩(wěn)定。

殼體設(shè)計(jì)時(shí)考慮了以下幾個(gè)方面：

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

而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)副的加速磨損。

2) 殼體具有可靠的密封性及便于傳動(dòng)件潤(rùn)滑，此次設(shè)計(jì)中，滾動(dòng)軸承速度較低，采用脂潤(rùn)滑。脂潤(rùn)滑的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于密封。一般每隔半年左右補(bǔ)充或更換一次潤(rùn)滑脂。潤(rùn)滑脂的裝填量不應(yīng)超過(guò)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(duì)著殼體內(nèi)。同時(shí)允許在蓋與殼體接觸面均勻涂抹密封膠。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，根據(jù)任務(wù)書的要求，我們已完成設(shè)計(jì)工作。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，設(shè)計(jì)結(jié)果滿足任務(wù)書要求，現(xiàn)已具備轉(zhuǎn)入試制階段的條件。